科學家努力確定飲用水中全氟化碳的風險水平

位於新罕布什爾州朴茨茅斯市修剪整齊的郊區景觀中的皮斯國際貿易港辦公園區，擁有250家公司、一個高爾夫球場和兩家日託中心。每天有近1萬人來這裡工作。但在地下卻隱藏著一份有毒的遺產。直到1988年，這裡還是美國空軍基地，消防隊在日常訓練演習中，會在一塊田地上點燃舊飛機，然後用化學泡沫撲滅火焰。當時，泡沫滲入土壤似乎無關緊要。但這汙染了皮斯工人及其子女飲用了幾十年的地下水。

三年前，科學家在皮斯的飲用水中取樣，檢測到全氟化合物，即全氟化碳——泡沫中的化合物，可以撲滅燃料火災。其濃度高達美國環境保護署認為可以安全飲用的水平的35倍。全氟化碳已經在數百種產品中使用了幾十年，現在已廣泛分散在地球周圍的土壤和地下水中。實際上，工業界中的每個人都從飲用水或食用農作物、肉類和魚類中攝入了一些顆粒。更令人擔憂的是，這些化學物質會在當地環境中大量積聚，這些環境是它們的生產地或用於製造產品的場所。生活在這些熱點地區的人們，其體內的濃度可能遠高於平均水平。

熱點地區的數量正在上升。2016年5月，美國環保署引用新出現的證據，表明這些化合物對子宮內發育的兒童和哺乳期嬰兒尤其有毒，將飲用水中全氟化碳的健康諮詢水平降至新低：70萬億分之一，或略多於半茶匙在20個奧運會大小的游泳池中。此後，超過二十幾個州的社群報告稱，全氟化碳超出了新的閾值。隨著所有這些關注，更多的城鎮正在調查並發現他們存在問題。

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這些發現加劇了人們的擔憂，即美國國家的飲用水在許多地方已經受到鉛和其他化學物質的威脅，但沒有得到充分的保護。全氟化碳日益受到關注，因為它們仍在被廣泛發現，而且從飲用水中攝入的量會增加來自其他來源（如食品和消費品）的累積暴露量。在2013年至2015年期間，美國環保署調查了全國範圍內為超過1萬人口供水的每個自來水公司，以及為較少人口供水的800個供水系統的樣本。共有66個自來水公司為600萬美國人供水，至少有一次檢測到其水中的全氟化碳水平超過了美國環保署的新閾值。

許多州正在採取行動。去年夏天，衛生官員建議阿拉巴馬州北部10萬居民在臨時供水上線之前避免飲用受全氟化碳汙染的自來水。在賓夕法尼亞州的巴克斯縣和蒙哥馬利縣，截至10月份，官員們已經關閉了22個公共飲用水井和150個私人飲用水井，為10萬人供水。在俄亥俄州和西弗吉尼亞州，3500人起訴了主要的全氟化碳製造商杜邦公司，聲稱該公司位於兩國共同邊界的華盛頓工廠排放的物質導致癌症和其他疾病的發病率上升。一年多以前，州政府官員告訴紐約州胡西克瀑布鎮的居民不要飲用自來水，但尚未完全解決這個問題。“我們認為，就受全氟化碳影響的社群數量而言，我們僅僅觸及了表面，”華盛頓特區環境工作組的高階科學家大衛·安德魯斯說。“我們預計這個數字非常龐大。”

血液中高水平的全氟化碳會引發對健康的擔憂，不僅是癌症，還包括免疫系統抑制和生殖問題。但特定水平究竟如何影響人類健康尚不清楚，這引發了關於人們可以安全攝入多少量的激烈爭論。

堅不可摧的分子

全氟化碳在20世紀40年代由明尼蘇達礦業與製造公司（現為3M公司）商業開發，並在幾十年內大量生產。全氟化碳分子看起來像拉鍊，由碳原子骨架與氟原子交織而成，形成耐用且堅不可摧的薄膜。當作為塗層應用時，例如在雨衣、地毯甚至計算機微晶片上，堅硬但光滑的薄膜有助於水、油和汙垢滑落。它們也被用作製造助劑，用於製造烹飪和食品儲存產品，如不粘鍋、披薩盒襯裡和爆米花袋。這些化學物質使其他塗層（如特氟龍）能夠均勻地鋪展在與食物接觸的表面上。公司試圖在塗層應用後去除全氟化碳，但研究對去除過程是否成功存在分歧，這意味著全氟化碳可能仍然留在不粘鍋的塗層中，並在家用爐灶上加熱時釋放出來。

