水環(huán)境病原體污染及其健康風險評價研究

施閩濤　何國富

摘要 水環(huán)境的病原體污染是當今世界危害最嚴重的污染之一。水環(huán)境病原體健康風險評價以風險度作為評價指標，把水環(huán)境病原體污染與人體健康聯系起來，能夠定量描述其危害。對水環(huán)境中的病原體污染狀況進行了研究，分析了病原體對人類健康可能造成的危害，并提出了污染控制方法。

關鍵詞 水環(huán)境；病原體；健康風險評價

中圖分類號 S271 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）05-01482-04

Abstract Water pollution of pathogenic microorganism is one of the major public health problems all over the world. Health risk assessment can evaluate impacts of water quality on human body， which assesses health risk of pathogenic pollution in drinking water represented by hazard index quantitatively. The pathogenic pollution of water environment and health risk were studied and analyzed， several pollution control methods were put forward.

Key words Water environment； Pathogenic； Health risk assessment

飲用水是最重要的水資源，隨著水環(huán)境污染問題日趨嚴重，飲用水水質的安全日益受到人們的關注。確保飲用水水質安全的最終落腳點是充分保障人體健康，水環(huán)境健康風險評價可以定量地描述污染物對人體健康產生危害的風險[1]。病原微生物對水體的污染以及在飲用水中的存在是一個重要的公共衛(wèi)生問題，因此研究水環(huán)境病原體微生物的健康風險評估具有很重要的意義。

1 水環(huán)境病原體微生物

1.1 主要病原體類別 水環(huán)境病原體主要分為三大類：致病細菌、致病病毒、致病原生動物[2]。

致病細菌主要有沙門氏菌、志賀氏菌、霍亂弧菌以及軍團菌等，這些細菌主要引起消化道以及呼吸道的疾病。2004年11月4日，湖南省茶陵縣發(fā)生了一起因為宋內氏志賀氏菌污染飲用水源引起菌痢暴發(fā)的事件，由于宋內氏志賀氏菌污染了一所學校作為飲用水源的一口水井，引起了學校48名學生出現發(fā)燒、頭痛、腹瀉、腹痛等疾病癥狀[3]。

致病病毒主要有肝炎病毒、腸炎病毒、脊髓灰質炎病毒、柯薩奇病毒、輪狀病毒等病毒。消化道致病性病毒也是對人類健康危害較大的水環(huán)境病原體。而且隨著水環(huán)境污染狀況的變化，水體中原有的病毒也可能發(fā)生變化，從而引起新的病毒出現。

致病原生動物主要有隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲。在眾多污染物中原生動物的污染危害性尤為嚴重。“兩蟲”對水源的污染和對人類的危害已被證實，它們是人畜共患的流行性寄生蟲病，具有很強的傳染性。國內于1987年在南京市首先發(fā)現了人體隱孢子蟲病病例，之后浙江、安徽、福建、內蒙古、云南、四川、山東及湖南等省也不斷證實有該病存在[4]。

1.2 水環(huán)境病原體的來源 病原體廣泛存在于環(huán)境之中，幾乎任何水體都含有病原體，其中只有少量的病原體是天然生活在水體中，大部分的病原體來源于人畜糞便、垃圾、醫(yī)院污水和生活污水等。病原體進入環(huán)境水體后，污染河流、湖泊以及地下水等水源，而且有研究表明，常用的水處理技術并不能完全去除原水中的病原體[5]。水環(huán)境病原體眾多污染源中糞便污染是最主要來源之一。2000年5月，加拿大安大略省Walkerton地區(qū)經歷了加拿大最大的水源性疾病的暴發(fā)，導致了2 300例腸胃炎病例和7人死亡，其原因就是糞便污染了當地的供水系統(tǒng)[6]。

1.2.1 畜禽養(yǎng)殖來源。畜禽動物的飼養(yǎng)和生產是病原微生物的主要來源。畜禽糞便不僅包括動物排泄的糞、尿，還包括墊料、鼻、喉、陰道、乳腺分泌物、血漬、脫落的皮、毛、胎盤等[7]。近年來，不斷有因為畜禽糞便污染所引起的人畜共患病感染與傳播事件的產生，已引起人們對畜禽糞便病原微生物污染的重視。據研究報道，畜禽糞便廢棄物中含有150多種人畜共患病的潛在致病源[8]。平均每毫升畜牧場所排放的糞便污水中含33萬大腸桿菌和66萬腸球菌，蛔蟲卵和毛首線蟲卵分別高達193個和106個[9]。

