科学家努力确定饮用水中全氟化碳的风险水平

位于新罕布什尔州朴茨茅斯市修剪整齐的郊区景观中的皮斯国际贸易港办公园区，拥有250家公司、一个高尔夫球场和两家日托中心。每天有近1万人来这里工作。但在地下却隐藏着一份有毒的遗产。直到1988年，这里还是美国空军基地，消防队在日常训练演习中，会在一块田地上点燃旧飞机，然后用化学泡沫扑灭火焰。当时，泡沫渗入土壤似乎无关紧要。但这污染了皮斯工人及其子女饮用了几十年的地下水。

三年前，科学家在皮斯的饮用水中取样，检测到全氟化合物，即全氟化碳——泡沫中的化合物，可以扑灭燃料火灾。其浓度高达美国环境保护署认为可以安全饮用的水平的35倍。全氟化碳已经在数百种产品中使用了几十年，现在已广泛分散在地球周围的土壤和地下水中。实际上，工业界中的每个人都从饮用水或食用农作物、肉类和鱼类中摄入了一些颗粒。更令人担忧的是，这些化学物质会在当地环境中大量积聚，这些环境是它们的生产地或用于制造产品的场所。生活在这些热点地区的人们，其体内的浓度可能远高于平均水平。

热点地区的数量正在上升。2016年5月，美国环保署引用新出现的证据，表明这些化合物对子宫内发育的儿童和哺乳期婴儿尤其有毒，将饮用水中全氟化碳的健康咨询水平降至新低：70万亿分之一，或略多于半茶匙在20个奥运会大小的游泳池中。此后，超过二十几个州的社区报告称，全氟化碳超出了新的阈值。随着所有这些关注，更多的城镇正在调查并发现他们存在问题。

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这些发现加剧了人们的担忧，即美国国家的饮用水在许多地方已经受到铅和其他化学物质的威胁，但没有得到充分的保护。全氟化碳日益受到关注，因为它们仍在被广泛发现，而且从饮用水中摄入的量会增加来自其他来源（如食品和消费品）的累积暴露量。在2013年至2015年期间，美国环保署调查了全国范围内为超过1万人口供水的每个自来水公司，以及为较少人口供水的800个供水系统的样本。共有66个自来水公司为600万美国人供水，至少有一次检测到其水中的全氟化碳水平超过了美国环保署的新阈值。

许多州正在采取行动。去年夏天，卫生官员建议阿拉巴马州北部10万居民在临时供水上线之前避免饮用受全氟化碳污染的自来水。在宾夕法尼亚州的巴克斯县和蒙哥马利县，截至10月份，官员们已经关闭了22个公共饮用水井和150个私人饮用水井，为10万人供水。在俄亥俄州和西弗吉尼亚州，3500人起诉了主要的全氟化碳制造商杜邦公司，声称该公司位于两国共同边界的华盛顿工厂排放的物质导致癌症和其他疾病的发病率上升。一年多以前，州政府官员告诉纽约州胡西克瀑布镇的居民不要饮用自来水，但尚未完全解决这个问题。“我们认为，就受全氟化碳影响的社区数量而言，我们仅仅触及了表面，”华盛顿特区环境工作组的高级科学家大卫·安德鲁斯说。“我们预计这个数字非常庞大。”

血液中高水平的全氟化碳会引发对健康的担忧，不仅是癌症，还包括免疫系统抑制和生殖问题。但特定水平究竟如何影响人类健康尚不清楚，这引发了关于人们可以安全摄入多少量的激烈争论。

坚不可摧的分子

全氟化碳在20世纪40年代由明尼苏达矿业与制造公司（现为3M公司）商业开发，并在几十年内大量生产。全氟化碳分子看起来像拉链，由碳原子骨架与氟原子交织而成，形成耐用且坚不可摧的薄膜。当作为涂层应用时，例如在雨衣、地毯甚至计算机微芯片上，坚硬但光滑的薄膜有助于水、油和污垢滑落。它们也被用作制造助剂，用于制造烹饪和食品储存产品，如不粘锅、披萨盒衬里和爆米花袋。这些化学物质使其他涂层（如特氟龙）能够均匀地铺展在与食物接触的表面上。公司试图在涂层应用后去除全氟化碳，但研究对去除过程是否成功存在分歧，这意味着全氟化碳可能仍然留在不粘锅的涂层中，并在家用炉灶上加热时释放出来。

