標籤:環境生物學

環境激素(Environmental Endocrine)是指外因性干擾生物體內分泌的化學物質,這些物質可模擬體內的天然荷爾蒙,與荷爾蒙的受體結合,影響本來身體內荷爾蒙的量,以及使身體產生對體內荷爾蒙的過度作用,使內分泌系統失調。進而阻礙生殖、發育等機能,甚至有引發惡性腫瘤與生物絕種的危害。

1歷史由來

環境激素的作用機理

  環境激素的作用機理

近些年來,當產業化浪潮給人類帶來物質文明時,人們發現了一些存在於生物機體之外的激素,被廣泛應用於農業生產和人們的日常生活中,在獲取暫時利益的同時,也蒙受了巨大危害。為了使牛、羊多長肉,多產奶,人們給這些牲畜體內注射了大量雌激素;為了讓池塘里的魚蝦迅速生長,養殖戶添加了「催生」的激素飼料;為了促使蔬菜、瓜果個大,提前進入市場,菜農和果農們不惜噴洒或注射一定濃度的乙烯利等「催生劑」。這種具有與人和生物內分泌激素作用類似的物質,或者說通過來自外部環境的合成化學物質,被科學界稱之為環境激素。
"環境激素"一詞是1996年由美國《波士頓環境》報記者安·達瑪諾斯基所著的《被奪去的未來》一書中首先提出來的,它的產生卻始於20世紀30年代,當時人們採用人工合成的方法生產雌性激素(DES)用作藥品以及紡織工業的洗滌和印染用劑,這種合成雌性激素在誕生的同時就被指出有導致惡性腫瘤的危險。

2分類

具有雌激素活性的環境化學物質
許多人工合成的化學物質具有激素活性,廣泛存在於環境之中,這些物質具有弱雌激素活性,也是常見的污染物。這類物質主要包括:①殺蟲劑,如DDT、氯丹等;②多氯聯苯PCBs和多環芳烴PAHs;③非離子表面活性劑中烷基苯酚類化合物④塑料添加劑,如塑化劑;⑤食品添加劑,如抗氧化劑。
天然雌激素和合成雌激素
天然雌激素是從動物和人尿中釋放出來的一些性激素,如孕酮、睾酮等。合成激素包括與雌二醇結構相似的類固醇衍生物,這些物質主要來自口服避孕藥和促家畜生長的同化激素。
植物雌激素
這類物質是某些植物產生的,並具有弱激素活性化合物,以非甾體結構為主。這些化合物主要有異酮類、木質素和擬雌內醇,產生這些化合物的植物有豆科植物、茶和人蔘等。

