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Discussion on pollution control of human enteric viruses in marine environment of China

  • Received Date: 2020-03-26
    Accepted Date: 2020-04-22
  • Water-borne infectious diseases are one of the major environmental problems in the world today, of which enteric viruses are the main pathogen that causes human gastrointestinal and other diseases. This paper analyzes the pollution of enteric viruses into the marine environment and the harm to human health caused by bathing beaches and seafood. This paper reviews the latest status of human enteric viruses surveillance in the marine environment at home and abroad, and points out that the current indicators and evaluation methods of microorganisms in the marine environment in China cannot indicate human enteric viruses contamination. Based on these, 4 suggestions are proposed. The first one is to formulate the technical supervision system. The second one is construct the related national monitoring network system of human enteric viruses in our marine environment. The third one is to carry out risk assessment and early warning research on human enteric viruses in our marine environment and construct the relevant system. The fourth one is to strengthen the supervision of human enteric viruses pollution in China's marine environment.
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Discussion on pollution control of human enteric viruses in marine environment of China

  • 1. National Marine Environmental Monitoring Center, Key laboratory for Ecological Environment in Coastal Areas (SOA), Dalian 116023, China

Abstract: Water-borne infectious diseases are one of the major environmental problems in the world today, of which enteric viruses are the main pathogen that causes human gastrointestinal and other diseases. This paper analyzes the pollution of enteric viruses into the marine environment and the harm to human health caused by bathing beaches and seafood. This paper reviews the latest status of human enteric viruses surveillance in the marine environment at home and abroad, and points out that the current indicators and evaluation methods of microorganisms in the marine environment in China cannot indicate human enteric viruses contamination. Based on these, 4 suggestions are proposed. The first one is to formulate the technical supervision system. The second one is construct the related national monitoring network system of human enteric viruses in our marine environment. The third one is to carry out risk assessment and early warning research on human enteric viruses in our marine environment and construct the relevant system. The fourth one is to strengthen the supervision of human enteric viruses pollution in China's marine environment.

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  • 介水传染病是当今世界危害范围最广的环境问题之一,其中病毒污染居于首位[1],在已知的介水传播病毒中,肠病毒是导致人类发病和死亡的主要病原体,主要通过粪-口途径传播[2]。人类肠病毒是指可经过人类肠道系统进行传播的病毒性病原体的总称,主要包括诺如病毒、甲肝病毒、戊肝病毒、肠道病毒、轮状病毒、杯状病毒、星状病毒和肠道腺病毒等,除可引起丙类传染病中报告病例数居前两位的手足口病和其他感染性腹泻病外,还可引起病毒性肝炎、脊髓灰质炎等多种介水传播的乙类传染病,严重危害人体健康[3]

    中国科学院院士贺福初在《求是》杂志上撰文提出,目前全球生物安全形势非常严峻,病原体跨物种感染,跨地域传播,造成新发突发传染病不断出现,已成为世界各国共同面对的重大生物安全问题[4]。人类肠病毒可通过污水、地表径流、固体废弃物填埋以及化粪池进入饮用水水源地、河流、湖泊、水库,最终汇入海洋,海洋可为人类肠病毒提供栖息场所和传播机会[5-6]。人类肠病毒在水环境中具有存活时间长(几天到上百天)、感染剂量低(10~100个病毒粒子)、对热和一般消毒剂抵抗能力强以及能被长距离输运等特点[7]。双壳贝类能够富集海水中的人类肠病毒,海水浴场是人类肠病毒传染的高风险区域,肠病毒可通过生食海产品或误吞海水等途径进入人体。

    随着沿海地区人口的快速增长,由陆源排污带来的人类肠病毒导致近海污染加剧,由介水传播的人类肠病毒传染病案例不胜枚举,海洋环境中的人类肠病毒无异于一颗危险的生物炸弹,已严重威胁到人类公共安全及海产品安全。因此,亟须加强我国海洋环境中人类肠病毒污染的监管。围绕这一问题,本文从海洋环境中人类肠病毒的污染现状及其对人体健康的危害、海洋环境中人类肠病毒的监管现状及存在问题展开讨论,并就我国海洋环境中人类肠病毒监管给出对策建议。

