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2011/05/30

環境荷爾蒙的化學分析

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一、何謂環境荷爾蒙

荷爾蒙又稱為激素,為分布在生物體內各處腺體所製造的少量化學訊息,透過血液的傳輸,可傳送到身體的其他地方,和目標細胞上的特定受器結合後,生成「激素受器複合體 」,被活化後會在目標細胞內引發一系列的生化反應,產生生理變化,以整合內部的活動,處理外界的訊息。包括人類在內的脊椎動物可產生約50種激素,依其化學結構可分為:

(1)類固醇類激素為脂溶性化學物質,包括雌性激素 (strogen,又稱動情素)、黃體素 (progesterone)、雄性激素 (androgen)、睪固酮 (testosterone)等

(2)安類激素,為水溶性化學物質,如甲狀腺素;以及

(3) 類激素,亦為水 溶性化學物質,如增壓素。激素和內分泌腺所組成的系統稱為內分泌系統,幾乎會影響全身每一功能,控制脊椎動物的生殖、發育、成長和行為等。

近年來,科學家發現有些化學物質會干擾內分泌系統,故稱其為「內分泌干擾素」(Endocrine disrupter,簡稱ED),或為「干擾內分泌之化學物質」(Endocrine Disrupting Chemicals,簡稱EDC)。Weybridge會議則定義為:「外來物質能透過改變內分泌之功能,對完整的生物體或其後裔造成不幸的健康效應」

(An endocrine disrupter is an exogenous substance that causes adverse health effects in an intact organism, or its progeny, consequent to endocrine function)。美國環保署報告中則定義為「環境內分泌或荷爾蒙干擾物的定義為:外來物質會干擾到負責維持生物體中穩定環境、生殖、發育和/或行為的內生荷爾蒙,其合成、分泌、傳輸、結合、動作、和排除」 (An environmental endocrine or hormone disrupter may be defined as an exogenous agent that interferes with the synthesis, secretion, transport, binding, action, or elimination of natural hormones in the body that are responsible for the maintenance of homeostasis, reproduction, development, and/or behavior)。

目前所觀察到的內分泌干擾素,大多為環境污染物,影響受污染之野生動物的生殖、發育、成長和行為等甚巨,因此會干擾內分泌的環境污染物,被稱為「 環境型內分泌干擾素」(Environmental Endocrine Disrupter,簡稱EED)。內分泌干擾素可經由下列三種途徑,對生物體造成不幸的健康效應:

(1)模仿天然激素之功用,矇騙身體,而使其產生反應過度或不足,或使其在不 恰當的時間產生反應等;

(2)搶奪天然激素之受器,防止「激素-受器複合體」之生成,以抑制天然激素 之功能;

(3)直接刺激或減低內分泌系統之功能,造成激素之分泌過度或不足。上述途徑 皆牽涉到激素,因此來自環境的內分泌干擾素,又被稱為「環境荷爾蒙」( Environmental Hormones)。美國國家研究會(National Research Council)則稱此類物質為荷爾蒙活性物(Hormonally Active Agents,簡稱HAAs)

二、環境荷爾蒙的分類

目前世界各工業化國家對環境型內分泌干擾素之研究,主要著重於女性荷爾蒙,如和負責雌性特徵發育之雌性激素(17B-estradiol,主要由卵巢和部分由腎上腺分泌)化學結構類似的化學物質;和負責雄性特徵發育之雄性激素(睪固酮testosterone,主要由睪丸分泌)化學結構類似的化學物質;及和甲狀腺素化學結構類似的化學物質。過去20至50年間,人類暴露到環境荷爾蒙的種類和途徑,可粗分為合成的雌性激素(包括二乙基烯雌酚DES,口服避孕藥HRT)、動物體中的生長激素、植物型雌性激素、和工/農業用化學物質等四種大類。來自工/農業用化學物質中有多少可被歸類為環境荷爾蒙,是國際間正在努力待解決的大問題。美國環保署在1995年的估算,迄今人為的化學物質有5,000,000種,市售使用者有80,000種,工業用化學物質有72,000種以生產數佰萬種產品,每一年有2,000種新的化學物質被使用,600種農藥以生產21,000種產品,8,700種食品添加劑,7,500種化妝品原料以生產40,000種產品,和3,300種人體用藥物。在1999年的估算則為,市售使用化學物質有87,000種,包括900種農藥之活性成份,2500種農藥之配方成份,75,500種工業用化學物質,各8000種的化妝品原料、食品添加劑和營養補充物。