3研究進展

環境激素這類物質的聚焦研究其實起步甚晚;雖然早在早在1950年就有關
環境激素與健康

  環境激素與健康

於DDT會導致公雞性成長發生變異,併產生所謂「化學去勢」(chemical castration)現象的科研報告;而Rachel Carson於1962年出版的《寂靜的春天》(Silent Spring)這本書里已談論到DDT這類有機氯化合物所對於生態系統的危害;而於1930年代所開發用於防止流產的合成雌激素(DES,已烯雌酚)也於1960-1970年代發現只要用量過多將促使女性生殖器官產生遲發性癌症;但科學界卻是遲至1990年代才對於環境激素這類物質的數據具有較完整的論述和整理。
1991年7月,美國威斯康星州的溫格斯普勒德舉行了首屆關於內分泌干擾物質的專家會議。這次的會議讓人們正視到特定種類的化學物質所對於人和野生動物產生的類天然激素作用,其可能造成生殖功能受干擾,甚至導致癌症。對於這類化學物質的調查研究已刻不容緩。此後,人們開始漸漸重視這類化學物質的重要性,於1991年-1998年之間共計召開了7次關於環境激素的國際會議。曾經參與溫格斯普勒德會議的T. Colborn、D. Dumanoski、J.P. Myers於1996年出版了《我們被偷走的未來》(中文又譯為:被奪取的未來、失竊的未來,Our Stolen Future)一書,本書是繼《寂靜的春天》后第一本更有系統介紹環境中潛在內分泌干擾物質的書籍
環境激素
,也因而引起各國政府與國際學術界對於環境激素更普遍的重視。
近幾年,在美國學術界又有荷爾蒙活性物(Hormonally Active Agents,簡稱HAAs)的稱呼。其中內分泌干擾物質的範圍亦包括部分實驗室所刻意製造出來的化學物質或是醫界用以模擬代替生物激素的合成物(1950年代以後醫學界開始有越來越多的人工合成藥物可以仿造天然激素的功能,如口服避孕藥)、動物體激素(如畜牧業與水產養殖業為了大幅增高產量所使用的雌激素和生長素)、植物型雌性激素(如大豆異黃酮或黃酮類化合物)、農藥(如DDT)以及化工業製品(如人造樹脂、合成樹脂、界面活性劑、塑料原料)等化學物質。
約當在同一時間,日本也發現許多因為受到環境激素干擾而產生的疾病問題,於是日本的環保學界也開始聚焦於這類化學物質的研究。他們對於環境激素有另一項名稱:環境荷爾蒙(Environmental hormone)。環境荷爾蒙是日本橫濱市立大學井口泰泉教授等人所創的名詞,日文名稱為「環境ホルモン」。國際學術界針對這類化學物質還有環境內分泌干擾物質(Environmental Endocrine Disrupting Chemicals)、內分泌干擾素(Endocrine disruptor)以及內分泌干擾物質(Endocrine Disrupting Chemicals)、第三類損害物、環境雌性素、環境干擾物等稱呼,依習慣與操作定義而有所不同。這類物質在英文早期文獻中被稱為Endocrine disruptor,但現今英語國家多以Endocrine Disrupting Chemicals統稱,或簡稱EDCs。

4主要危害

對人影響
一是由於食物、飲水中大量存在環境激素物質,正在造成男人的精子減少,雄性退化,乃至男性不育症的高發。
二是導致懷孕胎兒的致畸。經科學家研究發現,育齡婦女長期受環境激素的污染,會使受孕胎兒畸形的可能性大大增加,使胎兒的五官、肢體或性器官的局部畸形。
大多數的激素能促成網路系統,起到控制全局的作用。例如,精子形成需要男性激素,女性的生殖器發育機能維護需要女性激素,它們在各自的睾丸或卵巢中產生,是由腦下垂體里產生的卵胞刺激素FSH所控制的。這個FSH又是被丘腦下部產生的促進腺激素放出激素(GnRH)所控制的。因為它是腦中樞系統的上部構造,他的信號產生不僅影響到生殖系統,與免疫系統也密切相關。科學家發現自上世紀50年代以來,男性精子因環境荷爾蒙減少了一半。
對人危害
主要是通過含有這種激素成分的物質,被人食用或使用后產生的不良反應。比如化妝品、洗浴劑、洗潔劑、瓜果、蔬菜、肉類、食品等,當環境激素進入人體時,會讓人體內的內分泌系統誤認為是天然荷爾蒙,而加以吸收,佔據了在人體細胞中正常荷爾蒙的位置,從而引發內分泌紊亂,造成人體正常激素調節失常。表現在發育障礙、生殖異常、器官病變、畸胎率增加、母乳減少、男性精子數下降、精神、情緒等多個方面的問題,是男性女性化和女性男性化的罪魁禍首。不僅是人體,對於其它野生動物體也是一樣的。
多數環境激素也屬於「持久性有機污染物」(POPs),在環境中十分穩定而難以分解,因此可存在甚長的時間,不易清除。持久性有機污染物由於具有毒性、難降解與生物累積性,加上可怕的蚱蜢跳效應(又稱為蚱蜢效應,Grasshopper Effect)增強其傳遞性。部分污染物質在氣溫高時易揮發進入大氣,經由風吹而移入低溫區,然後凝集或藉由降雨返回地表,當氣溫再度升高時,污染物又會進入大氣當中,如此周而復始反覆在大氣中蒸發、遷移與沉降,藉由空氣、水和吸附物的攜帶,可傳遞至遠離污染源排放的地點污染其它乾淨的區域。這就是為什麼即便是南北極地區純凈而無污染源的生物棲息地也難以倖免於人造污染物質的干擾。於是受害野
印度一處嚴重垃圾污染的溪流卻是當地的水源

