[增塑剂,研究进展,毒性]浅谈增塑剂DEHP生物毒性及控制策略的研究进展

浅谈增塑剂DEHP生物毒性及控制策略的研究进展

1 DEHP 的毒性及机制

DEHP 可通过食物链在生物体内富集，可经口、皮肤、静脉注射、呼吸道等途径进入人体，对人体造成危害。大量实验数据证明DEHP 具有生殖毒性、肝脏毒性、免疫毒性、神经毒性和致癌性等，是环境内分泌干扰物，对人类尤其是儿童有潜在的发育毒性。

1.1 生殖毒性

DEHP 通过破坏生殖结构，妨碍睾丸发育与精子生成这 3 个方面影响雄性生殖过程。Pradons 等发现孕期暴露于DEHP 会导致老鼠精子减少，且DEHP 会诱导老鼠精子DNA 甲基化。由于DEHP 可以在胎儿睾丸发育时期进入幼鼠的身体，诱导幼小精母细胞DNA 甲基化从而对精子相关基因表达带来长期不利的影响;国内外许多研究发现，DEHP 有抗雄激素活性，可导致男性睾丸发育不全综合征(TDS)。DEHP与其代谢产物MEHP 可通过PPAR 途径导致睾丸氧化损伤，激活代谢相关酶引起细胞能量代谢障碍，甚至引起睾丸间质细胞肿瘤。Kasahara 等研究发现DEHP可增加睾丸活性氧产生，诱导精母细胞凋亡，引起睾丸萎缩;DEHP 在胎儿性分化、新生儿睾丸发育、青春期性发育及性成熟阶段引起T(睾酮)分泌水平的下降，孕期暴露还会引起相关酶与基因表达障碍，从而导致婴儿肛门和生殖器之间距离缩短、尿道下裂、隐睾等症状。在针对雌性动物生殖毒性研究中发现，PAEs 进入人体和动物体内有类似雌激素的作用，从而干扰体内性激素分泌，而且卵巢是DEHP 的靶器官之一。有研究发现，DEHP 代谢产物MEHP 通过PPARs 途径阻止卵巢雌二醇生成而导致不排卵，影响自然排卵周期，其是通过影响与雌二醇相关的mRNA 合成进而减少血液中雌二醇含量。不仅如此，DEHP 使得女性乳腺过早发育而影响卵泡正常发育，无法形成成熟卵泡，干扰卵巢内分泌，引起病理性变化如子宫内膜异位症，妊娠并发症，甚至增加流产率。此外，在对大鼠的研究中，DEHP 暴露导致大鼠引道开放时间推后，动情期缩短、动情间期延长。进一步的机理研究表明，DEHP 可通过改变雌性激素相关蛋白LHR 和GnRHR的表达来干扰雌性大鼠激素代谢。

DEHP 的暴露剂量可能对新生儿与成人带来显著差别，其剂量效应和毒性作用机制也会因年龄差异而有所不同。婴幼儿与孕产妇是易感人群，较低剂量的DEHP 即可能会对生殖系统造成危害。为减少人群危害暴露，明确不同人群对DEHP 生殖毒性-剂量效应，完善流行病学研究对于DEHP 的健康风险评估与管理至关重要。

1.2 肝脏毒性

众所周知，肝脏是人体以及动物体内重要的代谢器官。DEHP 及其代谢产物MEHP 分布于肝肾、胃肠等，其在肝脏中的半衰期为28.4 h，在脂肪组织中长时间无法代谢完全。研究表明，DEHP 会导致(1)啮齿动物肝脏明显肿大，脏器系数增加，肝脏SOD(超氧化物岐化酶)活性降低;(2)肝细胞内相关酶如P450 酶、过氧化氢酶PBOX、血清中碱性磷酸酶等活力增加;(3)啮齿动物肝脏细胞DNA 恶性增殖、DNA 甲基化、DNA-蛋白质交联，肝脏癌变。

通过对大鼠和小鼠低剂量口服DEHP 的慢性肝脏毒性研究，Cristina 等发现300 mg/kg 的暴露剂量可以显著提高老鼠肝脏肿瘤发生率，而且存在明显的剂量-效应关系，进一步的机理研究表明DEHP 是通过作用于肝脏过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)而导致病变的，因

