王志娟¹ 吕 庆¹ 王 婉¹ 刘雅慧¹ 岳锦萍¹ 白 桦¹ 张 庆^1*

摘 要  消费品作为人类生活必需品，其化学安全已引起广泛关注。各国相关机构高度重视消费品中有害化学物质暴露引起的健康问题，研发了一系列消费者暴露模型，包括常规模型和计算机软件模型。而我国由于起步较晚，在模型研究领域还处于初级阶段。基于我国对消费品中化学物质有效暴露模型的迫切需求，本文概述了暴露评估方法及暴露模型在暴露评估中的作用，综述了国内外暴露模型和消费者暴露模型的研究概况，以及现有的暴露模型和参数设置。以期对我国相关暴露评估人员在进行消费品暴露评估时在模型选择及模型构建方面提供参考和指导，推进我国在消费者暴露评估领域的发展。

关键词 消费品；化学物质；暴露模型；研究概况

 A Review of Researches on Chemical Exposure Models in Consumer Products

WANG Zhi-Juan¹  LV Qing¹  WANG Wan¹  LIU Ya-Hui¹

YUE Jin-Ping¹  BAI Hua¹  ZHANG Qing^1*

Abstract  The chemical safety of consumer products, which are necessities of human life has attracted extensive attention. Relevant institutions in various countries attach great importance to the health problems caused by the exposure to harmful chemicals in consumer products, and have developed a series of consumer exposure models, including conventional models and computer software models. However, China is still in the primary stage in the field of model research due to its late start. Based on the urgent need of effective exposure model of chemical substances in consumer products in China, this paper illustrates the methods of exposure assessment and the role of exposure model in exposure assessment, and reviews the researches of exposure model and consumer exposure model at home and abroad, as well as the existing exposure model and parameter setting. The aim is to provide reference and guidance for Chinese exposure assessors in the selection and construction of models for consumer exposure assessment, and to promote the development of China's consumer exposure assessment.

Keywords  consumer product; chemical substance; exposure model; research overview

消费品种类繁多，应用范围广泛，与人们日常生活息息相关。然而在消费品原材料加工、生产工艺、储存运输等环节可能会引入一系列有害化学物质。其含有的有毒有害物质容易释放，易通过直接或间接接触对人体产生危害，比如，奶瓶中的双酚A^[1]，手套中的亚硝胺^[2]，玩具中的致敏芳香剂^[3]、增塑剂^[4]等。与其他来源的化学物质暴露相比，作为人们物质和文化生活需要的消费品导致的化学物质暴露覆盖面广、暴露人群多，危害难以估计。为了更好地保护消费者的健康，近年来，消费品质量安全理念正向着安全、健康、环保方向发展，消费品化学风险越来越受到国际社会关注。暴露评估模型作为消费者暴露风险评估的主要环节，已引起国内外相关机构和学者广泛深入的研究。国外的研究已经相对成熟^[5-6]，但我国相关研究还处于初级阶段。

暴露途径、时间和频率等暴露信息是暴露模型的重要参数，需要能够客观真实地反映暴露场景，模型提供的是评估考察的因素，不同评估方法建模分析会有其适应性和局限性，直接应用现有模型可能会导致不能客观地反映暴露情况，不能为风险评估提供具体准确的暴露信息。随着技术的发展以及消费者对消费品健康风险认识的深化，消费者暴露风险评估将成为我国消费品领域研究热点之一。与消费者行为相关的暴露模型及具有代表性的暴露参数数据库，将是未来我国消费者风险评估研究的重点。

本文对暴露评估及美国和欧盟等发达国家和地区在暴露模型领域的研究进展进行综述，对现有的主要暴露模型及应用场景进行了梳理，以期对我国相关暴露评估人员进行消费品暴露评估时，在模型选择及模型构建方面提供指导，能够建立一套有针对性的、系统性的、准确的消费者暴露模型，推进我国在消费者暴露评估领域的发展。

