警惕化學污染入侵大腦

早在多年前，我們就已經知道，鉛會嚴重損害兒童早期發育。如今科學家研究發現，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物質的“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，是美國哮喘發病率最高的地方之一。

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

哈萊姆地區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憂的，是日益增多的學習障礙癥。醫學研究人員發現，所有的這些癥狀在某種程度上都與諸多環境因素有關，從營養不良到煙草中的尼古丁到工業化學物質，但令卡洛斯和其他許多人大為震驚的是，化學污染最大的目標可能不是我們的肺，而是我們的大腦。

觸目驚心的污染現實

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

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境、草坪等。一些有毒化學物質，如多環芳烴污染，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。這些化學物質和其他工業副產品無處不在，無孔不入地進入到我們的身體里。但每個人受化學物質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物質的影響，其可能原因包括遺傳易感性、營養不良、身心壓力和年齡等。

1994年，卡洛斯在完成高中學業后，參加了當地的一個青年環保組織，開始繪制當地污染源地圖，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——監測當地的空氣環境。每天下午3點污染指數最高時，卡洛斯就開始收集數據，到近傍晚時，污染指數可達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。據最新研究發現，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的罪魁禍首，包括心臟病和肺部疾病等，有的甚至導致過早死亡。黑碳被認為是多環芳烴這類化學物質的“同謀者”，它比多環芳烴更易測量到，通常與多環芳烴的存在密切相關。細小的黑碳顆粒被人體吸入后，會深入肺部，甚至會到達大腦，在大腦里肆意作亂：改變基因表達，導致發炎，擾亂神經電路等。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致哈萊姆地區的孩子們神經發育延遲高發病率的元兇嗎？

“環境暴露”問題的提出與研究進展

上世紀80年代時，哥倫比亞大學醫學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、未受環境污染的組織。“但結果我們發現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。這讓我對胎兒的環境污染風險感到擔憂。”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家花了很多時間研究與基因組相關的疾病，希望能夠破解疾病的秘密。如今人們已經明白，細胞的生存狀態并不僅僅取決于DNA藍圖，細胞會敏感地與外部產生交互關系，對基因的開啟或切斷產生影響，有時甚至因環境、飲食、污染物質吸入或通過皮膚接觸等因素產生突變。為了真正理解人類健康與疾病的關系，科學家們需要同時對基因組和環境暴露（exposome）進行研究，“環境暴露”一詞是2005年美國癌癥流行病學家克里斯多佛·懷爾德創造的一個新術語。

佩蕾拉如今已是哥倫比亞大學醫學研究中心主任，是對美國流行病學數據搜集最多的人之一。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新問題時回過頭去查詢這些歷史數據和資料。

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

2013年9月，美國婦產科醫師學會和美國生殖醫學協會發表聯合聲明稱，“過去15年里的科研證據表明，在懷孕前和懷孕期間暴露于有毒污染物環境中，有可能對生殖健康產生顯著和持久的影響。”發育生物學家認為，胎兒時期身體和大腦細胞的發育正處于最重要的關鍵時期，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境因素都會對實際數據產生影響。但通過佩蕾拉和她的研究團隊復雜而多樣化的調查研究策略，一切都開始明晰起來。該中心的早期研究發現，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，都與母親體內高污染物含量相關，罪魁禍首是多環芳烴和一種叫做毒死蜱的化學物質，前者是100多種多環化學結構式的總稱，是具有致癌、致畸和致突變作用的環境污染物，并具有明顯的生物累積效應；后者是一種有機磷劇毒農藥，用于殺死室內蟑螂和臭蟲。此外，化學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現，雖然自2001年以來，已在住宅使用中被淘汰，但是一些害蟲驅除劑仍在使用。這類有害化學物質，還包括一些農業殺蟲劑，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，這些有害化學物質會損害細胞的DNA。動物實驗表明，毒死蜱會導致發育中的腦細胞死亡，誘導老鼠產生行為變化，例如，在子宮內或出生后不久給予低劑量農藥的老鼠，在走迷宮實驗中的學習能力很差。

佩蕾拉和她的團隊不知道這些化學物質會如何改變大腦，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，來研究有害化學物質對兒童成長發育的影響。

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

另有研究表明，多環芳烴污染導致發育遲緩風險增加近三倍。在孩子7歲時的測試表明，排除吸煙影響和孕產婦智力等因素，孕期曾大量接觸毒死蜱母親生產出的孩子，工作記憶下降2.8%，智商下降1.4%。之后波蘭的一項研究發現，更高的產前化學物質接觸導致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長大，研究團隊想要知道，胎兒期的化學物質接觸累積，是否在其他方面對他們產生不良影響，如學術能力、社交能力、焦慮和抑郁，甚至一些自傷行為等。