畜禽糞便污染一直是農村水源地所面臨的一個大問題，而且排放量非常大。對上海市嘉定區(qū)婁塘河水源地的調研發(fā)現，水源保護范圍內一共有31家畜禽養(yǎng)殖場，其中只有一家養(yǎng)殖場對產生的糞便進行無害化處理，其他的全部都是就近直接排放進入環(huán)境水體。而這些養(yǎng)殖場很多都是沿河而建，所有糞便都是直接排放入水源河中。

隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化的發(fā)展，各種畜禽疾病的發(fā)生比較頻繁，醫(yī)療用藥也越來越多，這也造成畜禽糞便中的病原體的耐藥性越來越強。葉小梅等進行的一項畜禽養(yǎng)殖場排放物病原微生物危險性研究發(fā)現，多數畜禽養(yǎng)殖場都是直接排放糞便。這些糞便中的糞大腸菌群數達到104～106 cfu/ml，都超出國家排放標準1 000多倍[9]。通過對照試驗發(fā)現，施用糞肥的菜園土的抗性細菌數量比沒有施用糞肥的菜園土高1～2個數量級，這說明糞便中不僅存在大量病原微生物，同時這些病原體都具有多重抗藥性能長時間存活。

1.2.2 人類糞便污染。人類糞便中也存在很多病原體，在一些地區(qū)，廁所設施非常簡陋，基本沒有處理設施，這些簡易廁所雨天就會糞水橫流，隨水排入河流，污染水源。

另一方面，不論畜禽糞便還是人類糞便，作為有機肥料未經處理直接施用于農田、菜園，其所攜帶的病原體能夠存活很長時間，甚至繼續(xù)繁殖，最終隨水進入水體，同時可能直接污染農作物，成為污染農村環(huán)境最主要的污染源[10]，其引起疾病的傳播途徑見圖1。人類糞便污染情況在嘉定區(qū)婁塘河水源地調研中也有發(fā)現，婁塘河沿河存在不少的簡易廁所，并且水源河流沿岸農田有很多露天糞便儲存設施，農民都是直接取用施肥。同時沿岸存在很多農田排水口直接向河中排放廢水，這些都是水源存在病原體污染的威脅。

2 水環(huán)境病原體健康風險評價

目前主要的水環(huán)境病原體健康風險評價主要采用美國國家科學院（NSA）提出的風險評價方法（危害鑒別、暴露評價、劑量反應分析和風險表征）與微生物感染特性結合的四步法[11]。

2.1 健康風險評價基本理論 危害鑒別的目的是找出飲用水中存在的病原體及其對飲用人群產生的健康效應，確定需要進行健康風險評價的病原體類別。目前對于病原體種類及其危害都已經進行了很多研究，特別是對于危害嚴重的“兩蟲”。

暴露評價包括測定飲用水中病原體的濃度，確定飲用人群的范圍、性別、年齡結構和活動特性，估計人群的飲水率、飲水持續(xù)時間等，然后依據上述信息計算飲用人群的暴露劑量。

劑量效應關系是毒理學中確定有毒有害物質毒性類型和大小的最重要的一種關系，其評價根據污染物危害性質的不同而不同。

風險表征是定量風險評價的最后步驟，目的是把上述定性、定量的評價綜合起來，分析判斷飲用水水質導致飲水人群發(fā)生有害效應的可能性，并對其可信程度和不確定性加以闡述，為飲用水管理機構的決策提供科學依據。

2.2 我國水環(huán)境健康風險評價發(fā)展 從20世紀80年代開始，我國開始開展環(huán)境健康風險評價。之后有很多研究人員開展河流、湖泊等水環(huán)境健康風險評價研究，主要集中研究重金屬、化學污染物和有機農藥等方面[12-14]，而有關病原體方面的健康風險評價的研究比較少，仇付國等對西安市北石橋污水凈化中心二級處理出水和常規(guī)再生工藝處理后的回用水進行研究，通過檢測糞大腸菌群并利用糞大腸菌群和腸道病毒比例關系，對再生水用于綠化、農田灌溉、景觀娛樂用途時腸道病毒的感染風險進行了評價[15]。

