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什麼是鉛中毒?你該擔心的不只有鉛水管……

陰暗的房間裡,一名美國環保署研究人員正調查著管線中有鉛水管的數座城市,沿著住宅內的水管配線,分別取出樣本用水,再檢測內含的鉛濃度,企圖了解水中的鉛,從那裡來?研究人員枯燥地敲擊著鍵盤,倏然地,「叮」一聲輕響,螢幕上突然飆高的鉛濃度,她不可置信地看了看配線圖的位置是——含鉛水龍頭

美國環保署研究指出,水中鉛的來源,有部分是來自我們天天都會接觸到的水龍頭。右圖為焊接的鉛水管。from pixabay 和 wikimedia

美國環保署研究指出,水中鉛的來源,有部分是來自我們天天都會接觸到的水龍頭。右圖為焊接的鉛水管。from pixabaywikimedia

傾滅羅馬帝國的鉛水管?

距今一千多年前,鉛水管就已出現於歷史記載中[1],而在 1970 年代的羅馬日本台灣等國,鉛水管仍被廣泛使用在自來水管系統之中[1-3]。鉛的延展性佳,加上熔點低、易於鍛造加工的特性,讓它從古羅馬時代即被應用在白色油漆(PbCO3)、水管和各式容器[4]。考古學界的另一重大發現,是在羅馬人遺骸中,檢測出高濃度的鉛[1],因而懷疑當時遍佈全城的鉛水管流出高濃度的鉛水,讓全城的市民集體中毒,進而導致羅馬帝國的覆滅,甚至是放火燒掉自己首都的尼祿(Nero)皇帝,也是因為鉛中毒導致精神失常的緣故。但科學界對此則抱持不同看法,他們認為沉澱的水垢、以及羅馬市民們大量的取水,都大幅降低了飲水中的鉛含量 [8],所以鉛水管並不是羅馬帝國鉛中毒的主因。

反倒是當時羅馬、希臘人流行用鉛碗熬煮葡萄汁,再用熬出的甜漿製成甜酒享用;而在傳說中,這種甜酒十分好喝,但不知何因卻容易使得孕婦流產[4]。當時的人並不知道酒中的香甜何來,但現在我們推測得知,葡萄中的酸與鉛碗,生成了香甜、好吃但又好毒的化合物——醋酸鉛(Lead acetate)[6]。想不到,在那個年代,喝酒不僅傷身,更是玩命。

左:以羅馬城大火為題繪製的畫;右:遺留至今的羅馬鉛水管。from wikimedia

左:以羅馬城大火為題繪製的畫;右:遺留至今的羅馬鉛水管。from wikimedia

時光轉到近代,汽、機車和工業引擎燃燒含鉛汽油後的廢氣,讓大氣的鉛汙染日益嚴重,在 1970 年末,大氣的鉛濃度甚至高達 300 ppt,遠遠高於地球的自然背景值(0.5 ppt),嚴重的空氣汙染引發各界重視鉛中毒的議題 [4],呼應此議題,我國自來水處於1979年決定停用鉛水管 [3],以避免國民透過鉛管攝取到高濃度的鉛水。但是,自來水鉛管真的會溶出大量的鉛離子,流出劇毒的鉛水嗎?

今(2015)年 2 月美國環保署在《環境.科學與科技》(Environmental Science & Technology)所刊登的論文 [7],也許可以提供我們一些答案,她們發現氧化的鉛管,會形成難溶於水的二氧化鉛(PbO2,反倒形成了一道堅固的保護層,有效地阻隔了鉛離子的溶出,因此使用鉛管運送自來水,其實不需要擔心鉛水的問題。但值得一提的是,研究人員在分段取水的採樣中發現,有幾戶住宅的自來水流經含鉛水龍頭時,水中的鉛濃度,居然上升了 4~13 倍,顯示住戶所使用的水龍頭,可能才是政府需要關注的焦點。我國標準檢驗局預計於(2015)年底公告水龍頭的新規範(鉛溶出值須低於 5 ppb),讓民眾能安心選用更優質、安全的水龍頭產品 [8]。

各國自來水鉛濃度標準

台灣-原水 [3] 台灣-用戶端 [3] 美國 [9] 日本 [10]
標準 0.05 mg/L 0.01 mg/L 0.015 mg/L 0.01 mg/L
結果 低於0.0089 mg/L 低於0.0017 mg/L
羅馬時期的建築,左為浴池,右為公共廁所。Rome from wikimedia

羅馬時期的建築,左為浴池,右為公共廁所。Rome from wikimedia

鉛中毒的可怕:穿透大腦組織的能力+瘋狂破壞DNA

生活中的鉛,通常來自於空氣汙染、含鉛的油漆等。鉛進入體內後,由於不易排除,所以身體會將鉛離子集中隔離於骨骼之中 [4,5]。鉛的毒性複雜,它會促使細胞凋亡、擾亂神經的傳導等 [11],在結構上,二價的鉛離子長得太像鈣和鋅離子,不僅會干擾血紅素生成的酵素引發貧血外 [5],更會讓身體累積過多的血紅素前驅物——aminolevulinic acid(ALA) [4],使人頭痛、失眠,甚至會引起婦女骨質疏鬆或是流產 [4,12]。

