医学里程碑
2010年10月号
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医生日记

DDT,杀虫剂的王者归来

    DDT中文滴滴涕,二二三,化学名为双对氯苯基三氯乙烷(Dichlorodiphenyl trichloroethane,DDT),化学式 (ClC6H4)2CH(CCl3)。为白色晶体,不溶于水,溶于煤油,可制成乳剂,是有效的杀虫剂。为20世纪上半叶防止农业病虫害,减轻疟疾、伤寒等蚊蝇传播的疾病危害起到了不小的作用。

一个成功杀虫剂的诞生

    DDT最先是在1874年从煤油中被分离出来,分离者叫做蔡德勒(Zeideler),是化学家拜耳的学生,在历史上是一个默默无闻的化学家。DDT在分离出的最初70年内并没有得到重视。但是直到1939年才由瑞士诺贝尔奖获得者化学家保罗•穆勒(Paul Müller)重新认识到其对昆虫是一种有效的神经性毒剂。

    应该说,穆勒进入杀虫剂领域的初期工作进展得并不顺利。如何让昆虫“体内暴露剂量”增加是一个首要的问题。欧洲有一则古老的笑话:有一个江湖郎中当上了药剂师,他把锯末和其他的一些东西混合在一起,声称这是有效的蟑螂药,很多人买回家用了之后发现根本没用(这是可以猜得出来的)。他们就去质问这个药剂师,药剂师说,你们用的方法不正确,应该把蟑螂抓住后往它们嘴里塞,这样才有用。穆勒意识到,接触远比“口服”更加有效,而且更有意义。当时穆勒和他的同伴们列出了几条成功杀虫剂的必要条件:

    毒性高 毒性反应快 植物和哺乳动物(这里指的是畜牧和人)无毒或低毒 无刺激性气味 作用范围要广,越广越好,尽量广谱 化学稳定性好,持续地发挥作用 便宜

    当时比较广泛使用的杀虫剂包括以下几种,穆勒把他们的优劣势放到一起比较。

    仔细观察这些化合物的性质我们会发现,上述化合物共同的弱点是不稳定,而DDT克服了这一弱点,它非常稳定。当然,这是后话,当时人们并不知道稳定性也许意味着其他的危险。

    在前期的试验中,穆勒发现一般含有氯甲基、羰基氯甲基的化合物活性还可以。穆勒等人在此基础上又进行了结构改造,这个化合物太“毒”了,穆勒十分惊喜地发现,他们用来实验化合物毒性的大箱子在相当长的时间内还保持着很强的药效。他们做了彻底的清理后把苍蝇放进去,苍蝇一接触到箱子的内表面就跌到了地上。在之后的实验中他们不得不多了一项工作:洗箱子,把箱子放到室外一个月。

    后来,穆勒总结道:DDT对不同昆虫的毒性反应不同,时间从几个小时到数天不等。为什么生物学家一开始对DDT不感兴趣,这可能和DDT的作用时间长有关,现在我们知道长期毒性比瞬时毒性更重要。

    DDT可谓是生逢其时,在第二次世界大战中开始大量地以喷雾方式用于对抗黄热病、斑疹伤寒、丝虫病等虫媒传染病。例如在印度,DDT使疟疾病例在10年内从7500万例减少到500万例。同时,对家畜和谷物喷DDT,也使其产量得到双倍增长。DDT在全球抗疟疾运动中起到了很大的作用。用氯喹治疗传染源,以伯胺奎宁等药作预防,再加上喷洒DDT灭蚊,一度使全球疟疾的发病得到了有效的控制。到1962年,全球疟疾的发病己降到很低,为此,世界各国响应世界卫生组织的建议,都在当年的世界卫生日发行了世界联合抗疟疾邮票。这是最多国家以同一主题,同时发行的邮票。在该种邮票中,许多国家都采用DDT喷洒灭蚊的设计。

“寂静的春天”终于来了

    也就是在1962年,美国海洋生物学家蕾切尔•卡逊(Rachel Carson)在其发表的著作《寂静的春天》 中高度怀疑,DDT进入食物链,最终会在动物体内富集,例如在游隼、秃头鹰和鱼鹰这些鸟类中富集。由于氯化烃会干扰鸟类钙的代谢,致使其生殖功能紊乱,使蛋壳变薄,结果使一些食肉和食鱼的鸟类接近灭绝。一些昆虫也会对DDT逐渐产生抗药性,以对抗人类由于人口无节制增长而对自然界无休止的掠夺。基于此,许多国家立令禁止使用DDT等有机氯杀虫剂。