化學污染如何入侵和改變大腦

人類對于環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，一位希臘醫生就對鉛的毒性進行了描述。1848年，一位法國醫生發現了導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世紀商業和工業的迅速發展，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定劑導致日本12000名受害者產生各種疾病，包括癲癇、智商降低等，大多數受害者為嬰兒。培養皿中的研究實驗表明，砷抑制細胞生長，影響大腦正常發育過程。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，最終引發許多孩子產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、魚類的多氯聯苯污染以及酒精對胎兒和兒童的影響進行研究后發現，化學物質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雜，所以它也是非常脆弱的。”哈佛大學公共衛生學院副教授格蘭迪恩說道，“哪怕只出現一點錯誤，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，這些細胞開始發送和接收信息，并轉移到身體的特定部位。當大腦完全成熟的時候，已有接近1000億個神經細胞，它們各有分工，或提供營養物質，或清除死亡細胞等。“如果細胞定位或連接形式出現錯誤，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院的菲利普·蘭德里在《柳葉刀》上發表文章，確定了201種重金屬、溶劑、殺蟲劑和內分泌干擾物質對人類大腦的毒性影響，其中至少有100種經動物實驗證明對神經有毒害作用，但尚未經過人體測試。在這201種有害物質中，有一半為“高產”化學物質，每年在美國本土制造或通過進口進入美國的數量達一百萬磅以上。當年格蘭迪恩等證明對胎兒大腦發育產生毒性的有害物質有6種，如今已經增加到10種，這個數字還在繼續增長中。比較常見的、并經常在孕婦血液中被發現的毒害神經系統的化學物質通常有：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、多環芳烴、多溴二苯醚（這種普遍使用的阻燃劑現已被淘汰）、砷、乙醇和甲苯溶劑等。

各種化學物質從多方面對大腦發育產生毒害影響。例如，甲基汞會令大腦神經細胞的分布位置產生混亂；毒死蜱會對膽堿酯酶產生抑制作用，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記憶缺陷；鉛會導致注意力缺失；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生影響。

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

許多有害化學物質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芳烴和黑碳的影響更大，而農村孩子則受到更多殺蟲劑和含砷井水的毒害。

在所有化學污染物中，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，導致多溴二苯醚在美國全國范圍內無處不在，從電子產品到家居用品。更糟糕的是，多溴二苯醚分子很易轉移，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，發現這種化學物質會影響對大腦發育等功能至關重要的甲狀腺激素的產生。

加州大學伯克利分校的一項研究表明，母親懷孕期間體內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，產生多動癥的風險也更高。瑞典毒理學家佩爾·埃里克森發現，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系統的影響更為明顯。

以科學手段干預和阻止污染入侵大腦

令人擔憂的是，化學物質對兒童神經的毒害影響是在潛移默化中悄然發生的慢性中毒，而不是像出現在醫院急診室里那樣的急性中毒，往往容易被忽視。大多數醫生都沒有經過如產前或童年環境有毒化學物質接觸影響這類相關知識的訓練，如果父母問醫生，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習、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。

據美國紐約大學醫學院的一項估計，僅汞暴露導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管機構對各種化學物質進行研究檢測。”自然資源保護委員會（NRDC）高級科學家、公共衛生專家米里亞姆·羅特京-埃爾曼說道。

為了獲得更多數據，蘭德里將啟動一個投資2000萬的前瞻性調查研究計劃，對孩子從子宮到童年進行跟蹤調查，通過更多的數據來揭示環境暴露與疾病之間的聯系。

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

哥倫比亞大學流行病學家維吉尼亞·勞對此持肯定態度，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的大腦部分有細微的變形，與注意力和解決問題功能相關的頂葉皮層和額葉皮質也在變薄。

是關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，公共衛生部門沒有真正重視起化學物質對下一代大腦的污染和影響，我們面臨的艱巨任務是要通過研究，有效地干預和阻止化學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，大部分地區缺乏空氣監測設施。而黑碳污染問題很復雜，因為它包含了許多污染物質。城市和聯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的排放。

佩蕾拉接下來將繼續對兒童有害化學物質暴露問題進行研究，從多環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境上的一些變化，曾經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，孕婦體內有害化學物質水平顯著下降。最近的一項研究數據表明，與三年前的測試結果相比，加州孕婦體內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排放降低了97%。

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