水環(huán)境病原體污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

施閩濤　何國富

摘要 水環(huán)境的病原體污染是當(dāng)今世界危害最嚴(yán)重的污染之一。水環(huán)境病原體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以風(fēng)險(xiǎn)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，把水環(huán)境病原體污染與人體健康聯(lián)系起來，能夠定量描述其危害。對(duì)水環(huán)境中的病原體污染狀況進(jìn)行了研究，分析了病原體對(duì)人類健康可能造成的危害，并提出了污染控制方法。

關(guān)鍵詞 水環(huán)境；病原體；健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) S271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）05-01482-04

Abstract Water pollution of pathogenic microorganism is one of the major public health problems all over the world. Health risk assessment can evaluate impacts of water quality on human body， which assesses health risk of pathogenic pollution in drinking water represented by hazard index quantitatively. The pathogenic pollution of water environment and health risk were studied and analyzed， several pollution control methods were put forward.

Key words Water environment； Pathogenic； Health risk assessment

飲用水是最重要的水資源，隨著水環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，飲用水水質(zhì)的安全日益受到人們的關(guān)注。確保飲用水水質(zhì)安全的最終落腳點(diǎn)是充分保障人體健康，水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以定量地描述污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的風(fēng)險(xiǎn)[1]。病原微生物對(duì)水體的污染以及在飲用水中的存在是一個(gè)重要的公共衛(wèi)生問題，因此研究水環(huán)境病原體微生物的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有很重要的意義。

1 水環(huán)境病原體微生物

1.1 主要病原體類別 水環(huán)境病原體主要分為三大類：致病細(xì)菌、致病病毒、致病原生動(dòng)物[2]。

致病細(xì)菌主要有沙門氏菌、志賀氏菌、霍亂弧菌以及軍團(tuán)菌等，這些細(xì)菌主要引起消化道以及呼吸道的疾病。2004年11月4日，湖南省茶陵縣發(fā)生了一起因?yàn)樗蝺?nèi)氏志賀氏菌污染飲用水源引起菌痢暴發(fā)的事件，由于宋內(nèi)氏志賀氏菌污染了一所學(xué)校作為飲用水源的一口水井，引起了學(xué)校48名學(xué)生出現(xiàn)發(fā)燒、頭痛、腹瀉、腹痛等疾病癥狀[3]。

致病病毒主要有肝炎病毒、腸炎病毒、脊髓灰質(zhì)炎病毒、柯薩奇病毒、輪狀病毒等病毒。消化道致病性病毒也是對(duì)人類健康危害較大的水環(huán)境病原體。而且隨著水環(huán)境污染狀況的變化，水體中原有的病毒也可能發(fā)生變化，從而引起新的病毒出現(xiàn)。

致病原生動(dòng)物主要有隱孢子蟲和賈第鞭毛蟲。在眾多污染物中原生動(dòng)物的污染危害性尤為嚴(yán)重?！皟上x”對(duì)水源的污染和對(duì)人類的危害已被證實(shí)，它們是人畜共患的流行性寄生蟲病，具有很強(qiáng)的傳染性。國內(nèi)于1987年在南京市首先發(fā)現(xiàn)了人體隱孢子蟲病病例，之后浙江、安徽、福建、內(nèi)蒙古、云南、四川、山東及湖南等省也不斷證實(shí)有該病存在[4]。

1.2 水環(huán)境病原體的來源 病原體廣泛存在于環(huán)境之中，幾乎任何水體都含有病原體，其中只有少量的病原體是天然生活在水體中，大部分的病原體來源于人畜糞便、垃圾、醫(yī)院污水和生活污水等。病原體進(jìn)入環(huán)境水體后，污染河流、湖泊以及地下水等水源，而且有研究表明，常用的水處理技術(shù)并不能完全去除原水中的病原體[5]。水環(huán)境病原體眾多污染源中糞便污染是最主要來源之一。2000年5月，加拿大安大略省Walkerton地區(qū)經(jīng)歷了加拿大最大的水源性疾病的暴發(fā)，導(dǎo)致了2 300例腸胃炎病例和7人死亡，其原因就是糞便污染了當(dāng)?shù)氐墓┧到y(tǒng)[6]。