  印度一處嚴重垃圾污染的溪流卻是當地的水源

生動物提高了畸胎、腫瘤、免疫功能下降、生殖障礙等發生機率。已對於近代生態保育造成更多的難題;例如透過食物鏈放大與生物體轉化后的環境激素,其可能對於生態系統與我們自己的健康有更大的殺傷力,有越來越多的汞進入到海水當中,而海洋淺水域可見光區的海藻,在其死亡下沉入深層海域以後,沉澱的藻類殘體在微生物分解過程中會進一步和海水中的汞成分產生交互作用,並生成甲基汞。甲基汞可透過食物鏈和生物累積的過程不斷地在生物族群中放大,海洋生態系統中越高的消費者階層,體內就累積越高的甲基汞,而捕食海鮮的人類將是最高的消費者族群。甲基汞同樣可被人體消化道吸收,加上它可溶於脂質,並可輕易的穿越血腦屏障與胎盤,因此對人體的殺傷。而另一重要例子則為有機錫,近代船舶工業時常運用有機錫物質(如Tributyltin)於船舶底部的抗生物附著塗料,而目前已知這類物質正累積于海洋生態環境中,已造成部分牡蠣等貝類的性別錯亂,同時也損及到其它海洋生物的健康,破壞海洋生態。海洋本為地球生物的搖籃,但時至今日卻已日漸成為數種環境激素在生態系統中傳布的溫床。

5常見種類

據科學研究初步證實,目前在社會生活中對人和動物起著類似於激素作用的有害物,已經發現至少三百餘種。常見的環境激素包括有機錫、二乙基人造雌性激素、多溴聯苯醚(PBDEs)、六溴環十二烷(hexabromocyclododecane,HBCD)、二惡英(dioxin)、雙酚A(Bisphenol A)與其衍生物、多氯聯苯(Polychlorinated biphenyls ,PCB)、Methomyl、烷基酚聚氧乙烯醚(APE)、壬基酚(Nonyl phenol,NP)等,另外有研究指出環境污染物中的鎘 (Cd)、鉛 (Pb)和汞 (Hg)等重金屬產物亦為可疑的內分泌干擾物。環境激素檢測的困難點在於其種類的繁複與偵測極限的問題,由於許多化學物質陸續被歸入環境激素的項目,因此亟需發展相對應的標準檢測方法,而激素的反應特性在於只要極少量就可對生物體造成生理上的影響,因此各國環保、食品或農業部門在制定環境激素的限定值、忍受值方面有傾向越來越低的情形,以保障嬰幼兒、婦女和男性等人體健康。因此如何提高偵測極限也成為相關檢測儀器發展的重要目標。現今常見的檢測方式包括高效液相色譜分析法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)(如針對Methomyl的偵測)、氣相色譜(gas chromatography,GC)搭配質譜儀(mass-spectrograph,MS)的GC-MS(如針對二惡英與多氯聯苯的偵測)、氣相色譜搭配電子捕獲檢測器(GC-ECD)的分析法(如針對一些有機氯農藥的檢測,本法在黃河、珠江等一些重要的河川流域沉積物分析中經常運用到)、原子吸收光譜儀(AA)(通常針對一些重金屬類疑似環境激素物質的檢測)等。
目前被確認的環境荷爾蒙還在持續不斷的增加,由於人類的化工業和實驗室仍舊每天製造出新的化學物質,因此如何判定世界上數以萬計的人造化學物質哪些具有環境激素(環境荷爾蒙、內分泌干擾物質)的特性將是未來醫學界、生態學界、環境科學界、化工界與化學界等領域的科學家所共同必須努力解決的問題。應該說,那些被歸類於環境激素的化學物質有很多確實給人類帶來了明顯的經濟利益,但是卻潛伏下了一些危害。如今,人們已經認識到它的嚴重危害性,各國科學家已開始關注並著手解決這個問題,相信人類一定有辦法、有能力根治它。

6作用機制

內分泌
要理解環境激素所對於生物體的影響,首先必須理解生物體內分泌系統的運作過程。激素(endocrine) 又稱荷爾蒙 (hormones),為分佈在生物體內各腺體(內分泌系統)所製造的微量化學信息,藉由血液運輸可傳送到身體各處,與目標細胞上的特定受器 (receptor) 結合后,形成激素
環境激素對人的影響