盡管我國對于水環(huán)境風險評價取得了大少成果，但水環(huán)境風險評價還仍然算是新興科學，且對于水環(huán)境病原體的健康風險評價方面的研究較少。另外，在水環(huán)境病原體的檢測和暴露參數等多方面的研究還有不足。

2.2.1 水環(huán)境病原體檢測。水環(huán)境中的病原體基本上都是通過指示物來檢測，例如水體糞便污染就是通過將大腸菌群和糞大腸菌群作為指示物來檢測的。但是指示微生物與病原體之間的相關性還不明確，而且其對病原體的數量還無法準確表征，所以用指示微生物檢測結果來進行健康風險評價，具有很高的不確定性[16]。其他的一些檢測技術還包括形態(tài)觀察法[17]和免疫熒光試驗（IFA）[18]、酶聯免疫吸附試驗（ELISA）[19]、膠體金免疫層析技術[20]和PCR及其相關技術。

免疫熒光試驗（IFA）分為直接法和間接法兩種。直接法是在需檢測樣品上直接滴加已知特異性熒光標記的抗血清，經洗滌后在熒光顯微鏡下觀察結果。間接法是在樣品上滴加特異性抗體，然后洗滌，再加入熒光標記的第二抗體。免疫熒光試驗要求樣品中的病原體有足夠高的濃度，還需要進一步提高靈敏度才能用于環(huán)境樣品的檢測。

酶聯免疫吸附試驗（ELISA）用酶標記抗原或抗體，抗原與抗體結合后加入底物出現顯色反應，主要是用于檢測抗體。隨著抗體制備技術的進一步完善，尤其是單克隆抗體的制備成功，凝集試驗的特異性明顯提高。此外，還有一些新型的ELISA方法，采用聚酯布、磁性粒子、氧化欽膜等特殊材料制成的固相載體來結合抗體進行檢測，不僅能夠與濃縮富集過程順利銜接，而且靈敏度大大提高。

膠體金免疫層析技術以膠體金作為示蹤標志物或顯色劑，應用于抗原抗體反應，是一種固相標記免疫測定技術，其優(yōu)點在于簡單快速、特異敏感，特別適合于在那些不具備大型檢測設備的單位或者大規(guī)模普查時使用，目前已經廣泛應用于臨床診斷。

PCR技術是一種基于DNA復制原理的在體外進行特異性DNA序列擴增的方法。PCR技術的出現解決了生物細胞本身核酸量微少，克隆及繁殖原核生物的方法操作繁瑣且耗費昂貴的限制。劉永軍等建立了腸道病原菌通用引物PCR檢測方法，并用于西安市區(qū)不同地表水樣的檢測，效果良好[21]。PCR技術自發(fā)明以來多次被用于腸道病原菌的檢測。然而，在水環(huán)境領域方面的研究還非常有限，同時由于水環(huán)境樣品的特殊性，應用快速準確的PCR技術進行水環(huán)境病原體檢測還有一些局限。

檢測方法直接關系到檢測結果的有效性，關系到基本數據的完整，直接影響我國水環(huán)境病原體健康風險評價的發(fā)展。由于病原體種類繁多，常規(guī)方法不能檢測完全，所以一套快速有效的檢測方法體系是開展水環(huán)境病原體檢測的必需條件。這對于其健康風險評價具有重要意義。

2.2.2 暴露參數研究。目前很多健康風險評價研究主要集中在暴露評估上，其中包括水體中病原體的類型，人類與各種病原體的接觸情況（攝入量、暴露時間、暴露頻率等）。Gerba等根據人們使用飲用水和回用水的情況，對輪狀病毒對公眾造成的健康風險作出了評價，其中包括不同人群的暴露情況[22]。Ottoson等模擬了直接接觸、運動場灌溉以及地下水填充等不同的暴露情景，評價了瑞典斯德哥爾摩北部Vibyasen分散處理的灰水中病原體的健康風險[23]。在這些評價中，人類主觀行為是決定人類暴露于水環(huán)境病原體會產生的健康風險的主要因素之一，這也就是暴露參數。