而且細胞膜上的鈣-ATP幫浦(Ca-ATP pump)還會將鉛離子誤認為鈣,堂而皇之的讓鉛離子無視血腦屏障地進入細胞,直接進到大腦組織之中 [13],影響星形膠質細胞(astroglial cell)成熟,並妨礙神經細胞髓鞘(myelin sheath)的產生,進而干擾了大腦發育 [11],因此美國疾病管制中心(Centers for Disease Control and Prevention, CDC)建議成人的血鉛濃度上限為 25 μg/dL,但孩童則降低至 10 μg/dL [5],甚至有些科學家呼籲,應該要調低至 2 μg/dL [5],因為研究中發現血鉛會嚴重影響孩童智力發育,血鉛平均每上升 1 μg/dL,學童 IQ 智力表現就會降低 1 點 [2]。幸好我國規定 1990 年後的汽車只能使用無鉛汽油,使得在那之後才出生的小孩,再也不會跟我們一樣,吸到都市裡滿滿是鉛的髒空氣了~(拭淚)

近代生活環境中,最容易接觸到鉛的來源是油漆和含鉛汽油,幸好在鉛中毒的研究逐漸明朗之後,這兩者漸漸地退出了我們的生活。from pixabay 和 wikimedia

近代生活環境中,最容易接觸到鉛的來源是油漆和含鉛汽油,幸好在鉛中毒的研究逐漸明朗之後,這兩者漸漸地退出了我們的生活。from pixabay 和 wikimedia

為什麼鉛離子對細胞有這麼嚴重的傷害呢?科學家認為,鉛離子會增加活性氧自由基的濃度,而自由基高度反應性的特性,會氧化破壞細胞內所有的零組件,整顆細胞就此壞光光。研究文獻指出,鉛離子會抑制抗氧化防禦系統(Glutathione, Super Oxide Dismutase and Catalase),使細胞無法中和自由基(HO2•, H2O2, O2 •)的毒性,讓自由基大肆破壞DNA、氧化脂質和蛋白質 [11],搞得一團糟之後,壞掉的細胞就只好啟動自爆程序-細胞凋亡了~

吃什麼才能防止鉛中毒?

那要吃什麼才能抵抗鉛中毒呢?如果提問者是一隻老鼠,那麼來自南台灣的學者們,正好可以提出一個解答,任職於成功大學的郭玉良教授,和高雄第一科技大學的李家偉教授,整理了以往動物實驗的結果,分析出下列的營養素能夠保護身體、抵禦鉛中毒的傷害 [14],當然,再次強調,這些結果的對象都是老鼠,不是人類~

營養素 動物實驗中受到保護的器官
維他命 C 肝臟、腎臟、中樞神經系統
維他命 E 肝臟、中樞神經系統
維他命 B6 肝臟
β-胡蘿蔔素 睪丸
睪丸
肝臟、腎臟

你該擔心的真正威脅:沒良心的商人

相信大家對頂新的油品事件仍心存芥蒂,而很多明知不可食用的物料,常因壓低成本或為矇混檢驗流程,而被加入食品與用品中。在此也讓我們來看看歐洲發生的真實案例:在匈牙利的料理中,紅椒粉是相當重要的佐料,匈牙利燉牛肉等美味的料理中,都會加入紅椒粉來增添獨特的風味。1994年,有數十名愛吃紅椒粉的匈牙利國民因鉛中毒住進醫院,深入調查後發現,竟是不良商人將外觀同是紅色的氧化鉛(PbO)混入紅椒粉,壓低成本以獲取不當利益,震驚全國的食安事件撼動了政府,甚至設立了紅椒粉檢驗機制,希望這類醜聞不再發生(聽起來很熟悉對吧~)[15]!

由左至右分別為紅椒粉(左);燉牛肉(中);氧化鉛(右)。from wikimedia

由左至右分別為紅椒粉(左);燉牛肉(中);氧化鉛(右)。from wikimedia

而在大西洋彼岸的美國也是雞犬不寧,2007 年,在美國爆發了含鉛玩具的醜聞 [16],中國廠商為了節省成本使用了較廉價的含鉛油漆來製作玩具,當孩童啃咬這類玩具時,吃掉的可不是只有上頭的含鉛油漆,更吃掉了孩子們的未來。而沒良心的商人兜售來路不明的中藥更是一大隱憂,成功大學曾報告一名案例 [17],家長因為想改善男童的過敏體質,讓他長期服用來路不明的中藥,沒想到中藥含有高量的鉛,診斷時男童的血鉛已逼近 35 μg/dL(孩童的標準為 10 μg/dL)。

