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反滲透技術沖擊下軍隊給水衛生工作的思考

反滲透技術沖擊下軍隊給水衛生工作的思考

分類:
行業新聞
2019/10/16 22:17
評論:
【摘要】:

原文登載在《第三軍醫大學學報》2019,41(19):1840-1844,版權歸其所有

作者:舒為群

400038 重慶,陸軍軍醫大學(第三軍醫大學)軍事預防醫學系軍隊環境衛生學教研室

基金項目: 全軍后勤科研重大項目(AWS18J004)

§§

 

摘 要


反滲透技術在有效去除水中污染物的同時,也去除了有益健康的礦物離子。軍人是礦物質需求量較大的特殊群體,而中國軍人受傳統膳食習慣的影響,一些關鍵礦物質如鈣等長期攝取不足,如果長期飲用不含礦物質的反滲透水,會加重機體的礦物質饑餓,影響作業能力和健康狀態。本文對反滲透飲水在我軍的應用現狀、可能對軍人產生的急性和慢性健康影響進行了述評,同時提出了為應對這些影響而需要加強的衛生管理、宣教、科研工作建議。

 

 

美國工程院院士SEDLAK教授[1]不久前發表題為“The unintended consequences ofthe reverse osmosis revolution”的述評文章,其中心思想是:反滲透技術對人類社會和經濟發展帶來了巨大收益,但其諷刺之處在于它制造了太過干凈的飲用水。人們早已認識到,長期飲用去離子水會導致營養缺乏,尤其在低收入國家和群體。他的文章專門說到:舉例而言,盡管我們還無法確定反滲透膜把氟化物去除是導致中國兒童身高變矮和齲齒增加的原因,但那兒的許多中小學已經安裝了反滲透凈水機卻是一個不爭的事實。這里提到的中國兒童信息,源于筆者課題組近期發表的論文“Low mineral direct drinking water in school may retard height growth and increase dental caries in schoolchildren in China”[2]
SEDLAK的文章發表后,引發了全球、尤其是中國飲用水行業的極大關注。因為在中國,由于環境污染、水資源匱乏等等諸多原因,反滲透技術的應用更為普及。很多中國城鎮家庭都安裝了凈水器,而絕大部分凈水器都含有反滲透單元。通過反滲透技術獲得的純凈水也占據了中國瓶裝水和桶裝水市場的60%以上。SEDLAK教授預計全球飲用反滲透水的人群在2020年將達到10億左右。

 

1 反滲透技術和反滲透飲水
反滲透(reverse osmosisRO)技術發明于上世紀六十年代后期,是一種以壓力差為推動力、從溶液中分離溶劑的膜分離技術,其膜孔徑可小至納米級。在適宜的壓力、膜孔徑、膜材質的組合下,反滲透工藝可以將水中幾乎所有雜質和溶解性物質(如微生物、無機離子、鹽分子和微量有機物質)截留下來,得到純凈的水分子。它已成為現代純水制備、海水淡化、苦咸水凈化及其他分離工程中的核心技術,廣泛應用于食品、醫藥、科研、電子、電力等行業。
在野外或戰時,RO技術在微濾(MF)或超濾(UF)工藝的輔助下,可以快速有效地凈化各種復雜水源(甚至去除核化生戰劑),因而它也迅速地成為各國軍隊野外給水的常規配置。美軍早在海灣戰爭期間就大量裝備了RO凈水單元(ROWPUreverse osmosis water purified unit),目前已經具有與部隊規模相匹配的60015003000150000 gal/h的系列裝備。加、德、韓、日等軍隊(或自衛隊)也將RO凈水裝置作為主要設備予以研發和裝備。我軍的RO凈水裝備同樣在抗震救災、艦船遠航、島嶼、沙漠、海上作業、太空探索等領域得到廣泛應用。近年來瓶裝水和桶裝水也被常常用于部隊營區、野外或應急給水,而這些瓶(桶)裝水中,絕大部分都是經過RO處理后得到的純凈水。
然而,正如SEDLAK教授所擔憂的,RO技術在徹底除去污染物的同時,也徹底地改變了水的天然屬性——產生的是失去了原有的硬度、堿度以及其他多種礦物離子的去礦物質水(demineralized water)。已經有越來越多的研究表明,飲水對于人體而言并非僅僅提供水分子,它還是機體有益礦物離子的日常補充來源、血液滲透壓的維護因子以及酸堿平衡的調節因子。對于那些特定膳食結構(如東方膳食)人群、礦物質需求量大的人群(運動員、戰士、發育期兒童)、礦物質容易丟失的人群(高溫勞作者、消化系統疾患或肝腎功能障礙者)、貧困低收入人群,水中礦物離子的營養價值更加重要。