1  消费品中化学物质暴露评估概述

暴露评估这门科学可以追溯到20世纪初，最早起源于流行病学、工业卫生和健康物理学三个领域^[7]。由于公众、学术界、工业界和政府对化学物质污染问题及其对健康的潜在影响有了更深入的认识，直到20世纪70年代计量暴露量逐渐被重视起来，各国相关机构开始了暴露评估以及消费者暴露评估的研究^[8-9]。

暴露评估是风险评估四步（危害识别、危害特征描述、暴露评估、风险特征描述）中的核心部分，该阶段从数量、持续时间或频率等方面将所暴露的化学物质水平量化，描述接触的强度、频率和持续时间，预测和估计暴露量^[10]。其主要目的是确定评估终点接触待评估危害剂量分量或总量情况，并摸清接触特征等，为风险评估提供可靠的数据或估计值，为风险管理决策提供科学依据。简而言之，风险管理直接依赖于暴露评估得出的有关导致暴露的来源、途径和程度等信息。

进行暴露评估所采用的方法一般取决于暴露评估目的、风险管理目标，以及在某些情况下的监管或法定要求等^[11]。量化人体暴露程度的方法主要为直接方法、间接方法和生物监测。方法范围从筛选级别的评估到复杂的、资源密集的评估。使用基于场景的方法或基于人口的方法进行描述。估计方法有确定性方法和概率方法，确定性暴露评估使用点估计作为暴露方程或模型的输入，概率暴露评估使用输入变量的统计分布、参数化分布，并描述与使用特定分布相关的条件或概率^[11-12]。

由于一般很难直接获得具有代表性的暴露量数据或生物监测数据，且费时费力，暴露评估人员往往选择用暴露模型来估计暴露水平，对暴露模型的需求研究尤为迫切。暴露模型是使用数学表达式来量化导致暴露和剂量的过程，基于物理和化学原理预测化学物质的分散、运输和转移，也可以被称为是与暴露相关的消费者行为分析模型，是进行暴露评估的重要工具，在消费者评估过程中发挥了重要作用。此外，使用暴露模型量化消费者暴露还有其独特的优势，比如模型可以预测潜在的暴露情况，可以将多种途径的暴露结合在一起，使用模型可以减少对资源密集型监测方案的依赖和需要等^[13]。因此，暴露模型的研究成为暴露评估的关键环节。

2  消费品中化学物质暴露模型的研究进展

消费品种类繁多，使用方式多种多样，关于消费品中化学物质的性质及使用情况、消费者使用方式等方面的信息有限，以及缺乏对消费品化学物质暴露直接测量的方法，导致了对消费者暴露评估模型的需求。同时由于暴露模型本身的优势，在过去的几十年中，有关国家的相关组织机构纷纷开展暴露模型的研究，开发了一系列暴露模型，以评估消费者通过与消费品接触而摄入的化学物质引起的健康风险。

2.1 现有的消费者暴露模型国外研究进展

2.1.1 美国暴露模型研究进展

国际上，各国都非常重视消费品中化学物质的暴露评估工作，欧美等发达国家起步较早，经过多年研究实践，已经建立了各领域可以应用的暴露模型。其中美国环保署（EPA）1992年发布的暴露评估指南^[14]，简要介绍了暴露科学和评估原理，提供了暴露评估的指导方法和暴露模型。为了整合暴露评估方面的进展，反映出EPA目前的最佳科学研究成果，EPA于2019年发布了该指南的最新修订版本^[11]。该指南对各领域的暴露评估及暴露模型的发展起到了至关重要的作用，在此基础上，各国相关机构逐步开展环境、食品和消费品等领域相关的暴露评估及暴露模型的研究。

针对消费者暴露评估，EPA于2001年发布了消费者暴露模型软件CEM^[15]，用于对潜在的吸入和皮肤暴露的保守估计，CEM也是暴露评估筛查工具2.0版(E-FAST V2.0)中的一个模块。CEM的主要特点是以急性潜在剂量、平均和终身平均每日剂量表示的筛查级暴露评估工具，内置人体暴露因子数据库，包含9种默认场景的参数默认值，消费者在家中的活动模式，以及消费品中常见的化学成分和相应的典型含量比例。此外，EPA 也开发了多室浓度和暴露模型（MCCEM），可以模拟住宅内四个不同区域的吸入暴露水平，以及用于估计职业环境和某些消费类应用中，单次暴露事件的改进溶剂暴露评估的概率方法（PROMISE©）等相关暴露评估软件。