暴露參數是決定人體對環(huán)境污染物的暴露劑量和健康風險的關鍵性參數。在環(huán)境介質污染物濃度準確定量的情況下，暴露參數值的選取越接近于評價目標人群的實際暴露狀況，則暴露劑量的評價越準確，相應的健康風險評價的結果也越準確[24]。我國的研究人員進行人體暴露和健康風險研究還比較少，主要參考國外資料，但是由于人種、人體特征和生活習慣等多方面的差異，直接引用國外數據會造成我國環(huán)境健康風險評價結果的較大誤差。向明燈等采用了問卷調查方式對太湖水源地附近居民相關暴露參數進行研究[25]，楊彥等對浙江溫嶺地區(qū)人群也進行了暴露參數相關研究[26]。研究結果發(fā)現，與美、日相關暴露參數手冊推薦值之間有較大差距，同等條件下參考美國數值會造成較大偏差。而且兩項研究之間關于飲食、飲食暴露參數等數據之間也具有較大偏差。

3 水環(huán)境病原體污染控制

3.1 加強水源地保護 嚴格遵循《中華人民共和國水污染防治法》、《飲用水源地水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》以及各地方飲用水水源保護條例，對水源地開展一系列相關的環(huán)境管理以及改善的對策、措施。完善水源地相關基礎設施，同時大力宣傳環(huán)保意識 ，普及環(huán)保知識，提高水源地區(qū)域居民的環(huán)境意識，從源頭減少水環(huán)境病原體污染。

實施農村改廁，使用衛(wèi)生廁所是減少糞便污染的有效措施，其不僅能夠減少直接向水環(huán)境中排放的糞便，還能減少農田的有機污染，又能大大改善當地的環(huán)境衛(wèi)生狀況，減少病原體的生存空間。

3.2 完善水環(huán)境健康風險評價 基于健康風險分析的飲用水水質評價能夠為政府在飲用水安全領域的管理提供更深入的科學依據。故應該在進行常規(guī)水質評價的基礎上，完善水環(huán)境健康風險評價，緊跟國外發(fā)展趨勢，并結合我國環(huán)境和健康的實際情況，大力推動水環(huán)境健康風險評價在飲用水管理工作中的應用，開展暴露參數大規(guī)模調查和研究，建立適合我國的評價技術和方法體系。

3.3 控制畜禽養(yǎng)殖污染 遷移或關閉水源地的養(yǎng)殖場，轉變粗放式養(yǎng)殖模式，同時對所有養(yǎng)殖場都要求科學處理畜禽糞尿，避免病原菌通過糞尿擴散和傳播。對糞便的處理一般可采取堆肥的措施減少病原體污染，堆肥程序可參照《城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術規(guī)程》（CJJ/T52-93），并要求糞便露天堆肥必須保持55 ℃以上高溫15 d，而對于封閉堆肥則需要55 ℃以上高溫保持3 d。同時糞便堆肥及其產物必須符合法定標準才能用于農田。

在畜禽病原體耐藥性方面，要引導養(yǎng)殖場科學防疫，進一步完善畜禽傳染病防疫體系，確保準確且快速地檢測和診斷，從而使可能的重大疫情減少并安全地使用獸藥。運用科學消毒防病法，強化全覆蓋式帶畜禽噴霧消毒技術在防病中的應用。同時加強疫病凈化技術的應用和抗病育種。而在養(yǎng)殖密度上不能一味追求數量，應適當降低密度，保持畜舍良好的通風環(huán)境。以上措施不僅能降低進入水環(huán)境中的病原體的耐藥性，還能根本減少病原體污染。

4 結論

目前我國水環(huán)境污染非常突出，農村集中和分散給水以及不少城市的自來水供應都存在病原體超標的情況，病原體安全健康問題也受到廣泛關注。普通的水質監(jiān)測已經不能滿足水源病原體污染的評價，進一步深入研究水環(huán)境中病原體的來源分布，存活狀況以及檢測技術，完善水環(huán)境病原體健康風險評價對于預防病原體感染，保護人體健康具有重要意義。

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