a
学术讲座
杨洪彩 邹红云:饮用水氯化消毒副产物对人体健康影响研究进展
 
摘要:氯化消毒是目前饮用水消毒的主要方法之一,氯化消毒的主要副产物包括三氯甲烷、卤代乙酸、卤代乙腈、卤化氰、卤代苦碱、卤代乙醛、卤代酚、卤代酮、卤硝基甲烷类、卤代羟基呋喃类等。其对健康的危害主要有致癌作用、致畸作用、致突变作用及生殖毒性。加强水源水质的保护是最大限度减少饮用水氯化消毒副产物的根本措施。
关键词:饮用水氯化消毒副产物健康危害
Research Progress of Adverse Effects for Chlorination Disinfection By-products in Drinking Water
YANG Hongcai1 ZOU Hongyun2
Abstract: Chlorination disinfection was an important measure to improve the quality of drinking water. A number of halogenated hydrocarbon by-products, including trihalomethanes, halogenated acetic acids, halogenated acetonitriles, haloketones and haloaldehydesare the most class of disinfection by-products (DBPs) found in drinking water. Some of them were found to be carcinogenic, teratogenic and mutagenic.The ultimate measure for reducing chlorination disinfection by-products is to protect the watersupply and water quality.
Key Words: Drinking Water Chlorination Disinfection By-products public health risk
饮用水消毒是改善水质、保证流行病学安全的主要措施。世界卫生组织在《饮用水水质准则》中将饮用水消毒问题列于第2, 仅次于微生物问题。美国EPA的《国家饮用水基本规则》中明确规定,饮水必须经过消毒。在安全饮用水的供应过程中,消毒无疑是很重要的。但是越来越多的研究表明,在杀灭细菌,保证微生物安全的同时,消毒又带来了新的问题即消毒过程中所产生的副产物对人体健康的影响问题。目前饮用水消毒的主要方法有氯化消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒和臭氧消毒等。氯消毒具有经济、简便、来源较广泛并且能除去部分臭味和有机物等诸多优点,长期以来被各国广泛采用。现今许多自来水厂仍然将其作为主要的消毒方式。然而, 随着人们对氯化消毒研究的深入,发现氯与水中有机物产生的氯化消毒副产物(Chlorination Disinfection By-products , CDBPs)有上百种。自美国国立癌症研究所报道了氯仿、氯代酚、二氯乙睛等具有致癌或致突变作用以后,饮用水氯化消毒的安全问题引起了人们的高度关注, CDBPs对健康的影响成为众多研究者的主要研究课题。本文就饮用水CDBPs对人体健康影响的研究进展综述如下。
1.CDBPs的种类
在氯化消毒过程中,水中天然有机物,如腐殖酸、富里酸和藻类与加入水中的氯及水中存在的溴离子发生取代、加成和氧化反应生成CDBPs。不同地区源水污染程度和种类不同,产生的消毒副产物也各异。自1974 RookBellar等人发现饮用水加氯消毒可以产生三卤甲烷(THMs),并确认其具有致癌作用后, 人们对CDBPs的成分进行了大量研究, 发现饮用水中已检测到的CDBPs有几百种。主要包括: 三卤甲烷(THMs)卤代乙酸(HAAs)卤代乙腈(HANs) 卤化氰(XCNs )卤代苦碱;卤代乙醛(HATs);卤代酚(HHBs); 卤代酮(HKs)卤硝基甲烷类(HPs );卤代羟基呋喃类(CHFs)等。现有资料表明THMsHAAs两者含量之和可占全部CDBPs80%以上,其余在水中均为痕量水平。为保证饮用水安全,许多国家在饮用水标准中限定了THMsHAAs的最高浓度。1979,美国首次在安全饮用水法中将THMs的最高浓度规定为100ug/L,并进一步在D/DBP(消毒/消毒副产物条例)中规定THMs80μg/L,HAAs60μg/L; D/DBP规定THMs40μg/L,HAAs30μg/L。我国生活饮用水卫生标准(GB5749-85)规定三氯甲烷(CHCl3)为60μg/L。三溴甲烷为(CHBr3100ug/L、二氯溴甲烷为(BDCM) 60μg/L、二溴氯甲烷为(DBCM) 100μg/L、二氯乙酸(DCAA) 50μg/L、三氯乙酸(TCAA) 100μg/L
