洗護(hù)用品中的抗菌成分對(duì)水生態(tài)環(huán)境的危害作用

孫偉蓮，孫東雷，黃維，張遵真

四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院/華西第四醫(yī)院，成都 610041

近年來(lái)，流行性感冒、新型冠狀病毒肺炎和禽流感等突發(fā)急性傳染病事件頻發(fā)，促使人們衛(wèi)生意識(shí)大幅增強(qiáng)，推動(dòng)了消毒殺菌產(chǎn)品的銷(xiāo)售和使用。我國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)顯示，2020年前三季度我國(guó)人均購(gòu)買(mǎi)洗滌及衛(wèi)生產(chǎn)品的支出同比增長(zhǎng)13.7%，充分說(shuō)明新型冠狀病毒肺炎疫情極大地刺激了人們對(duì)抗菌衛(wèi)生用品的需求。為了迎合市場(chǎng)和增加銷(xiāo)量，生產(chǎn)廠商熱衷于在洗護(hù)用品中添加殺菌成分，將市售的個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品醒目標(biāo)注“抗菌”“抑菌”“殺菌”等字樣，甚至宣稱抗菌產(chǎn)品殺菌率高達(dá)99.999%。但是，由于洗手時(shí)間短，抗菌香皂中的殺菌成分在實(shí)際應(yīng)用條件下無(wú)法發(fā)揮理論的抗菌作用[1]。另一方面，洗護(hù)用品中的抗菌成分隨著廢水進(jìn)入水環(huán)境，必定給水體微生物和水生生物帶來(lái)潛在危害[2]?；谝陨?點(diǎn)，美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局于2016年明令禁止銷(xiāo)售含有三氯生、三氯卡班和苯酚等19種特定活性成分的抗菌洗浴產(chǎn)品[3]，歐盟委員會(huì)、東南亞國(guó)家聯(lián)盟和韓國(guó)食品藥品管理局等也相繼對(duì)抗菌物質(zhì)的添加做出了更為嚴(yán)格的限制[4]，但中國(guó)迄今尚未出臺(tái)類(lèi)似政策。事實(shí)上，現(xiàn)有研究顯示中國(guó)此類(lèi)水環(huán)境污染問(wèn)題逐漸突出，大多數(shù)湖泊和河流均能檢測(cè)到納克至微克級(jí)水平的殺菌劑[5]。本文檢索了國(guó)內(nèi)外洗護(hù)用品抗菌成分的最新文獻(xiàn)，系統(tǒng)綜述了洗護(hù)用品中常用的酚類(lèi)、含氯類(lèi)、季銨鹽類(lèi)及其他類(lèi)別殺菌劑在水環(huán)境中的分布以及對(duì)水體中微生物和水生生物的生物學(xué)作用，為我國(guó)洗護(hù)用品中抗菌成分的監(jiān)督管理提供參考依據(jù)。

1 抗菌成分的水環(huán)境分布(Distribution of antibacterial ingredients in water environment)

現(xiàn)有研究表明洗護(hù)用品中殺菌成分的排放對(duì)微生物耐藥性具有重要貢獻(xiàn)[6-7]。隨著抗菌洗護(hù)用品的廣泛應(yīng)用，酚類(lèi)、含氯類(lèi)、季銨鹽類(lèi)、胍類(lèi)、含氧類(lèi)和天然殺菌劑等成分被排入水體且在水環(huán)境中積累，研究顯示這些殺菌劑在國(guó)內(nèi)外地表水、自來(lái)水和污水等多種水環(huán)境中分布廣泛，檢出濃度從納克至微克水平(表1)。酚類(lèi)、含氯類(lèi)和季銨鹽類(lèi)殺菌劑是香皂、洗手液和漱口水等多種洗護(hù)用品中最常添加的抗菌成分[8]，受到生產(chǎn)企業(yè)的認(rèn)可，同時(shí)添加了這3類(lèi)抗菌成分的產(chǎn)品也受到消費(fèi)者的青睞。現(xiàn)有的資料提示中國(guó)地表水中酚類(lèi)、含氯類(lèi)和季銨鹽類(lèi)殺菌劑濃度普遍高于美國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)家(表1)，表明我國(guó)地表水洗護(hù)用品中殺菌劑帶來(lái)的污染不容樂(lè)觀。此外，目前尚無(wú)苯扎溴銨、聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽和殼聚糖等多種殺菌劑在我國(guó)水環(huán)境中濃度分布數(shù)據(jù)報(bào)道，提示這些水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的監(jiān)測(cè)亟待加強(qiáng)。

