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環境化學物質影響生殖與發育

摘自《美國婦產科期刊》The American Journal of Obstetrics and Gynecology(2015):
Toxic Environmental Chemicals: The Role of Reproductive Health Professionals In Preventing Harmful Exposures
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每一位懷孕的婦女都暴露於多種不同的環境化學物質(environmental chemicals)中。迅速累積中的科學證據顯示,日常生活中接觸這些化學物質的濃度,就足以對生殖和發育產生負面的影響。在懷孕和生產之前接觸環境化學物質尤其值得關注,因為這些化學物質對於嬰兒的一生有著深遠和長期的影響。

環境化學物質與生殖、發育健康

在美國,目前所發現的生殖問題包括:進入青春期的年齡下降、生育能力下降、生育結果不良如早產、妊娠期縮短、出生缺陷的比率增加,兒童疾病比率如自閉症、某些癌症、和肥胖增加,以及預期壽命縮短。由於這些問題以及其他的生殖健康指標增加的速度相對比較快,基因組合(genetic makeup)的改變應該不是主因。所以,我們必須留意其他的因素,包括環境,很可能促成這些改變。

 

環境因子對於生殖健康的影響從子宮中就開始了。環境因子包括:社會環境、營養環境、實體環境,以及化學環境。這四個因子會彼此影響,也會與內在生物因素(如年齡、性別、基因)產生交互作用,影響個人與群體的健康。例如,環境汙染會與壓力(stress)產生交互作用影響一個人長期的健康;接觸有毒化學物質會因為營養狀況而產生放大或舒緩的效果;有毒化學物質以及充足的營養,會受到社會因素如不平等、貧窮、鄰近區域、和住宅的影響。

 

這些環境因子的差異,對於健康會有嚴重的後果。許多接觸大量化學物質的社區,同時也缺乏醫療照護、良好的教育機會、充分的營養、工作機會和其他足以舒緩相關衝擊的因素。因此,低劑量化學物質的效果,可能因為某一個族群接觸其他環境汙染物和潛藏的健康狀況,而有很大的差異。

 

在婦產科領域,孕前和產前所接觸的環境化學物質是一個主要的研究領域,因為(1)美國懷孕婦女接觸許多不同的有毒化學物質現在已經是常態,(2)在生命發育階段接觸到某些化學物質,關係著他們醫生的健康問題,並且可能傳遞給下一代,(3)孕前和產前對於化學物質的接觸可以被舒緩或放大。

懷孕婦女暴露於環境化學物質的問題

 

過去70年,人類所接觸化學物質急遽的成長。這段期間,美國化學物料的產量增加了16倍。如今,名列於美國環保局的化學物質超過8萬種。其中大約3000到4000種屬於大量生產的化學物質,他們每一種在美國的年使用量都超過一百萬磅(45萬公斤)。此外,每一年有700種新的化學物質上市。

 

我們不能像看待醫藥用品那樣,假定這些化學物在上市之前管理當局有經過充分的體內和體外檢驗。目前市面上多數的化學物質都沒有經過完整的檢測,我們不瞭解他們是否具有生殖系統或足以造成其他慢性病的毒性。例如,從1976年開始,美國環保局透過「毒物控制法」被賦予管制化學物質上市的權力。從那一年之後上市的62000種化學物質中,環保署動用公權力要求測試的,不到200種。

 

有毒的化學物質是透過住家、工作場所、社區,受汙染的食物、飲水、空氣和商品等管道廣為散布。2011年有一項研究利用全國健康和營養調查(National Health and Nutrition Examination Survey)資料,揭露了美國懷孕婦女暴露於多種化學物質的程度。該研究發現,幾乎所有的懷孕婦女體內都可以測量到以下所有的化學物質,對生殖和發育系統造成傷害:簽、汞、甲苯、高氯酸鹽、雙酚A(BPA),以及某些磷苯二甲酸酯(phthalates)、殺蟲劑、全氟化合物(PFC)、多氯聯苯(PCB)和多溴二苯酚醚(PBDE)。其中有許多,包括磷苯二甲酸酯、汞、多溴二苯酚醚的濃度,已經在人體研究中證實足以對健康造成負面的影響。

