水污染与健康

水污染与健康周宜开*国家环境保护总局武汉环境医学研究所华中科技大学同济医学院公共卫生学院环境与健康教育部重点实验室摘要以武汉市东湖为研究对象，运用流行病学调查和实验研究相结合的方法，通过对东湖水源水和自来水中主要污染物的筛选研究、东湖水污染对健康危害的生物标识物研究、东湖水污染对健康危害的分子流行病学研究和水污染对人群健康危害的预警模型等四方面的研究，建立了水污染－健康危害相关的标识体系，并利用该体系建立了一种能根据已知污染水平推导健康危害的模型，以此为基础上建立水污染健康危害的预警方法，为我国环境保护工作提供科学依据。前言经济高速发展所导致的水污染是我国所面临的重要环境问题之一，其污染面大，且呈日益严重之势，严重影响了水资源的利用。水污染所造成的健康危害普遍存在，特别是水中有害化学物质长期作用于人体所引起的慢性中毒和某些慢性疾病（如恶性肿瘤等）的发病率上升已成为人们日益关注的焦点[1]。为达到减少水污染所造成的健康危害，保护人民健康这一目的，必须对我国水污染所造成的健康危害作出科学的评价，但由于水污染所造成的健康危害（主要是慢性危害）具有滞后效应，居民的健康损害多年之后才能显现出来，因此环境保护部门对水污染所造成的健康危害管理必须具有预见性，这样才能在严重的健康损失发生之前采取必要的干预措施，以避免严重的健康危害发生。因此我们必须在科学阐明水污染与健康危害之间的因果关系的基础之上建立水污染所致人体健康危害的预警系统，以提高环境保护部门的管理预见性。研究方法1东湖水源水和自来水中主要污染物的筛选与确定确定研究水体的主要污染物是建立根据水体污染水平推知健康危害模型，从而建立水污染对健康危害预警方法的基础。由于不同水体的污染源各不相同，其主要污染物也必然各不相同。针对不同水体，如何确定水体的主要污染物是研究该水体污染及污染对人群健康危害的关键。1)确定筛选水体主要污染物的原则、程序和方法（1）筛选水体主要污染物的依据：①《生活饮用水卫生标准》所列化学物质可作为初选主要污染物依据之一。②《地表水环境质量标准》所列化学物质可作为初选主要污染物依据之二。③中国环境监测总站等单位提出的“中国水环境优先污染物名单”所列68种化学物质可作为初选主要污染物依据之三[2]。④按以下原则确定的有害化学物质，可作为主要污染物初筛依据之四。a.按等标污染负荷法评价给出并排至受纳水体的污染物；b.根据动物试验证实具有“三致”作用并存在于水体的物质；c.慢性毒性指标复合记分CS(compositeseore)≥25且存在于水体的物质；d.CS25,但剂量额定值RVd(DoseRatingValue)或效应额定值RVe(EffectRatingValue)为10且存在于水体的有毒物质；e.按国际癌症研究所标准分组在2B以上，且在水中常见或捡出率高的化学物质。（2）确定筛选水体主要污染物的原则①在源水或自来水中存在且对生态环境和人群健康影响程度（健康影响指数HealthSeverityIndex）较大的污染物，应被确定为主要污染物。②根据全年按枯水期，平水期，丰水期的实际监测结果来确定。（3）筛选主要污染物的程序如图1中国地表水环境质量标准中国生活饮用水卫生标准中国水环境优先污染物“黑名单”美国EPA公布危害等级高的致癌物美国EPA公布慢性毒性强的毒物源水与自来水中常见致癌物建立初选主要污染物侯选名单污染源调查与评价污染物定性分析源水与自来水历次监测数据初选主要污染物名单健康影响指数计算源水与自来水水样分析二选主要污染物名单主要环境参数主要毒性参数监测可行性当前控制技术的可行性确定主要污染物名单综合分析图1水体主要污染物筛选程序figure1Thescreeningprocessofmainwaterpollutants（4）筛选主要污染物的方法①计算健康影响指数HI(HealthSeverityIndex)HIi=Ci/MLCiHii：i污染物的健康影响指数Ci：i污染物在源水或自来水中的实测浓度MLCi：i污染物在源水或自来水中的最高允许浓度②若HIi1，即应视为主要污染物③若某一水体总健康效应指数THI1，但HIi均小于1，即应将所有污染物按HIi大小排序，然后删去HIi较小的污染物，从而确定主要污染物。