随着时间的推移，许多公司制造和使用了这些化学物质。今天，世界市场上仍然存在3000多种。但使全氟化碳基涂层对工业如此有用的结构稳定性，也对健康和环境产生了不利影响。碳-氟键——完全是非天然的——不容易被微生物消化，不会被太阳分解，也不会在土壤、植物或人类或动物体内代谢成其他任何物质。有史以来制造的大多数全氟化碳分子仍然滞留在地球上的某个地方。科学家已经在北极熊、鲸鱼、鱼类和最终出现在美国家庭餐桌上的农产品中检测到了全氟化碳。“环境中没有任何东西可以降解它们，”瑞典斯德哥尔摩大学的化学家和教授伊恩·库辛斯说。“全氟化碳只能被稀释和分散。”

多年来，全氟化碳的生产主要由碳原子骨架为8个或更长的长链化合物主导。两种最广泛制造的化合物是全氟辛酸（PFOA），也称为C8，曾用于制造特氟龙和戈尔特斯，以及全氟辛烷磺酸（PFOS），以前是苏格兰防水喷雾和许多消防泡沫的关键成分。与在脂肪组织中积聚的其他广泛存在的化学污染物（如二恶英或滴滴涕）不同，全氟化碳在血液中积聚，然后通过尿液排出体外。但长链全氟化碳在肾脏中被重新吸收，使其在血液中循环多年。

这就是为什么，到21世纪初，美国、欧洲和日本的大多数主要全氟化碳制造商都加入了美国环保署协调的努力，自愿逐步淘汰长链全氟化碳的生产；95%的目标是在2010年之前淘汰，其余的在2015年之前淘汰。当然，仍然在家庭中存在的旧产品可能含有这些化学物质。一些未参加自愿计划的公司继续生产或进口和使用长链全氟化碳。中国公司每年仍生产多达500吨的全氟辛酸和全氟辛烷磺酸。已经停止使用长链分子的公司已经采用了替代品，包括可以冲出体外的短链全氟化碳。由于短链全氟化碳不会在血液中停留，因此可以说对人类的危害较小，但它们会在环境中持久存在。2015年5月，200多名科学家签署了一份名为《马德里声明》的警告，告诫公众对市场上现有的短链全氟化碳的化学结构、性质、用途或生物效应知之甚少，这些短链全氟化碳被用于制造经过处理的室内装饰品和其他产品。

库辛斯说，在自愿逐步淘汰长链全氟化碳之前，食品包装和经过处理的织物是全氟辛烷磺酸和全氟辛酸的主要暴露来源。现在，公众的大部分暴露来自受全氟化碳污染的鱼类或农产品。随着商业来源的减少，血液中的含量也相应下降。1999年，当美国疾病控制和预防中心首次开始调查时，美国人血液中的全氟辛酸含量平均略高于每毫升5纳克（ng/mL）。根据美国疾病控制和预防中心最近发布的2012年数据，这些水平已减少一半以上。在美国同一时期，血液中全氟辛烷磺酸的平均水平下降幅度更大，从30 ng/mL降至略高于6 ng/mL。