 

這樣的化學接觸會產生甚麼後果,我們目前缺乏完整的知識,因為目前還沒有研究深入去了解每天接觸這麼複雜的化學物質對於生殖和健康的潛在風險。對此,國家科學院(National Academy of Sciences)認為目前用來做為政策制定基礎的科學研究方法,跟人們在真實世界的接觸模式之間,存在著落差。他們也認為在缺乏足夠資料的情況下,我們無法假定環境化學物質對於生殖或發育的負面影響,存在著臨界點或安全極限。

 

孕婦體內許多化學物質可以跨越胎盤,某些物質如甲基汞,胚胎的暴露濃度甚至比母體來得高。2010年,國家癌症研究所(National Cancer Institute)的總統癌症報告(President's Report on Cancer)觀察到「新生兒預受到汙染(pre-polluted)的程度令人擔憂」。這些嬰兒出生之後,會透過母乳,持續暴露於他們母親所接觸的環境化學物質之中。

環境化學物質對於發育的傷害

新科學顛覆了過去低濃度就沒有負面影響的假設。我們現在了解,人類的生殖系統特別容易受到環境化學物質的干擾,尤其是在生長發育的關鍵敏感時刻,如胎兒、嬰兒、兒童和青少年。因為這些階段人體會產生大規模的轉變,例如細胞增殖,以及快速改變或尚未發育完成的新陳代謝、賀爾蒙和免疫力。

 

例如,中樞神經發育的關鍵階段從胚胎一直延伸到青少年時期。神經元的發育過程特別容易受到干擾,產生永久性的傷害。由於這些發育過程是單向的,生命早期受到的干擾,其後果會擴及一生,產生一連串的後續效應。

 

懷孕婦女暴露於內分泌干擾化學物質(endocrine disrupting chemicals,EDCs)逐漸成為一個重要的健康問題,因為今日的美國婦女無一倖免的同時暴露於多種EDCs。常見於食品、飲水、空氣、室內灰塵、或個人衛生用品的EDC包括磷苯二甲酸酯、雙酚A、多溴聯苯醚、高氯酸鹽、和某些殺蟲劑。由於賀爾蒙的調節在人類的生殖過程中扮演關鍵角色,這些干擾的化學物質可以導致永久性的後果。

 

例如,多氯聯苯、多溴聯苯醚會干擾母體的甲狀腺功能,甲狀腺對於胚胎的生長至關重要,在子宮中暴露於這些化學物質的胚胎,在人體和動物研究上發現與神經系統缺陷有關。磷苯二甲酸酯會干擾睪酮素,動物與人體研究顯示在生長的關鍵時刻接觸某些磷苯二甲酸酯具有傷害雄性生殖系統的風險;在老鼠身上會引發隱睪症,在人體上,懷孕期間體內磷苯二甲酸酯濃度高的女性與其男童女性化的跡象之間,具有關聯性。

 

環境毒素對於生長的影響有著多元、複雜的機制,而且這些機制會隨著接觸是發生在懷孕或生長階段,以及相關後果發生的時機而改變。例如,環境化學物質可以在生長關鍵階段透過干擾「轉錄因子」(transcription factor,轉錄因子具有DNA序列的識別、結合以及控制基因表現的基本機能)和「形態調節分子」(morpho-regulatory molecules)影響胚胎肺部的結構和功能。此外,環境化學物質也可以干擾細胞之間的訊號傳遞,透過不改變DNA序列的「外遺傳機制」(epigenetic mechanism,不改變DNA序列的前提下,通過某些機制引起可遺傳的基因表達或細胞表現型的變化),影響協調人體正常發育的基因表現。有人將人類基因比喻為將槍枝上膛(load the gun),亦即埋下負面健康後果的潛在因素,而環境就像板機,啟動足以造成人體病變的一系列生物連鎖反應。

 