 

2 中國軍人膳食結構中的營養缺陷
秉持東方膳食結構的中國居民其營養結構上長期、普遍存在以下問題:一是奶及奶制品攝入量遠低于世界平均水平,導致日常鈣的獲取嚴重不足,這也是中國人群膳食中最為突出的缺陷;二是水果蔬菜攝取量嚴重不足,導致維生素、纖維素以及多種微量元素的缺乏;三是鹽和油攝入過高,鹽的人均攝取量大大高過每人每天6g的國際推薦值[3]2015年針對全國25萬人群的調查數據顯示,我國居民膳食礦物質和微量元素攝取嚴重不平衡,其中絕大多數人鈣攝入量嚴重不足,鉀、鎂、鋅、銅、硒也低于推薦攝入量,令人不安的是鈣、鋅、鐵的攝入量在2013年較2002年還略有減少趨勢,而鈉、錳、磷攝入則普遍過多[4]
軍人的體能消耗大于常人,而且時常處于惡劣環境之中,充分的營養素供給是保證其戰斗力的基本條件。軍隊某些特殊環境或特勤作業(高熱、坑道、潛艇、宇航等)還會使軍人對微量營養素異常敏感。徐彤等[5]報道,執行了水下60d長遠航任務的核潛艇艇員血清維生素D水平為(22.54±4.12) ng/mL,遠低于正常30.1100.0 ng/mL的范圍,低于正常值下限的比例高達93.26%而血清鈣水平為(204.28±25.39) mg/L,高于正常值上限2倍之多(正常水平84~102 mg/L)。這些變化提示在陽光不足和新鮮果蔬欠缺等不良因素的共同影響下,機體已經處于骨鈣過度動員(導致血鈣過高)的狀況,具有很大的骨質疏松發生風險。遺憾的是,縱觀過去到現在的調查資料,我軍無論駐地及兵種如何,一些特定微量營養素的缺乏或不平衡一直是普遍存在的問題。即使是近期對坑道作業、推進劑作業、高原部隊等人群的膳食調查結果仍然顯示同樣的規律:鈣、鋅、碘、維生素B1、維生素D的攝入量普遍不足,而蛋白質、磷、鈉、錳、銅的攝入量普遍超標。在這樣的膳食背景下,官兵中超重或肥胖、脂肪肝、高尿酸血癥、血脂異常的情況在逐漸增多,尤其是在伙食標準較高的特勤部隊[6-13]

 

3 反滲透飲水對軍人健康的影響
自然界的水其天然特征就是含有一定的硬度(主要由鈣鎂構成)和堿度(主要由碳酸氫鹽構成),同時往往還含有氟、硅、鍶、鋰、釩、硒等有益微量元素,它們恰好與中國人群膳食中缺乏的礦物離子形成了互補,尤其是鈣、鎂、碳酸氫鹽給人體提供了長久的補充。特別值得一提的是,水中礦物離子雖然密度不高,但它們以天然離子狀態存在,而且離子種類豐富,濃度搭配合理,因而人體對其生物利用率頗高。可以說,潔凈的自然水源是人類的天然營養資源。WHO的官方文獻、國內外學者的論著已經詳細論述過軟水增加心血管疾病、骨質疏松、腫瘤等的發生風險,筆者本人也曾經撰寫多篇論文闡述飲用水中礦物離子對中國人群健康的重要性[14-19],在此擬重點對反滲透飲水對軍人健康的特殊影響予以討論。
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3.1 電解質紊亂、重癥中暑甚至猝死

