舌尖上的重金属 | 世界地球日专稿

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每年的4月22日是世界地球日，这是一个专为保护地球而设立的日子。2020年地球日的主题是“珍爱地球，人与自然和谐共生”。

地球，生日快乐！|来源：kaiserslauternamerican.com

今天的文章介绍了一个自古就有的环境问题——重金属污染。时至今日，由于人类活动改变了重金属的地球化学循环和平衡，重金属被暴露在水体、空气和土壤中，甚至来到我们的舌尖上。饮用水中的铅、鱼类体内的汞、大米中的砷…… 我们该如何面对重金属的危害？

撰文 | 祝叶华

饮用水中检测到铅、某些鱼类体内含有高水平的汞、大米中发现令人担忧的砷……重金属因其对人类健康和环境的影响引起了全球关注。人们通常以为重金属污染是工业时代才有的事，但实际上，古罗马时期就有重金属污染问题了^[1]。时至今日，重金属污染已是人类面临的最严重的环境污染问题之一。

无处不在的重金属

“重金属”并没有统一的定义，我们一般将密度大于4.5 g/cm³的金属称为重金属。一些重金属具有对身体中各种不同的生理和生物化学活动至关重要的功能作用，例如铜、钴、铁、镍、镁、钼、铬、硒、锰和锌等。其中铁可以让人体内的红细胞与氧分子结合，而人体内的各种酶需要锌才能正常工作。然而，过量的这些元素也会对生物体有害。另外一些重金属，如铅、镉、汞和砷（一种非金属，但通常归类为重金属）对生物体则没有任何有益的影响。本文提及的重金属特指那些会对机体产生不良影响的重金属^[2]。

图片来源：blog.equinoxlab.com

重金属存在于自然环境的岩石圈、水圈和生物圈中，人类的各种活动让它们暴露于人类的生活环境中。一项针对五大洲水体中重金属的研究分析了1970-2017年间非洲、亚洲、欧洲、北美和南美洲河流和湖泊中8种溶解重金属的趋势、健康风险和来源。总体来看，水系中镉、铬、镍、锰、铁的含量呈上升趋势，铅、锌呈下降趋势。大多数重金属的平均溶解浓度在亚洲最高，在欧洲最低。从1970年到2017年，采矿和制造业一直被认为是金属污染的关键来源。但各大洲的重金属来源存在明显差异，非洲以废弃物排放和岩石风化为主；亚洲和南美洲以采矿和制造业以及岩石风化为主；北美洲以化肥和农药的使用为主；欧洲则是采矿和制造业、废物排放和岩石风化占主导地位^[3]。

被重金属污染的土壤也在全球变得普遍，生长在这些土壤上的植物表现出生长、性能和产量的下降^[4]。在工业工厂密度高的地区或交通繁忙的道路附近种植蔬菜，会使作物受到严重的重金属污染。用废水灌溉农田也会使农田受到重金属的严重污染，从而使那里种植的蔬菜积累重金属^[5]。

图片来源：phys.org

重金属还可以通过冶炼厂、燃煤工厂、垃圾焚烧厂和采矿厂的排放物、烟草烟雾以及旧房子的油漆和管道进入空气。以烟草烟雾中的重金属为例，重金属可以从烟草中传递到烟雾和烟雾的凝结物中。铅和镉是香烟烟雾中排出的两种重金属。在流行病学研究中，铅和镉分别与包括肾癌和肺癌在内的人类癌症有关。虽然滤嘴可以去除其中的一部分，但环境烟气污染主要是通过吸烟者呼出的烟气和燃烧时产生的侧流烟气来实现的。不吸烟的人吸入的侧烟中可能含有高浓度的重金属，被动吸烟的过程会导致重金属沉积在肺组织深处^[6]。

摄入、吸入或皮肤接触都可能让有害重金属进入体内。少量的重金属会随尿液排出体外，剩下的大多数重金属会附着积聚在各种组织以及骨骼和血液中。长期接触重金属会影响中枢神经功能，导致精神障碍，损害血液成分，并可能损害肺、肝、肾和其他重要器官，引发多种疾病^[7]。尤其是对儿童和未出生的婴儿，重金属的危害尤其恶劣：婴幼儿身体快速发育，会受到重金属毒素的干扰，导致生长问题、学习困难、记忆障碍、神经系统损伤和行为问题，如注意力缺陷多动症或多动症，过度暴露则会导致不可逆的脑损伤^[8]。

舌尖上的重金属

图片来源：JAMES WORRELL

一项对澳大利亚人经常食用的253种食物和饮料中金属含量的调查结果让人喜忧参半。研究人员根据当地儿童典型饮食的调查来选择食物，并从连锁超市购买食物和饮料。他们分析了每个样本中的13种金属：铝、砷、镉、钴、铜、汞、铅、锰、镍、硒、锡、铀和锌。结果发现，大多数食物的金属含量都在安全接触的范围内，但镉、镍和锰含量可能会高于推荐水平^[9]。