然而，对于生活在全氟化碳污染饮用水热点地区日益增多的人们来说，这些平均值几乎没有任何安慰。那里血液中的水平可能会飙升至超出图表。今年6月，新罕布什尔州官员报告了皮斯一项研究的结果，该研究表明，接受检测的近1600人——其中四分之一是在现场日托中心上学的儿童——的平均全氟化碳水平远高于当前的全国平均水平。在西弗吉尼亚州伍德县杜邦化工厂附近居住的人们体内，测量到了异常高的血液水平。当地7万居民的全氟辛酸平均水平为28 ng/mL，但一半的人的水平为82 ng/mL或更高，“而暴露程度最高的人的全氟辛酸水平高于1000 ng/mL，”埃默里大学罗林斯公共卫生学院的流行病学家和教授凯尔·斯蒂恩兰德说。最有可能的是，美国有成千上万的居民生活在军事设施、化工厂和废水处理厂附近的全氟化碳热点地区，更不用说国外还有数百万居民了。

有毒的不确定性

确定这些水平是否危险是很棘手的。“总是有人问我，‘全氟化碳会对我有什么影响？’”亚特兰大美国疾病控制和预防中心国家环境健康中心主任帕特里克·布雷斯说。“但没有简单的答案。我们衡量它们的能力超过了我们解释它们对人体作用的能力。”

不确定性的原因之一是全氟化碳毒性的数据非常分散。全氟化碳会在动物身上引起无数种影响，但不同物种对这些化学物质的毒性敏感性也各不相同。某些水平会对某些物种造成伤害，但对其他物种则不会。同样，关于人类的证据也因研究而异。有些研究显示了危害，而另一些研究则没有，“这使得它非常不一致，”新罕布什尔州卫生与公共服务部州流行病学家本杰明·陈说。“人们想将自己的血液水平与特定人体研究中引起影响的水平进行比较，但每项研究本身的质量都不是很高，”他说。“我们需要从整体上看文献中的证据权重，以衡量科学对全氟化碳健康影响的说法，但这很快就会变得令人困惑。”

科学家至少从2000年起就知道，全氟化碳会在暴露的大鼠身上引起肝癌、睾丸癌和胰腺癌，尽管这些癌症不会出现在猴子身上。在不同种类的动物中，已经记录到肝脏肿大、免疫系统抑制、神经系统变化、肥胖和乳腺发育延迟。美国环保署将其新的健康咨询意见建立在以下证据之上：暴露于全氟化碳的母亲所生的幼鼠容易出现出生体重偏低、骨骼问题和青春期加速。

研究人员可以在实验室的受控条件下向动物喂食全氟化碳，但他们不能对人这样做。相反，他们必须进行流行病学研究，这意味着试图确定暴露水平较高的社区是否也具有较高的疾病发病率。流行病学还需要研究人员应对潜在的复杂因素——吸烟、不良饮食、其他化学物质暴露——这些因素可能会掩盖任何全氟化碳的影响。斯蒂恩兰德说，最好的机会来自于研究大量高暴露人群，在这些人群中，某些疾病（如癌症）的发生频率的变化更容易被检测到。一个例子是西弗吉尼亚州杜邦化工厂附近的居民，该工厂向俄亥俄河排放全氟辛酸超过50年，并污染了周围数英里的地下水，污染水平达到百万分之三千或更高。

根据2004年针对该公司提起的集体诉讼的和解条款，杜邦公司同意资助一项3500万美元的调查，以调查潜在的健康后果。随后的C8科学小组招募了6.9万名当地居民，最终揭示了饮用水中全氟辛酸暴露与六种不同疾病之间的“可能联系”：肾癌和睾丸癌、溃疡性结肠炎、甲状腺疾病、高胆固醇血症和妊娠期高血压。

共同指导这项研究的斯蒂恩兰德说，全氟辛酸暴露与这些疾病相关的几率大于50–50。“但这远不能说明全氟辛酸实际上导致了这些疾病中的任何一种，”他补充道。“我们的数据相当有力，但一项大型研究并非最终结论。我们需要在其他人群中建立联系，以得出更令人信服的结论。”