而台北榮總也曾報導過兩名男子困窘的經歷 [18],他們分別想要治療自身的肛門和下肢潰瘍,塗抹了來路不明的含鉛膏藥,結果引起肛門組織壞死、貧血和頭暈等疾病,其中一名患者的血鉛數值甚至高達 226 μg/dL(成人的標準為 25 μg/dL),幾乎是上限值的十倍。看了這麼多要錢不要命的例子,我們可以了解到在現今的社會裡,最大的敵人其實不是鉛水管,而是那些躲在暗處的不良商人。因為有的時候人心,比鉛還毒

寫在文末

看著這次的鉛水管新聞,筆者感到十分的困惑。媒體忙著傳達民眾對鉛水管的恐懼,而政府急著道歉和動用預算安撫民心。因此筆者期望能藉此文進行考證與探究,盼能拋磚引玉,引發更多思考與共鳴。

  • 本文感謝Trista協助
  • [註]:為求書寫流利和情節起伏,本文首段所出現的情境和對話皆為模擬。

參考文獻

  • [1] Korn M, Andrade JB, Jesus DS, Lemos VA, Bandeira ML, Santos WN, et al. Separation and preconcentration procedures for the determination of lead using spectrometric techniques: a review. Talanta. 2006;69:16-24.
  • [2] Naofumi Shiomi (2015) An assessment of the Causes of Lead Pollution and the Efficiency of Bioremediation by Plants and Microorganisms. DOI: 10.5772/60802
  • [3] 鉛管專區。台北自來水事業處官網。
  • [4] John Emsley (2000) 分子博覽會-輕鬆瞭解生活中的化學物質。商周出版,中華民國,台北
  • [5] Amaya MA, Jolly KW, Pingitore NE, Jr. Blood lead in the 21st Century: The sub-microgram challenge. Journal of blood medicine. 2010;1:71-78.
  • [6] De Muynck D, Cloquet C, Smits E, de Wolff FA, Quitte G, Moens L, et al. Lead isotopic analysis of infant bone tissue dating from the Roman era via multicollector ICP-mass spectrometry. Analytical and bioanalytical chemistry. 2008;390:477-486.
  • [7] Simoni Triantafyllidou, Michael R. Schock, Michael K. DeSantis, and Colin White (2015) Low Contribution of PbO2-Coated Lead Service Lines to Water Lead Contamination at the Tap. Environmental Science & Technology, 49, 3746-3754
  • [8] 經濟部標準檢驗局針對媒體報導「好的水龍頭外銷 劣品留全民」及「水龍頭含鉛量高歐美28倍」新聞稿說明。經濟部標準檢驗局官方網頁。
  • [9] Bottled Water Everywhere: Keeping it Safe. 美國食品藥物管理署官方網頁.
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  • [11] Gagan FLORA, Deepesh GUPTA, Archana TIWARI (2012) Toxicity of lead: A review with recent updates. Interdisciplinary Toxicology. 5, 47-58
  • [12] Tsung-Lin Tsai, Wen-Harn Pan, Yu-Teh Chung, Trong-Neng Wu, Ying-Chih Tseng, Saou-Hsing Liou and Shu-Li Wang (2015) Journal of Exposure Science and Environmental Epidemiology, DOI:10.1038/jes.2015.30
  • [13] Theodore I. Lidsky, Jay S. Schneider (2003) Lead neurotoxicity in children: basic mechanisms and clinical correlates. Brain, DOI: http://dx.doi.org/10.1093/brain/awg014
  • [14] Ping-Chi Hsu, Yueliang Leon Guo (2002) Antioxidant nutrients and lead toxicity. Toxicology, 180, 33-44
  • [15] Joe Schwarcz (2004) 蘇老師化學五四三:懂 3 點化學很有用。天下文化。中華民國,台北
  • [16] Why all the lead in Chinese-made goods? Taipei Times. 
  • [17] 李俊璋;陳嘉惠;陳櫻丹;林亭儀 (2009) 由中國大陸兒童鉛中毒事件談兒童鉛中毒預防。環境健康風險季刊。福利衛生部國民健康署
  • [18] Ming-Ling Wu, Jou-Fang Deng, Kon-Ping Lin, Wei-Jen Tsai (2013) Lead, Mercury, and Arsenic Poisoning Due to Topical Use of Traditional Chinese Medicines. The American Journal of Medicine, 126, 451-454

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關於作者

Chiang Wei-Lun

蔣維倫。喜歡虎斑、橘子、白底虎斑、三花貓。曾意外地先後收集到台、清、交三間學校的畢業證書。泛科學PanSci專欄作家、上下游新聞市集公民寫手、故事專欄作家。 文章作品:http://pansci.asia/archives/author/miss9 https://www.newsmarket.com.tw/blog/author/miss9ch/