2.1.2 欧盟暴露模型研究进展

欧盟健康与消费品保护研究所（IHCP）2003年发布的风险评估技术指导文件中针对消费者暴露评估，给出了经吸入、口、皮肤三种常规暴露途径的定义和模型，以及急性和慢性暴露计算方法^[16]。对暴露模型分类及模型参数定义更具体，更准确地描述了暴露场景，在消费品暴露评估方面具有广泛的应用。

欧洲化学品生态毒理学和毒理学中心（ECETOC）2004年推出了目标风险评估工具“Targeted Risk Assessment”（TRA）^[17]，TRA是一个适合计算机的软件程序，由三部分独立的估算模型组成，用于计算化学品对工人、消费者和环境的暴露风险。欧盟委员会关于化学品注册、评估、授权和限制的法规（REACH）已将其确定为评估消费者和工人健康风险的首选方法。

欧洲化学品管理局（ECHA）也发布了在REACH范围内开展消费者暴露评估方法和暴露模型^[18]，提供了一种有效的、逐步的、迭代的过程，即消费者暴露评估的低层次和高层次的原则和算法。其中主要介绍了第1级暴露评估工具，给出了消费者三种暴露途径的暴露模型及相关参数定义，其相关模型与IHCP风险评估技术指导文件中模型参数设置相似。

2.1.3 其他国家和组织研究进展

荷兰国家公共卫生与环境研究所（RIVM）一直致力于建立测定化学物质安全性的方法，针对消费品RIVM开发了ConsExpo暴露模型，ConsExpo是一个具有数学模型的计算机程序，用于协助对消费品中的化学物质进行暴露评估，ConsExpo也被写进欧盟风险评估指导文件中用于暴露评估，是目前可用的最适当的消费品中化学物质暴露评估工具^[19]。ConsExpo主要有以下特点：暴露途径主要为吸入、皮肤和口摄入；每一途径都有应用范围和复杂程度不同的模型，有适合于特定消费品（如油漆和食品包装材料）的暴露模型，也有适合于更广泛的产品范围的暴露模型，有用于筛选潜在暴露的简单模型，也有用于精确计算的复杂模型；模型分为外部暴露和内部吸收两种，包含急性暴露和慢性暴露；有默认产品、相关暴露场景以及相关参数默认值的数据库；该模型系统可以根据用户的需要进行调整，选择一个或多个适当的模型进行计算，模型参数可以指定为单值“最坏情况”估计或可能值的分布。

国际上其他机构也开展了相关研究，如国际化学品安全规划署(IPCS)^[20]和经济合作与发展组织（OECD）^[21]，模型方面主要是借鉴EPA和欧盟等相关机构的模型。

2.2 国内消费品暴露模型研究进展

在暴露评估领域，尤其是消费者暴露评估方面，我国相对缺乏系统性的研究。现有的绝大多数评估消费品中化学物质的暴露模型，主要是直接应用或参照已有的暴露模型进行暴露评估。近年来，暴露模型在暴露评估中的重要意义下凸显，一些机构逐步开展这方面的研究，并取得了一些进展，如中国检验检疫科学研究院开展的玩具中苯系物的暴露评估^[22]、上海市质量监督检验技术研究院开展的儿童用品中铅含量的风险评估^[23]、山东省产品质量检验研究院开展的儿童爬行垫中甲酰胺人体皮肤暴露量评估^[24]等。

2.3 现有的消费者暴露模型梳理与应用

目前，用于消费品中化学物质暴露评估的暴露模型复杂多样，现将以上相关机构及文献中应用较多的模型进行梳理汇总^[25-27]，这些现有的暴露模型可以根据不同的暴露途径分为三大类：皮肤暴露模型、吸入暴露模型、经口暴露模型。不同暴露途径的模型、模型参数及应用场景，分别如表1、表2和表3所示。