因此須先發展篩選測試和分析方法,以便有效確認和鑑定市售使用之87,000種化學物質中那些為「環境荷爾蒙」。美國環保署因此所組成的「內分泌干擾素篩選暨測試顧問委員會」(Endocrine Disruptor Screening and Testing Advisory Committee,簡稱EDSTAC),在1999年建議經由最初分類、優先次序設定、一級篩選和二級篩選,收集數據,協助確認(identify)和鑑定(characterize) 危險(hazard),整合和解釋所有風險數據及資料後,進行危險評估 (hazard assessment),再研究有多少的野生動物和人群有可能暴露到此類化學物質的暴露評估 (exposure assessment),最後則是整合所有的化學物質危害性資料和相關之動物及人的暴露資料,進行風險評估 (risk assessment) 後,才開始考量最佳的管制方案。

目前的數據顯示約有50種化學物質可直接進入危險評估,美國環保署(EPA)、疾病管制暨預防中心 (CDC)、和世界野生動物基金會 (WFF) 認定為「環境型內分泌干擾物」的清單,共有103種,其中60種為美國環保署所認定,48種為疾病管制暨預防中心所認定,68種為世界野生動物基金會所認定。日本環境廳(JEA)懷疑為「內分泌干擾物」有67種,包括鎘、鉛和汞在內,則共有70種。我國環保署已公告列管其中十五種毒性較為明顯的化學物質,另有二十五種已列入毒化物篩選列管名單中,其餘物質則在檢討中,如有確定相關危害性須予管制,即依環保署署「篩選毒性化學物質作業原則」予以列入環保署「侯選列管名單」,依法篩選、列管,以維護國人之健康。

三、環境荷爾蒙的危害

環境型內分泌干擾物對野生動物和人體之健康影響,會隨類別、年紀和性別而也有所不同。一般而言,暴露到環境型內分泌干擾物的成年人生物體的後裔,最容易因此受到傷害,尤其是胎兒和新生兒,除了會在胎兒發育期,影響性別差異外,亦會影響腦組織和中樞神經某些部位的發展。目前已有許多文獻報導環境型內分泌干擾物對人體之影響,可能有影響之報導則是更多。諸如:男性繁殖力下降、男性特徵發展缺陷、攝護腺癌的增加、女性生殖力下降、乳癌的增加、子宮內膜異位症、免疫系統受損、甲狀腺腫癌、過動兒、和孩童的學習能力及集中專心問題等。首先提醒世人注意內分泌干擾物對人類之影響,可追溯到1991年7月Theo Colborn博士所發表「環境激素問題」之Wingspread宣言。然而這問題直到1996年 ,Theo Colborn博士等人發表「Our Stolen Future」一書後 (註:國內已有中譯本「生命的隱形浩劫 失竊的未來」),才廣泛被國際間開始注意。

1997年5月,8大工業國家的環境部部長在美國邁阿密聚會,討論孩童的環境健康,會中特別討論內分泌干擾化學物質所引起的問題,並發表共同宣言「嬰兒和幼兒可能遭受到此類污染物的潛在效應之特別風險,孩童可能透過在子宮內、母奶、和環境暴露到內分泌干擾化學物質」,宣言中並強調繼續發展國際性評估最新科學進展、確認和設定相關研究之優先次序、補充現有數據之不足等的重要性。在主要的內分泌干擾化學物質來源和環境宿命被確認後,須共同合作研發風險管理或污染防制等策略。宣言中並強調繼續告知公眾最新資訊的需要。美國則早在1995年10月,首次將環境危害對嬰幼孩的風險,列入環境影響評估的考慮要項之一。1999年美國小兒科學院,首次出版「小兒科(醫師)環境健康手冊」(Handbook of Pediatric Environmental Health),提醒小兒科醫師和大眾預防環境危險,尤其是戴奧辛等內分泌干擾化學物質,對孩童健康之影響。

四、化學分析

環境荷爾蒙對人體和環境生態的危害效應,目前尚無針對族群所作的大規模調查研究出爐,主要是因為環境荷爾蒙甚多,相關研究經費甚鉅,可能影響的因子未知,因子間的交互作用複雜等。美國環保署考量此問題的潛在嚴重性、對人類健康可能造成的嚴重效應、以及某些環境荷爾蒙在環境中的持續性,已將內分泌干擾物研究列為六大優先研究主題之一,其研究內容再分為鑑定生物效應、暴露評估、生物效應及暴露評估的關聯性;總統辦公室下的環境和自然資源委員會(Committee on the Environmental and Natural Resources)亦將內分泌干擾物列入五大研究重點之一,其研究內容再分為方法、模式、量測。1996年8月通過之「食品品質保護法案」(Food Quality Protection Act,簡稱FQPA) 和「安全飲用水法案」(Safe Drinking Water Act,簡稱SDWA),明令要求環保署管制:

