警惕化学污染入侵大脑
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早在多年前，我们就已经知道，铅会严重损害儿童早期发育。如今科学家研究发现，我们孩子们的大脑正在接二连三地受到其他多种常见化学物质的“狂轰滥炸”……
卡洛斯・贾西诺是在美国哈德逊河附近的哈莱姆长大的，像其他孩子一样，在附近滑旱冰，吃麦当劳，和小朋友一起闲逛。但他当时并不知道，在哈莱姆，30%以上的孩子患有哮喘，是美国哮喘发病率最高的地方之一。
哈莱姆地区周围的空气质量令人们深为担忧，但大多数人都归咎于1985年建立在沿哈德逊河一侧的一个污水处理场，那里暴露在空气中的沉降池臭气熏天。后来在环保人士的努力下，于1994年在这里建立起了空气监测站。
哈莱姆地区人们的健康困扰在城市贫困人口中并不少见。除了哮喘之外，这里的孩子肥胖率也很高，也许最令人震惊和担忧的，是日益增多的学习障碍症。医学研究人员发现，所有的这些症状在某种程度上都与诸多环境因素有关，从营养不良到烟草中的尼古丁到工业化学物质，但令卡洛斯和其他许多人大为震惊的是，化学污染最大的目标可能不是我们的肺，而是我们的大脑。
触目惊心的污染现实
在美国，多达六分之一的儿童患有各种神经发育障碍症，包括自闭症、语言能力迟缓、注意力缺失过动症（ADHD）等。据美国疾病控制和预防中心估计，仅ADHD这一项就对14%的儿童产生影响。2000年的一份报告指出，需要特殊教育服务孩子的数量在过去25年里增加了200%。据美国国家科学院国家研究委员会估计，3%的脑部疾病完全是因环境毒素引起的，另外25%也与环境因素与遗传易感性的交互作用有关。
美国的孕妇和幼儿每天至少要受到三种有可能毒害大脑神经的杀虫剂的污染，主要污染途径是通过食物和水，还有一些污染则来自家居环境、草坪等。一些有毒化学物质，如多环芳烃污染，主要通过汽车排气，聚溴二苯醚、多溴二苯醚这类化学阻燃剂的污染，主要通过家中的软垫饰物和家用电器等。这些化学物质和其他工业副产品无处不在，无孔不入地进入到我们的身体里。但每个人受化学物质污染毒害的程度不尽相同，我们中的一些人似乎更容易受到化学物质的影响，其可能原因包括遗传易感性、营养不良、身心压力和年龄等。
1994年，卡洛斯在完成高中学业后，参加了当地的一个青年环保组织，开始绘制当地污染源地图，其中包括干洗店和排放汽车尾汽的公交站的位置等。1997年，他加入了西哈莱姆的环保行动组。如今，他利用一种实时记录碳黑污染的“黑匣子”――微波炉大小的便携式黑碳仪――监测当地的空气环境。每天下午3点污染指数最高时，卡洛斯就开始收集数据，到近傍晚时，污染指数可达700s以上。在他的想象中，“像丑陋鬼脸般、令我们窒息的黑色污染物在我们的窗户周围不断地盘旋着。”
不过，这种可见的烟雾还不是最严重的污染。烟雾污染确实存在，但从上世纪70年代开始，在空气质量管制条例下得到了一定程度的控制，在其后的40年里，《清洁空气法》从根本上减少了许多烟雾成分，其中一氧化碳排放量下降了82%；二氧化硫下降了76%。
但是得不到有效控制的直径小于2.5微米的黑碳颗粒物，依然造成全球每年二百万人过早死亡，并对气候变化造成严重影响。据最新研究发现，黑碳是“由人类排放造成空气污染的第二大因素”。
可吸入颗粒物污染是人类多种疾病频发的罪魁祸首，包括心脏病和肺部疾病等，有的甚至导致过早死亡。黑碳被认为是多环芳烃这类化学物质的“同谋者”，它比多环芳烃更易测量到，通常与多环芳烃的存在密切相关。细小的黑碳颗粒被人体吸入后，会深入肺部，甚至会到达大脑，在大脑里肆意作乱：改变基因表达，导致发炎，扰乱神经电路等。卡洛斯和其他人不由想到：这些污染物和其他常见的污染物是导致哈莱姆地区的孩子们神经发育延迟高发病率的元凶吗？