1.2.1 畜禽養(yǎng)殖來源。畜禽動(dòng)物的飼養(yǎng)和生產(chǎn)是病原微生物的主要來源。畜禽糞便不僅包括動(dòng)物排泄的糞、尿，還包括墊料、鼻、喉、陰道、乳腺分泌物、血漬、脫落的皮、毛、胎盤等[7]。近年來，不斷有因?yàn)樾笄菁S便污染所引起的人畜共患病感染與傳播事件的產(chǎn)生，已引起人們對(duì)畜禽糞便病原微生物污染的重視。據(jù)研究報(bào)道，畜禽糞便廢棄物中含有150多種人畜共患病的潛在致病源[8]。平均每毫升畜牧場所排放的糞便污水中含33萬大腸桿菌和66萬腸球菌，蛔蟲卵和毛首線蟲卵分別高達(dá)193個(gè)和106個(gè)[9]。

畜禽糞便污染一直是農(nóng)村水源地所面臨的一個(gè)大問題，而且排放量非常大。對(duì)上海市嘉定區(qū)婁塘河水源地的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，水源保護(hù)范圍內(nèi)一共有31家畜禽養(yǎng)殖場，其中只有一家養(yǎng)殖場對(duì)產(chǎn)生的糞便進(jìn)行無害化處理，其他的全部都是就近直接排放進(jìn)入環(huán)境水體。而這些養(yǎng)殖場很多都是沿河而建，所有糞便都是直接排放入水源河中。

隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模化的發(fā)展，各種畜禽疾病的發(fā)生比較頻繁，醫(yī)療用藥也越來越多，這也造成畜禽糞便中的病原體的耐藥性越來越強(qiáng)。葉小梅等進(jìn)行的一項(xiàng)畜禽養(yǎng)殖場排放物病原微生物危險(xiǎn)性研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)畜禽養(yǎng)殖場都是直接排放糞便。這些糞便中的糞大腸菌群數(shù)達(dá)到104～106 cfu/ml，都超出國家排放標(biāo)準(zhǔn)1 000多倍[9]。通過對(duì)照試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施用糞肥的菜園土的抗性細(xì)菌數(shù)量比沒有施用糞肥的菜園土高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，這說明糞便中不僅存在大量病原微生物，同時(shí)這些病原體都具有多重抗藥性能長時(shí)間存活。

1.2.2 人類糞便污染。人類糞便中也存在很多病原體，在一些地區(qū)，廁所設(shè)施非常簡陋，基本沒有處理設(shè)施，這些簡易廁所雨天就會(huì)糞水橫流，隨水排入河流，污染水源。

另一方面，不論畜禽糞便還是人類糞便，作為有機(jī)肥料未經(jīng)處理直接施用于農(nóng)田、菜園，其所攜帶的病原體能夠存活很長時(shí)間，甚至繼續(xù)繁殖，最終隨水進(jìn)入水體，同時(shí)可能直接污染農(nóng)作物，成為污染農(nóng)村環(huán)境最主要的污染源[10]，其引起疾病的傳播途徑見圖1。人類糞便污染情況在嘉定區(qū)婁塘河水源地調(diào)研中也有發(fā)現(xiàn)，婁塘河沿河存在不少的簡易廁所，并且水源河流沿岸農(nóng)田有很多露天糞便儲(chǔ)存設(shè)施，農(nóng)民都是直接取用施肥。同時(shí)沿岸存在很多農(nóng)田排水口直接向河中排放廢水，這些都是水源存在病原體污染的威脅。

2 水環(huán)境病原體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

目前主要的水環(huán)境病原體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)主要采用美國國家科學(xué)院（NSA）提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法（危害鑒別、暴露評(píng)價(jià)、劑量反應(yīng)分析和風(fēng)險(xiǎn)表征）與微生物感染特性結(jié)合的四步法[11]。