2 抗菌成分對(duì)水生態(tài)環(huán)境的危害作用(Hazards of antibacterial ingredients on water ecological environment)

2.1 微生物耐藥性

眾所周知，抗生素濫用會(huì)導(dǎo)致環(huán)境微生物產(chǎn)生抗生素抗性基因，引起微生物耐藥性，給人類(lèi)健康及環(huán)境穩(wěn)態(tài)帶來(lái)潛在隱患，因此，減緩抗生素耐藥性已成為全球重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題[22-25]。醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域抗生素濫用是引起抗生素耐藥的主要原因[26]，針對(duì)這一原因，全國(guó)已形成規(guī)范和共識(shí)，嚴(yán)格控制臨床抗生素應(yīng)用。2012年，我國(guó)原衛(wèi)生部發(fā)布的《抗菌藥物臨床應(yīng)用管理辦法》要求嚴(yán)格控制醫(yī)療機(jī)構(gòu)采購(gòu)抗菌藥物的品種與數(shù)量，且嚴(yán)格把握使用抗菌藥物的指征。然而，遺憾的是，臨床用藥以外用量很大的洗護(hù)用品中抗菌成分應(yīng)用卻被嚴(yán)重忽視。事實(shí)上，水環(huán)境是耐藥菌及耐藥基因的主要儲(chǔ)存庫(kù)[27]，日常生活中廣泛使用的殺菌成分排放至水體會(huì)加劇水環(huán)境微生物耐藥性。已有研究顯示病原微生物暴露于三氯生或三氯卡班后對(duì)四環(huán)素、環(huán)丙沙星和氯霉素的抗性增強(qiáng)，暴露于苯扎氯銨后會(huì)增加對(duì)氨芐青霉素、氯霉素和鏈霉素等常用抗生素的耐藥性[28-30]。更為重要的是，三氯生、三氯卡班和苯扎氯銨等還可增加病原微生物對(duì)多種抗生素產(chǎn)生交叉耐藥性[29-31]，表明洗護(hù)用品中的殺菌成分隨廢水排入水體會(huì)促進(jìn)微生物耐藥性的發(fā)生。此外，酚類(lèi)、含氯類(lèi)和季銨鹽類(lèi)等殺菌劑均具有廣譜高效殺菌作用，排放至水環(huán)境同樣會(huì)對(duì)非目標(biāo)微生物產(chǎn)生危害，破壞水中微生物正常菌群組成，干擾水的凈化和水質(zhì)調(diào)節(jié)，同時(shí)促使耐藥菌株形成，甚至加速超級(jí)細(xì)菌的產(chǎn)生與傳播[30,32]。更為嚴(yán)重的是，耐藥細(xì)菌和耐藥基因在環(huán)境中增殖遷移，造成水源污染且難以被我國(guó)現(xiàn)有的自來(lái)水處理系統(tǒng)清除[33]；耐藥細(xì)菌與耐藥基因還會(huì)在魚(yú)類(lèi)、蝦類(lèi)和貝類(lèi)等水產(chǎn)品中富集且可隨食物鏈傳播[34]，給人體腸道菌群和免疫功能帶來(lái)健康威脅。

表1 洗護(hù)用品中抗菌成分的種類(lèi)、用途和水環(huán)境分布Table 1 Types, uses and distribution in water environment of antibacterial ingredients in washing products