  環境激素對人的影響

-受器複合體,被活化後會在目標細胞內引發一系列生化反應,產生後續的生理作用,以調節內部活動、處理外界信息。並協助體內代謝平衡、提供生理活動能量、促進細胞分裂與分化、生殖器官成熟、與神經系統共同擔負協調作用等。
包括人類在內的脊椎動物可產生約50種激素,依其化學結構可分為:⑴ 固醇類激素 (steroid hormones),主要由腎上腺分泌,多半為膽固醇轉化而來故為脂溶性,包括雌性激素 (estrogen,又稱動情素)、黃體素 (progesterone)、雄性激素 (androgen)、睾固酮 (testosterone)等;⑵胺類激素 (amine hormones),為水溶性物質,如甲狀腺素(thyroxine);以及 ⑶ 肽類激素 (peptide hormones),水溶性,由氨基酸藉由肽鍵連接而成,如增壓素(Vasopressin)、生長激素(Somatopropin)、縮宮素(Oxytocin)。荷爾蒙系統會影響人體各部功能,包括生長發育、生殖、行為等。醫界的人造激素主要也是模擬天然激素的結構,以取得想要的生理結果,如口服避孕藥中的仿黃體素與仿動情素,而針對更年期婦女的內分泌療程也多半是使用類似的原理。但是環境激素的產生卻是超乎人類所預估的,因為許多對於內分泌系統具有殺傷力的化學物質都是人類當初合成時所未曾料想到的,它們也如同那些醫學人造激素一般,具有類似生物體激素的功能,或具有干擾天然激素的特性,使得生物界諸如貝類生殖器官異常、鳥類生育缺陷以及近代人類許多怪病的產生。
作用機制
環境激素可經由下列途徑,對生物體的健康造成不利的影響:⑴模仿天然激素之作用,使身體識別錯誤,擾亂體內正常激素的運作和平衡,使生物體產生過度或不足的生理反應,或是在不適當的時間產生生理反應,如模擬女性動情激素;⑵佔據天然激素之受器,阻斷「激素-受器複合體」之生成,激素受器一旦被環境荷爾蒙結合佔領,正常激素的作用就會受到抑制;⑶直接影響內分泌系統功能,造成激素分泌過多或不足。⑷以分子信息間接啟動基因,改變細胞成長與分裂的程序。以環境荷爾蒙之一的戴奧辛 (又稱為二惡英,dioxin)為例,dioxin是親脂性分子,加上它的形狀大小都與那些來自花椰菜等蔬菜的天然芳香烴碳水化合物相似,因而很容易被受體誤認。當dioxin進入人體后,很容易就進入細胞,並與細胞內的一種蛋白質:Ah受體相結合(Ah受體存在於多種器官如肝臟、肺臟、淋巴球及胎盤等細胞當中,A是芳香基(aryl),h是碳氫化合物(hydrocarbon)的意思,因此Ah受體表示可與芳香基碳氫化合物結合的蛋白質)。dioxin一旦和Ah受體結合后,就會在細胞內移動;然後它和另一種稱為「Arnt」的蛋白質(Ah receptor nuclear translocator,Ah受體之核轉置體)結合,它可幫助Ah受體-dioxin的複合體轉移到細胞核當中,並打開一系列的基因開關。但是dioxin卻不像那些天然化合物那麼容易被肝臟所代謝,它會使得人體的去毒系統無法有效運作,dioxin和Ah受體結合后就一直牢牢地綁住受體,阻礙這個受體正常調節細胞功能的運作。而那些因為dioxin的作用而持續被打開的基因,就像是工廠機器的開關卡在開的位置,於是細胞核中被啟動的基因開關猶如失控的機器般會一直發出製造蛋白質的信號。
人體中有許多基因的開關牽涉到這個機制,其中最常被研究的是cytochrome P450A1或CYP1A1的基因。當這類基因被開啟后,會製造出多種影響荷爾蒙代謝與生長因子的蛋白質,從而干擾
環境激素是精子的最大殺手