DEHP 的饲喂并未对PPAR基因敲除后的小鼠造成肝组织损失或肝癌症状。因此，DEHP 被认为是一种过氧化物酶体增殖剂(PP)，其产生的氧自由基会影响细胞分化、增殖从而损伤DNA，导致癌变。然而，DEHP 在不同种属的动物中是否有相同的作用并不十分明确，以老鼠作为实验模型也无法模拟DEHP 对人体的影响。在对体内移植有人体肝细胞的小鼠的研究中发现，经人类肝脏移植后的小鼠血浆中MEHP 的浓度低于正常小鼠，且其通过尿液排出的MEHP 数量远高于正常小鼠，通过粪便等排泄物排出的MEHP 数量则低于正常对照组的小鼠。也有研究发现MEHP 不能诱导人类肝细胞的过氧化物酶体活性增强。DEHP 在不同种属和器官的清除速率不同，代谢相关酶的活性亦有所差别，DEHP 在动物体内与人体内的代谢途径，毒性-剂量效应都可能存在较大差异，因此，DEHP 对人类肝脏产生的毒害作用及毒害机理仍有待探究。

2 DEHP 的控制途径

由于没有化学键合至聚合物基体，DEHP 较易在生产、使用及废弃后转移至各种环境介质中。DEHP的化学性质稳定，半衰期达10 年以上，常规氧化技术无法有效降解DEHP，因此必须寻求安全有效的方法应对DEHP 污染。目前，针对DEHP 的控制途径主要从4 个方面进行：(1)对DEHP 进行末端治理;(2)生产工艺的优化;(3)DEHP 产品回收循环利用;(4)环保型DEHP 替代品的研发。现阶段针对末端治理包括吸附分离、高级氧化、生物降解及环保型DEHP 替代品研发的研究居多，下文对这2 点进行概括论述。

2.1 DEHP 末端治理

2.1.1 吸附分离

目前常用的吸附剂材料包括活性炭、壳聚糖、生物质以及碳纳米管等。因DEHP 疏水性高、溶解度低，活性炭吸附DEHP 已得到广泛应用。张锐坚等考察了不同种类的粉末活性炭(PAC)对DEHP 吸附效果的影响，发现木屑PAC 因具有较高比表面积优于煤质PAC。Chan 等在前期研究中采用海藻生物质吸附DEHP，pH、海藻生物质的量以及DEHP 的初始浓度等一系列物化因素都对DEHP 的去除率带来影响，吸附机制符合朗格米尔吸附模型。Salima 等采用壳聚糖吸附DEHP，红外光谱表明壳聚糖通过疏水基，团相互作用吸附DEHP。

吸附效果受限于吸附剂的比表面积，因此，改善吸附剂的表面特性可大大提高DEHP 的去除效率。Mehdi 等采用淹没式膜生物反应器去除合成市政废水中的DEHP，去除效率高达91%~98%，因污泥具有较大的空隙率，对DEHP 有较强吸附作用;Zhang 等采用聚乙烯亚胺修饰纳米多空金固定的角质酶吸附降解DEHP，去除效率为90.9%。纳米材料的大孔隙率与比表面积赋予其吸附能力强，且角质酶的固定化改善了其稳定性，可重复使用。

考虑被吸附的DEHP 容易脱附及二次污染的安全性，一些组合工艺如活性炭吸附结合高级氧化法去除DEHP 应运而生，较常用的有臭氧氧化与颗粒活性炭吸附组合工艺去除PAEs，活性炭/纳滤工艺深度处理污水厂尾水中的DEHP 等微量有机污染物。为了解决解吸后的DEHP 仍存在毒性的问题，Chan 等尝试光催化氧化方法将解吸后的DEHP 降解为无毒物质例如邻苯二甲酸酐或2-ethyhexanol。结果表明生物吸附与光催化氧化去除DEHP 是不错的选择。吸附法适应性强且吸附剂可循环再生，适用于应急处理DEHP 污染重大事故，设备简单，但存在吸附容量小、易产生二次污染且容易中毒等缺点。对吸附剂本身性能优化、与其他工艺耦合