警惕化學(xué)污染入侵大腦

早在多年前，我們就已經(jīng)知道，鉛會嚴重損害兒童早期發(fā)育。如今科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，我們孩子們的大腦正在接二連三地受到其他多種常見化學(xué)物質(zhì)的“狂轟濫炸”……

卡洛斯·賈西諾是在美國哈德遜河附近的哈萊姆長大的，像其他孩子一樣，在附近滑旱冰，吃麥當勞，和小朋友一起閑逛。但他當時并不知道，在哈萊姆，30%以上的孩子患有哮喘，是美國哮喘發(fā)病率最高的地方之一。

哈萊姆地區(qū)周圍的空氣質(zhì)量令人們深為擔(dān)憂，但大多數(shù)人都歸咎于1985年建立在沿哈德遜河一側(cè)的一個污水處理場，那里暴露在空氣中的沉降池臭氣熏天。后來在環(huán)保人士的努力下，于1994年在這里建立起了空氣監(jiān)測站。

哈萊姆地區(qū)人們的健康困擾在城市貧困人口中并不少見。除了哮喘之外，這里的孩子肥胖率也很高，也許最令人震驚和擔(dān)憂的，是日益增多的學(xué)習(xí)障礙癥。醫(yī)學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，所有的這些癥狀在某種程度上都與諸多環(huán)境因素有關(guān)，從營養(yǎng)不良到煙草中的尼古丁到工業(yè)化學(xué)物質(zhì)，但令卡洛斯和其他許多人大為震驚的是，化學(xué)污染最大的目標可能不是我們的肺，而是我們的大腦。

觸目驚心的污染現(xiàn)實

在美國，多達六分之一的兒童患有各種神經(jīng)發(fā)育障礙癥，包括自閉癥、語言能力遲緩、注意力缺失過動癥（ADHD）等。據(jù)美國疾病控制和預(yù)防中心估計，僅ADHD這一項就對14%的兒童產(chǎn)生影響。2000年的一份報告指出，需要特殊教育服務(wù)孩子的數(shù)量在過去25年里增加了200%。據(jù)美國國家科學(xué)院國家研究委員會估計，3%的腦部疾病完全是因環(huán)境毒素引起的，另外25%也與環(huán)境因素與遺傳易感性的交互作用有關(guān)。

美國的孕婦和幼兒每天至少要受到三種有可能毒害大腦神經(jīng)的殺蟲劑的污染，主要污染途徑是通過食物和水，還有一些污染則來自家居環(huán)境、草坪等。一些有毒化學(xué)物質(zhì)，如多環(huán)芳烴污染，主要通過汽車排氣，聚溴二苯醚、多溴二苯醚這類化學(xué)阻燃劑的污染，主要通過家中的軟墊飾物和家用電器等。這些化學(xué)物質(zhì)和其他工業(yè)副產(chǎn)品無處不在，無孔不入地進入到我們的身體里。但每個人受化學(xué)物質(zhì)污染毒害的程度不盡相同，我們中的一些人似乎更容易受到化學(xué)物質(zhì)的影響，其可能原因包括遺傳易感性、營養(yǎng)不良、身心壓力和年齡等。

1994年，卡洛斯在完成高中學(xué)業(yè)后，參加了當?shù)氐囊粋€青年環(huán)保組織，開始繪制當?shù)匚廴驹吹貓D，其中包括干洗店和排放汽車尾汽的公交站的位置等。1997年，他加入了西哈萊姆的環(huán)保行動組。如今，他利用一種實時記錄碳黑污染的“黑匣子”——微波爐大小的便攜式黑碳儀——監(jiān)測當?shù)氐目諝猸h(huán)境。每天下午3點污染指數(shù)最高時，卡洛斯就開始收集數(shù)據(jù)，到近傍晚時，污染指數(shù)可達700s以上。在他的想象中，“像丑陋鬼臉般、令我們窒息的黑色污染物在我們的窗戶周圍不斷地盤旋著。”

不過，這種可見的煙霧還不是最嚴重的污染。煙霧污染確實存在，但從上世紀70年代開始，在空氣質(zhì)量管制條例下得到了一定程度的控制，在其后的40年里，《清潔空氣法》從根本上減少了許多煙霧成分，其中一氧化碳排放量下降了82%；二氧化硫下降了76%。

但是得不到有效控制的直徑小于2.5微米的黑碳顆粒物，依然造成全球每年二百萬人過早死亡，并對氣候變化造成嚴重影響。據(jù)最新研究發(fā)現(xiàn)，黑碳是“由人類排放造成空氣污染的第二大因素”。