隨著時間的推移，許多公司製造和使用了這些化學物質。今天，世界市場上仍然存在3000多種。但使全氟化碳基塗層對工業如此有用的結構穩定性，也對健康和環境產生了不利影響。碳-氟鍵——完全是非天然的——不容易被微生物消化，不會被太陽分解，也不會在土壤、植物或人類或動物體內代謝成其他任何物質。有史以來製造的大多數全氟化碳分子仍然滯留在地球上的某個地方。科學家已經在北極熊、鯨魚、魚類和最終出現在美國家庭餐桌上的農產品中檢測到了全氟化碳。“環境中沒有任何東西可以降解它們，”瑞典斯德哥爾摩大學的化學家和教授伊恩·庫辛斯說。“全氟化碳只能被稀釋和分散。”

多年來，全氟化碳的生產主要由碳原子骨架為8個或更長的長鏈化合物主導。兩種最廣泛製造的化合物是全氟辛酸（PFOA），也稱為C8，曾用於製造特氟龍和戈爾特斯，以及全氟辛烷磺酸（PFOS），以前是蘇格蘭防水噴霧和許多消防泡沫的關鍵成分。與在脂肪組織中積聚的其他廣泛存在的化學汙染物（如二噁英或滴滴涕）不同，全氟化碳在血液中積聚，然後透過尿液排出體外。但長鏈全氟化碳在腎臟中被重新吸收，使其在血液中迴圈多年。

這就是為什麼，到21世紀初，美國、歐洲和日本的大多數主要全氟化碳製造商都加入了美國環保署協調的努力，自願逐步淘汰長鏈全氟化碳的生產；95%的目標是在2010年之前淘汰，其餘的在2015年之前淘汰。當然，仍然在家庭中存在的舊產品可能含有這些化學物質。一些未參加自願計劃的公司繼續生產或進口和使用長鏈全氟化碳。中國公司每年仍生產多達500噸的全氟辛酸和全氟辛烷磺酸。已經停止使用長鏈分子的公司已經採用了替代品，包括可以衝出體外的短鏈全氟化碳。由於短鏈全氟化碳不會在血液中停留，因此可以說對人類的危害較小，但它們會在環境中持久存在。2015年5月，200多名科學家簽署了一份名為《馬德里宣告》的警告，告誡公眾對市場上現有的短鏈全氟化碳的化學結構、性質、用途或生物效應知之甚少，這些短鏈全氟化碳被用於製造經過處理的室內裝飾品和其他產品。

庫辛斯說，在自願逐步淘汰長鏈全氟化碳之前，食品包裝和經過處理的織物是全氟辛烷磺酸和全氟辛酸的主要暴露來源。現在，公眾的大部分暴露來自受全氟化碳汙染的魚類或農產品。隨著商業來源的減少，血液中的含量也相應下降。1999年，當美國疾病控制和預防中心首次開始調查時，美國人血液中的全氟辛酸含量平均略高於每毫升5納克（ng/mL）。根據美國疾病控制和預防中心最近釋出的2012年資料，這些水平已減少一半以上。在美國同一時期，血液中全氟辛烷磺酸的平均水平下降幅度更大，從30 ng/mL降至略高於6 ng/mL。