  • 1.   海洋环境中人类肠病毒的污染现状及其对人体健康的危害

      1.1.   人类肠病毒可冲破污水处理的防线进入海洋环境

    • 生活污水排放是人类肠病毒进入水环境的重要途径。据估计,肠病毒感染者的粪便中病毒粒子高达1010~1013 PFU/g[7],城市生活污水作为人类粪便的主要受纳者,是人类肠病毒的重要载体,然而,国内外现行的污水处理工艺并不能将人类肠病毒有效去除[8-12]。澳大利亚、南非、美国、瑞士、埃及、法国等国家的几千个污水处理厂原污水中普遍存在人类肠病毒(腺病毒、轮状病毒、诺如病毒、埃可病毒等),其浓度可高达105 PFU/L[13],即使经过二级、三级处理后,污水中病毒浓度仍然较高,如美国夏威夷经二级处理的出水中病毒浓度仍高达5222 PFU/L[14],如此高浓度的人类肠病毒被排出后进入水环境,可能会导致循环污染。

    • 1.2.   海水中人类肠病毒的污染已严重威胁到公众健康

      1.2.1.   海水受人类肠病毒的污染状况不容乐观
    • 从全球来看,约有90%的废水未经处理直接排放到河流、湖泊或海洋中[15],海洋作为各种污水、河水的汇集地,普遍受到人类肠病毒的污染。地中海以色列近岸、波罗的海德国近岸和黑海罗马尼亚近岸的人类肠病毒阳性检出率分别为27%、36%和22%;美国夏威夷近岸海水中人类肠病毒阳性检出率为6%[16];在巴西南部,87%的养殖海水和80%的沉积物样本都检测到肠道腺病毒[17]。我国近海海洋综合调查与评价专项(简称908专项)结果显示,2007年全国10个典型海水浴场普遍受到人类肠病毒的污染,轮状病毒、星状病毒、脊髓灰质炎病毒、腺病毒和甲肝病毒的阳性检出率分别为40%、35%、40%、35%和5%(表1[18];2019年1月—12月,青岛第一海水浴场的入海排污口处人类肠病毒污染最为严重,其人类肠道腺病毒、星状病毒、诺如病毒和肠道病毒的阳性检出率分别为100%,100%,75%和17%[19]

    • 1.2.2.   介海水传播的人类肠病毒给人体健康带来巨大威胁
    • 因游泳、帆船、冲浪或其他海上娱乐活动而感染腹泻等疾病的主要病原体是人类肠病毒[20]。每年因在不洁浴场中游泳而引发的腹泻性疾病多达1.2亿例,死亡人数200万以上[21]。世界卫生组织(WHO)在2010—2014年和美国在2009—2010年的调查结果均显示,诺如病毒是娱乐用水感染中最流行的病原体,占比45%。2014年夏季,芬兰海水浴场相继暴发了15起疾病,1453人腹泻,病原体是诺如病毒[22]。2018年,英国多地海水浴场因诺如病毒污染而造成近百人暴发腹泻性疾病,并导致浴场关闭。此外,2014年1月,美国有两艘游轮上分别有近700名乘客和170名船员出现腹泻性疾病,病原体也是诺如病毒[23]

      病毒种类各浴场人类肠病毒阳性检出率/(%)10个海水浴场肠病毒阳性检出率/(%)
      北戴河老虎石浴场大连金石滩浴场烟台金石滩浴场青岛第一海水浴场连云港连岛浴场宁波松兰山浴场厦门黄厝浴场深圳大小梅沙浴场北海银滩浴场三亚亚龙湾浴场
      轮状病毒10010000050501000040
      星状病毒0100100005000010035
      脊髓灰质炎病毒5050050500050010040
      腺病毒0100505050100000035
      甲肝病毒050000000005
      诺如病毒00000000000

      Table 1.  The pollution of human enteric viruses in 10 bathing beaches of China[18]

    • 1.3.   海产品中人类肠病毒的污染可致食源性疾病暴发流行

      1.3.1.   海产品普遍受到人类肠病毒的污染
    • 双壳贝类是人类肠病毒的主要传播载体,世界各地每年均有因生食海产品导致的食源性人类肠病毒的疾病暴发。在美国,每年有33,000,000例食源性疾病,其中8%是因生食牡蛎引起的,主要病原体为诺如病毒。在腹泻性疾病的暴发案例中,硬壳蛤和牡蛎分别占54%和44%[24]。在中国,双壳贝类也普遍受到人类肠病毒的污染,我国近海海洋综合调查与评价专项(简称908专项)调查结果显示,全国10个沿海城市的蛤蜊、牡蛎、贻贝、缢蛏、竹蛏、毛蚶、泥蚶、扇贝等双壳贝类均存在不同程度的人类肠病毒污染,其中,尤以人们消费最多的牡蛎和贻贝的污染最为严重(表2[25]