2.1 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本理論 危害鑒別的目的是找出飲用水中存在的病原體及其對(duì)飲用人群產(chǎn)生的健康效應(yīng)，確定需要進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的病原體類別。目前對(duì)于病原體種類及其危害都已經(jīng)進(jìn)行了很多研究，特別是對(duì)于危害嚴(yán)重的“兩蟲”。

暴露評(píng)價(jià)包括測定飲用水中病原體的濃度，確定飲用人群的范圍、性別、年齡結(jié)構(gòu)和活動(dòng)特性，估計(jì)人群的飲水率、飲水持續(xù)時(shí)間等，然后依據(jù)上述信息計(jì)算飲用人群的暴露劑量。

劑量效應(yīng)關(guān)系是毒理學(xué)中確定有毒有害物質(zhì)毒性類型和大小的最重要的一種關(guān)系，其評(píng)價(jià)根據(jù)污染物危害性質(zhì)的不同而不同。

風(fēng)險(xiǎn)表征是定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的最后步驟，目的是把上述定性、定量的評(píng)價(jià)綜合起來，分析判斷飲用水水質(zhì)導(dǎo)致飲水人群發(fā)生有害效應(yīng)的可能性，并對(duì)其可信程度和不確定性加以闡述，為飲用水管理機(jī)構(gòu)的決策提供科學(xué)依據(jù)。

2.2 我國水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)展 從20世紀(jì)80年代開始，我國開始開展環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。之后有很多研究人員開展河流、湖泊等水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究，主要集中研究重金屬、化學(xué)污染物和有機(jī)農(nóng)藥等方面[12-14]，而有關(guān)病原體方面的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究比較少，仇付國等對(duì)西安市北石橋污水凈化中心二級(jí)處理出水和常規(guī)再生工藝處理后的回用水進(jìn)行研究，通過檢測糞大腸菌群并利用糞大腸菌群和腸道病毒比例關(guān)系，對(duì)再生水用于綠化、農(nóng)田灌溉、景觀娛樂用途時(shí)腸道病毒的感染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)[15]。

盡管我國對(duì)于水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)取得了大少成果，但水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)還仍然算是新興科學(xué)，且對(duì)于水環(huán)境病原體的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的研究較少。另外，在水環(huán)境病原體的檢測和暴露參數(shù)等多方面的研究還有不足。

2.2.1 水環(huán)境病原體檢測。水環(huán)境中的病原體基本上都是通過指示物來檢測，例如水體糞便污染就是通過將大腸菌群和糞大腸菌群作為指示物來檢測的。但是指示微生物與病原體之間的相關(guān)性還不明確，而且其對(duì)病原體的數(shù)量還無法準(zhǔn)確表征，所以用指示微生物檢測結(jié)果來進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，具有很高的不確定性[16]。其他的一些檢測技術(shù)還包括形態(tài)觀察法[17]和免疫熒光試驗(yàn)（IFA）[18]、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）[19]、膠體金免疫層析技術(shù)[20]和PCR及其相關(guān)技術(shù)。

免疫熒光試驗(yàn)（IFA）分為直接法和間接法兩種。直接法是在需檢測樣品上直接滴加已知特異性熒光標(biāo)記的抗血清，經(jīng)洗滌后在熒光顯微鏡下觀察結(jié)果。間接法是在樣品上滴加特異性抗體，然后洗滌，再加入熒光標(biāo)記的第二抗體。免疫熒光試驗(yàn)要求樣品中的病原體有足夠高的濃度，還需要進(jìn)一步提高靈敏度才能用于環(huán)境樣品的檢測。

酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）用酶標(biāo)記抗原或抗體，抗原與抗體結(jié)合后加入底物出現(xiàn)顯色反應(yīng)，主要是用于檢測抗體。隨著抗體制備技術(shù)的進(jìn)一步完善，尤其是單克隆抗體的制備成功，凝集試驗(yàn)的特異性明顯提高。此外，還有一些新型的ELISA方法，采用聚酯布、磁性粒子、氧化欽膜等特殊材料制成的固相載體來結(jié)合抗體進(jìn)行檢測，不僅能夠與濃縮富集過程順利銜接，而且靈敏度大大提高。