然而，對於生活在全氟化碳汙染飲用水熱點地區日益增多的人們來說，這些平均值幾乎沒有任何安慰。那裡血液中的水平可能會飆升至超出圖表。今年6月，新罕布什爾州官員報告了皮斯一項研究的結果，該研究表明，接受檢測的近1600人——其中四分之一是在現場日託中心上學的兒童——的平均全氟化碳水平遠高於當前的全國平均水平。在西弗吉尼亞州伍德縣杜邦化工廠附近居住的人們體內，測量到了異常高的血液水平。當地7萬居民的全氟辛酸平均水平為28 ng/mL，但一半的人的水平為82 ng/mL或更高，“而暴露程度最高的人的全氟辛酸水平高於1000 ng/mL，”埃默裡大學羅林斯公共衛生學院的流行病學家和教授凱爾·斯蒂恩蘭德說。最有可能的是，美國有成千上萬的居民生活在軍事設施、化工廠和廢水處理廠附近的全氟化碳熱點地區，更不用說國外還有數百萬居民了。

有毒的不確定性

確定這些水平是否危險是很棘手的。“總是有人問我，‘全氟化碳會對我有什麼影響？’”亞特蘭大美國疾病控制和預防中心國家環境健康中心主任帕特里克·佈雷斯說。“但沒有簡單的答案。我們衡量它們的能力超過了我們解釋它們對人體作用的能力。”

不確定性的原因之一是全氟化碳毒性的資料非常分散。全氟化碳會在動物身上引起無數種影響，但不同物種對這些化學物質的毒性敏感性也各不相同。某些水平會對某些物種造成傷害，但對其他物種則不會。同樣，關於人類的證據也因研究而異。有些研究顯示了危害，而另一些研究則沒有，“這使得它非常不一致，”新罕布什爾州衛生與公共服務部州流行病學家本傑明·陳說。“人們想將自己的血液水平與特定人體研究中引起影響的水平進行比較，但每項研究本身的質量都不是很高，”他說。“我們需要從整體上看文獻中的證據權重，以衡量科學對全氟化碳健康影響的說法，但這很快就會變得令人困惑。”

科學家至少從2000年起就知道，全氟化碳會在暴露的大鼠身上引起肝癌、睪丸癌和胰腺癌，儘管這些癌症不會出現在猴子身上。在不同種類的動物中，已經記錄到肝臟腫大、免疫系統抑制、神經系統變化、肥胖和乳腺發育延遲。美國環保署將其新的健康諮詢意見建立在以下證據之上：暴露於全氟化碳的母親所生的幼鼠容易出現出生體重偏低、骨骼問題和青春期加速。

研究人員可以在實驗室的受控條件下向動物餵食全氟化碳，但他們不能對人這樣做。相反，他們必須進行流行病學研究，這意味著試圖確定暴露水平較高的社群是否也具有較高的疾病發病率。流行病學還需要研究人員應對潛在的複雜因素——吸菸、不良飲食、其他化學物質暴露——這些因素可能會掩蓋任何全氟化碳的影響。斯蒂恩蘭德說，最好的機會來自於研究大量高暴露人群，在這些人群中，某些疾病（如癌症）的發生頻率的變化更容易被檢測到。一個例子是西弗吉尼亞州杜邦化工廠附近的居民，該工廠向俄亥俄河排放全氟辛酸超過50年，並汙染了周圍數英里的地下水，汙染水平達到百萬分之三千或更高。

根據2004年針對該公司提起的集體訴訟的和解條款，杜邦公司同意資助一項3500萬美元的調查，以調查潛在的健康後果。隨後的C8科學小組招募了6.9萬名當地居民，最終揭示了飲用水中全氟辛酸暴露與六種不同疾病之間的“可能聯絡”：腎癌和睪丸癌、潰瘍性結腸炎、甲狀腺疾病、高膽固醇血癥和妊娠期高血壓。

共同指導這項研究的斯蒂恩蘭德說，全氟辛酸暴露與這些疾病相關的機率大於50–50。“但這遠不能說明全氟辛酸實際上導致了這些疾病中的任何一種，”他補充道。“我們的資料相當有力，但一項大型研究並非最終結論。我們需要在其他人群中建立聯絡，以得出更令人信服的結論。”