可吸入顆粒物污染是人類多種疾病頻發(fā)的罪魁禍首，包括心臟病和肺部疾病等，有的甚至導(dǎo)致過早死亡。黑碳被認為是多環(huán)芳烴這類化學(xué)物質(zhì)的“同謀者”，它比多環(huán)芳烴更易測量到，通常與多環(huán)芳烴的存在密切相關(guān)。細小的黑碳顆粒被人體吸入后，會深入肺部，甚至?xí)竭_大腦，在大腦里肆意作亂：改變基因表達，導(dǎo)致發(fā)炎，擾亂神經(jīng)電路等。卡洛斯和其他人不由想到：這些污染物和其他常見的污染物是導(dǎo)致哈萊姆地區(qū)的孩子們神經(jīng)發(fā)育延遲高發(fā)病率的元兇嗎？

“環(huán)境暴露”問題的提出與研究進展

上世紀80年代時，哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)研究中心的弗雷德里卡·佩蕾拉是一位年輕的癌癥研究人員，當時她決定從人類胎盤收集組織樣本，認為它們是最“原始”的、未受環(huán)境污染的組織。“但結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)即使是在不吸煙女性身上獲取的樣本中，也有DNA被污染的痕跡。這讓我對胎兒的環(huán)境污染風(fēng)險感到擔(dān)憂。”她回憶道。

在過去的20年里，癌癥研究人員和其他分子生物學(xué)家花了很多時間研究與基因組相關(guān)的疾病，希望能夠破解疾病的秘密。如今人們已經(jīng)明白，細胞的生存狀態(tài)并不僅僅取決于DNA藍圖，細胞會敏感地與外部產(chǎn)生交互關(guān)系，對基因的開啟或切斷產(chǎn)生影響，有時甚至因環(huán)境、飲食、污染物質(zhì)吸入或通過皮膚接觸等因素產(chǎn)生突變。為了真正理解人類健康與疾病的關(guān)系，科學(xué)家們需要同時對基因組和環(huán)境暴露（exposome）進行研究，“環(huán)境暴露”一詞是2005年美國癌癥流行病學(xué)家克里斯多佛·懷爾德創(chuàng)造的一個新術(shù)語。

佩蕾拉如今已是哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)研究中心主任，是對美國流行病學(xué)數(shù)據(jù)搜集最多的人之一。從1998年底開始，佩蕾拉和她的同事在哈萊姆醫(yī)院等地招募了700多名孕婦開展母嬰研究項目。15年后，當年的嬰兒已進入青少年時期，研究團隊一直在對其中四分之三的參與者隨時間推移的健康狀況進行跟蹤調(diào)查，并保留著他們從母親懷孕到分娩的所有血液和尿液樣本，以供研究人員在出現(xiàn)新問題時回過頭去查詢這些歷史數(shù)據(jù)和資料。

如今人們已經(jīng)知道，很多化學(xué)物質(zhì)可以滲透進入曾經(jīng)被認為神圣不可侵入的胎盤中。這種情況令人擔(dān)憂，這些化學(xué)物質(zhì)的大部分從未進行過對人類健康影響的測試。此外，醫(yī)學(xué)界普遍認為，胎兒時期受到的化學(xué)物質(zhì)污染，會帶來許多疾病風(fēng)險和隱患，如肥胖、癌癥和自閉癥等。

2013年9月，美國婦產(chǎn)科醫(yī)師學(xué)會和美國生殖醫(yī)學(xué)協(xié)會發(fā)表聯(lián)合聲明稱，“過去15年里的科研證據(jù)表明，在懷孕前和懷孕期間暴露于有毒污染物環(huán)境中，有可能對生殖健康產(chǎn)生顯著和持久的影響。”發(fā)育生物學(xué)家認為，胎兒時期身體和大腦細胞的發(fā)育正處于最重要的關(guān)鍵時期，此時細胞的分裂和增殖就好像單行列車，一旦離站，就再也沒有退回重來的機會。