“环境暴露”问题的提出与研究进展
上世纪80年代时，哥伦比亚大学医学研究中心的弗雷德里卡・佩蕾拉是一位年轻的癌症研究人员，当时她决定从人类胎盘收集组织样本，认为它们是最“原始”的、未受环境污染的组织。“但结果我们发现即使是在不吸烟女性身上获取的样本中，也有DNA被污染的痕迹。这让我对胎儿的环境污染风险感到担忧。”她回忆道。
在过去的20年里，癌症研究人员和其他分子生物学家花了很多时间研究与基因组相关的疾病，希望能够破解疾病的秘密。如今人们已经明白，细胞的生存状态并不仅仅取决于DNA蓝图，细胞会敏感地与外部产生交互关系，对基因的开启或切断产生影响，有时甚至因环境、饮食、污染物质吸入或通过皮肤接触等因素产生突变。为了真正理解人类健康与疾病的关系，科学家们需要同时对基因组和环境暴露（exposome）进行研究，“环境暴露”一词是2005年美国癌症流行病学家克里斯多佛・怀尔德创造的一个新术语。
佩蕾拉如今已是哥伦比亚大学医学研究中心主任，是对美国流行病学数据搜集最多的人之一。从1998年底开始，佩蕾拉和她的同事在哈莱姆医院等地招募了700多名孕妇开展母婴研究项目。15年后，当年的婴儿已进入青少年时期，研究团队一直在对其中四分之三的参与者随时间推移的健康状况进行跟踪调查，并保留着他们从母亲怀孕到分娩的所有血液和尿液样本，以供研究人员在出现新问题时回过头去查询这些历史数据和资料。
如今人们已经知道，很多化学物质可以渗透进入曾经被认为神圣不可侵入的胎盘中。这种情况令人担忧，这些化学物质的大部分从未进行过对人类健康影响的测试。此外，医学界普遍认为，胎儿时期受到的化学物质污染，会带来许多疾病风险和隐患，如肥胖、癌症和自闭症等。
2013年9月，美国妇产科医师学会和美国生殖医学协会发表联合声明称，“过去15年里的科研证据表明，在怀孕前和怀孕期间暴露于有毒污染物环境中，有可能对生殖健康产生显著和持久的影响。”发育生物学家认为，胎儿时期身体和大脑细胞的发育正处于最重要的关键时期，此时细胞的分裂和增殖就好像单行列车，一旦离站，就再也没有退回重来的机会。
污染对孩子们的影响比实验室动物更难研究，因为他们接触到的多种环境因素都会对实际数据产生影响。但通过佩蕾拉和她的研究团队复杂而多样化的调查研究策略，一切都开始明晰起来。该中心的早期研究发现，出生时的一些问题，包括体重过轻和头围过小以及儿童低智商等，都与母亲体内高污染物含量相关，罪魁祸首是多环芳烃和一种叫做毒死蜱的化学物质，前者是100多种多环化学结构式的总称，是具有致癌、致畸和致突变作用的环境污染物，并具有明显的生物累积效应；后者是一种有机磷剧毒农药，用于杀死室内蟑螂和臭虫。此外，化学阻燃剂污染的危害也不可忽视。毒死蜱在早期样本中的几乎每一位母亲的脐带中都有发现，虽然自2001年以来，已在住宅使用中被淘汰，但是一些害虫驱除剂仍在使用。这类有害化学物质，还包括一些农业杀虫剂，它们最终会残留在食物中，进入我们的身体。
佩蕾拉和她的同事证明，这些有害化学物质会损害细胞的DNA。动物实验表明，毒死蜱会导致发育中的脑细胞死亡，诱导老鼠产生行为变化，例如，在子宫内或出生后不久给予低剂量农药的老鼠，在走迷宫实验中的学习能力很差。
佩蕾拉和她的团队不知道这些化学物质会如何改变大脑，他们通过对阅读能力、运动技能，以及攻击性、冒险或抑郁等心理标准的定期测试，来研究有害化学物质对儿童成长发育的影响。
在孩子3岁时，与其他孩子相比，接触农药最多者，运动技能测试低于平均成绩6分，心理发育测试低3分，产生注意力缺失和多动症等问题的风险也更大。