下表呈現當今懷孕婦女體內常見的環境化學物質,以及胎兒於子宮內接觸這些物質之後,對於生殖系統和發育的影響。2009年,內分泌學會檢視這些EDC影響健康的證據,認為「EDC危害生殖系統的證據(不孕、癌症、畸形)很強,有越來越多的證據顯示,EDC還會影響其他的內分泌系統,包括甲狀腺、神經內分泌、肥胖與新陳代謝、胰島素和葡萄糖恆定(glucose homeostasis)。

 

新的科學證據,如外遺傳學、細胞信息傳遞(cell signaling,是一個主管細胞基本活動並協調細胞行為的複雜溝通系統。細胞對周遭微環境進行感知與正確回應的能力是其發展、修復組織、免疫以及體內正常動態平衡的基礎。癌症、自體免疫疾病與糖尿病等病症均可歸咎於細胞在信息處理上的錯誤)、細胞和發育編程(development programming,近年來,大量流行病學研究及動物實驗證明,胎兒在宮內發育時受到遺傳因素和宮內環境的影響,不僅會影響胎兒期的生長發育,還可能產生持續的結構功能改變,導致將來一系列成年疾病的發生),見證了當今環境中的化學物質濃度,很容易對發育中的生命造成影響。在胚胎發育階段接觸這些化學物質會導致器官結構、功能、或新陳代謝的永久性的改變,影響一生的健康。新的科學證據顯示,懷孕的成果不只是一個健康的嬰兒,而是一個可以從小到老都健康的體質。

新科學的含意

病患本身所採取的行動,可以減少體內有毒化學物質的負荷。研究發現,兒童從傳統飲食改成有機食物之後,他們體內的農藥弄度就下降了。同樣的,近期的研究發現,避免罐頭食品和其他含有雙酚A的飲食來源,可以降低成人與兒童體內的化學物質濃度,而且飲食行為的短期改變可以顯著降低暴露於磷苯二甲酸酯的機會。

 

病患的購物習慣也是在向市場傳送訊號,有助於驅動社會的改變。有機食物市場的興起、嬰兒用品BPA替代物市場的大量成長、Walmart最近在供應鏈中禁止使用一種使用於數百種消費者商品中的阻燃劑,都是這方面的案例。

 

雙酚A

聚碳酸酯塑膠和樹脂的化學中介物。存在於消費者商品和包裝中。透過呼吸、攝食和皮膚吸收接觸。

復發性流產

女童具有侵略性和過動症

職業接觸:電池製造與回收業、冶煉、焊接、汽車修理、彩繪玻璃裝飾、珠寶製造。非職業接觸:使用含鉛油漆粉刷的老房子、某些玩具和兒童飾品、水管、陶器瓷器、草藥、化妝品、染髮劑、受汙染的土壤。

基因组甲基化的改變

增加過敏的可能性

美國最大的來源是燃煤發電廠。主要是透過攝食受汙染的海鮮進入人體。

降低認知能力

神經發育受損

多溴聯苯醚(PBDEs)

火焰阻燃劑,會持續存在於環境中,而且具有生物累積性。存在於家具、紡織品、地毯、電子產品中的塑膠。

神經發育受損

早產、新生兒體重過輕、
死胎

多氯聯苯(PCBs)

工業用絕緣體和潤滑劑。1970年代遭到禁用,但持續存在於水體和陸上食物鏈中,透過攝食進入人體。

過動症相關的行為
BMI增加、智商降低

全氟化合物(PFCs)

一種廣為使用的有機氟化合物,有許多不同的工業和消費者產品用途。全氟辛烷磺酸(PFOS)全氟辛酸(PFOA)用來製造不沾鍋的鐵氟龍和其他炊具,也用來製造食物包裝,以增加餐盤、容器、紙袋、包裝紙抗油和防水的能力。會持續存在於環境中。工人透過職業接觸,一班大眾透過呼吸、攝食和皮膚接觸。

新生兒體重過輕

殺蟲劑

大量使用於農業、社區和居家環境。2001年,美國大約使用了12億磅的殺蟲劑。殺蟲劑可以被攝食、吸入和透過皮膚吸收。可能透過食物、飲水、空氣、灰塵和土壤進入人體。

認知能力受損

神經發育受損
胚胎成長受損

睪丸癌機率增加
兒童癌症