污染對孩子們的影響比實驗室動物更難研究，因為他們接觸到的多種環(huán)境因素都會對實際數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。但通過佩蕾拉和她的研究團隊復(fù)雜而多樣化的調(diào)查研究策略，一切都開始明晰起來。該中心的早期研究發(fā)現(xiàn)，出生時的一些問題，包括體重過輕和頭圍過小以及兒童低智商等，都與母親體內(nèi)高污染物含量相關(guān)，罪魁禍首是多環(huán)芳烴和一種叫做毒死蜱的化學(xué)物質(zhì)，前者是100多種多環(huán)化學(xué)結(jié)構(gòu)式的總稱，是具有致癌、致畸和致突變作用的環(huán)境污染物，并具有明顯的生物累積效應(yīng)；后者是一種有機磷劇毒農(nóng)藥，用于殺死室內(nèi)蟑螂和臭蟲。此外，化學(xué)阻燃劑污染的危害也不可忽視。毒死蜱在早期樣本中的幾乎每一位母親的臍帶中都有發(fā)現(xiàn)，雖然自2001年以來，已在住宅使用中被淘汰，但是一些害蟲驅(qū)除劑仍在使用。這類有害化學(xué)物質(zhì)，還包括一些農(nóng)業(yè)殺蟲劑，它們最終會殘留在食物中，進入我們的身體。

佩蕾拉和她的同事證明，這些有害化學(xué)物質(zhì)會損害細胞的DNA。動物實驗表明，毒死蜱會導(dǎo)致發(fā)育中的腦細胞死亡，誘導(dǎo)老鼠產(chǎn)生行為變化，例如，在子宮內(nèi)或出生后不久給予低劑量農(nóng)藥的老鼠，在走迷宮實驗中的學(xué)習(xí)能力很差。

佩蕾拉和她的團隊不知道這些化學(xué)物質(zhì)會如何改變大腦，他們通過對閱讀能力、運動技能，以及攻擊性、冒險或抑郁等心理標準的定期測試，來研究有害化學(xué)物質(zhì)對兒童成長發(fā)育的影響。

在孩子3歲時，與其他孩子相比，接觸農(nóng)藥最多者，運動技能測試低于平均成績6分，心理發(fā)育測試低3分，產(chǎn)生注意力缺失和多動癥等問題的風(fēng)險也更大。

另有研究表明，多環(huán)芳烴污染導(dǎo)致發(fā)育遲緩風(fēng)險增加近三倍。在孩子7歲時的測試表明，排除吸煙影響和孕產(chǎn)婦智力等因素，孕期曾大量接觸毒死蜱母親生產(chǎn)出的孩子，工作記憶下降2.8%，智商下降1.4%。之后波蘭的一項研究發(fā)現(xiàn)，更高的產(chǎn)前化學(xué)物質(zhì)接觸導(dǎo)致5歲兒童智商平均下降3.8分。這種影響可與上世紀70年代鉛的有害影響相比擬。

如今哈萊姆的兒童已經(jīng)長大，研究團隊想要知道，胎兒期的化學(xué)物質(zhì)接觸累積，是否在其他方面對他們產(chǎn)生不良影響，如學(xué)術(shù)能力、社交能力、焦慮和抑郁，甚至一些自傷行為等。

化學(xué)污染如何入侵和改變大腦

人類對于環(huán)境污染對大腦損害的研究有著悠久的歷史。早在公元前200年，一位希臘醫(yī)生就對鉛的毒性進行了描述。1848年，一位法國醫(yī)生發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致某個嬰兒脾氣暴躁的原因，原來這個嬰兒一直喜歡吸吮一個用鉛做成的士兵玩偶。隨著20世紀商業(yè)和工業(yè)的迅速發(fā)展，類似的兒童受害曝光事件也越來越多。1955年春，一種添加到奶粉中的加了砷的穩(wěn)定劑導(dǎo)致日本12000名受害者產(chǎn)生各種疾病，包括癲癇、智商降低等，大多數(shù)受害者為嬰兒。培養(yǎng)皿中的研究實驗表明，砷抑制細胞生長，影響大腦正常發(fā)育過程。上世紀50年代，也是在日本，一家工廠將汞排入海灣，懷孕期間的母親吃了受污染的魚，最終引發(fā)許多孩子產(chǎn)生嚴重的身體疾病和認知障礙。

上世紀70年代中期，世界各地的研究人員對空氣污染、鉛污染、谷物中含汞防腐劑、魚類的多氯聯(lián)苯污染以及酒精對胎兒和兒童的影響進行研究后發(fā)現(xiàn)，化學(xué)物質(zhì)對孩子的影響比對成年人要大得多。

“因為人類的大腦是如此地復(fù)雜，所以它也是非常脆弱的。”哈佛大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院副教授格蘭迪恩說道，“哪怕只出現(xiàn)一點錯誤，你也不會有第二次機會。”