2.CDBPs对健康的影响
人体可通过多种途径,如饮水, 洗浴, 游泳等直接接触CDBPs,。大量研究表明CDBPs对人体健康可以造成长期或潜在的危害. 美国在从自来水中分离767种有机物中,经研究得出有109种为致癌、促癌和致突变物
2.1CDBPs的致癌作用
世界卫生组织和国际癌症研究机构 ,从大量的研究数据中得出结论 ,现在的癌症发病率约50%与饮用水的水质有关流行病学研究提示饮水氯消毒及其副产物与人群多器官肿瘤的发生和死亡相关,其中与膀胱癌、结肠癌、直肠癌等关系较强且稳定动物实验证实许多氯化消毒副产物具有致癌作用,它们致癌部位及机制不同,且存在种系、性别差异。CHCl3的致癌作用已为众多研究者证实,研究表明, CHCl3主要是通过非遗传毒性作用诱导动物产生肿瘤。CHBr3DBCMCDBM能分别引起大鼠的肠肿瘤、肝肿瘤和肾肿瘤。Gottlieb Carr 认为饮水中THMs 的浓度与膀胱癌、结肠癌、直肠癌、乳腺癌有关,他们应用病例对照的研究方法,发现饮用氯化地面水可显著增加结肠癌和脑癌的危险性。林辉等[15]对饮用水氯消毒暴露与膀胱癌的单因素分析表明,饮用氯消毒水及其它途径接触高水平暴露,均为膀胱癌的危险因素,尤其饮用氯消毒水年限≥40年,每天饮用水≥1500ml和洗澡或淋浴时间≥30min时,OR大于2.5,明显增加膀胱癌发生的危险性。李爽等通过国际和国内饮用水中消毒副产物的一些有代表性的数据, 来计算各种消毒副产物的致癌风险, 分析结果表明,CDBPs 的致癌风险主要由HAAs致癌风险构成。在消毒副产物的总致癌风险中, HAAs的致癌风险占总DBPs 致癌风险的91.9%以上(R2>0.9197) ; CHCI3的致癌风险只占8.1% 以下Bull给予雄性小鼠含三氯乙酸(TCA)的饮用水3752,观察到肝肿瘤的发病率增加。De Angelo的研究表明, 二氯乙酸(DCA)也能诱导小鼠肝肿瘤的产生。使用NIH3T3 细胞恶性转化试验对二溴乙酸(DBA)的致癌性进行检测,并对转化细胞进行细胞周期时相分析,结果表明, DBA具有潜在致癌性。3- -4- 二氯甲基-5- 羟基-2(5 ) - 呋喃酮( MX,是饮用水中唯一具有直接诱变活性的化合物,即使在含量非常低( 0.4mg/kg 动物体重)时也具有致癌性; 动物实验证实MX致大鼠甲状腺癌和肝癌。日本学者Nishikawa [21]研究表明,MX不仅有直接致癌作用, 还可在多种肿瘤的发生过程中起到促癌作用。有人在研究饮用水源和水中氯化副产物与绝经妇女癌症发生的关系中报道肝脏和甲状腺是酸性氯化呋喃酮致癌的主要靶器官。HANs等其它CDBPs在饮用水中含量较低,致癌风险也相对较低。Simth 根据文献指出,HANs具有致突变性/致癌性。关于饮水中氯化副产物与人类癌症的关系,仍需要作进一步的调查研究。
2.2CDBPs的致畸作用
1998Teramoto采用微团培养实验研究MX的致畸作用, 结果提示MX可能为一种潜在的直接致畸剂。Ames试验结果表明MX对组氨酸缺陷型菌株TA100是一种直接诱变剂,其诱变活性占氯化消毒饮用水总细菌诱变活性的15%-57%Teramoto 用胚胎中脑和肢芽细胞微团培养方法研究MX的潜在致畸性, 结果显示MX可能是一个潜在的体外致畸剂。Hunter 应用全胚胎培养技术研究多种HAAs 的致畸作用, 结果显示各种卤代乙酸在不同剂量范围产生了多种致畸效应:视觉器官畸形、神经管缺陷(NTDs) (包括前脑发育不全和脑膨出)、咽弓异位和/或发育不全、心脏发育紊乱等多种致畸效应。1989Smith应用LongEvans大鼠体内致畸实验检测三氯乙酸(TCA) 的致畸作用。在TCA各剂量组, 软组织畸形发生率随剂量升高而迅速升高(9%升高至97% )。软组织畸形主要是心血管缺陷(室间隔缺损、左位心)。骨骼畸形仅在高剂量组(1200ug/ml1800ug/ml) 被检测到, 主要是眼眶骨骼畸形。综合实验结果, Smith 等认为TCA≥330ug/ml时明显增加大鼠胚胎出生缺陷发生率。卤代乙酸及其盐类,可引起雄性大鼠睾丸损伤,破坏精子形成和能动性,表现出较强的致畸作用。HANs占总DBPs12% ,仅次于THMsHAAs。早期体内致畸实验研究表明,HANs具有胚胎毒性,并使围产期仔鼠存活率下降及生长发育迟滞, 三氯乙腈显示出最强的发育毒性,但未观察到HANs可致大体畸形。Fu等应用水螅预筛检试验证明二氯乙腈和三氯乙腈具有潜在的致畸危害。
