洗護用品中的抗菌成分對水生態環境的危害作用

孫偉蓮，孫東雷，黃維，張遵真

四川大學華西公共衛生學院/華西第四醫院，成都 610041

近年來，流行性感冒、新型冠狀病毒肺炎和禽流感等突發急性傳染病事件頻發，促使人們衛生意識大幅增強，推動了消毒殺菌產品的銷售和使用。我國國家統計局公布的數據顯示，2020年前三季度我國人均購買洗滌及衛生產品的支出同比增長13.7%，充分說明新型冠狀病毒肺炎疫情極大地刺激了人們對抗菌衛生用品的需求。為了迎合市場和增加銷量，生產廠商熱衷于在洗護用品中添加殺菌成分，將市售的個人護理產品醒目標注“抗菌”“抑菌”“殺菌”等字樣，甚至宣稱抗菌產品殺菌率高達99.999%。但是，由于洗手時間短，抗菌香皂中的殺菌成分在實際應用條件下無法發揮理論的抗菌作用[1]。另一方面，洗護用品中的抗菌成分隨著廢水進入水環境，必定給水體微生物和水生生物帶來潛在危害[2]?；谝陨?點，美國食品藥品監督管理局于2016年明令禁止銷售含有三氯生、三氯卡班和苯酚等19種特定活性成分的抗菌洗浴產品[3]，歐盟委員會、東南亞國家聯盟和韓國食品藥品管理局等也相繼對抗菌物質的添加做出了更為嚴格的限制[4]，但中國迄今尚未出臺類似政策。事實上，現有研究顯示中國此類水環境污染問題逐漸突出，大多數湖泊和河流均能檢測到納克至微克級水平的殺菌劑[5]。本文檢索了國內外洗護用品抗菌成分的最新文獻，系統綜述了洗護用品中常用的酚類、含氯類、季銨鹽類及其他類別殺菌劑在水環境中的分布以及對水體中微生物和水生生物的生物學作用，為我國洗護用品中抗菌成分的監督管理提供參考依據。

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

現有研究表明洗護用品中殺菌成分的排放對微生物耐藥性具有重要貢獻[6-7]。隨著抗菌洗護用品的廣泛應用，酚類、含氯類、季銨鹽類、胍類、含氧類和天然殺菌劑等成分被排入水體且在水環境中積累，研究顯示這些殺菌劑在國內外地表水、自來水和污水等多種水環境中分布廣泛，檢出濃度從納克至微克水平(表1)。酚類、含氯類和季銨鹽類殺菌劑是香皂、洗手液和漱口水等多種洗護用品中最常添加的抗菌成分[8]，受到生產企業的認可，同時添加了這3類抗菌成分的產品也受到消費者的青睞?，F有的資料提示中國地表水中酚類、含氯類和季銨鹽類殺菌劑濃度普遍高于美國、英國和日本等國家(表1)，表明我國地表水洗護用品中殺菌劑帶來的污染不容樂觀。此外，目前尚無苯扎溴銨、聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽和殼聚糖等多種殺菌劑在我國水環境中濃度分布數據報道，提示這些水環境質量指標的監測亟待加強。

2 抗菌成分對水生態環境的危害作用(Hazards of antibacterial ingredients on water ecological environment)

2.1 微生物耐藥性

眾所周知，抗生素濫用會導致環境微生物產生抗生素抗性基因，引起微生物耐藥性，給人類健康及環境穩態帶來潛在隱患，因此，減緩抗生素耐藥性已成為全球重要的公共衛生問題[22-25]。醫療衛生領域抗生素濫用是引起抗生素耐藥的主要原因[26]，針對這一原因，全國已形成規范和共識，嚴格控制臨床抗生素應用。2012年，我國原衛生部發布的《抗菌藥物臨床應用管理辦法》要求嚴格控制醫療機構采購抗菌藥物的品種與數量，且嚴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用品中抗菌成分應用卻被嚴重忽視。事實上，水環境是耐藥菌及耐藥基因的主要儲存庫[27]，日常生活中廣泛使用的殺菌成分排放至水體會加劇水環境微生物耐藥性。已有研究顯示病原微生物暴露于三氯生或三氯卡班后對四環素、環丙沙星和氯霉素的抗性增強，暴露于苯扎氯銨后會增加對氨芐青霉素、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多種抗生素產生交叉耐藥性[29-31]，表明洗護用品中的殺菌成分隨廢水排入水體會促進微生物耐藥性的發生。此外，酚類、含氯類和季銨鹽類等殺菌劑均具有廣譜高效殺菌作用，排放至水環境同樣會對非目標微生物產生危害，破壞水中微生物正常菌群組成，干擾水的凈化和水質調節，同時促使耐藥菌株形成，甚至加速超級細菌的產生與傳播[30,32]。更為嚴重的是，耐藥細菌和耐藥基因在環境中增殖遷移，造成水源污染且難以被我國現有的自來水處理系統清除[33]；耐藥細菌與耐藥基因還會在魚類、蝦類和貝類等水產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健康威脅。