另有研究表明，多环芳烃污染导致发育迟缓风险增加近三倍。在孩子7岁时的测试表明，排除吸烟影响和孕产妇智力等因素，孕期曾大量接触毒死蜱母亲生产出的孩子，工作记忆下降2.8%，智商下降1.4%。之后波兰的一项研究发现，更高的产前化学物质接触导致5岁儿童智商平均下降3.8分。这种影响可与上世纪70年代铅的有害影响相比拟。
如今哈莱姆的儿童已经长大，研究团队想要知道，胎儿期的化学物质接触累积，是否在其他方面对他们产生不良影响，如学术能力、社交能力、焦虑和抑郁，甚至一些自伤行为等。
人类对于环境污染对大脑损害的研究有着悠久的历史。早在公元前200年，一位希腊医生就对铅的毒性进行了描述。1848年，一位法国医生发现了导致某个婴儿脾气暴躁的原因，原来这个婴儿一直喜欢吸吮一个用铅做成的士兵玩偶。随着20世纪商业和工业的迅速发展，类似的儿童受害曝光事件也越来越多。1955年春，一种添加到奶粉中的加了砷的稳定剂导致日本12000名受害者产生各种疾病，包括癫痫、智商降低等，大多数受害者为婴儿。培养皿中的研究实验表明，砷抑制细胞生长，影响大脑正常发育过程。上世纪50年代，也是在日本，一家工厂将汞排入海湾，怀孕期间的母亲吃了受污染的鱼，最终引发许多孩子产生严重的身体疾病和认知障碍。
上世纪70年代中期，世界各地的研究人员对空气污染、铅污染、谷物中含汞防腐剂、鱼类的多氯联苯污染以及酒精对胎儿和儿童的影响进行研究后发现，化学物质对孩子的影响比对成年人要大得多。
“因为人类的大脑是如此地复杂，所以它也是非常脆弱的。”哈佛大学公共卫生学院副教授格兰迪恩说道，“哪怕只出现一点错误，你也不会有第二次机会。”
格兰迪恩解释说，受孕后不久大脑就开始形成一小簇细胞。在胎儿生长发育的高峰期，每分钟可生成12000个细胞，即每秒200个，这些细胞开始发送和接收信息，并转移到身体的特定部位。当大脑完全成熟的时候，已有接近1000亿个神经细胞，它们各有分工，或提供营养物质，或清除死亡细胞等。“如果细胞定位或连接形式出现错误，会影响人的一生。”
2006年，格兰迪恩和他的合著者纽约西奈山医院的菲利普・兰德里在《柳叶刀》上发表文章，确定了201种重金属、溶剂、杀虫剂和内分泌干扰物质对人类大脑的毒性影响，其中至少有100种经动物实验证明对神经有毒害作用，但尚未经过人体测试。在这201种有害物质中，有一半为“高产”化学物质，每年在美国本土制造或通过进口进入美国的数量达一百万磅以上。当年格兰迪恩等证明对胎儿大脑发育产生毒性的有害物质有6种，如今已经增加到10种，这个数字还在继续增长中。比较常见的、并经常在孕妇血液中被发现的毒害神经系统的化学物质通常有：铅、甲基汞、包括DDT（上世纪70年代被禁止，但在土壤和水中仍有残余）在内的有机氯杀虫剂、用于杀灭蟑螂的毒死蜱等有机磷酸脂、多环芳烃、多溴二苯醚（这种普遍使用的阻燃剂现已被淘汰）、砷、乙醇和甲苯溶剂等。
各种化学物质从多方面对大脑发育产生毒害影响。例如，甲基汞会令大脑神经细胞的分布位置产生混乱；毒死蜱会对胆碱酯酶产生抑制作用，而胆碱酯酶是维持大脑细胞间正常信息沟通的一种重要的酶；高含量的甲基汞会引发记忆缺陷；铅会导致注意力缺失；杀虫剂会损害空间感知能力；黑碳会对注意力和大脑信息处理速度产生影响。
但并不是所有的孩子对这些化学物质的易感性都是一样的，还会受到如基因、对社会环境影响心理变化的适应能力等的影响，此外还有性别的区别。例如，男孩比女孩更易受到多环芳烃的影响，在同等的毒死蜱暴露下，男孩比女孩更易产生工作记忆困难。
