持久性是一种危险吗？

《Environmental Science & Technology》：Is Persistence a Hazard?

环境持久性作为独立化学危害属性的重要性及其对传统风险评估框架的挑战。文章通过PCBs和PFASs案例，论证持久性导致长期广泛暴露，显著放大慢性疾病风险，且无法通过常规管理控制，需在化学设计中实现功能与降解的平衡。

　　

特刊

作为《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）“环境科学与技术60周年”特刊的一部分而出版。

为什么在讨论化学危害和风险时，化学物质在环境中的持久性会引发如此多的争议？为什么人们普遍不认为环境持久性本身就构成一种危害呢？

一方面，很早就有一些警告和明确的实证研究表明，正是由于化学物质的持久性，才导致了严重的环境问题。(1?3) 另一方面，人们往往将持久性视为一种“与暴露相关”的化学性质，或者仅仅认为它是化学物质存在的标志，而不是其危害性的一个因素。然而，那些试图强调环境持久性作为危害的论点常常遭到反驳，比如有人会说“沙子、水和氮气都是持久性的”，暗示持久性本身并不会造成问题。在这种观点下，只有毒性才是关键因素，而且只有在暴露存在的情况下才会产生影响。将环境持久性视为一种危害并不符合现有的风险评估框架，该框架将危害性定义为化学物质的内在毒性，而将暴露视为可以测量、建模和控制的独立因素。

我们认为，这种将风险评估分为“暴露”和“内在毒性”两个类别的传统框架掩盖了环境持久性的真正含义和重要性。按照这种框架，关于化学物质影响的所有数据都必须被归入这两个类别之一。暴露指的是化学物质在目标地点的存在情况，而危害性则指化学物质的毒性。我们的观点是，在这种视角下，持久性并没有应有的位置，尽管实际上持久性将暴露和毒性紧密联系在一起，我们将在下文详细说明。

为了澄清这一点，有必要回顾一下在监管科学中“危害”一词的含义。危害是指一种物质的内在属性，这种属性有可能造成不良影响，无论这种物质是如何使用或在哪里使用的。持久性符合这一定义，因为它源于化学物质的分子结构，并直接增加了暴露的强度、持续时间和空间范围。因此，一种高持久性的化学物质即使其内在毒性看似较低，也具有内在的潜在危害性。

很容易理解，与化学物质效应相关的所有数据——从细胞层面到生物体层面再到整个种群层面的不良影响——都应归入“效应”类别。然而，与暴露相关的因素则更为复杂，因为暴露取决于两个不同的因素：(i) 化学物质的排放类型、位置和强度；(ii) 化学物质在从排放源到目标地点过程中的环境命运。其中，第一个因素（即化学物质的使用和排放的所有方面）并不是化学物质本身的属性，而是外在的；第二个因素（环境命运）包括相分离、传输以及转化/降解过程，这些过程都直接或间接受到化学物质持久性的影响。

如果一种化学物质能够迅速降解，那么从排放源到目标生物体的过程中，它的环境命运就不会对暴露产生显著影响。目标地点的化学物质浓度取决于距离排放源的距离和排放源的强度。如果排放源靠近目标地点，暴露程度就会很高，并且随着排放的停止而结束；如果排放源距离较远或不再活跃，暴露程度就会很低或几乎为零。但对于持久性化学物质来说情况则不同，它们的环境命运表现为长期的多相分配、生物累积、远距离传输和缓慢降解。在这种情况下，目标生物体的暴露程度不仅取决于化学物质的排放源强度和排放时间、地点，还在很大程度上取决于其较低的降解速率常数，这导致了化学物质的持久性。重要的是，化学物质的缓慢降解性是其分子结构的内在特征。

在传统的风险评估框架中，持久性通常被归入“暴露”类别，但人们往往认为暴露类别反映的是与排放和使用相关的因素，而不是化学物质本身固有的问题。然而，化学物质的持久性恰恰是一种需要重视的固有属性。与毒性一样，持久性与使用方式、使用量和排放源强度无关。持久性会加剧化学物质的危害性，因为它延长了暴露时间、提高了暴露程度，并使暴露范围更广。这就是为什么持久性是一种危险的化学性质。