可能還需要進行更多研究，以確定即使是兒童發育中免疫系統的低暴露量也會產生的有害影響。當兒童接種旨在對抗麻疹等疾病的疫苗時，身體會透過產生抗體來做出反應——抗體是學會識別病原體的步兵。如果孩子後來感染了實際的病原體，他或她的免疫系統已經準備好對抗它，並且可以迅速建立反擊。有證據表明，全氟化碳可能會阻礙身體對疫苗的反應，從而降低疫苗的有效性。2012年，哈佛大學的科學家在一項備受矚目的研究中報告稱，白喉和破傷風疫苗動員的抗體水平隨著全氟化碳暴露量的增加而穩步下降。他們在法羅群島進行了這項研究，那裡的人口從包括鯨魚肉在內的海洋飲食中獲取大部分全氟化碳。兒童和孕婦的全氟化碳水平與美國普通人群相似。領導這項研究的哈佛大學陳曾熙公共衛生學院教授菲利普·格蘭讓說，這表明這些水平可能會使年輕人更難抵抗傳染病。

美國國立衛生研究院健康評估和轉化辦公室代理主任安德魯·魯尼說，對小鼠的研究表明，情況也是如此：全氟辛酸和全氟辛烷磺酸都會抑制動物體內的抗體。“我們說的是蘋果對蘋果，”他說。“我們在動物和人類身上都看到了類似的免疫效應，這一事實增加了對結果的信心。我們預計，體內全氟化碳含量較高的人對抗疫苗的反應會較弱。”

儘管如此，到目前為止，關於抗體抑制的動物證據僅限於小鼠；大鼠和猴子在服用全氟化碳時都沒有經歷這種影響。C8研究的科學家在俄亥俄州和西弗吉尼亞州的高暴露社群中尋找抗體抑制的證據，發現針對評估的三種流感病毒株之一的抗體水平略有抑制，但他們無法檢測到人群中感冒或流感增加的任何證據。倫敦衛生與熱帶醫學院的流行病學家和C8研究的聯合主任託尼·弗萊徹說，尚不清楚為什麼C8和格蘭讓的研究會產生如此不同的結果。“當暴露水平較高時，您會期望有更大的反應，”他說。

流行病學是一個緩慢的過程。斯蒂恩蘭德說，來自世界各地其他研究的結果正在慢慢湧現，這將有助於澄清問題。但試圖設定暴露水平的衛生官員只能使用他們擁有的資料，而且他們經常對解釋意見不一致。例如，新澤西州官員最近推翻了美國環保署的意見，提出將飲用水中全氟辛酸的標準降至遠低於70萬億分之一的14萬億分之一。他們認為，較低的標準將防止肝臟腫大和乳腺發育延遲，這是在小鼠的最低劑量下看到的最敏感的影響。當我問美國環保署為什麼不這樣做時，一位發言人透過電子郵件回覆說，該機構不認為齧齒動物肝臟重量的變化是不良反應，而且，肝臟腫大可能是人類不具備的生物反應的結果。發言人還寫道，乳腺發育延遲不會阻止動物正常泌乳或充分餵養幼崽。然而，格蘭讓正在倡導更低的飲用水標準，即萬億分之一，他說這對於保護兒童免受免疫學影響是必要的。

監管失靈

這些是美國環保署每天面臨的緊張關係型別。再加上資金不足和人員短缺、經常懷有敵意的國會以及環保團體和行業的競爭利益，美國環保署試圖為飲用水汙染物設定可執行標準的努力幾乎陷入停頓。“化學健康評估經常無限期延遲，而沒有完成，”環境工作組的安德魯斯說。“美國環保署必須在根據《安全飲用水法案》（SDWA）設定監管標準之前完成這些評估。”事實上，美國環保署在20年內沒有根據該法案為任何汙染物設定可執行的標準。其針對全氟化碳的健康諮詢意見——該機構仍未對其進行監管——充其量只是一個警示閾值。自來水公司實際上不必對全氟化碳進行取樣，儘管隨著公眾宣傳的增加，許多公司現在正在這樣做。