格蘭迪恩解釋說，受孕后不久大腦就開始形成一小簇細胞。在胎兒生長發(fā)育的高峰期，每分鐘可生成12000個細胞，即每秒200個，這些細胞開始發(fā)送和接收信息，并轉(zhuǎn)移到身體的特定部位。當大腦完全成熟的時候，已有接近1000億個神經(jīng)細胞，它們各有分工，或提供營養(yǎng)物質(zhì)，或清除死亡細胞等。“如果細胞定位或連接形式出現(xiàn)錯誤，會影響人的一生。”

2006年，格蘭迪恩和他的合著者紐約西奈山醫(yī)院的菲利普·蘭德里在《柳葉刀》上發(fā)表文章，確定了201種重金屬、溶劑、殺蟲劑和內(nèi)分泌干擾物質(zhì)對人類大腦的毒性影響，其中至少有100種經(jīng)動物實驗證明對神經(jīng)有毒害作用，但尚未經(jīng)過人體測試。在這201種有害物質(zhì)中，有一半為“高產(chǎn)”化學(xué)物質(zhì)，每年在美國本土制造或通過進口進入美國的數(shù)量達一百萬磅以上。當年格蘭迪恩等證明對胎兒大腦發(fā)育產(chǎn)生毒性的有害物質(zhì)有6種，如今已經(jīng)增加到10種，這個數(shù)字還在繼續(xù)增長中。比較常見的、并經(jīng)常在孕婦血液中被發(fā)現(xiàn)的毒害神經(jīng)系統(tǒng)的化學(xué)物質(zhì)通常有：鉛、甲基汞、包括DDT（上世紀70年代被禁止，但在土壤和水中仍有殘余）在內(nèi)的有機氯殺蟲劑、用于殺滅蟑螂的毒死蜱等有機磷酸脂、多環(huán)芳烴、多溴二苯醚（這種普遍使用的阻燃劑現(xiàn)已被淘汰）、砷、乙醇和甲苯溶劑等。

各種化學(xué)物質(zhì)從多方面對大腦發(fā)育產(chǎn)生毒害影響。例如，甲基汞會令大腦神經(jīng)細胞的分布位置產(chǎn)生混亂；毒死蜱會對膽堿酯酶產(chǎn)生抑制作用，而膽堿酯酶是維持大腦細胞間正常信息溝通的一種重要的酶；高含量的甲基汞會引發(fā)記憶缺陷；鉛會導(dǎo)致注意力缺失；殺蟲劑會損害空間感知能力；黑碳會對注意力和大腦信息處理速度產(chǎn)生影響。

但并不是所有的孩子對這些化學(xué)物質(zhì)的易感性都是一樣的，還會受到如基因、對社會環(huán)境影響心理變化的適應(yīng)能力等的影響，此外還有性別的區(qū)別。例如，男孩比女孩更易受到多環(huán)芳烴的影響，在同等的毒死蜱暴露下，男孩比女孩更易產(chǎn)生工作記憶困難。

許多有害化學(xué)物質(zhì)對貧窮孩子的影響更大，他們通常暴露于更多的鉛和一手煙、二手煙的環(huán)境中，而較富裕人群從飲食中積累的汞更多。城市孩子可能受多環(huán)芳烴和黑碳的影響更大，而農(nóng)村孩子則受到更多殺蟲劑和含砷井水的毒害。

在所有化學(xué)污染物中，溴化阻燃劑可能是最“不分貧富”的。雖然目前美國孕婦體內(nèi)的多溴二苯醚含量在下降，但仍然是世界上最高的。上世紀70年代美國加州可燃性標準的制定，導(dǎo)致多溴二苯醚在美國全國范圍內(nèi)無處不在，從電子產(chǎn)品到家居用品。更糟糕的是，多溴二苯醚分子很易轉(zhuǎn)移，并可在血液和母乳中沉積多年。研究人員通過對克汀病的研究，發(fā)現(xiàn)這種化學(xué)物質(zhì)會影響對大腦發(fā)育等功能至關(guān)重要的甲狀腺激素的產(chǎn)生。

加州大學(xué)伯克利分校的一項研究表明，母親懷孕期間體內(nèi)多溴二苯醚水平較高者，孩子的言語智商平均低6分，精細運動技能測試得分也較低，產(chǎn)生多動癥的風(fēng)險也更高。瑞典毒理學(xué)家佩爾·埃里克森發(fā)現(xiàn)，同時接觸溴二苯醚和汞的實驗動物，比單獨接觸汞的動物對神經(jīng)系統(tǒng)的影響更為明顯。