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

續表1分類Classification成分名稱Ingredient name用途Application水環境分布Distribution in the aquatic environment季銨鹽類殺菌劑Quaternary ammonium bactericides苯扎氯銨(俗稱“潔爾滅”)Benzalkonium chloride皮膚清潔、醫務人員手部清潔、洗滌劑Skin cleaning, medical staff hand cleaning, detergent中國松花江哈爾濱段Harbin section of Songhua River, China:0.4～2.9 ng·L-1[16]中國污水處理廠污泥中Chinese sewage treatment plant sludge:< 191 μg·g-1[18]中國珠江口沉積物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、隱形眼鏡護理液Hand sanitizer, cleaner, contact lens care solution—聚六亞甲基胍鹽酸鹽Poly(hexamethylenehydrazine) hydrochloride萬能清潔劑、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—含氧類殺菌劑Oxygenated bactericides過氧化氫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]日本國分川Kokubun River, Japan:8.02～99.59 μg·L-1[21]過氧乙酸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、洗發護發用品、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，人們已逐漸意識到洗護用品中抗菌成分對微生物耐藥性的重要作用，最近有學者利用宏基因組學技術發現經常使用抗菌牙膏后的牙刷上取樣的菌群與正常環境下取樣的菌群相比富含種類更多、抗性更強的抗菌劑耐藥基因[35]，說明牙刷上抗菌成分殘留促進了耐藥基因的進化?？咕栏嘀械娜壬瓦^氧化物能夠在牙刷頭積累[36]，長期使用抗菌牙膏會導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，增加殺菌劑引發細菌耐藥性的潛在人體健康風險。據統計，目前全球每年約有70萬人死于微生物耐藥，如果不及時采取控制措施，到2050年每年將會有1 000萬人因微生物耐藥而死亡[37]。隨著越來越多的細菌感染難以控制，殺菌劑引發的微生物耐藥性已經成為全球性的健康挑戰，是人類面臨的重大公共衛生威脅[38-39]。因此，科學合理地管控洗護用品中殺菌劑的使用有助于減少微生物耐藥風險。

2.2 水生生物毒性

2.2.1 對氯間二甲苯酚

對氯間二甲苯酚是應用最廣泛的酚類殺菌劑，常被添加到肥皂、洗手液、消毒劑和香波等產品(表1)?，F有研究顯示當虹鱒魚暴露于(4.2±0.9) μg·L-1對氯間二甲苯酚40 d后，鰓、脾、肝和腎等臟器均出現嚴重損傷，甚至壞死[40]。事實上，如表1所示，地表水中對氯間二甲苯酚的實際濃度往往高于5.1 μg·L-1，大于現有實驗研究中使用的有害濃度，說明地表水中對氯間二甲苯酚對魚類的正常生長發育具有危害作用。此外，藻類生長抑制試驗、溞類急性活動抑制試驗和魚類急性毒性實驗發現，對氯間二甲苯酚對近頭狀偽蹄形藻、斜生柵藻和稀有鮈鯽具有中等毒性作用，對大型溞、斑馬魚、日本青鳉、虹鱒魚和藍鰓魚具有高毒作用[41-42]，提示對氯間二甲苯酚對水體中魚類、溞類和藻類等各類生物均可產生危害。