可能还需要进行更多研究，以确定即使是儿童发育中免疫系统的低暴露量也会产生的有害影响。当儿童接种旨在对抗麻疹等疾病的疫苗时，身体会通过产生抗体来做出反应——抗体是学会识别病原体的步兵。如果孩子后来感染了实际的病原体，他或她的免疫系统已经准备好对抗它，并且可以迅速建立反击。有证据表明，全氟化碳可能会阻碍身体对疫苗的反应，从而降低疫苗的有效性。2012年，哈佛大学的科学家在一项备受瞩目的研究中报告称，白喉和破伤风疫苗动员的抗体水平随着全氟化碳暴露量的增加而稳步下降。他们在法罗群岛进行了这项研究，那里的人口从包括鲸鱼肉在内的海洋饮食中获取大部分全氟化碳。儿童和孕妇的全氟化碳水平与美国普通人群相似。领导这项研究的哈佛大学陈曾熙公共卫生学院教授菲利普·格兰让说，这表明这些水平可能会使年轻人更难抵抗传染病。

美国国立卫生研究院健康评估和转化办公室代理主任安德鲁·鲁尼说，对小鼠的研究表明，情况也是如此：全氟辛酸和全氟辛烷磺酸都会抑制动物体内的抗体。“我们说的是苹果对苹果，”他说。“我们在动物和人类身上都看到了类似的免疫效应，这一事实增加了对结果的信心。我们预计，体内全氟化碳含量较高的人对抗疫苗的反应会较弱。”

尽管如此，到目前为止，关于抗体抑制的动物证据仅限于小鼠；大鼠和猴子在服用全氟化碳时都没有经历这种影响。C8研究的科学家在俄亥俄州和西弗吉尼亚州的高暴露社区中寻找抗体抑制的证据，发现针对评估的三种流感病毒株之一的抗体水平略有抑制，但他们无法检测到人群中感冒或流感增加的任何证据。伦敦卫生与热带医学院的流行病学家和C8研究的联合主任托尼·弗莱彻说，尚不清楚为什么C8和格兰让的研究会产生如此不同的结果。“当暴露水平较高时，您会期望有更大的反应，”他说。

流行病学是一个缓慢的过程。斯蒂恩兰德说，来自世界各地其他研究的结果正在慢慢涌现，这将有助于澄清问题。但试图设定暴露水平的卫生官员只能使用他们拥有的数据，而且他们经常对解释意见不一致。例如，新泽西州官员最近推翻了美国环保署的意见，提出将饮用水中全氟辛酸的标准降至远低于70万亿分之一的14万亿分之一。他们认为，较低的标准将防止肝脏肿大和乳腺发育延迟，这是在小鼠的最低剂量下看到的最敏感的影响。当我问美国环保署为什么不这样做时，一位发言人通过电子邮件回复说，该机构不认为啮齿动物肝脏重量的变化是不良反应，而且，肝脏肿大可能是人类不具备的生物反应的结果。发言人还写道，乳腺发育延迟不会阻止动物正常泌乳或充分喂养幼崽。然而，格兰让正在倡导更低的饮用水标准，即万亿分之一，他说这对于保护儿童免受免疫学影响是必要的。

监管失灵

这些是美国环保署每天面临的紧张关系类型。再加上资金不足和人员短缺、经常怀有敌意的国会以及环保团体和行业的竞争利益，美国环保署试图为饮用水污染物设定可执行标准的努力几乎陷入停顿。“化学健康评估经常无限期延迟，而没有完成，”环境工作组的安德鲁斯说。“美国环保署必须在根据《安全饮用水法案》（SDWA）设定监管标准之前完成这些评估。”事实上，美国环保署在20年内没有根据该法案为任何污染物设定可执行的标准。其针对全氟化碳的健康咨询意见——该机构仍未对其进行监管——充其量只是一个警示阈值。自来水公司实际上不必对全氟化碳进行采样，尽管随着公众宣传的增加，许多公司现在正在这样做。