化学污染的历史一再证明了这一点。多氯联苯（PCBs）最初被认为安全，因为它们的急性毒性较低，但它们的极高持久性导致了全球范围内的分布、生物累积以及对神经发育和内分泌功能的长期影响。研究较为充分的全氟和多氟烷基物质（PFASs）也遵循了类似的路径：急性毒性较低，但持久性很高，最终造成了全球性的污染和慢性健康问题，这些问题是在暴露数十年后才显现出来的。这些案例表明，仅凭持久性本身就可以将较低的毒性转化为大规模的长期危害。

从持久性化学物质的历史中还可以得出另一个教训：随着人们对它们毒性的了解不断深入，曾经被认为“安全”的浓度阈值一再被下调。这种现象在多种持久性物质中都有体现，尤其是PFASs。2002年，西弗吉尼亚州规定的PFOA饮用水标准为150微克/升(4)，而到了2025年，美国环保署（EPA）将PFOA和PFOS的全国饮用水标准定为4纳克/升(5)。这相当于浓度降低了37,500倍。值得注意的是，同一法规中同时将PFOA和PFOS的最大污染物浓度目标（MCLGs）设定为零。这种持续的下调表明，传统的风险评估方法无法有效防止长期危害。风险评估通常假设危害性是明确的，阈值随时间保持不变，且暴露可以通过管理措施得到控制。但对于高度持久性的化学物质来说，这些假设都不成立(6)。毒性往往被低估了数十年；暴露往往是不可逆的，而且在风险完全被理解之前，污染就已经在全球范围内累积。等到风险评估跟上市面新证据时，广泛的长期危害已经发生。这种动态情况说明，必须将持久性本身视为一种危害，而不能将其视为可以在传统风险评估框架内管理的因素。

这些反复出现的模式、长期的全球影响以及“安全”阈值的持续下调表明，人们关注的是化学物质的影响，而不是持久性本身。几乎所有化学物质——这里我们指的是有机非聚合物化学物质——都具有一定毒性，因为它们会被细胞吸收、在血液中循环并与受体相互作用，从而引发不良影响。它们的毒性程度差异很大，但“剂量决定毒性”的原则意味着，即使某些化学物质的毒性较低，在一定剂量下也会产生不良影响。高持久性是导致剂量增加和长期暴露的关键因素，从而增加了更多人群受到不良影响的可能性。

由于持久性会导致持续的、有时甚至是终身的暴露，因此随着时间的推移，慢性疾病的发生概率会增加。越来越多的证据表明，PFAS暴露与癌症、代谢紊乱、免疫功能障碍等长期后果之间存在关联。这些疾病尤其令人担忧，因为它们发展缓慢，难以早期诊断，并给个人和医疗系统带来巨大的长期负担。因此，持久性不仅仅增加了暴露程度，还放大了任何潜在毒性的社会和医疗后果，因为它使大量人群长期处于暴露状态。

将持久性视为一种危害意味着，无论当前的毒性数据如何，持久性化学物质本质上都是不安全的，因为它们的长期不可逆积累会带来无法控制的风险(6)。这一结论挑战了现有的监管框架和经济利益，这也是为什么持久性尚未被普遍认为是危险因素的原因。

将持久性视为一种危害还意味着需要设计不会在环境中长期存在的化学物质。根据绿色化学原则（“可降解性设计”原则10(7)），化学物质应该被设计成在完成预期功能后能够降解为无害物质。然而，在实际应用中，为了提高耐用性、稳定性和使用寿命，人们常常故意在化学产品中保留持久性，而这些特性在许多应用中是非常重要的。这就提出了一个真正的设计挑战：如何在实现产品所需功能和性能的同时避免环境持久性。解决这一挑战需要采用功能替代方案、新型的产品和工艺设计，以避免化学物质向环境中释放，同时需要制定相应的监管措施来抑制新的持久性化学物质的产生。