      贝类名称人类肠病毒阳性检出率/(%)
      甲肝病毒诺如病毒轮状病毒星状病毒脊髓灰质炎病毒肠道腺病毒
      蛤蜊41593155
      牡蛎6120182929
      贻贝6606170
      缢蛏、竹蛏051151616
      毛蚶、泥蚶1122110011
      扇贝130013013
      人类肠病毒阳性检出率(%)51276159

      Table 2.  The pollution of human enteric viruses in marine shellfish of China[25]

    • 1.3.2.   因食用被人类肠病毒污染的海产品导致大量疾病暴发
    • 海产品作为人类肠病毒传播的中间宿主,对肠病毒传播扩散起到了推波助澜的作用。每年因食源性疾病导致的死亡人数可达180万,而因生食或食用未煮熟的海产品引起的食物中毒占20%,除甲肝病毒外,诺如病毒是美国、英国、澳大利亚、日本、中国等国家食源性疾病的主要病原体[26]。1978年,我国宁波市发生一起由生食泥蚶所致的甲肝暴发,35 d内出现1265例病例[27]。1988年,上海发生因食用被甲肝病毒污染的毛蚶而导致甲肝大流行,造成31万多人感染,31人死亡,直接经济损失近5亿元[28]。2006年11月,日本、新加坡、意大利等地相继发生了与贝类有关的诺如病毒集体感染事件,特别是日本,不到两个月累计感染35.76万人[29];2016年12月和2017年4月,加拿大先后发生两次与食用牡蛎有关的诺如病毒感染,造成449人感染,12个养殖场关闭[30]。此外,欧洲、法国、意大利、爱尔兰、丹麦、英国和美国也有大量的因食用诺如病毒污染的双壳贝类引发的疾病暴发案例[31]

    2.   海洋环境中人类肠病毒的监管现状及存在问题

      2.1.   水环境中微生物监测指标不能指示人类肠病毒的污染

    • 因水环境中的病原体种类繁多,且多来源于粪便,国内外普遍采用粪便污染指示细菌(FIB)——大肠菌群或肠球菌反映水体中包括人类肠病毒在内的病原体污染状况。目前,美国环境保护署(EPA)、世界卫生组织、加拿大等国家和组织采用肠球菌来评价海水浴场受到人类粪便污染的程度[32-33],美国EPA和加拿大环境署采用分区分级分类的方法,通过关停浴场或贝类采集区等方式进行地表水和海洋环境中病原体的监督与管理。除医院废水外[34],我国采用总大肠菌群或粪大肠菌群指标评价城镇污水、地下水、地表水、浴场海水中的粪便污染[35-38],在海水浴场或海水增养殖区尚无相应监管措施。然而,在美国加利福尼亚浴场、德国沿岸海洋潟湖、芬兰浴场、我国大连星海浴场等区域的大量研究及流行病学调查结果表明,粪便污染指示细菌无法准确指示水环境中的病毒污染情况,在粪便污染指示细菌指标合格的样本中,仍有肠病毒被检出[39-40]

    • 2.2.   人类肠病毒尚未纳入我国海洋环境和海产品监测范畴

    • 二十世纪九十年代就有学者指出,肠道腺病毒是科学的粪便污染指示病毒,后来这一观点在欧洲许多国家相继得到肯定,并被逐步应用到实际环境监测中[41]。美国EPA于2012年提出,在监测FIB的同时,将人类肠病毒、噬菌体、产气荚膜梭菌等作为选择性指标纳入到浴场海水质量监测范围[32];欧盟在2005年颁布的食品微生物标准中包括海产品中诺如病毒的检测[42];国际标准化组织(ISO)于2013年发布了检测贝类中甲肝病毒和诺如病毒的标准方法[33]。我国虽然已在环境监测的行业标准中颁布了肠病毒的检测方法[43],但是肠病毒尚未被纳入海洋环境的监测范围,一旦海洋环境被人类肠病毒污染且未能及时防控,将借助海水或海产品广泛传播,导致疫情的大规模暴发,严重威胁公众健康。