其他不受监管的饮用水污染物也正受到越来越多的审查，包括1,4-二恶烷、六价铬和高氯酸盐，高氯酸盐是火箭推进剂中的氧化剂，美国环保署本应在2014年8月11日之前根据《安全饮用水法案》对其进行监管。由于内部对该化学物质毒性的争议，美国环保署错过了最后期限，随后自然资源保护委员会起诉了该机构。该委员会的律师埃里克·奥尔森抱怨说，《安全饮用水法案》强加给美国环保署的研究消耗了太多资源，并为行业干预提供了太多机会。“美国环保署只是被困住了，”他说。美国环保署官员在一封电子邮件中表示，他们正在“按照《安全饮用水法案》要求的程序评估全氟辛酸和全氟辛烷磺酸”，但他们不愿评论标准是否即将出台。

几十年来，美国环保署一直受到允许其在生产点监管和禁止工业化学品的法律的束缚。《有毒物质控制法》（TSCA）于1976年颁布时，它将当时商业流通的6万多种工业化学品（包括全氟化碳）全部豁免。相反，《有毒物质控制法》指示美国环保署关注新化学品。查理·奥尔目前是华盛顿特区的一名律师，他曾领导美国环保署管理《有毒物质控制法》的办公室。他说，他在协调自愿努力将全氟辛酸和全氟辛烷磺酸撤出市场时绕过了该法律：“长链全氟化碳在很大程度上退出了商业流通，并且在环保署介入之前，人体血液水平已经下降，这一事实表明，尽管当时的《有毒物质控制法》存在明显的缺陷，但还是取得了很大进展。全氟化碳的生产和使用问题在约15年内基本得到解决——考虑到现在事情有多难完成，这对于任何监管计划来说都非常快了。”

去年6月，国会最终修订了《有毒物质控制法》，赋予美国环保署对现有化学品更大的权力。美国环保署官员在一封电子邮件中表示，他们将“根据修订后的法律考虑对全氟化碳进行风险评估”。但他们也表示，他们不会优先评估全氟化碳，因为美国环保署已经带头努力将长链全氟化碳从市场上移除。

监管和科学上的不确定性意味着，美国各地城镇的居民仍然不清楚饮用水中全氟化碳的哪些水平可能是安全的或不安全的，以及他们是否需要采取纠正措施。安德里亚·阿米科只想知道全氟化碳对她家人的健康有什么影响——尤其是对她孩子们的健康。阿米科是一名职业治疗师，居住在新罕布什尔州朴茨茅斯市。她的丈夫在皮斯工作了七年，之后才在那里发现了污染，她的两个孩子在当地的日托中心上学。她的丈夫和孩子们的血液中全氟化碳水平都升高了。2015年，阿米科发起了一个名为“皮斯检测”的社区行动小组，该小组正在敦促美国疾病控制和预防中心官员启动一项长期健康研究，研究大约350名在贸易港接触过全氟化碳的儿童。“其中一些孩子在仅仅六周大的时候就开始饮用用受全氟化碳污染的自来水冲泡的奶粉，”阿米科说。“我们不知道他们会怎么样。我们需要一个计划来获得答案。”

阿米科说，该计划应包括所谓的纵向研究，对儿童进行血液采样和医疗监测，直到他们成年。阿米科强调，关于全氟化碳对儿童的影响的儿科数据太少，长期研究也太少。她和皮斯社区的其他成员表示，他们希望通过长期跟踪来为研究做出贡献，因为没有人能告诉他们，他们的暴露最终是否会有害。

但在9月份与皮斯社区的一次会议上，卫生与公众服务部下属的有毒物质与疾病登记署（ASTDR）的官员犹豫了。兼任有毒物质与疾病登记署主任的布雷斯解释说，尽管他的组织会考虑进行横断面研究以调查某个时间点的健康影响，但纵向研究是不切实际的，因为皮斯暴露儿童群体太小，无法以统计学上的信心识别健康变化。布雷斯说，更好的方法是将皮斯儿童纳入来自全国各地暴露社区的更大规模的全国性研究。“目前，我们正在努力弄清楚这项研究会是什么样子，”布雷斯说。“与此同时，我们正在努力解决个别社区的担忧。”

最让阿米科困扰的是未知：“这影响着我们所有人。我晚上失眠，想知道这些暴露会对我的孩子们产生什么影响。”