續(xù)表1分類(lèi)Classification成分名稱Ingredient name用途Application水環(huán)境分布Distribution in the aquatic environment季銨鹽類(lèi)殺菌劑Quaternary ammonium bactericides苯扎氯銨(俗稱“潔爾滅”)Benzalkonium chloride皮膚清潔、醫(yī)務(wù)人員手部清潔、洗滌劑Skin cleaning, medical staff hand cleaning, detergent中國(guó)松花江哈爾濱段Harbin section of Songhua River, China:0.4～2.9 ng·L-1[16]中國(guó)污水處理廠污泥中Chinese sewage treatment plant sludge:< 191 μg·g-1[18]中國(guó)珠江口沉積物China Pearl River Estuary sediments:49.3～1 050 ng·g-1[19]苯扎溴銨(俗稱“新潔爾滅”)Benzalkonium bromide消毒劑、防腐劑Disinfectants, preservatives—胍類(lèi)殺菌劑Guanidine bactericides聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽Polyhexamethylenebiguanide hydrochloride洗手液、清潔劑、隱形眼鏡護(hù)理液Hand sanitizer, cleaner, contact lens care solution—聚六亞甲基胍鹽酸鹽Poly(hexamethylenehydrazine) hydrochloride萬(wàn)能清潔劑、游泳池水消毒劑All-purpose cleaner, swimming pool water disinfectant—醋酸氯己定(俗稱“洗必定”)Chlorhexidine acetate牙膏、漱口液Toothpaste, mouthwash—含氧類(lèi)殺菌劑Oxygenated bactericides過(guò)氧化氫Hydrogen peroxide傷口消毒、下水道去污、牙膏配制、口腔清潔Wound disinfection, sewer decontamination, toothpaste preparation, oral cleaning美國(guó)伊利湖Lake Erie, USA:1.05～53.92 μg·L-1[20]日本大阪大和川Osaka Yamato River, Japan:9.38～22.75 μg·L-1[21]日本國(guó)分川Kokubun River, Japan:8.02～99.59 μg·L-1[21]過(guò)氧乙酸Peroxyacetic acid家用消毒劑Household disinfectant—天然殺菌劑Natural bactericides殼聚糖Chitosan洗衣液、洗潔精、洗發(fā)護(hù)發(fā)用品、化妝品Laundry liquid, dish soap, shampoo and conditioner, cosmetics—植物提取物Plant extracts洗衣液、洗潔精Laundry liquid, detergent—

目前，人們已逐漸意識(shí)到洗護(hù)用品中抗菌成分對(duì)微生物耐藥性的重要作用，最近有學(xué)者利用宏基因組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)經(jīng)常使用抗菌牙膏后的牙刷上取樣的菌群與正常環(huán)境下取樣的菌群相比富含種類(lèi)更多、抗性更強(qiáng)的抗菌劑耐藥基因[35]，說(shuō)明牙刷上抗菌成分殘留促進(jìn)了耐藥基因的進(jìn)化。抗菌牙膏中的三氯生和過(guò)氧化物能夠在牙刷頭積累[36]，長(zhǎng)期使用抗菌牙膏會(huì)導(dǎo)致牙刷上殺菌劑濃度逐漸增加，在與口腔接觸后使人體一直處于殺菌劑暴露，增加殺菌劑引發(fā)細(xì)菌耐藥性的潛在人體健康風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球每年約有70萬(wàn)人死于微生物耐藥，如果不及時(shí)采取控制措施，到2050年每年將會(huì)有1 000萬(wàn)人因微生物耐藥而死亡[37]。隨著越來(lái)越多的細(xì)菌感染難以控制，殺菌劑引發(fā)的微生物耐藥性已經(jīng)成為全球性的健康挑戰(zhàn)，是人類(lèi)面臨的重大公共衛(wèi)生威脅[38-39]。因此，科學(xué)合理地管控洗護(hù)用品中殺菌劑的使用有助于減少微生物耐藥風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 水生生物毒性

2.2.1 對(duì)氯間二甲苯酚

對(duì)氯間二甲苯酚是應(yīng)用最廣泛的酚類(lèi)殺菌劑，常被添加到肥皂、洗手液、消毒劑和香波等產(chǎn)品(表1)?，F(xiàn)有研究顯示當(dāng)虹鱒魚(yú)暴露于(4.2±0.9) μg·L-1對(duì)氯間二甲苯酚40 d后，鰓、脾、肝和腎等臟器均出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷，甚至壞死[40]。事實(shí)上，如表1所示，地表水中對(duì)氯間二甲苯酚的實(shí)際濃度往往高于5.1 μg·L-1，大于現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)研究中使用的有害濃度，說(shuō)明地表水中對(duì)氯間二甲苯酚對(duì)魚(yú)類(lèi)的正常生長(zhǎng)發(fā)育具有危害作用。此外，藻類(lèi)生長(zhǎng)抑制試驗(yàn)、溞類(lèi)急性活動(dòng)抑制試驗(yàn)和魚(yú)類(lèi)急性毒性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)氯間二甲苯酚對(duì)近頭狀偽蹄形藻、斜生柵藻和稀有鮈鯽具有中等毒性作用，對(duì)大型溞、斑馬魚(yú)、日本青鳉、虹鱒魚(yú)和藍(lán)鰓魚(yú)具有高毒作用[41-42]，提示對(duì)氯間二甲苯酚對(duì)水體中魚(yú)類(lèi)、溞類(lèi)和藻類(lèi)等各類(lèi)生物均可產(chǎn)生危害。