(1) 食品中之會干擾內分泌之活性和配方成份 (FQPA規定)。

(2) 和農藥一起產生累積干擾內分泌效應的化學物質 (FQPA規定)。

(3)公共飲用水源中的干擾內分泌化學物質(SDWA規定)。評估和了解環境荷 000 爾蒙的危害效應,化學分析扮演著非常重要的角色。

環境荷爾蒙的化學分析,是嶄新的研究課題,因為環境荷爾蒙測物種類繁多 ,化學結構和性質差異大,普遍存在於空氣、土壤、底泥、河川湖泊等環境中,各種待測物的濃度差別甚鉅,主要透過飲用水和食物攝入、空氣吸入、日用品接觸等管道進入生物體。大多數的環境荷爾蒙尚未被管制,因此沒有標準分析方法,可以派上用場。即使有標準分析方法,也多是針對管制物種,未能全面性的分析類似的環境荷爾蒙。在環境荷爾蒙尚未明朗化之前,全譜(full spectrum)式方法可能較待測物(target analytes) 式方法能提供更多的資訊。發展化學分析方法的同時,也須建立生物檢定(bioassay)方法,尋找本土性的生物指標,以輔助前者之不足。

考量國內的研究人力和物力有限的限制,生物效應和其與暴露劑量等研究(可以參考國際間的研究成果)的優先序,可暫列在暴露評估和量測之後,目前的重點 ,應研究國人中因工作、居家或飲食習慣而暴露在高劑量環境荷爾蒙的特殊族群所受的影響,並調查最有可能排放環境荷爾蒙(已知的70種)的污染源、生產製程 、傳輸環境、食品、日用品,如會排放戴奧辛的各種焚化爐,廢污水排入較多的河川湖泊之水質和底泥,尤其是作為飲用水源者,使用較多農/工業來源的環境荷爾蒙之食物和日用品,如含有機氯 (organochlorines)、嬰幼兒玩具中的鄰苯二甲酸鹽 (phthalates)、 廣泛用於電氣、機械、日用品(食器)、及醫療器械的聚碳酸酯中和用作塗膜(食物罐頭內膜)、黏合劑、處理紡織品、或泡沫塑膠中的環氧樹脂中的2,2-二對-酚甲烷 (Bisphenol A)等。若發現河川湖泊的水質有問題,則可要求自來水公司少用不受污染之水源,或採用先進之水處理方式,以減少國人從飲用水中暴露的途徑。若發現食物有問題,則可要求廠商檢查飼料的來源,添加的荷爾蒙和抗生素的量,養殖的環境,和包裝材料等,以確保國人食的安全 。若發現日用品有問題,則可要求廠商改用安全製程,或在產品包裝說明上註明所使用到的化學物。

依聯合國經濟合作暨發展組織在1997年11月的一份報告,尚無任一國家特別限制內分泌干擾化學物質的排放,然而有些國家有鑑於內分泌干擾化學物質之潛在危險的嚴重性,已開始採取防範措施。由此可見,不能因內分泌干擾物研究需要投入非常多的人力、物力去研究,就不採取相當的因應措施。在政府全面性的管制之前,為確保後代子孫的安全生存環境。可參考日本在跨學門論壇架構下加速科學研究,建立快速落實最新科學資訊的行政管理。諸如

(1)促進和其它行政單位、研究機構、和民間團體,密切合作研究;

(2)強化國際合作研究及資訊網絡;

(3)促進再審查化學污染防制措施;

(4)尋求其他部會的密切合作。

落實方法有:

(1)促進野外調查研究環境污染現狀和內分泌干擾化學物質對野生動物的不幸效應。

(2)促進篩選暨測試方法的研發工作。

(3)促進環境風險評估、風險管理和資訊普及。

(4)強化國際網絡等,皆值得我們參考。

五、結論

國內目前尚無針對「環境荷爾蒙」的國家級策略規劃和因應措施,學術單位亦無政府全力提供資源補助研究,國內因此尚未有大型的調查和研究計畫,國人生活環境中的環境荷爾蒙之流佈資訊,仍全然欠缺,國人知的權利,未受到遵重。去年年底國內首次發布的焚化爐戴奧辛風險評估結果,震驚各界,立法院國家永續發展委員會在一項公聽會上決議,將在立法院連署提案,要求行政院仿日本模式成立「國家戴奧辛對策小組」,以統籌協調各部會研擬戴奧辛防治對策,訂出具體的減量目標。戴奧辛名列環境荷爾蒙黑名單中的頭號,因此「國家戴奧辛對策小組」或許應擴展到「國家環境荷爾蒙對策小組」,才能更完善保障國人的健康。建立快速可靠的「環境荷爾蒙」分析方法和進行廣泛的監測,應是保障國人健康和生態環境的開始。

(註:本文部分內容已在2000年1月在生物技術中心舉辦之環境荷爾蒙研討會發表)

清華大學化學系 教授 凌永健



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