其他不受監管的飲用水汙染物也正受到越來越多的審查，包括1,4-二惡烷、六價鉻和高氯酸鹽，高氯酸鹽是火箭推進劑中的氧化劑，美國環保署本應在2014年8月11日之前根據《安全飲用水法案》對其進行監管。由於內部對該化學物質毒性的爭議，美國環保署錯過了最後期限，隨後自然資源保護委員會起訴了該機構。該委員會的律師埃裡克·奧爾森抱怨說，《安全飲用水法案》強加給美國環保署的研究消耗了太多資源，併為行業干預提供了太多機會。“美國環保署只是被困住了，”他說。美國環保署官員在一封電子郵件中表示，他們正在“按照《安全飲用水法案》要求的程式評估全氟辛酸和全氟辛烷磺酸”，但他們不願評論標準是否即將出臺。

幾十年來，美國環保署一直受到允許其在生產點監管和禁止工業化學品的法律的束縛。《有毒物質控制法》（TSCA）於1976年頒佈時，它將當時商業流通的6萬多種工業化學品（包括全氟化碳）全部豁免。相反，《有毒物質控制法》指示美國環保署關注新化學品。查理·奧爾目前是華盛頓特區的一名律師，他曾領導美國環保署管理《有毒物質控制法》的辦公室。他說，他在協調自願努力將全氟辛酸和全氟辛烷磺酸撤出市場時繞過了該法律：“長鏈全氟化碳在很大程度上退出了商業流通，並且在環保署介入之前，人體血液水平已經下降，這一事實表明，儘管當時的《有毒物質控制法》存在明顯的缺陷，但還是取得了很大進展。全氟化碳的生產和使用問題在約15年內基本得到解決——考慮到現在事情有多難完成，這對於任何監管計劃來說都非常快了。”

去年6月，國會最終修訂了《有毒物質控制法》，賦予美國環保署對現有化學品更大的權力。美國環保署官員在一封電子郵件中表示，他們將“根據修訂後的法律考慮對全氟化碳進行風險評估”。但他們也表示，他們不會優先評估全氟化碳，因為美國環保署已經帶頭努力將長鏈全氟化碳從市場上移除。

監管和科學上的不確定性意味著，美國各地城鎮的居民仍然不清楚飲用水中全氟化碳的哪些水平可能是安全的或不安全的，以及他們是否需要採取糾正措施。安德里亞·阿米科只想知道全氟化碳對她家人的健康有什麼影響——尤其是對她孩子們的健康。阿米科是一名職業治療師，居住在新罕布什爾州朴茨茅斯市。她的丈夫在皮斯工作了七年，之後才在那裡發現了汙染，她的兩個孩子在當地的日託中心上學。她的丈夫和孩子們的血液中全氟化碳水平都升高了。2015年，阿米科發起了一個名為“皮斯檢測”的社群行動小組，該小組正在敦促美國疾病控制和預防中心官員啟動一項長期健康研究，研究大約350名在貿易港接觸過全氟化碳的兒童。“其中一些孩子在僅僅六週大的時候就開始飲用用受全氟化碳汙染的自來水沖泡的奶粉，”阿米科說。“我們不知道他們會怎麼樣。我們需要一個計劃來獲得答案。”

阿米科說，該計劃應包括所謂的縱向研究，對兒童進行血液取樣和醫療監測，直到他們成年。阿米科強調，關於全氟化碳對兒童的影響的兒科資料太少，長期研究也太少。她和皮斯社群的其他成員表示，他們希望透過長期跟蹤來為研究做出貢獻，因為沒有人能告訴他們，他們的暴露最終是否會有害。

但在9月份與皮斯社群的一次會議上，衛生與公眾服務部下屬的有毒物質與疾病登記署（ASTDR）的官員猶豫了。兼任有毒物質與疾病登記署主任的佈雷斯解釋說，儘管他的組織會考慮進行橫斷面研究以調查某個時間點的健康影響，但縱向研究是不切實際的，因為皮斯暴露兒童群體太小，無法以統計學上的信心識別健康變化。佈雷斯說，更好的方法是將皮斯兒童納入來自全國各地暴露社群的更大規模的全國性研究。“目前，我們正在努力弄清楚這項研究會是什麼樣子，”佈雷斯說。“與此同時，我們正在努力解決個別社群的擔憂。”

最讓阿米科困擾的是未知：“這影響著我們所有人。我晚上失眠，想知道這些暴露會對我的孩子們產生什麼影響。”