2)筛选确定武汉东湖源水、自来水中主要污染物（1）污染源的调查与评价：①点源污染与评价：针对东湖周围排污点和11个排污口排污量及主要污染物进行调查。②面源污染与评价：分别对东湖泾流面源污染，湖面降水氮、磷输入，水产养殖氮磷输入，旅游业引起的氮、磷输入，东湖氮、磷入湖总量进行调查。（2）源水和自来水水质状况调查与评价：通过收集东湖六十年代至九十年代水质监测数据，对水质变化进行了分析。结果表明，八十、九十年代部分污染物水平比六十、七十年代呈不同倍数增加。八十、九十年代变化不大，但藻类呈高速增长，说明水体氮、磷污染在继续加重。九十年代初以前东湖水质明显比汉江水质差，但九十年代中期后，差异无显著性意义。（3）源水和自来水水质现状的监测分析对东湖源水和自来水中氮、磷进行采样分析，运用GC/MS对水体中有机物进行了监测[3]，运用原子吸收分光光度法对水体中金属进行了监测，并对监测结果进行评价。（4）确定东湖源水和自来水中主要污染物在以上工作的基础上,根据确定水体主要污染物的原则、程序和方法，确定东湖水厂源水的主要污染物为氮、磷、甲苯、酞酸酯类、镉、铅、氯仿、四氯化碳等8种（类），出厂水主要污染物为氮、磷、酞酸酯类、氯仿、苯酚类、四氯化碳、镉、铅等8种（类）。为了便于比较，我们还收集、监测了以汉江为源水的宗关水厂的源水和自来水的有关水质数据。2东湖水污染对健康危害的生物标识物研究以东湖水源水及其自来水为主要研究对象，以汉江水源水和自来水作为对照，采用大孔树脂吸附污染水中有机物技术，运用Ames致突变试验、小鼠骨髓细胞微核试验以及DNA加合物测定等方法[4-6]，检测水中混合有机物的致突变性。水中非挥发性混合有机物的致突变性及其比活性强度可作为评价水污染对健康危害的标识指标。通过实验研究，我们获得了以下结果：1）不同水文期东湖水中有机物的致突变性东湖源水除枯水期外，各水样均可使测试菌株的MR(致突变率)值2，并呈剂量反应关系。不同水文期水源水中有机致突变比活性强度，由强至弱依次为平水期丰水期枯水期。2）不同水文期自来水中非挥发性有机物致突变性不同水文期水样中有机物均具有致突变性，致突变比活性强度由强至弱依次为平水期枯水期丰水期。3）确定东湖、汉江水源水和自来水中非挥发有机致突变物的类型根据水样对TA98,TA100在加入或不加体外代谢活化系统（S9）的条件下的致突变作用结果[6-7]，可知，东湖源水中的有机致突变物主要为移码型直接致突变物，而自来水中有机致突变物主要为移码型和碱基置换型直接致突变物。4）以东湖为源水的自来水Ames试验结果根据不同年份（1982～2000年）以东湖为源水的自来水MR=2时需水量逐年减少的结果，说明东湖自来水中有机致突变性有逐年增加的趋势。5）水中有机污染物的遗传毒性研究小鼠骨髓嗜多染红细胞（PCE）微核试验是一种简便快速的检测遗传毒性的方法，运用该方法对东湖不同水文期源水和自来水有机提取物的遗传毒性进行了试验，结果表明，三个不同水文期东湖源水及自来水的有机提取物的微核率与阴性对照比较，均有不同程度的升高，且呈剂量反应关系。平水期和丰水期高剂量组的源水和自来水的微核率（11.0‰）高于枯水期（7.0‰），提示这两个时期环境温度适于藻类生长，大量藻类代谢物使水体有机物遗传毒性增加。6）水中有机物-DNA加合物形成的定量分析①体外反应形成的有机物-DNA加合物小牛胸腺DNA和水中有机物经体外反应形成DNA加合物[8-9]，试验结果表明：东湖自来水中有机物可与DNA形成加合物。加合物的RAL值范围为111～201×10-10，即111～201加合物/1010正常核苷酸。说明东湖自来水可使每1010个正常核苷酸中有111～201个形成加合物，从而引起DNA的损伤。