模拟人体消化道内污染土壤重金属铅的形态转化与生物可利用性

Oral ingestion is one of the main pathways for children exposed to heavy metal-contaminated soils. Bioaccessibility of heavy metals in soils depends not only on the total content, but also their speciation. So far, more than ten in-vitro gastrointestinal methods has been developed to assess bioaccessibilty of heavy metals in contaminated soils. However, the study on the relatioship between the methods developed and transforamtion of heavy metals during the gastrointestinal system is far limited. In this project, four main in-vitro gastrointestinal methods will be used to determine Pb bioaccessibility in five contaminated soils. The transformation of Pb during the simulated digestion systems will be elucidated using the combination of XRD, SEM, TEM, and XAFS techniques and Visual MINTEQ model. The effect of soil properties as well as food and drink addition on the Pb transformation and bioaccesssibility will be investigated. By comparing the four methods, we try to find out the relationship and the key impact factors. The resutls will provide the scientific base for development of the criteria of soil contamination and remediation as well as the assessment of human health risk.

口腔摄入是人体特别是儿童暴露重金属污染土壤主要途径之一。重金属的生物可利用性不仅与它们的总量有关，更与它们的赋存状态密切相关。近年来，已建立了多种与体内动物暴露实验相对应的体外模拟消化系统方法研究土壤重金属生物可利用性，但方法之间的相关性以及模拟提取过程中可能发生的重金属形态转化及其对真实生物可利用性的影响研究鲜见报道。本项目拟以四种普遍采用的体外模拟消化系统方法研究经口腔摄入五种污染土壤颗粒重金属Pb的生物可利用性，借助XRD、XAFS、SEM/TEM-EDS等现代仪器手段和Visual MINTEQ化学形态模型探讨从真实土壤环境到模拟胃液和肠道内重金属Pb赋存状态演变规律，揭示土壤粘粒、矿物质、有机质等组分对模拟提取过程中Pb形态转化与生物可利用性的影响机理，探明食糜对模拟提取过程中Pb形态与生物可利用性影响机制，揭示四种模拟方法之间的相关性及影响Pb生物可利用性的关键因素。为重金属污染土壤的环境及修复标准建立以及健康风险评估提供更为可靠的科学依据。

通过手-口摄入是人体特别是儿童暴露重金属污染土壤主要途径之一。重金属的生物可利用性不仅与它们的总量有关，更与它们的赋存状态密切相关。近年来，已建立了多种与体内动物暴露实验相对应的体外模拟消化系统方法研究土壤重金属生物可利用性，但模拟过程中可能发生的重金属形态转化及其对真实生物可利用性的影响研究鲜见报道。本项目采用SBRC、IVG、PBET三种体外模拟方法研究经口腔摄入污灌区、采矿区以及突发污染土壤颗粒重金属Pb的生物可利用性，借助XRD、SEM/TEM-EDS等现代仪器手段和Visual MINTEQ化学形态模型探讨了从真实土壤环境到模拟胃液和肠道内重金属Pb赋存状态演变规律，发现Pb在土壤-胃-肠道内经历了PbCO3与Pb5(PO4)3Cl之间的相互转化；揭示了土壤粘粒、Fe/Mn氧化物、有机质等组分对模拟提取过程中Pb形态转化与生物可利用性的影响机理，探明了可乐、菠菜中的P可诱导土壤中的Pb发生Pb5(PO4)3Cl沉淀，从而降低Pb生物可利用性，揭示了三种模拟方法中pH值是影响Pb生物可利用性的关键因素。研究结果为重金属污染土壤的环境及修复标准建立以及健康风险评估提供更为可靠的科学依据。