SEH专栏｜郑州大学、中科院生态环境中心：中国南方居民镉负荷减轻策略——土壤-食物-尿液系统与毒代动力学模型

环境人Environmentor · 公众号 · · 2025-04-10 13:04

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小编按： 应 Soil & Environmental Health （中文《土壤与环境健康》，英文SEH）编辑部提议，环境人Environmentor将与SEH期刊合作，推出“SEH专栏”，将期刊上的优质论文及时推送给各位读者，欢迎大家关注！SEH是由朱利中院士和朱永官院士担任主编、浙江大学主办、浙江大学环境与资源学院承办、国际知名出版集团Elsevier合作出版的全英文开放获取国际学术期刊。SEH欢迎并鼓励同“土壤与环境健康”相关的新颖原创综述、研究文章、研究简报等，特别是跨学科的土壤健康与环境健康研究，既欢迎从健康的视角讨论土壤与环境领域相关现象的研究，也欢迎从土壤与环境的视角探索绿色与再生农业、人体与星球健康以及全球可持续发展的研究。

导读

郑州大学与中国科学院生态环境研究中心杨阳和陈卫平团队在Soil & Environmental Health（SEH，《土壤与环境健康》）期刊发表题为“基于土壤-食物-尿液系统和生理学基础毒代动力学模型评估中国南方居民镉负荷（Mitigating cadmium-induced body burden for residents in southern China based on soil-food-urine system and physiologically based toxicokinetic model；2025，3(2)：100146）”的研究论文。

镉（Cd） 是一种广泛存在的环境污染物，长期暴露于低剂量的Cd环境中可能对人体健康产生严重的负面影响。相关研究发现， Cd主要通过粮食作物（如稻米）和蔬菜等食物积累在人体内，肾脏是Cd积累的主要器官，长期积累会引发肾功能衰竭等健康问题 。特别是在一些工业化和农业集中的地区，土壤污染导致农作物Cd含量增加，进而通过食物链影响居民健康。为了准确追踪Cd在人体内的转移和累积过程，本研究应用生理学基础毒代动力学（PBTK）模型，定量区域人群Cd 吸收、分布、代谢与排泄过程 ，为区域人群健康防护提供科学支撑和决策参考。

图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

基于PBTK模型模拟结果（图1），研究发现 Cd在区域人群肝、肾、血液中的浓度随年龄增长显著上升 ，血液Cd浓度（反映近期暴露）从儿童期趋零增至70岁的1.39 μg g ⁻¹ （男）和2.89 μg g ⁻¹ （女）。其中，70岁人群肝Cd浓度达3.35 μg g ⁻¹ （男）和6.69 μg g ⁻¹ （女），肾Cd浓度达7.29 μg g ⁻¹ （男）和14.6 μg g ⁻¹ （女），女性累积量显著较高（性别差异显著，P<0.05），且肾脏因长期过滤Cd-金属硫蛋白复合物，成为关键靶器官。女性高Cd负荷与铁代谢相关：铁储备较低时，肠道吸收Cd的载体蛋白（如DMT-1）活性增强，且雌激素调控的铁锌排泄可能加剧Cd蓄积。研究强调需针对性监测女性及高龄人群的肾损伤风险。

图1 Cd浓度预测与测量比较（男女尿液、血液、肾脏、肝脏分布）

在此基础上开展情景模拟（图2），本地居民尿Cd浓度（均值女2.23 μg g ⁻¹ creatinine，男1.77 μg g ⁻¹ creatinine）显著高于欧美人群，主要和区域人群长期摄入区域超标稻米有关（区域水稻籽粒Cd含量为0.54±0.35 mg kg ⁻¹ 且自产稻米摄入率高达94%）。其中，高暴露组（1-2 μg kg ⁻¹ d ⁻¹ ）老年居民尿Cd浓度远超风险阈值，女性在30岁进入风险期，而男性从43岁进入风险期，这主要和性别差异及生理及代谢差异相关。为降低区域人群Cd摄入风险，建议：增加区域人群富锌食物摄入量，特别是女性建议需每日至少摄入6.25 mg锌（如2颗蛋+500 mL奶），以降低Cd毒害；②在高风险区应用石灰、水分管理等污染稻田安全利用技术措施，降低稻米Cd富集量。本研究基于生理学基础毒代动力学模型，聚焦Cd在土壤-食物-尿液系统的迁移转化，结果为区域Cd污染区精准防控提供了科学基础和决策依据。

图2 饮食镉风险情景下男性和女性尿镉预测浓度（0-70岁）

总结与展望

本研究深入探讨了Cd污染对中国南方居民健康的潜在威胁，并采用PBTK模型追踪量化了Cd在人体内的转移与累积过程。研究表明，长期低剂量的Cd暴露可能导致肾脏和肝脏等器官的Cd累积，增加健康风险。模型模拟结果说明了不同年龄和性别在人体Cd富集时存在显著差异，女性因其生理代谢特点受Cd危害高于男性。通过降低稻米Cd富集、改善饮食结构、增加锌摄入等措施可降低区域人群Cd暴露风险。随着模型参数的进一步优化，未来可提供更具针对性的健康管理建议，为区域Cd污染防治和民众健康防护提供科学依据。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.seh.2025.100146

作者简介

第一作者简介：

张田：郑州大学2022级硕士研究生，目前的研究兴趣集中在土壤重金属健康风险评估。

通讯作者简介：

杨阳：中国科学院生态环境研究中心副研究员，硕士生导师，主要从事土壤重金属污染过程与模型模拟。

来源： 土壤与环境健康SEH 。投稿、合作、转载、进群，请添加小编微信Environmentor2020！环境人Environmentor是环境领域 最大的学术公号 ，拥有 20W+活跃读者 。由于微信修改了推送规则，请大家将环境人Environmentor加为星标，或每次看完后点击页面下端的 “在看” ，这样可以第一时间收到我们每日的推文！环境人Environmentor现有综合群、期刊投稿群、基金申请群、留学申请群、各研究领域群等共20余个，欢迎大家加小编微信Environmentor2020，我们会尽快拉您进入对应的群。