膠體金免疫層析技術(shù)以膠體金作為示蹤標(biāo)志物或顯色劑，應(yīng)用于抗原抗體反應(yīng)，是一種固相標(biāo)記免疫測定技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于簡單快速、特異敏感，特別適合于在那些不具備大型檢測設(shè)備的單位或者大規(guī)模普查時(shí)使用，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床診斷。

PCR技術(shù)是一種基于DNA復(fù)制原理的在體外進(jìn)行特異性DNA序列擴(kuò)增的方法。PCR技術(shù)的出現(xiàn)解決了生物細(xì)胞本身核酸量微少，克隆及繁殖原核生物的方法操作繁瑣且耗費(fèi)昂貴的限制。劉永軍等建立了腸道病原菌通用引物PCR檢測方法，并用于西安市區(qū)不同地表水樣的檢測，效果良好[21]。PCR技術(shù)自發(fā)明以來多次被用于腸道病原菌的檢測。然而，在水環(huán)境領(lǐng)域方面的研究還非常有限，同時(shí)由于水環(huán)境樣品的特殊性，應(yīng)用快速準(zhǔn)確的PCR技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境病原體檢測還有一些局限。

檢測方法直接關(guān)系到檢測結(jié)果的有效性，關(guān)系到基本數(shù)據(jù)的完整，直接影響我國水環(huán)境病原體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的發(fā)展。由于病原體種類繁多，常規(guī)方法不能檢測完全，所以一套快速有效的檢測方法體系是開展水環(huán)境病原體檢測的必需條件。這對(duì)于其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有重要意義。

2.2.2 暴露參數(shù)研究。目前很多健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究主要集中在暴露評(píng)估上，其中包括水體中病原體的類型，人類與各種病原體的接觸情況（攝入量、暴露時(shí)間、暴露頻率等）。Gerba等根據(jù)人們使用飲用水和回用水的情況，對(duì)輪狀病毒對(duì)公眾造成的健康風(fēng)險(xiǎn)作出了評(píng)價(jià)，其中包括不同人群的暴露情況[22]。Ottoson等模擬了直接接觸、運(yùn)動(dòng)場灌溉以及地下水填充等不同的暴露情景，評(píng)價(jià)了瑞典斯德哥爾摩北部Vibyasen分散處理的灰水中病原體的健康風(fēng)險(xiǎn)[23]。在這些評(píng)價(jià)中，人類主觀行為是決定人類暴露于水環(huán)境病原體會(huì)產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)的主要因素之一，這也就是暴露參數(shù)。

暴露參數(shù)是決定人體對(duì)環(huán)境污染物的暴露劑量和健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵性參數(shù)。在環(huán)境介質(zhì)污染物濃度準(zhǔn)確定量的情況下，暴露參數(shù)值的選取越接近于評(píng)價(jià)目標(biāo)人群的實(shí)際暴露狀況，則暴露劑量的評(píng)價(jià)越準(zhǔn)確，相應(yīng)的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果也越準(zhǔn)確[24]。我國的研究人員進(jìn)行人體暴露和健康風(fēng)險(xiǎn)研究還比較少，主要參考國外資料，但是由于人種、人體特征和生活習(xí)慣等多方面的差異，直接引用國外數(shù)據(jù)會(huì)造成我國環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的較大誤差。向明燈等采用了問卷調(diào)查方式對(duì)太湖水源地附近居民相關(guān)暴露參數(shù)進(jìn)行研究[25]，楊彥等對(duì)浙江溫嶺地區(qū)人群也進(jìn)行了暴露參數(shù)相關(guān)研究[26]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與美、日相關(guān)暴露參數(shù)手冊(cè)推薦值之間有較大差距，同等條件下參考美國數(shù)值會(huì)造成較大偏差。而且兩項(xiàng)研究之間關(guān)于飲食、飲食暴露參數(shù)等數(shù)據(jù)之間也具有較大偏差。