2.2.2 三氯生和三氯卡班

在含氯類殺菌劑中，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用品中(表1)，然而歐洲化學品管理局尚未批準三氯生作為殺菌物質使用[43]。研究顯示，三氯生和三氯卡班對水體中的藻類、魚類和低等動物等多種生物都具有明顯毒作用，并且能夠產生生物富集效應，對低等動物主要表現為致死作用、內分泌干擾效應、生殖毒性及遺傳毒性等[44-45]。急性毒性實驗顯示三氯生和三氯卡班對黑斑蛙蝌蚪和非洲爪蛙蝌蚪具有高毒作用，且三氯生對日本青鳉魚、斑馬魚和黑頭軟口鰷等魚類也具有高毒效應[46]；殘留在給水系統中的三氯生可抑制輪葉黑藻、小球藻和銅綠微囊藻等藻類的生長，且造成魚類胚胎孵化延遲、發育異常和生殖功能障礙[47-50]。當虹鱒魚暴露于(0.48±0.2) μg·L-1三氯生40 d后，血液細胞DNA明顯受損，肌肉組織松弛，腎、肝、脾和腮等重要臟器出現損傷[40]。值得注意的是，如表1所示，加拿大地表水和中國廣東石井河中三氯生濃度的最大值遠高于0.68 μg·L-1，說明地表水中三氯生對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，美國環境保護局報道了苯扎氯銨對水環境和水體中的生物(包括魚、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、海洋等水環境中[51]。然而，我國目前沒有限制排放廢水中苯扎氯銨的含量規定。隨著人們日常使用，大量苯扎氯銨排入水環境，對魚類、溞類和藻類的危害作用不容忽視。研究顯示淡水甲殼類動物大型溞和網紋蚤暴露于苯扎氯銨后，可以引發急性毒性、慢性毒性和遺傳毒性等多種毒性效應[52]。當虹鱒魚暴露于180 μg·L-1苯扎氯銨28 d后，魚鰓和肝臟中過氧化氫酶活性降低、乙酰膽堿酯酶活性增加[53]，說明苯扎氯銨會干擾虹鱒魚體內抗氧化作用和代謝過程。此外，苯扎氯銨對水生食物鏈中斜生柵藻、大型溞和斑馬魚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破壞水生生態系統的穩態。

2.2.4 其他殺菌劑

胍類殺菌劑因結構中含有胍基而得名，主要包括氯己定和聚六亞甲基胍，是消毒劑中的新生代產品，早期被認為副作用小安全性高，被當做“萬能消毒劑”。2002年，美國環境保護局將胍類殺菌劑中常用的聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽列為低環境風險物質[56]，因此胍類殺菌劑在水環境中的分布及毒性作用極少受到關注，對生態環境和人體健康可能造成的危害也被忽視。然而，2020年媒體廣泛報道的韓國民眾因使用聚六亞甲基胍鹽導致的嚴重健康危害給人們敲響了隨意使用消毒劑的警鐘[57]。為了滿足謹防細菌滋生的心理，消費者不恰當地在加濕器中加入聚六亞甲基胍鹽酸鹽，在1994—2011年間對全國60多萬人的肺部造成不可逆的肺纖維化，死亡人數高達上萬，被認為是韓國歷史上最嚴重的環境災難之一[57]。目前對于胍類殺菌劑危害作用的認知還很少，胍類殺菌劑對水環境生物的危害和對人體健康的危害值得研究。

含氧殺菌劑常用的是過氧化氫，俗稱雙氧水，分解后的最終產物是水和氧氣，對環境無污染，被認為是重要的綠色環保產品和化工原料，因此，歐洲化學品管理局于2017年批準過氧化氫用作消毒劑與殺藻劑[43]。有報道顯示，青鳉魚暴露于高濃度的過氧化氫后會出現抽動、沖撞和驚厥等癥狀，并且可以與洋地黃皂苷對海洋青鳉魚產生協同致毒作用[58]。

除了傳統的抗菌抑菌成分外，天然來源的殺菌劑直接提取自天然食物或植物，不屬于化學制品，對生態環境和人體健康更為友好，逐漸受到人們的青睞。天然來源抗菌產品的發展可能更有助于開發毒性低、對環境友好的消毒抗菌產品，但天然來源抗菌產品的抗菌機制和實際抗菌效果仍需進一步探討[59-60]。

3 總結和展望(Summary and outlook)

綜上所述，洗護用品中的抗菌成分在水環境中分布廣泛、種類繁多，不僅可以增加水中微生物的耐藥性、促進耐藥基因的傳播，也對水生生物(魚類、藻類和溞類等)的生長發育與活動能力產生抑制作用，影響水體自凈和生態環境的穩定性。值得注意的是，已有研究表明洗護用品中的殺菌成分在實際使用過程中抗菌效果存疑[1](時間太短，不能發揮抗菌作用)。因此，美國明令禁止三氯生、三氯卡班和苯酚等殺菌劑在洗護用品中的添加，使廢水處理廠進出口水中的三氯生和三氯卡班濃度下降70%以上[61]。隨后，歐盟和韓國也紛紛對洗護用品中抗菌物質的添加做出了更為嚴格的限制，而我國尚未對洗護用品中抗菌成分添加的政策進行修訂，引起人們對水環境中洗護用品殺菌劑帶來的潛在風險擔憂。當前，全球淡水資源缺乏，水體污染防控迫在眉睫，本文系統總結了洗護用品中主要殺菌成分的水環境分布與效應，為我國科學管控洗護用品中殺菌劑的添加提供了參考依據。未來，需要加強對各種抗菌物質在水環境中濃度分布的監測和毒性效應研究，洗護用品中殺菌劑添加的有效性與必要性有待進一步明確。