2.2.2 三氯生和三氯卡班

在含氯類(lèi)殺菌劑中，三氯生和三氯卡班常常添加到牙膏、抗菌皂、漱口水和沐浴露等洗護(hù)用品中(表1)，然而歐洲化學(xué)品管理局尚未批準(zhǔn)三氯生作為殺菌物質(zhì)使用[43]。研究顯示，三氯生和三氯卡班對(duì)水體中的藻類(lèi)、魚(yú)類(lèi)和低等動(dòng)物等多種生物都具有明顯毒作用，并且能夠產(chǎn)生生物富集效應(yīng)，對(duì)低等動(dòng)物主要表現(xiàn)為致死作用、內(nèi)分泌干擾效應(yīng)、生殖毒性及遺傳毒性等[44-45]。急性毒性實(shí)驗(yàn)顯示三氯生和三氯卡班對(duì)黑斑蛙蝌蚪和非洲爪蛙蝌蚪具有高毒作用，且三氯生對(duì)日本青鳉魚(yú)、斑馬魚(yú)和黑頭軟口鰷等魚(yú)類(lèi)也具有高毒效應(yīng)[46]；殘留在給水系統(tǒng)中的三氯生可抑制輪葉黑藻、小球藻和銅綠微囊藻等藻類(lèi)的生長(zhǎng)，且造成魚(yú)類(lèi)胚胎孵化延遲、發(fā)育異常和生殖功能障礙[47-50]。當(dāng)虹鱒魚(yú)暴露于(0.48±0.2) μg·L-1三氯生40 d后，血液細(xì)胞DNA明顯受損，肌肉組織松弛，腎、肝、脾和腮等重要臟器出現(xiàn)損傷[40]。值得注意的是，如表1所示，加拿大地表水和中國(guó)廣東石井河中三氯生濃度的最大值遠(yuǎn)高于0.68 μg·L-1，說(shuō)明地表水中三氯生對(duì)水生生物的危害潛力較大。

2.2.3 苯扎氯銨

苯扎氯銨具有強(qiáng)烈的特殊消毒劑刺激性氣味，被大量用于皮膚清潔和消毒。2006年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局報(bào)道了苯扎氯銨對(duì)水環(huán)境和水體中的生物(包括魚(yú)、牡蠣和蝦等水生生物)具有不利影響，并且明確表示不建議將苯扎氯銨排放到湖泊、海洋等水環(huán)境中[51]。然而，我國(guó)目前沒(méi)有限制排放廢水中苯扎氯銨的含量規(guī)定。隨著人們?nèi)粘Ｊ褂茫罅勘皆蠕@排入水環(huán)境，對(duì)魚(yú)類(lèi)、溞類(lèi)和藻類(lèi)的危害作用不容忽視。研究顯示淡水甲殼類(lèi)動(dòng)物大型溞和網(wǎng)紋蚤暴露于苯扎氯銨后，可以引發(fā)急性毒性、慢性毒性和遺傳毒性等多種毒性效應(yīng)[52]。當(dāng)虹鱒魚(yú)暴露于180 μg·L-1苯扎氯銨28 d后，魚(yú)鰓和肝臟中過(guò)氧化氫酶活性降低、乙酰膽堿酯酶活性增加[53]，說(shuō)明苯扎氯銨會(huì)干擾虹鱒魚(yú)體內(nèi)抗氧化作用和代謝過(guò)程。此外，苯扎氯銨對(duì)水生食物鏈中斜生柵藻、大型溞和斑馬魚(yú)的急性毒性分別屬于高毒、劇毒、中毒[54-55]，提示苯扎氯銨的污染會(huì)破壞水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。

