生物气溶胶健康风险评估：方法演进、核心争议与标准化需求

生物气溶胶包含具有感染性和致病性的微生物及代谢成分，大型医院、垃圾处理厂和养殖场等是其排放的重要场所，其从业人员长期暴露在高浓度的生物气溶胶中存在一定健康风险。《科技导报》邀请广东工业大学安太成教授团队撰写文章，系统梳理了生物气溶胶健康风险评估的相关研究进展，整理归纳了现有评估方法，发现非致癌健康风险存在计算方法不统一、照搬国外化学物质评估方法、缺乏本土化暴露参数、参考暴露剂量缺失等问题，导致其结果缺乏科学性且无法进行对比。基于目前研究现状，提出生物气溶胶非致癌健康风险评估需统一风险计算方法、采用本土暴露参数、研究相应剂量效应关系、推导本土参考暴露剂量（RfD），并加快制定相关标准规范，以期为准确评估生物气溶胶的健康风险提供理论参考。

生物气溶胶是指含有生物性成分的固体或液体微粒悬浮于气体介质中形成的稳定分散系，其生物性成分包括细菌、病毒、真菌、孢子、花粉及其代谢产物等，粒径范围为0.01～100 μm。近年来发生的大规模疫情，如COVID-19疫情等，病毒通过飞沫和生物气溶胶在人群中迅速传播。长期暴露于致敏性和致病性生物气溶胶中，可能增加肺炎、过敏性鼻炎及哮喘等疾病的风险。因此，有必要针对环境生物气溶胶开展健康风险评估，以量化其健康风险并确定优先控制对象。当前环境生物气溶胶的健康风险评估通常采用定量微生物风险评估（QMRA）与非致癌风险评估（危害商（HQ）、危害指数（HI））2种方法，但两类方法在实际应用中仍存在明显短板，难以支撑精细化风险管控。

1 生物气溶胶健康风险评估方法研究现状

人类对生物气溶胶的研究可追溯至19世纪（图1）。基于Web of Science和CNKI数据库的文献检索分析表明，2019年后该领域研究热度显著提升（图2）。非致癌风险评估法因计算简便且反映总体风险，使用量逐年攀升，但该方法在计算方法、剂量-效应关系及暴露参数选取尚未形成统一的标准技术体系，导致现有评估结果的科学性和可比性不足。QMRA侧重于评估水、土壤和空气中特定病原微生物对个体造成的感染风险，可量化单次暴露感染概率及年累积感染概率，无法对复杂生物气溶胶成分进行全面健康风险评估；非致癌风险评估中的危害指数法则主要借鉴美国环境保护署的化学物质健康风险评估框架，将生物气溶胶中所含的全部微生物视作一个总体暴露单元，综合估算其整体非致癌健康风险。当前非致癌风险评估存在核心概念混淆、阈值选取混乱、暴露参数本土化缺失、方法适配性不足等问题，尚未形成统一规范的技术体系。

图1 生物气溶胶健康风险评估发展

图2 Web of Science数据库中生物气溶胶健康风险评估发文量

2 暴露参数研究进展

暴露参数的合理性直接决定评估结果的可靠性。国外针对人群暴露参数的研究起步较早、体系较为完善；中国于2013年、2016年先后发布《中国人群暴露参数手册》成人卷与儿童卷，奠定了本土环境健康风险评估数据的基础，但存在数据滞后、收录不全等问题（图3）。生物气溶胶成分、活性与浓度受环境类型、人类活动、温湿度及通风条件等影响显著，化学污染物暴露参数无法适配其风险评价需求。现阶段国内外现有暴露参数体系均以化学污染物为主要研究对象，尚未形成适配生物气溶胶的专属参数技术体系（表1）。生物气溶胶成分远较化学污染物复杂，难以实现稳定定量与标准化检测，严重制约了生物气溶胶风险评估体系的规范化建设。

图3 国内外暴露参数发展路线图

表1 生物气溶胶HQ评估暴露参数取值

3 健康风险评估计算方法

生物气溶胶主要通过呼吸吸入与皮肤接触作用于人体，且呼吸吸入途径风险比皮肤接触途径高出4个数量级。因此，本文后续聚焦呼吸吸入暴露途径展开讨论，计算公式如下：

式中，ADD为呼吸吸入的日均暴露剂量[CFU/（kg·d）]；C为实际环境可培养微生物的浓度（CFU/m³）；IR为呼吸速率（m³/d）；EF为暴露频率（d/a）；ED为暴露年限（a）；BW为体重（kg）；AT为平均预期寿命（d）；RfC为参考浓度（CFU/m³）；RfD为参考暴露剂量，危险指数HI为各暴露途径HQ总和；当HQ或HI<1时，则认为存在潜在的不利健康风险。

非致癌健康风险评估直接沿用了化学物质风险评估框架，由于缺乏经过实验论证的参考暴露剂量（RfD），学者之间产生较大分歧，将计算模型进行一定修改，衍生出4种变体：（1）以环境浓度与参考浓度比值计算，数据获取便捷但未考虑人体实际暴露剂量差异；（2）以人体暴露剂量与参考浓度比值计算，应用最广但存在单位不统一问题；（3）以人体暴露剂量与参考暴露剂量比值计算（忽略呼吸速率及体重），虽推导出无量纲比值但RfD无毒理学验证；（4）加权平均校正呼吸速率和体重的算法，动态反映生命周期暴露特征但参数区域性较强（表2、表3）。总体而言，现有常用非致癌健康风险评估方法仍不能很好地评估整体生物气溶胶的健康风险。

表2 不同国家/机构在不同场景下生物气溶胶参考浓度

表3 生物气溶胶非致癌风险HQ计算方法对比

QMRA模型被广泛用于评估环境单一病原体对个体的感染风险，主要有β-泊松模型和指数模型。β-泊松模型适用于大多数细菌，能捕捉低剂量暴露下的非线性风险特征；指数模型适用于高致病性病原体（如病毒），假设风险与剂量呈线性关系。QMRA方法可精准量化单一病原体的感染风险与疾病负担，但在实际环境中生物气溶胶组分复杂、未知物种占比很高，难以反映整体风险及满足复杂场景快速评估的需求。

4 总结与展望

当前生物气溶胶健康风险评估方法以HQ与QMRA为核心，其中HQ法可实现整体风险评价，但尚未形成完善的体系，核心问题集中在4方面：一是缺乏经毒理学验证的统一参考暴露剂量及参考浓度数据库；二是计算模型覆盖面不足，计算公式不统一；三是本土化暴露参数缺失，多沿用欧美数据；四是暴露评价维度单一，仅关注呼吸暴露途径。未来需从方法优化、数据支撑与暴露途径拓展协同突破：完善生物气溶胶检测与活性表征技术，统一计算方法，构建“基础数据—加权暴露模型—本土RfD推导”的闭环体系（图4），加快建立生物气溶胶专属参考标准体系，最终实现多途径、全维度的生物气溶胶健康风险的精准计算。

图4 生物气溶胶健康风险评估技术框架

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