②染毒小鼠体内DNA加合物用东湖自来水有机浓缩物染毒小鼠，其肝组织细胞中形成DNA加合物，加合物RAL值范围为56～297×10-10，且存在一定剂量反应关系。3东湖水污染对健康危害的分子流行病学研究1）水污染引起的人群DNA加合物实验研究DNA加合物是化学毒物或其代谢产物与DNA分子特异位点形成的共价结合物，是一种分子水平的暴露标志物[10-13]。DNA加合物检测是肿瘤分子流行病学调查的重要内容之一，为了建立一种简便实用的DNA加合物检测方法，我们首先利用发光分析技术建立了单核苷酸5ˊ端的发光标记和发光检测方法，该方法操作简便实用，灵敏度可达1个加合物/107正常核苷酸，运用本法检测了样品中DNA加合物含量，获得满意结果。为研究人群DNA加合物的正常水平及影响因素和水污染对人群DNA加合物水平的影响，利用我们所建立的发光检测方法测定了234例正常人的外周淋巴细胞DNA加合物水平，并对年龄、抽烟、饮食习惯等进行了分析。结果表明：在正常人群中男性DNA加合物水平略高于女性，但二者之间的差异无显著性意义；正常人群的DNA加合物水平随年龄增加而升高；抽烟人群的DNA加合物水平显著高于非抽烟人群；少量饮酒的人群DNA加合物水平低于不饮酒人群；嗜酒人群的DNA加合物水平高于非饮酒人群，嗜酒人群DNA加合物和少量饮酒人群DNA加合物水平之间的差异有显著性意义。饮食习惯对DNA加合物水平亦有一定的影响，素食为主人群的DNA加合物水平显著低于荤食为主人群的DNA加合物水平；此外常饮茶者的DNA加合物水平显著低于不饮茶者。为控制上述其他因素对DNA加合物水平的影响，本研究采用1：1配比的原则抽样调查，分别测量了125对东湖饮水区和汉江饮水区居民的外周白细胞DNA加合物水平，结果表明：东湖饮水区居民的DNA加合物水平高于汉江饮水区，但二者之间的差异无显著性意义。由于抽烟、饮酒、饮茶及饮食习惯等均对DNA加合物水平有一定的影响，本文采用协方差分析排除这些因素的影响后，东湖饮水区居民的DNA加合物水平显著高于汉江饮水区居民(P0.05)，且在多个年龄段人群中均存在这一现象。东湖饮水区和汉江饮水区同在一个城市，空气污染情况基本一致，且调查对象都经过配比，条件相同，饮水是影响两区居民的一个主要因素。水质状况调查显示，无论是源水还是自来水，历年来东湖的水质都较汉江水质为差。致突变性试验结果同样显示，东湖水的致突变性高于汉江水。因此初步推断饮水是导致两区居民DNA加合物水平差异的重要原因之一。2）东湖饮水区居民恶性肿瘤发病危险性分析本研究以东湖供水区居民和汉江供水区居民为研究对象，分析了两区居民从80年代至90年代的恶性肿瘤死亡情况。统计学研究结果表明：东湖供水区居民恶性肿瘤总死亡率高于汉江供水区居民；东湖供水区居民的男性、女性总癌症死亡率，以及男性肝癌、胃癌、肠癌，女性肠癌死亡率均高于汉江供水区，同时对东湖源水水质状况、致突变实验，以及自来水中致癌物—氯化消毒副产物等进行了分析，结果表明，东湖水质各项指标均明显差于汉江水，东湖水源自来水的致突变性均高于汉江水，东湖自来水中的致癌物亦高于汉江水。因此初步推论：东湖水源供水区居民恶性肿瘤发生与东湖水污染存在着一定的关系。为更进一步研究饮用东湖水源自来水所致恶性肿瘤的危险性，定量分析东湖水污染对人群健康危害的程度。本文就东湖自来水供水区人群癌症死亡情况作了2年的定群研究。结果表明：东湖饮水区居民的恶性肿瘤死亡率高于汉江饮水区居民，东湖饮水区居民的男性、女性总癌症、男性胃癌、肝癌死亡率均显著高于汉江饮水区，两区居民的女性消化道恶性肿瘤死亡率两组之间无显著性差异。饮用东湖水源自来水的居民恶性肿瘤死亡危险性是饮用汉江水源自来水居民的1.5~2.0倍。东湖饮水区居民的恶性肿瘤死亡率增高与东湖的水污染有一定的关系。4水污染对人群健康危害的预警模型研究及肿瘤死亡率预测分析1）建立灰色系统预测模型在以上研究工作的基础上，采用灰色系统分析方法[14-16