  環境激素是精子的最大殺手

生殖和免疫系統的功能;甚至會改變基因,造成細胞增殖、變異或導致癌症。又以壬基酚(Nonyl phenol ,NP)為例,這個在近代河川流域中漸趨常見的環境激素,其多半源自於非離子界面活性劑,由於其與動物雌激素結構類似,因此在進入雄性動物后,會幹擾內分泌,造成假性荷爾蒙作用 (Pseudo-hormonal Effect) ,造成雄性動物日趨雌性化。而目前已有研究證實這類物質進入男性人體將會減少男性精子數量。有資料顯示,在70年代,男性的精子密度普遍都在6000萬/毫升以上,而且相當一部分人達到或超過1億/毫升。現在,很少有超過6000萬/毫升的情況,基本上都是2000萬-4000萬/毫升,30年下降了50%。在中國,1984年男性病調查顯示,不育症比例為4.8%,現在國內有些地方已高達10%。

7治理途徑

環境激素幾乎無處不在,要徹底杜絕它不太可能。這就意味著人類已經別無選擇,唯有盡量減少向環境中釋放環境激素等有害化學物質,加強對人工合成化學物質從生產到應用的管理,停用或替代目前正在使用的包括殺蟲劑、塑料添加劑等在內的環境激素。
1.盡量減少使用一次性用品。因為垃圾(特別是廢舊塑料製品垃圾)焚燒能產生大量二惡英,釋放大量環境激素,所以應儘可能減少使用一次性用品,如一次性飯盒、一次性衛生用品、一次性嬰兒尿布等。出門在外帶著自己的筷子、餐盒、杯子、牙刷洗漱用品,更加方便舒適。
2.在日常生活中盡量使用布袋、菜籃子等。塑料袋不僅增加垃圾數量、佔用耕地、污染土壤和地下水,更為嚴重的是它在自然界中上百年不能降解,若進行焚燒,又會產生二惡英等有毒氣體。
3.選用簡單包裝的or 大瓶、大袋包裝的食品。商品的過分包裝,加重了自然界的生態負擔和消費者的經濟負擔。據統計,在工業化國家,包裝廢棄物幾乎占家庭垃圾的一半。在日常生活中選用大瓶、大袋包裝的食品,可減少包裝的浪費和對環境的污染。
4.不用聚氯乙烯塑料容器在微波爐中加熱。因為聚氯乙烯塑料製品中添加的增塑劑鄰苯二甲酸酯類化合物是一種環境激素,而它可能在高溫中滲出。
5.不用不合格的塑料奶瓶。在聚碳酸酯製成的奶瓶中倒入開水后,雙酚A會溶出。盡量用玻璃製品。
6.不用泡沫塑料容器泡速食麵or飲用熱水速食麵容器90%以上採用聚苯乙烯泡沫塑料,而原料苯乙烯是一種致癌的環境激素類物質。在這類容器中倒入開水后,苯乙烯會溶出。
7.多用肥皂,少用洗滌劑。肥皂是天然原料脂肪加上鹼製成的,使用後排放出去,很快就可由微生物分解。而洗滌劑成分複雜,多含有各種苯酚類有機物,是重要的激素來源,它的使用特別是含磷洗滌劑的使用,是水體富營養化的罪魁禍首之一。
8.少用室內殺蟲劑。殺蟲劑是環境激素的一種,它因毒性、高殘留性在生物圈中循環,破壞生態平衡,損害人的神經系統,誘發多種病變,是人類健康的重大隱患。特別是在密閉的室內,殺蟲劑會富集和殘留,濃度越來越大,嚴重損害居住者健康。
9.簡化房屋裝修。裝修房屋不僅浪費大量資源,而且還為健康帶來隱患。氡氣存在於建築材料中,可誘發肺癌。石棉是強致癌物質,存在於耐火材料、絕緣材料、水泥製品中。傢具黏合劑中的甲醛可引起皮膚過敏,刺激眼睛和呼吸道,並具有致癌和致畸作用。苯等揮發性有機物存在於裝修材料、油漆和有機溶劑中,多具有較大的刺激性和毒性,能引起頭痛、過敏、肝臟受損。甲醛、苯等物質可釋放環境激素,危害人體健康。
10. 回收廢舊電池。電池中含有鎘、鉛、鋅、汞等,電池腐爛后,有毒金屬滲入土壤、水體中,通過食物鏈進入植物、動物,最後進入人體內,可導致嚴重的疾病。為防治電池對環境的污染,請將電池收集到一起,到一定數量后,送到指定地點統一處理,以減少對環境的危害。
11. 減少農藥的使用量。農藥作為環境激素的重要物質,在植物體內富集或殘留於植物表面,通過植物、昆蟲、魚類及氣-水流通的作用,轉化和富集。一方面,害蟲產生了抗藥性,使農藥的需求量日益增加;另一方面,益蟲、益鳥被殺,生態失衡,造成新的、更多的蟲害。此外,農藥還可通過各種渠道進入人體,引起慢性中毒,有些農藥,甚至還有遺傳毒性。因此,我們應盡量減少農藥的使用,同時推廣高效低毒、對環境影響小的新型農藥。
12. 避免食用近海魚。海水中含有各類化學物質,尤其是近海受到有害物質污染的概率更大。隨著食物鏈濃縮、富集和放大,人食用近海魚后,受到環境激素污染的概率也會增大。
13. 消費肉類要適度。禽畜的飼料中含有大量激素類物質,不要過度食用禽畜肉。
14. 多食用穀物和黃綠葉菜。據研究,多食用穀物和黃綠葉菜,如糙米、小米、黃米、蕎麥、菠菜、蘿蔔、白菜等,有利於化學毒物從體內排出;飲茶有助於將體內的環境激素排出體外。