以科學(xué)手段干預(yù)和阻止污染入侵大腦

令人擔(dān)憂的是，化學(xué)物質(zhì)對兒童神經(jīng)的毒害影響是在潛移默化中悄然發(fā)生的慢性中毒，而不是像出現(xiàn)在醫(yī)院急診室里那樣的急性中毒，往往容易被忽視。大多數(shù)醫(yī)生都沒有經(jīng)過如產(chǎn)前或童年環(huán)境有毒化學(xué)物質(zhì)接觸影響這類相關(guān)知識的訓(xùn)練，如果父母問醫(yī)生，他們往往會說“放心，沒事”，但實際上這種慢性中毒對于孩子的學(xué)習(xí)、心理和行為障礙，甚至一生的幸福健康的影響可能是非常大的。

據(jù)美國紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院的一項估計，僅汞暴露導(dǎo)致每年出生在美國的幾十萬兒童平均智商下降0.59到3.2。“我們需要一個新的監(jiān)管機構(gòu)對各種化學(xué)物質(zhì)進行研究檢測。”自然資源保護委員會（NRDC）高級科學(xué)家、公共衛(wèi)生專家米里亞姆·羅特京-埃爾曼說道。

為了獲得更多數(shù)據(jù)，蘭德里將啟動一個投資2000萬的前瞻性調(diào)查研究計劃，對孩子從子宮到童年進行跟蹤調(diào)查，通過更多的數(shù)據(jù)來揭示環(huán)境暴露與疾病之間的聯(lián)系。

與此同時，佩蕾拉的研究團隊開始建立環(huán)境健康研究的下一個前沿陣地：大腦成像。如今，科學(xué)家已確定有害化學(xué)物質(zhì)接觸與大腦認知障礙有關(guān)，觀察大腦結(jié)構(gòu)本身就很有意義。他們想知道，有害化學(xué)物質(zhì)是否明顯改變了大腦的物理結(jié)構(gòu)？

哥倫比亞大學(xué)流行病學(xué)家維吉尼亞·勞對此持肯定態(tài)度，毒死蜱暴露量最高的5～11歲兒童的大腦成像圖顯示，與語言接受能力和社會認知能力相關(guān)的大腦部分有細微的變形，與注意力和解決問題功能相關(guān)的頂葉皮層和額葉皮質(zhì)也在變薄。

是關(guān)注這個問題的時候了，維吉尼亞·勞說道：“除了如鉛和汞這類金屬之外，公共衛(wèi)生部門沒有真正重視起化學(xué)物質(zhì)對下一代大腦的污染和影響，我們面臨的艱巨任務(wù)是要通過研究，有效地干預(yù)和阻止化學(xué)污染對孩子大腦的損害。”

19%的美國人都住在車流量很大的道路附近，大部分地區(qū)缺乏空氣監(jiān)測設(shè)施。而黑碳污染問題很復(fù)雜，因為它包含了許多污染物質(zhì)。城市和聯(lián)邦官員建議通過使用更清潔的燃料、新的引擎來減少污染物質(zhì)的排放。

佩蕾拉接下來將繼續(xù)對兒童有害化學(xué)物質(zhì)暴露問題進行研究，從多環(huán)芳烴到新的合成除蟲菊酯殺蟲劑。流淌不息的哈德遜河提醒著我們，我們與空氣和水相依相存，空氣和水在滋養(yǎng)著我們，同時也將污染傳送到我們的身體細胞里。

政策和有力的措施帶來了環(huán)境上的一些變化，曾經(jīng)因污染而變得骯臟的哈德遜河，如今比兩代人前要清潔得多。變化也反映在我們的身體上，曾進入家居生活中的毒死蜱被逐步淘汰后，孕婦體內(nèi)有害化學(xué)物質(zhì)水平顯著下降。最近的一項研究數(shù)據(jù)表明，與三年前的測試結(jié)果相比，加州孕婦體內(nèi)溴化阻燃劑水平低了65%。在使用清潔燃料和空氣過濾器之后，紐約市公交車的顆粒物質(zhì)排放降低了97%。

“如果科學(xué)手段運用得好，決策者能采取果斷行動，將會對改善環(huán)境有很大的幫助。”佩蕾拉說道，“好消息是，化學(xué)污染損害兒童大腦的風(fēng)險是可以避免的。”