通过对上述三种暴露途径的暴露模型汇总梳理发现，EPA三种暴露途径的模型参数设置基本一致，通用性较强，模型参数相对较少，但是参数定义不够具体，有时很难获取准确值，比如平均暴露浓度C和平均摄入率IR，更适于环境领域。

表1  吸入暴露模型

Table 1  Inhalation exposure model

表2  皮肤暴露模型

Table 2  Dermal exposure model

表3  经口暴露模型

Table 3  Oral exposure model

IHCP、ECHA和RIVM三个机构的模型整体更适用于消费品，为了便于模型的理解与应用，下面按不同暴露途径对模型予以比较分析：（1）对于吸入暴露IHCP和ECHA的模型参数及定义是一致的，但是模型均没有考虑物质的挥发率，实际上物质不一定会从消费品中全部挥发出来，RIVM的模型直接应用室内的浓度更为准确，但是模型运算整体相对复杂；（2）对于皮肤暴露IHCP和ECHA对产品类型进行了分类，主要分为液体类和发生迁移情况的皮肤暴露模型，这样对复杂多样的消费品更有针对性，计算结果也会相对接近真实情况，RIVM的暴露模型参数简单，便于应用；（3）对于经口暴露IHCP分为直接吞咽和食品包装材料间接经口暴露，缺少一种经口中唾液迁移的情况，RIVM模型分为经口吞咽和唾液迁移，参数设置简单便于理解应用，尤其适用于儿童用品经口暴露计算，ECHA的模型只考虑到经口吞咽的情况，不够全面。

虽然上述模型已被广泛应用，但是由于消费品种类繁多，使用方式多种多样，现有模型已不能有效满足消费品评估的需要。其次，文化、地理位置、经济条件、环境和行为习惯等暴露因素的差异，都直接影响模型参数的选择及定义，进而影响暴露模型的构建。比如在儿童消费品领域，相对于欧美国家的家长，我国家长对儿童的使用行为干预会较多。暴露模型的不合适会直接导致不能客观地反映暴露情况，不能为风险评估提供具体准确的暴露信息。因此，我国有必要在现有的模型基础上针对国情建立一系列准确系统的消费者暴露模型，以有效评估我国消费品的化学安全性。

3  结论

基于我国消费品中化学物质有效暴露评估模型的迫切需求，本文概述了暴露评估方法及暴露模型在暴露评估中的作用，综述了国内外暴露模型和消费者暴露模型的研究概况，列举了3种暴露途径常用的暴露模型，以及模型的适用性和局限性，以期为我国相关机构构建有效的消费者暴露模型提供参考。

【该文经CNKI学术不端文献检测系统检测，总文字复制比为4.6%。】

参考文献

[1] 田泉, 刘英丽, 王静, 等. 高效液相色谱法测定PC奶瓶中双酚A的含量及其迁移量[J]. 食品科学, 2012, 33(33): 255-258.

[2] 幸苑娜, 王欣, 陈泽勇, 等. 气相色谱-正化学源质谱法测定家用橡胶手套中7种N-亚硝胺及其前体物的迁移量[J]. 分析测试学报, 2011, 30(5): 503-508.

[3] 刘雅慧, 王志娟, 闫正, 等. 溶解沉淀-气相色谱-串联质谱法测定塑料玩具中的58种致敏性芳香剂[J]. 分析化学, 2019, 47(1): 129-137.

[4] Babicha M. A., Chen S. B., Greene M. A., et al. Risk assessment of oral exposure to diisononyl phthalate from children's products[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2004, 40: 151-167. 

[5] OECD. Descriptions of existing models and tools used for exposure assessment[R].  OECD Environment, Health and Safety Publications, Series on Testing and Assessment No. 182, Paris, 2012.

[6] IPCS. Principles for characterizing and applying human exposure models[R]. World Health Organisation (WHO), International Programme on Chemical Safety (IPCS), Harmonization Project Document No. 3, Geneva, 2006.