3 水環(huán)境病原體污染控制

3.1 加強(qiáng)水源地保護(hù) 嚴(yán)格遵循《中華人民共和國水污染防治法》、《飲用水源地水源保護(hù)區(qū)污染防治管理規(guī)定》以及各地方飲用水水源保護(hù)條例，對(duì)水源地開展一系列相關(guān)的環(huán)境管理以及改善的對(duì)策、措施。完善水源地相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)大力宣傳環(huán)保意識(shí) ，普及環(huán)保知識(shí)，提高水源地區(qū)域居民的環(huán)境意識(shí)，從源頭減少水環(huán)境病原體污染。

實(shí)施農(nóng)村改廁，使用衛(wèi)生廁所是減少糞便污染的有效措施，其不僅能夠減少直接向水環(huán)境中排放的糞便，還能減少農(nóng)田的有機(jī)污染，又能大大改善當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境衛(wèi)生狀況，減少病原體的生存空間。

3.2 完善水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 基于健康風(fēng)險(xiǎn)分析的飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)能夠?yàn)檎陲嬘盟踩I(lǐng)域的管理提供更深入的科學(xué)依據(jù)。故應(yīng)該在進(jìn)行常規(guī)水質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，完善水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，緊跟國外發(fā)展趨勢，并結(jié)合我國環(huán)境和健康的實(shí)際情況，大力推動(dòng)水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在飲用水管理工作中的應(yīng)用，開展暴露參數(shù)大規(guī)模調(diào)查和研究，建立適合我國的評(píng)價(jià)技術(shù)和方法體系。

3.3 控制畜禽養(yǎng)殖污染 遷移或關(guān)閉水源地的養(yǎng)殖場，轉(zhuǎn)變粗放式養(yǎng)殖模式，同時(shí)對(duì)所有養(yǎng)殖場都要求科學(xué)處理畜禽糞尿，避免病原菌通過糞尿擴(kuò)散和傳播。對(duì)糞便的處理一般可采取堆肥的措施減少病原體污染，堆肥程序可參照《城市生活垃圾好氧靜態(tài)堆肥處理技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T52-93），并要求糞便露天堆肥必須保持55 ℃以上高溫15 d，而對(duì)于封閉堆肥則需要55 ℃以上高溫保持3 d。同時(shí)糞便堆肥及其產(chǎn)物必須符合法定標(biāo)準(zhǔn)才能用于農(nóng)田。

在畜禽病原體耐藥性方面，要引導(dǎo)養(yǎng)殖場科學(xué)防疫，進(jìn)一步完善畜禽傳染病防疫體系，確保準(zhǔn)確且快速地檢測和診斷，從而使可能的重大疫情減少并安全地使用獸藥。運(yùn)用科學(xué)消毒防病法，強(qiáng)化全覆蓋式帶畜禽噴霧消毒技術(shù)在防病中的應(yīng)用。同時(shí)加強(qiáng)疫病凈化技術(shù)的應(yīng)用和抗病育種。而在養(yǎng)殖密度上不能一味追求數(shù)量，應(yīng)適當(dāng)降低密度，保持畜舍良好的通風(fēng)環(huán)境。以上措施不僅能降低進(jìn)入水環(huán)境中的病原體的耐藥性，還能根本減少病原體污染。

4 結(jié)論

目前我國水環(huán)境污染非常突出，農(nóng)村集中和分散給水以及不少城市的自來水供應(yīng)都存在病原體超標(biāo)的情況，病原體安全健康問題也受到廣泛關(guān)注。普通的水質(zhì)監(jiān)測已經(jīng)不能滿足水源病原體污染的評(píng)價(jià)，進(jìn)一步深入研究水環(huán)境中病原體的來源分布，存活狀況以及檢測技術(shù)，完善水環(huán)境病原體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)于預(yù)防病原體感染，保護(hù)人體健康具有重要意義。

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