飲用水中消毒副產物鹵代乙醛毒性研究進展

飲用水處理中引入消毒減少了水載細菌的含量。然而，消毒劑會與水中的天然有機物及人類排放的污染物發生反應生成消毒副產物（DBPs）。近些年飲用水中消毒副產物鹵代乙醛（HALs）得到廣泛關注。在當前已經識別的DBPs中，HALs的含量僅次于三鹵甲烷和鹵乙酸處于第三。研究結果表明HALs普遍具有毒性。HAL對中國倉鼠卵巢細胞毒性和基因毒性的排列順序分別為三溴乙醛（TBAL）≈氯乙醛（CAL） > 二溴乙醛（DBAL）≈一溴一氯乙醛（BCAL） ≈二溴一氯乙醛（DBCAL） > 碘乙醛（IAL）>溴乙醛（BAL）≈一溴二氯乙醛（BDCAL） > 二氯乙醛（DCAL） > 三氯乙醛（TCAL）和DBAL > CAL≈DBCAL > TBAL≈BAL > BDCAL > BCAL≈DCAL > IAL。TCAL不具有基因毒性。相較于其他DBPs，HALs具有較高的細胞毒性。

飲用水消毒對保護公共衛生安全做出了杰出的貢獻。然而在進行消毒的同時產生了與當初意愿相違背的效果，化學消毒劑同時會與水中的天然有機物、溴離子和碘離子發生反應生成消毒副產物。為了滿足由于人口增長相伴隨而來的用水增長的需求，水廠開始探索采用受農業徑流和污廢水出水影響的水源水，消毒劑與這些水源水中的有機污染物反應也會生成DBPs，并且這一領域研究的趨勢正在逐漸上升。1974年，Rook在氯化腐植酸過程中識別出氯仿，并將其定義為DBPs。此后，越來越多的研究人員開始致力于研究DBPs的水中濃度、檢測方式、生成機制、控制技術和毒性。時至今日，超過800種DBPs已經被識別出來。之前的相關研究和報道表明幾乎所有的DBPs具有細胞毒性、基因毒性、致畸變性、致癌性。流行病學研究已經論證了DBPs與逐漸升高的膀胱癌和結腸癌風險之間的關系。此外，相關研究表明DBPs會增加包含自然流產、胎兒低出生重量、小于孕齡、死胎、早產在內的不良妊娠反應的風險。

鹵乙醛（HALs）是一類重要的新興（不受監管）的DBPs。美國消毒副產物國家研究報告指出，HALs的含量僅次于三鹵甲烷（THMs）和鹵乙酸（HAAs）處于第三。現在飲用水中已經識別出來的HALs有10種（如圖1所示），包括氯乙醛（CAL）、二氯乙醛（DCAL）、三氯乙醛（TCAL）、溴乙醛（BAL）、二溴乙醛（DBAL）、三溴乙醛（TBAL）、一溴一氯乙醛（BCAL）、一溴二氯乙醛（BDCAL）、二溴一氯乙醛（DBCAL）和碘乙醛（IAL）（Jeong et al.， 2015）。DCAL的含量較為豐富，最大濃度可達16 μg/L。TCAL在飲用水中通常以水合氯醛的形式存在。在加拿大一個經過臭氧和氯消毒的給水管網系統中TCAL的濃度高達263 μg/L。當這些包含有HALs的飲用水與人類以多種方式（烹飪、洗浴和游泳）接觸時，會對人體產生慢性細胞毒性、基因毒性和致癌作用。本文將對國內外HALs毒性研究進行綜述。

HALs毒性（細胞毒性、基因毒性、致癌性）

細胞毒性。Jeong等通過測定72小時（0-3個細胞周期）接觸時間不同濃度的HAL與中國倉鼠卵巢細胞密度的衰減量的關系來確定各種HALs的慢性細胞毒性，得出每一個HAL的不同濃度—細胞密度衰減響應曲線，并且對每條曲線做線性回歸擬合分析。最后計算出每種HAL的LC50值，這里的LC50代表相對于空白實驗導致細胞密度降低50 %的HAL濃度值。CAL、DCAL、TCAL、BAL、DBAL、TBAL、BCAL、BDCAL、DBCAL和IAL的LC50濃度值分別別為3.51、29.25、1163、17.28、4.7、3.58、5.34、20.35、5.15和6.00 μM，而產生慢性細胞毒性的最小濃度分別為0.5、8、375、8、2、2、2.5、10、4和6 μM。對所有細胞毒性指數值做兩兩方差分析測試可以得出各種HAL的細胞毒性的遞減順序：TBAL≈CAL> DBAL≈BCAL≈DBCAL > IAL > BAL≈BDCAL > DCAL>TCAL。Jeong等人比較了HALs和其他種類的DBPs的細胞毒性之間的關系。結果表明在這幾種DBP中，HALs的細胞毒性僅次于鹵乙酰胺（HAMs）位于第二位，高于THMs、HAAs、鹵乙腈（HANs）、鹵代硝基甲烷（HNMs）。

Sood和O'Brien在分子層面上的研究表明CAL主要通過可逆硫醇蛋白加合物的形成、線粒體毒性和脂質過氧化作用對大鼠肝細胞產生毒性。Benesic等人的研究揭示出CAL在人體腎近端小管細胞通過阻礙細胞內Na+和Ca2+的交換從而引發慢性異環磷酰胺腎毒性。

基因毒性。Jeong等通過單細胞凝膠電泳實驗測量中國倉鼠卵巢單細胞核中染色體組的DNA損傷情況確定各種HAL的基因毒性。通過測量從微核遷移到凝膠里的DNA尾值來衡量由各種HAL所導致的染色體組DNA損傷情況。隨后通過線性回歸分析擬合曲線并計算出產生DNA尾值為50%的HAL濃度值。CAL、DCAL、BAL、DBAL、TBAL、BCAL、BDCAL、DBCAL和IAL在DNA尾值為50%時的濃度分別142.8、795、381.2、111.3、340.3、621.4、470.4、143.7和1009 μM，而產生基因毒性的最小濃度分別為100、800、200、50、100、500、300、100和900 μM。TCAL在單細胞凝膠電泳實驗中DNA尾值和空白樣基本一致，即TCAL對中國倉鼠卵巢細胞幾乎不具有基因毒性。對所有基因毒性指數值做兩兩方差分析測試可以得出各種HAL的基因毒性的遞減順序：DBAL > CAL≈DBCAL > TBAL≈BAL > BDCAL > BCAL≈DCAL > IAL。和HAAs、HANs、HNMs、HAMs相比，HALs具有相對較低的基因毒性。

致癌性。研究表明TCAL和CAL可以在嚙齒類動物的肝臟中產生出腫瘤細胞。2000年，隨著對TCAL致癌性研究的深入，IRIS總結了TCAL的致癌性并將其列為C級（在1986年的癌癥綱要里TCAL為可能對人類有致癌性）。

結論與展望

盡管上述一系列的研究對于HALs的毒性已經有了較深入的探索，但對于Cl-HALs、Br-HALs和I-HALs復雜組合的毒性至今沒有一個定量化、相對的數據庫。10種HALs的細胞毒性和基因毒性并不是絕對線性相關的（r=0.36，P=0.308）。相對于其他種類的DBP（THMs、HAAs、HAMs），HALs并不具有通常鹵素對DBPs毒性影響的規律（I-DBPs > Br-DBPs > Cl-DBPs）。這些都需要進一步的研究來探明HALs毒性的本質。此外，關于HALs致癌性方面的影響結果還需要大量的研究來支撐。