2018年《消费者报告》(Consumer Reports) 对美国多个品牌的包装食物进行了测试，发现每种产品都至少可以检测到一种重金属的存在。文中指出，食用这些食物并不一定会导致孩子出现健康问题，但可能会增加这种风险^[10]。2019年，健康宝宝光明未来（HBBF）组织发布了一份儿童饮食中重金属含量的报告。该组织查看了美国61个品牌的168种产品，测量了每种产品样品中砷、镉、铅和汞的含量。研究共测试了13类食品，包括婴儿麦片、水果、蔬菜、果汁以及诸如泡芙之类的零食。结果发现，95%经过检测的婴儿食品含有有毒化学物质，这些化学物质会降低婴儿的智商，其中包括砷和铅。这项新的检测结果支持了《消费者报告》此前对婴幼儿食品安全性的研究。婴幼儿是最容易出现与重金属有关的健康问题的人群。在检测的7种大米制品中，有4种产品的砷含量超过了美国食品药物监督管理局（FDA）提出的百万分之一的上限。果汁、胡萝卜和红薯也经常被高浓度的重金属污染^[8]。

HBBF的报告提出了人类面临的挑战，并强调了采取更多行动解决这一问题的必要性。该报告记录了可检测到的铅、镉和无机砷的含量，这些物质存在于商业婴儿食品以及其他儿童经常食用的食品中。报告指出，因为这些元素在许多食物中都很常见，家长们甚至无法通过选择有机食品或从商店购买大品牌产品，亦或是自制婴儿辅食来避免这些接触。

重金属的“安全剂量”

重金属对健康影响的严重程度与每种特定污染物的类型和化学形式有关，也取决于暴露时间和剂量。

2018年，《柳叶刀》（The Lancet）发文称，长时间低水平铅暴露引起的心脏病和缺血性心脏病是每年41.2万美国人死亡的主要原因。铅会对多种器官产生毒性，此前的研究认为，相对较低含量的接触是安全的，但这项研究对“铅这样的特定毒物存在‘安全水平’的假设”提出了质疑。研究发现，即便血铅浓度低于5μg/dL，心血管疾病死亡率的风险也会增加，这个浓度大大低于之前研究中提到的血铅浓度低于10μg/ dL会对心血管产生不利影响的阈值。所以文章作者认为，人体对特定毒物（如铅、烟草和空气微粒）有安全阈值的假设正在慢慢地“消失”^[11]。

另一个值得关注的问题是：任何一种食物中的重金属含量可能都很低，但因为重金属在食物和环境中无处不在，而且它们往往会在体内积聚，所以微量的重金属含量可能会增加，最终达到伤害人体的阈值。

水俣病 | 尤金·史密斯拍摄

要精确追踪特定重金属对人体造成伤害的含量也并非是轻而易举的事情。某种程度上是因为专家们很难就什么是这些元素的安全数量达成一致。例如在美国的标准中，美国国家环境保护署（EPA）认为饮用水中的砷含量为十亿分之十是可以接受的，而美国食品药品监督管理局（FDA）则考虑将食品中的砷含量定为十亿分之一。2016年，FDA曾提议将婴儿米粉中的无机砷含量限制在百万分之一，2013年又提议将苹果汁中的无机砷含量限制在十亿分之十，即联邦饮用水砷含量标准，但两项限制都没有最终敲定。

重金属已经被人类使用了数千年。虽然人们早就知道重金属对健康的若干不利影响，但我们与重金属的接触仍在继续，在世界某些地区，特别是在较不发达国家，这种接触甚至还在增加。不保护人类健康和环境的工业发展都是不可持续的，从长远看必将导致经济的崩溃。然而，污染企业或许会关闭，但是环境污染给人带来的伤害却无法随着工厂的关闭而抹去，尤其是患病儿童，疾病带来的痛苦和死亡的威胁会追随他们一生。

参考文献

[1] Joseph R. McConnell, Andrew I. Wilson, Andreas Stohl, et al. Lead pollution recorded in Greenland ice indicates European emissions tracked plagues, wars, and imperial expansion during antiquity[J]. PNAS, 2018, https://doi.org/10.1073/pnas.1721818115.

[2] https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/heavy-metal .

[3] Li Youzhi; Zhou Qiaoqiao; Ren Bo; et al. Trends and Health Risks of Dissolved Heavy Metal Pollution in Global River and Lake Water from 1970 to 2017[J]. Rev Environ Contam Toxicol ; 251: 1-24, 2020.

[4]https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412018327971 .

[5] Aneta Zwolak, Magdalena Sarzyńska, Ewa Szpyrka, et al. Sources of Soil Pollution by Heavy Metals and Their Accumulation in Vegetables: a Review[J]. Water, Air, & Soil Pollution volume 230, Article number: 164 (2019).

[6] Chanda Siddoo-Atwal. A Role for Heavy Metal Toxicity and Air Pollution in Respiratory Tract Cancers[J]. 2019, DOI: 10.5772/intechopen.90092.

[7]https://www.intechopen.com/books/poisoning-in-the-modern-world-new-tricks-for-an-old-dog-/mechanism-and-health-effects-of-heavy-metal-toxicity-in-humans .

[8]What’s in my baby’s food?. https://www.healthybabyfood.org/sites/healthybabyfoods.org/files/2020-04/BabyFoodReport_ENGLISH_R6.pdf

[9]https://medicalxpress.com/news/2014-11-metals-local-groceries-impact-kids.html .

[10]https://www.consumerreports.org/food-safety/heavy-metals-in-baby-food/ .

[11] Bruce P Lanphear,  Stephen Rauch, Peggy Auinger, et al. Low-level lead exposure and mortality in US adults: a population-based cohort study[J]. The Lancet, 2018, 3(4): 177-184.

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