2.2.4 其他殺菌劑

胍類(lèi)殺菌劑因結(jié)構(gòu)中含有胍基而得名，主要包括氯己定和聚六亞甲基胍，是消毒劑中的新生代產(chǎn)品，早期被認(rèn)為副作用小安全性高，被當(dāng)做“萬(wàn)能消毒劑”。2002年，美國(guó)環(huán)境保護(hù)局將胍類(lèi)殺菌劑中常用的聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽列為低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)[56]，因此胍類(lèi)殺菌劑在水環(huán)境中的分布及毒性作用極少受到關(guān)注，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康可能造成的危害也被忽視。然而，2020年媒體廣泛報(bào)道的韓國(guó)民眾因使用聚六亞甲基胍鹽導(dǎo)致的嚴(yán)重健康危害給人們敲響了隨意使用消毒劑的警鐘[57]。為了滿足謹(jǐn)防細(xì)菌滋生的心理，消費(fèi)者不恰當(dāng)?shù)卦诩訚衿髦屑尤刖哿鶃喖谆饮}酸鹽，在1994—2011年間對(duì)全國(guó)60多萬(wàn)人的肺部造成不可逆的肺纖維化，死亡人數(shù)高達(dá)上萬(wàn)，被認(rèn)為是韓國(guó)歷史上最嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難之一[57]。目前對(duì)于胍類(lèi)殺菌劑危害作用的認(rèn)知還很少，胍類(lèi)殺菌劑對(duì)水環(huán)境生物的危害和對(duì)人體健康的危害值得研究。

含氧殺菌劑常用的是過(guò)氧化氫，俗稱雙氧水，分解后的最終產(chǎn)物是水和氧氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，被認(rèn)為是重要的綠色環(huán)保產(chǎn)品和化工原料，因此，歐洲化學(xué)品管理局于2017年批準(zhǔn)過(guò)氧化氫用作消毒劑與殺藻劑[43]。有報(bào)道顯示，青鳉魚(yú)暴露于高濃度的過(guò)氧化氫后會(huì)出現(xiàn)抽動(dòng)、沖撞和驚厥等癥狀，并且可以與洋地黃皂苷對(duì)海洋青鳉魚(yú)產(chǎn)生協(xié)同致毒作用[58]。

除了傳統(tǒng)的抗菌抑菌成分外，天然來(lái)源的殺菌劑直接提取自天然食物或植物，不屬于化學(xué)制品，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康更為友好，逐漸受到人們的青睞。天然來(lái)源抗菌產(chǎn)品的發(fā)展可能更有助于開(kāi)發(fā)毒性低、對(duì)環(huán)境友好的消毒抗菌產(chǎn)品，但天然來(lái)源抗菌產(chǎn)品的抗菌機(jī)制和實(shí)際抗菌效果仍需進(jìn)一步探討[59-60]。

3 總結(jié)和展望(Summary and outlook)

綜上所述，洗護(hù)用品中的抗菌成分在水環(huán)境中分布廣泛、種類(lèi)繁多，不僅可以增加水中微生物的耐藥性、促進(jìn)耐藥基因的傳播，也對(duì)水生生物(魚(yú)類(lèi)、藻類(lèi)和溞類(lèi)等)的生長(zhǎng)發(fā)育與活動(dòng)能力產(chǎn)生抑制作用，影響水體自凈和生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。值得注意的是，已有研究表明洗護(hù)用品中的殺菌成分在實(shí)際使用過(guò)程中抗菌效果存疑[1](時(shí)間太短，不能發(fā)揮抗菌作用)。因此，美國(guó)明令禁止三氯生、三氯卡班和苯酚等殺菌劑在洗護(hù)用品中的添加，使廢水處理廠進(jìn)出口水中的三氯生和三氯卡班濃度下降70%以上[61]。隨后，歐盟和韓國(guó)也紛紛對(duì)洗護(hù)用品中抗菌物質(zhì)的添加做出了更為嚴(yán)格的限制，而我國(guó)尚未對(duì)洗護(hù)用品中抗菌成分添加的政策進(jìn)行修訂，引起人們對(duì)水環(huán)境中洗護(hù)用品殺菌劑帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)擔(dān)憂。當(dāng)前，全球淡水資源缺乏，水體污染防控迫在眉睫，本文系統(tǒng)總結(jié)了洗護(hù)用品中主要?dú)⒕煞值乃h(huán)境分布與效應(yīng)，為我國(guó)科學(xué)管控洗護(hù)用品中殺菌劑的添加提供了參考依據(jù)。未來(lái)，需要加強(qiáng)對(duì)各種抗菌物質(zhì)在水環(huán)境中濃度分布的監(jiān)測(cè)和毒性效應(yīng)研究，洗護(hù)用品中殺菌劑添加的有效性與必要性有待進(jìn)一步明確。