    • 2.3.   我国水质标准中的微生物评价方法不能表征肠病毒的人体健康风险

    • 微生物定量风险评估(QMRA)用于定量评价病原体引起人类感染、致病或致死风险的概率[44]。世界卫生组织已发布关于QMRA的应用指南,强调除饮用水外,娱乐水体和再生水都有必要进行定量微生物风险评估,以指导公众防范健康风险[15]。该方法己被荷兰、法国、日本等国家应用到有关水质和公众健康的管理策略中,成为环境风险评价的准则和指南[45]。在我国,人类肠病毒的风险评价技术已应用到了饮用水源水、景观水[46]、再生水[47-49]以及海水中[50]。然而,除医疗机构水污染物排放标准外,在我国现行的地下水、地表水、污水、养殖用水以及海水环境卫生标准中,微生物的安全评价主要是基于指示细菌浓度的等级划分(表3[34-38],尚未对其潜在人体健康风险进行评估,亦未开展人类肠病毒造成的人体健康风险评价。

      标准名称生物学指标分类等级
      Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类
      A标准B标准
      《医疗机构水污染物排放标准》GB18466-2006[34]粪大肠菌群/个·L−1达标排放a
      肠道致病菌不得检出
      肠道病毒不得检出
      《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002[35]粪大肠菌群/个·L−1≤1000≤10000≤10000
      《地表水环境质量标准》GB 3838-2002[36]粪大肠菌群/个·L−1≤200≤2000≤10000≤20000≤40000
      《地下水质量标准》GB∕T 14848-2017[37]总大肠菌群/MPN·(100mL)−1或CFU·(100mL)−1≤3.0≤100>100
      菌落总数CFU·mL−1≤100≤1000>1000
      《海水水质标准》GB 3097-1997[38]大肠菌群/个·L−1≤10000供人生食的贝类增养殖水质≤700
      粪大肠菌群/个·L−1≤2000供人生食的贝类增养殖水质≤140
      病原体供人生食的贝类增养殖水质不得含有病原体b
      注:a:粪大肠菌群的排放标准为500,预处理标准为5000;b:沙门氏菌、霍乱弧菌、志贺氏菌、大肠埃希氏菌、铜绿假单胞菌

      Table 3.  Evaluation criteria of microorganisms in different water environments

    3.   我国海洋环境中人类肠病毒监管对策建议

      3.1.   构建科学的海洋环境中人类肠病毒监测技术体系

    • 在现行监测海洋环境中粪便污染指示细菌的同时,制定海洋环境中人类肠病毒的监测标准,在入海排污口、海水浴场、海水增养殖区等近岸海域增加海水和海产品中人类肠病毒的监测指标,包括甲肝病毒、诺如病毒、轮状病毒和肠道腺病毒等,全面掌握我国海洋环境中人类肠病毒的污染情况,并制定浴场关闭等风险防范措施。

    • 3.2.   加强海洋环境中人类肠病毒相关的基础科研和监测产品的研发工作

    • 加强我国海洋环境中人类肠病毒的基础研究,研发海洋环境中人类肠病毒的快速精准检测方法以及试剂盒、生物芯片等“硬核”成果,加强海洋环境中人类肠病毒的健康风险评估和预警研究,研究海洋环境中人类肠病毒的人体健康风险阈值,将防控模式由被动预警变为主动防控,杜绝介水传播人类肠病毒传染病疫情的暴发。

    • 3.3.   加强我国海洋环境中人类肠病毒的污染监管

    • 回顾历史,让我们再次意识到环境监管的重要性,防微杜渐,需要切实落实海洋环境中人类肠病毒的监管工作。我国沿海分布着数百个海水浴场和海水增养殖区。水产养殖产量居世界首位,水质微生物安全和海产品食用安全是保障公众健康、蓝色经济可持续发展的根基。因此,建议将海洋环境中人类肠病毒的防线关口前移至污水处理厂和入海排污口,开展海洋环境中人类肠病毒污染的常规、应急监测。坚持陆海统筹理念,严把人类肠病毒入海的源头关,切断粪-口传播途径,做好污水处理与监管。建议在现有环境监测工作基础上,增补人类肠病毒作为出水控制指标;加强污水消毒环节,实现病原体的有效消杀,阻断人类肠病毒通过污水进行传播扩散的途径;构建全国海洋环境中人类肠病毒的监测网络,打造陆海统筹监管“一张网”,做好介水传播传染病疫情的应急管理;依据评价结果实施分区分级分类监管。

Reference (50)

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