许多有害化学物质对贫穷孩子的影响更大，他们通常暴露于更多的铅和一手烟、二手烟的环境中，而较富裕人群从饮食中积累的汞更多。城市孩子可能受多环芳烃和黑碳的影响更大，而农村孩子则受到更多杀虫剂和含砷井水的毒害。
在所有化学污染物中，溴化阻燃剂可能是最“不分贫富”的。虽然目前美国孕妇体内的多溴二苯醚含量在下降，但仍然是世界上最高的。上世纪70年代美国加州可燃性标准的制定，导致多溴二苯醚在美国全国范围内无处不在，从电子产品到家居用品。更糟糕的是，多溴二苯醚分子很易转移，并可在血液和母乳中沉积多年。研究人员通过对克汀病的研究，发现这种化学物质会影响对大脑发育等功能至关重要的甲状腺激素的产生。
加州大学伯克利分校的一项研究表明，母亲怀孕期间体内多溴二苯醚水平较高者，孩子的言语智商平均低6分，精细运动技能测试得分也较低，产生多动症的风险也更高。瑞典毒理学家佩尔・埃里克森发现，同时接触溴二苯醚和汞的实验动物，比单独接触汞的动物对神经系统的影响更为明显。
以科学手段干预和阻止污染入侵大脑
令人担忧的是，化学物质对儿童神经的毒害影响是在潜移默化中悄然发生的慢性中毒，而不是像出现在医院急诊室里那样的急性中毒，往往容易被忽视。大多数医生都没有经过如产前或童年环境有毒化学物质接触影响这类相关知识的训练，如果父母问医生，他们往往会说“放心，没事”，但实际上这种慢性中毒对于孩子的学习、心理和行为障碍，甚至一生的幸福健康的影响可能是非常大的。
据美国纽约大学医学院的一项估计，仅汞暴露导致每年出生在美国的几十万儿童平均智商下降0.59到3.2。“我们需要一个新的监管机构对各种化学物质进行研究检测。”自然资源保护委员会（NRDC）高级科学家、公共卫生专家米里亚姆・罗特京-埃尔曼说道。
为了获得更多数据，兰德里将启动一个投资2000万的前瞻性调查研究计划，对孩子从子宫到童年进行跟踪调查，通过更多的数据来揭示环境暴露与疾病之间的联系。
与此同时，佩蕾拉的研究团队开始建立环境健康研究的下一个前沿阵地：大脑成像。如今，科学家已确定有害化学物质接触与大脑认知障碍有关，观察大脑结构本身就很有意义。他们想知道，有害化学物质是否明显改变了大脑的物理结构？
哥伦比亚大学流行病学家维吉尼亚・劳对此持肯定态度，毒死蜱暴露量最高的5～11岁儿童的大脑成像图显示，与语言接受能力和社会认知能力相关的大脑部分有细微的变形，与注意力和解决问题功能相关的顶叶皮层和额叶皮质也在变薄。
是关注这个问题的时候了，维吉尼亚・劳说道：“除了如铅和汞这类金属之外，公共卫生部门没有真正重视起化学物质对下一代大脑的污染和影响，我们面临的艰巨任务是要通过研究，有效地干预和阻止化学污染对孩子大脑的损害。”
19%的美国人都住在车流量很大的道路附近，大部分地区缺乏空气监测设施。而黑碳污染问题很复杂，因为它包含了许多污染物质。城市和联邦官员建议通过使用更清洁的燃料、新的引擎来减少污染物质的排放。
佩蕾拉接下来将继续对儿童有害化学物质暴露问题进行研究，从多环芳烃到新的合成除虫菊酯杀虫剂。流淌不息的哈德逊河提醒着我们，我们与空气和水相依相存，空气和水在滋养着我们，同时也将污染传送到我们的身体细胞里。
政策和有力的措施带来了环境上的一些变化，曾经因污染而变得肮脏的哈德逊河，如今比两代人前要清洁得多。变化也反映在我们的身体上，曾进入家居生活中的毒死蜱被逐步淘汰后，孕妇体内有害化学物质水平显著下降。最近的一项研究数据表明，与三年前的测试结果相比，加州孕妇体内溴化阻燃剂水平低了65%。在使用清洁燃料和空气过滤器之后，纽约市公交车的颗粒物质排放降低了97%。
“如果科学手段运用得好，决策者能采取果断行动，将会对改善环境有很大的帮助。”佩蕾拉说道，“好消息是，化学污染损害儿童大脑的风险是可以避免的。”