2.3 CDBPs的致突变作用
饮水中氯化副产物致突变效应研究,国内外均有不少报道。Meier J R 等在1986 年报道了对氯化腐殖质水溶液形成的副产物进行了分析及致突变性研究。在已知的42种化合物中有14种具有致突变性。MX是迄今为止在氯消毒自来水中发现的最强致突变物质,占氯化消毒自来水总致突变性的16%76%。体内、外试验结果表明, MX可引起哺乳动物细胞多种遗传损害,表现为基因突变、DNA损伤、染色体畸变、姊妹染色单体交换。张淑琪等通过鼠伤寒沙门氏菌致突变试验(Ames Test) ,分析常用氯化消毒方法对饮用水遗传毒性的影响。试验结果表明,未经氯化自来水有机提取物致突变反应阴性,加氯自来水样诱发沙门氏菌致突变率升高;在一定范围内,随氯浓度增加,不会显著增加水样的致突变性。张青碧等用小鼠肝细胞彗星实验检测生活饮用水氯化消毒前后的诱变性,结果,水源水和氯化消毒饮用水都能诱导动物细胞DNA损伤, 说明水源水和氯化消毒饮用水里存在致突变物质,两者对人类健康都存在潜在的威胁, 但经氯化消毒过后的饮用水其消毒产生的氯化副产物比水源水具有更强的致突变性。吴建军等以人胚肝细胞(L02) 为靶细胞,采用单细胞凝胶电泳技术(SCGE)和流式细胞术(FCM)分别检测MXL02细胞DNA损伤及凋亡作用。结果,随着MX浓度的增加,L02细胞DNA链断裂和细胞凋亡率逐渐增加,说明MX可致L02细胞DNA单链断裂和凋亡。Woodruff 等测试了MXMCL-5 细胞和两种人体β- 类淋巴母细胞系的作用,结果显示MX对所用3种细胞系均有致突变性。吴建军以人肝肿瘤细胞株HepG2为靶细胞,应用单细胞凝胶电泳试验(彗星试验)研究MXHepG2DNA损伤作用。试验结果表明,30umol/L及以上浓度的MX可引起HepG2明显的DNA链断裂,且DNA平均迁移度随剂量升高逐渐增加,差异有显著性,表明MX对人类细胞DNA有明显的损伤作用。Holme等曾以MX030umol/L)处理HL60、人外周血单核细胞,结果显示MX100umol/L 及以上,碱滤洗脱法可检测到DNA单链断裂水平增加。故推断MX对人体细胞有一定的致突变性
2.4 生殖毒性
大量的毒理学实验和流行病学研究已表明 :消毒副产物(DBPs)对低出生体重、早产、自发性流产、死胎以及出生缺陷具有不同程度的影响 ,尤其是对中枢神经系统及神经管损伤、脏器缺损、呼吸系统损害及与唇腭裂之间的关系。这些研究的结果显示 ,DBPs很可能是潜在的生殖发育毒性物质。Bove等在美国的新泽西州对1985-1988年使用公共饮用水的75个城镇共81602例样本人群进行了1次大型的回顾性队列研究。该结果显示 :饮用水中THMs的含量大小与生殖发育损害有显著的正相关关系。当饮水中TTHMs 浓度≥80μg/L,该地区几种主要出生缺陷患病危险性有所增加。有关生殖、发育毒性的病例- 对照调查研究发现,饮用含THMs>40ug/L饮水的孕妇 ,其孩子患中枢神经缺陷者呈上升趋势;此外,队列研究发现 ,每天饮用 >75ug/L THMs的生水2L以上的孕妇 ,增加早期流产的危险性 ,大量饮用含BDCM( >18ug/L)的水也将造成流产率增加。Cedergren 对瑞典的出生缺陷影响因素进行研究, 也发现饮水中高浓度THMs(>10μg/L) 增加了先天性心脏病患病的危险性。另外,新生儿神经管缺陷(NTDs)的发生与THMs有关。研究表明, THMs可能会影响精液的质量, 如改变精子的正常形态,使其头部发生异常THMs 还可能与卵巢的功能有关, 随着摄入体内总THMs量的增加, 月经周期逐渐缩短DBPs 中的CHCL3BDCMCDBMHAAs等已在动物实验中显示出对生殖健康有潜在危害作用。动物生物检测数据表明这些单个的DBPs在毒理学实验中不仅对生殖系统有影响 ,而且还有胚胎毒和致畸作用 ,主要表现为多种的生殖损害和发育损害如先天性结构畸形、生长迟缓甚至死胎
3. 结语
饮水氯化消毒副产物对人类的健康造成危害是一致公认的事实。而饮用水所采用的氯化消毒方法又是近十几年内不可取消的,特别是对经济不够发达的国家和地区更为如此。为了保证饮水的相对安全,保护人类的健康,必须对氯化消毒产生副产物进行有效的防治,以尽可能地降低饮用水中副产物各种有机物的浓度。加强水源水质的保护是最大限度减少饮用水DBPs的根本措施。
杨洪彩  新疆疾病预防控制中心  
邹红云. 兰州军区乌鲁木齐总医院
 
 
参考文献
   沪ICP备13038340号   中国消毒信息网(上海市消毒品协会主办)    版权所有2004@   
                               网站建设中华企业网