高溫環境下的強體力活動,會導致水鹽大量丟失。汗水含有0.3%~0.5%的氯化鈉(意味著1L汗水可帶走3~5g的鹽),還含有多種微量元素如鉀、鐵、鋅、銅、鉻、磷、碘等。人體大量出汗如果得不到水和電解質的及時補給,易致脫水和電解質失衡,中暑甚至重癥中暑風險加大。如果補液不當,短時間內大量飲用純凈水,則容易發生稀釋性低鈉血癥,嚴重時會發生腦水腫甚至猝死。岳俊偉等[20]對國內8570例馬拉松賽事救治患者的分析顯示,水電解質紊亂(占比20.18%)是位列肌肉韌帶損傷之后的第二類疾病。李起棟等[21]分析了1998年某部在九江抗洪搶險中發生的152例熱射病(重癥中暑)患者,發現其中低鉀血癥125例,低鈉血癥98例,低氯血癥96例,低碳酸氫鹽血癥68例,血滲透壓降低102例,表現為普遍的水鹽失衡——低滲性脫水,推測后勤保障部門提供的純凈水可能是誘因之一。
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3.2 結石性疾病

軍人是結石性疾病的高發群體,尤其當他們身處嚴酷的自然環境時。在其眾多復雜的誘因中,不良飲水的影響尤其重要。邊防軍人往往體力消耗大、水分丟失多,機體長期慢性缺水,而飲水量不足導致的尿過飽和是公認的泌尿系統結石的重要誘因;此外,水質過硬或過軟、鈣鎂比例異常也會增加結石的風險[22]徐濤等[23]分析了海軍和平方舟號醫院船對我國沿海駐島官兵897人的巡診體檢數據,發現前三位的疾病分別為脂肪肝234例(26.1%)、腎結石113例(12.6%)和膽囊結石101例(11.3%),分析飲水水質不佳可能是其中的重要原因(駐島環境往往地下水資源匱乏,飲用水多來自船只補給、凈化雨水和淡化海水,而這些水多為軟水)。王淑琴等[24]對武警高原某部597名軍人B超檢查發現尿路結石結晶的比例高達44.77%,分析認為與不良飲水明顯相關——駐地水源多為井水或是儲存的雨水,而雨水是典型的軟水。
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3.3 對環境毒物的敏感性增加

多年前英國學者就發現軟水(因其多偏酸)可增加自來水管材和管件中有毒重金屬鉛的析出,導致軟水地區人群體內鉛負荷明顯高于硬水地區人群,前者的平均血壓也高于后者[25]我們課題組的研究顯示,在同樣的鉛暴露背景下,與飲用自來水的大鼠相比較,飲用純凈水的大鼠其腦、心、肝、腎、骨組織的鉛蓄積量顯著升高,鉛特異性中毒指標血液鋅原卟啉水平顯著升高,而腎金屬巰基酶(有毒重金屬解毒酶)含量顯著減少[26-27]軍人暴露于各種環境有害因素的可能性顯然高于常人,戰時還會面臨核化生毒物的暴露風險,如果長期飲用反滲透水,很有可能削弱他們對外界毒物的抵御能力。
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3.4 抑郁傾向增加

在我們的系列研究中,已經觀察到飲用純凈水后抑郁相關指標的改變。鎂是神經系統的穩定因子,缺鎂會導致情緒低落甚至出現抑郁傾向[28]在大鼠,我們發現純凈水組的血鎂顯著低于自來水組(兩組大鼠均為同樣的標準飼料)[29]同型半胱氨酸是蛋白質代謝的毒性中間產物,目前已經有強力證據顯示較高的血清同型半胱氨酸水平與較高的抑郁癥發生相關聯[30]我們的一項對于青年男性的30d飲水干預實驗顯示,飲用純凈水的人群其血同型半胱氨酸水平顯著高于飲用自來水人群[31]雖然飲用純凈水與抑郁發生的直接聯系有待建立,但我們有理由推測,對于那些特殊環境或特殊職業的軍人(如在沙漠、島嶼、運航、海上平臺工作、獲取新鮮果蔬的機會較少),長期飲用純凈水可能會增加抑郁發生風險。鑒于心理健康對于軍人群體的極端重要性,筆者認為從健康飲水角度做好預防工作極其重要。