[7] Exposure Science in the 21st Century: A Vision and a Strategy[M]. 2012, The National Academy Press 500 Fifth Street, NW Washington, D. C., 20001. 

[8] Delmaar J. E., Bokkers B. G. H., Burg W., et al. First tier modeling of consumer dermal exposure to substances in consumer articles under REACH: A quantitative evaluation of the ECETOC TRA for consumers tool[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2013, 65(1): 79-86.

[9] U.S. EPA. The total exposure assessment methodology(TEAM) study: summary and analysis:volume I[R]. (EPA/600/6-7/002a). Environmental Monitoring and Quality Assurance, Washington, D.C., 1987. 

[10] U.S. EPA. Risk Assessment Guidance for Superfund Volume I Human Health Evaluation Manual (Part A)[R]. (EPA/540/1-89/002). Office of Emergency and Remedial Response, Washington, D.C., 1989.

[11] U.S. EPA. Guidelines for Exposure Assessment[R]. (EPA/100/B-19/001). Risk Assessment Forum, Washington, D.C., 2019. 

[12] Fryer M., Collins C. D., Ferrier H., et al. Human exposure modelling for chemical risk assessment: a review of current approaches and research and policy implications[J]. Environmental science and policy, 2006, 9: 261-274. 

[13] Jayjock M. A., Chaisson C. F., Arnold S., et al. Modeling framework for human exposure assessment[J]. Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology, 2007, 17: S81-S89. 

[14] U.S. EPA. Guidelines for Exposure Assessment[R]. (EPA/600/Z-92/001). Risk Assessment Forum, Washington, D.C., 1992. 

[15] RIVM. Comparison of consumer exposure modelling tools, Inventory of possible improvements of ConsExpo [R]. RIVM report 320104006, 2006.

[16] IHCP. Technical Guidance Document on Risk Assessment[R]. Institute for Health and Consumer Protection, Ispra, 2003.

[17] ECETOC. Targeted Risk Assessment, Technical report no. 93 [R]. Brussels, 2004.

[18] ECHA. Guidance on Information Requirements and Chemical Safety Assessment, Chapter R15: Consumer exposure assessment [R]. ECHA, Helsinki., 2016. 

[19] RIVM. ConsExpo 4.0, Consumer Exposure and Uptake Models, Program Manual[R]. RIVM report 320104004, 2005.

[20] IPCS. Principles for the Evaluating Health in Children Associated with Exoposure to Chemicals[R]. World Health Organisation (WHO), International Programme on Chemical Safety (IPCS), Environmental Health Criteria 237, Geneva, 2006.

[21] OECD. Occupational and Consumer exposure Assessments[R]. Environment   Monograph NO.70, OCDE/GD(93)128, 1993.

[22] 张庆, 李文涛, 白桦, 等. 玩具中苯系物的暴露评估及健康风险评价[J]. 安全与环境学报, 2013, 13(4): 254-259.

[23] 江艳, 杜英英, 禄春强. 儿童用品中铅含量的风险评估[J]. 标准科学, 2015, 8:10-12.

[24] 贺祥珂, 韩智峰, 彭晓辉. 儿童爬行垫中甲酰胺人体皮肤暴露量评估研究[J]. 中国标准化, 2018, (8): 183-184.

[25] Chen J. S., Ma Y. J., Wang J., et al. Brominated Flame Retardants in Children's Toys: Concentration, Composition, and Children's Exposure and Risk Assessment[J]. Environ. Sci. Technol., 2009, 43: 4200-4206.

[26] Xu L., Zhi L. Q., Cai Y. Q. Methylsiloxanes in children silicone-containing products from China: Profiles, leaching, and children exposure[J]. Environment International, 2017, 101: 165-172.

[27] Liu W. B., Xue J. C., Kannan Kurunthachalam. Occurrence of and exposure to benzothiazoles and benzotriazoles from textiles and infant clothing[J]. Science of the Total Environment, 2017, 592: 91-96. 

（文章类别：CPST-C）