8大事年表

時間年份
環境激素的相關事件及成就
1923年
人類首次從生物體內缺抽出雌性荷爾蒙活性物質
1938年
首次從合成防止流產的藥物DES
1939年
發現DDT的殺蟲效果
1950年
發現DDT顯示活性雌性荷爾蒙特徵
1958年
美國修改食品包裝法,規定在包裝肉類等油性食品時禁止使用聚氯乙烯材料。
1962年
《寂靜的春天》出版發行,書中提出了農藥可能引起內分泌紊亂的觀點。
由此引起對殺蟲劑 、化學合成物質造成野生動物異常現象問題的討論。
1968年
發現DDT對哺乳類動物和鳥類產生雌性荷爾蒙影響
1971年
發現妊娠女性為防止流產服用DES以後生出的女孩陰道癌發病率異常增高
1972年
DDT禁產,WHO/IPCS指出化學物質造成內分泌紊亂
1973.2
OECD限產聚氯乙烯
1975年
NIEHS在Science上指出DES引起不育,同時弗州14名工人調查發現精子異常
1976年
美國禁產PCB
1984年
日本厚生省發表二惡英類化學物質的有關判斷報告
1987年
日本厚生省施行食品饈塑料薄膜所含化學物質的溶解量測定。
當時得出的「溶解量少的情況下沒有問題」的意見表明對EEDs尚未有充分認識。
1990年
日本厚生省做出「防止二惡英類污染的標準」
1992年
丹麥發表調查結果:在過去50年中男性精子數下降了一半!
1995年
丹麥環境廳(DEPA)做出報告,內容包括男性生殖與雌性荷爾蒙之間的影響關係
1995.1
英國醫學研究審議會和環境保健研究所召開研究會,進行對環境荷爾蒙類似雌性荷爾蒙作用的物質如何影響人體健康與野生動物進行討論
1995.4
USEPA發表意見認為:目前關於擾亂內分泌化學合成物質的研究院還處於不成熟的程度。
1995.9
華盛頓召開工業各行業協會的《關於擾亂內分泌的化學物質各協會聯席會議》
1996.3
美國出版《Our Stolen Future》,美國副總統戈爾為其作序
1996.8
美國修改食品品質保護法和飲用水安全法
1996.9
日本化學工業會設立內分泌問題研究委員會
1996.11
OECD決定對擾亂內分泌的化學物質採取包括篩選方法在內的多種方法實施試驗安全規則
1996.12
日本環境廳將二惡英對健康影響的安全標準線定為5pg-TEQ/kg /day.
1997.1
華府和EPA、UNEP召開專題EDCs研討會
1997.2
IFCS召開,確認了EDCs的重要性,提出有必要加強國際合作與信息交流以對付這一全球性的重大環境問題
1997.3
JEA成立「關於外因性優亂內分泌化學物質問題工作組」,並於6月發表了中間報告。
1997.12
UNEP計劃在2000年締結防止二惡英、PCB、有機氯農藥等物質污染環境的國際條約。
1998.1
英國環境廳勸告工業行業對環境荷爾蒙物質採取相應措施
1998.2
《雌化了的自然》日文版出版

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