 

4 如何應對反滲透飲水對軍隊給水衛生工作的沖擊?
從以上分析可見,反滲透技術和反滲透飲水已經對我軍給水衛生工作帶來顛覆性的影響,對于以東方膳食結構為特征、膳食缺鈣一直是常態的中國軍人來說,其健康風險是值得關注的。在新的革命性飲水處理技術到來之前,我們應該如何應對這種局面,才能最大程度地減少軍人的健康風險呢?
筆者認為,軍隊給水衛生工作的指導思想應該從單純的安全目標提升到安全+健康的人性化目標,摒棄飲水僅僅只能補充水分子的落后概念,拓展飲水與健康關系的全方位認知。應該充分認識到健康的飲用水不僅僅是平衡膳食的重要組成,還是軍隊某些常見疾病的輔助預防措施,建議加強以下工作:
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4.1 加強對衛生管理人員和廣大官兵的健康飲水知識的普及,引導他們在供水工作及個人消費時,選擇有利于健康的飲用水種類

 

在營區,盡量為官兵提供符合國家生活飲用水衛生標準的自來水或潔凈的井水,也可提供桶裝礦泉水或山泉水;野外訓練時,注意選購水種為天然礦泉水或山泉水的包裝水;如果駐地水源水質不佳必須安裝反滲透凈水器時,應該注意膳食中礦物質的補充(多吃乳類、豆類、水果、蔬菜、海產品等)。特別需要注意在熱區高強度訓練下的安全飲水,教導官兵采取主動補水、喝有礦物質的水、多次小量飲水的飲水策略,以預防水鹽失衡的嚴重后果。
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4.2 加強水質對軍人作戰能力影響的軍事醫學研究

水是戰場和軍人的剛需,美軍提出水是最重要的戰術武器,他們早在軍事作業醫學研究規劃2000”中就已經將熱環境訓練低鈉血癥的預防能夠減少水攝入的滲透壓調節劑增強軍人體腦功能的營養優化措施等納入研究計劃。這些研究對于我軍都是很好的啟示。
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4.3 加強水質與軍人常見疾病關系的研究

重點研究對水質敏感的心血管疾病、骨質疏松、膽腎結石等疾患,還要探索水質與其他惡劣環境因素(缺氧、振動、輻射、低照度等)的復合效應,以便確認環境誘因和敏感的生物標志物,為預防工作提供參考。
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4.4 制定系列水質標準,盡量做到分質供水

即針對不同戰區(高原、寒區、熱區等)、不同兵種(潛艇、雷達、宇航、坑道等等)、不同作業性質(運動、作訓、戰時、野營、營區等)提供不同水質的飲用水。
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4.5 積極研發能夠對水質進行“存優汰劣”處理的先進技術

即盡可能去除有害物質的同時,又可以盡量地保留天然有益礦物質的技術。目前有不少研究者在探索對純凈水進行人工礦化,諸如添加石灰或其他化學鹽,添加天然礦泉水濃縮液,或經天然礦石過濾等等。但這些技術如不精心控制有可能導致水中礦物質再次失去平衡,從而產生新的健康風險。比如,添加石灰是常用的恢復脫鹽海水硬度的方法,但因為石灰[Ca(OH)2(s)]是含鈣鹽類,并不能增加水鎂和其他礦物離子的濃度,而水鎂過低時是具有心血管疾病風險的。建議對飲用水的人工礦化工藝——比如添加劑量、種類搭配、純度控制等進行科學的研究和謹慎的安全性評估,以避免再次帶來健康風險。

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