    1958年1月,卡逊接到她的一位朋友,原《波士顿邮报》的作家奥尔加•欧文斯•哈金斯寄自马萨诸塞州的一封信。奥尔加在信中写到,1957年夏,州政府租用的一架飞机为消灭蚊子喷洒了DDT,在飞回来的途中经过她和她丈夫在达克斯伯里的两英亩私人禽鸟保护区上空。第二天,她的许多鸟儿都死了。她说,她为此感到十分震惊。于是,哈金斯女士给《波士顿先驱报》写了一封长信,又给卡逊写了这个便条,附上这信的复印件,请这位已经成名的作家朋友在首都华盛顿找找什么人能帮她的忙,不要再发生像这类喷洒的事了。

    当时许多人认为这是危言耸听,而且在卡逊去世前人们仍然不能接受她的理论。但人们的行动还是很快的,几年之内DDT的生产已经被完全禁止。

大自然的深意

    看到这些我们不得不扼腕而叹,对于大自然的深意我们始终都不曾了解。甚至当DDT已经使用后的一段时间内,人们还不知道DDT为何有效。人们当时普遍认为DDT是安全的。

    一谈到毒性,人们往往想到的只有自身。现在我们知道DDT对恒温动物毒性较低,但是对于像禽类这种变温动物其毒性是致命的。而且,DDT本身仅仅是一种化合物,从半数致死量的角度来看滴滴涕对温血动物的毒性是相当低的。但是问题在于,滴滴涕以及其主要代谢产物DDE(dichlorodiphenyl dichloroethene,DDE),由于具有较高的亲脂性,因此容易在动物脂肪中累积,造成长期毒性。此外,滴滴涕还具有潜在的基因毒性、内分泌干扰作用和致癌性,也可能造成包括糖尿病在内的多种疾病。DDE还是一种抗雄激素,并能够引起精子数量减少。#p#分页标题#e#

    造成这些效果的原因还要从DDT的化学结构谈起。DDT的化学结构是由苯环和三氯乙烷基构成的,其中苯环是致毒部分,三氯乙烷基是脂溶性部分,它对害虫几丁质层的高度亲和力,能使DDT 透过体壁进入虫体,起到触杀作用。而对于人和其他高等动物,由于皮肤的隔绝性,使得DDT 无法进入体内,自然也不能产生毒性。

    据研究表明,DDT可能是由于使神经轴突产生兴奋,而显示毒性。在详细描述这个作用机制前,我们先叙述一下轴突的传导方式。轴突是神经元的一部分,它是用来专门迅速传递信息的,通常能达到很长距离,而且当冲动沿其传导时,其大小和情况都没有任何改变。而冲动是由于细胞膜内外离子浓度差的改变所引起的电势差的改变而产生的。DDT 分子的苯环部分可和膜蛋白的分子相结合,三氯乙烷基则可在膜的类脂部分开启一个Na+阀门,不仅如此,研究者们还观察到K+通道也受到影响。DDT 造成的这种通透性的改变,引起了神经传导的混乱。从而导致昆虫死亡。DDT中毒的昆虫,表现为过度兴奋和肌肉痉挛,随之以麻痹而死亡的现象可以证明这种毒性机理的合理性。

    鸟类蛋壳变薄也许与这条机理有关,DDT的代谢产物DDE参与到Ca²⁺离子代谢当中使细胞Ca²⁺离子浓度降低,鸟类体内Ca²⁺离子浓度降低最后造成鸟蛋蛋壳变薄。

    事情还没结束。由于在全世界禁用DDT等有机氯杀虫剂,以及在1962年以后又放松了对疟疾的警惕,所以,疟疾很快就在第三世界国家中卷土重来。今天,在发展中国家,特别是在非洲国家,每年大约有一亿多的疟疾新发病例。大约有100多万人死于疟疾,而且其中大多数是儿童。疟疾目前还是发展中国家最主要的病因与死因,这除了与疟原虫对氯喹等治疗药物产生抗药性外,也与目前还没有找到一种经济有效、对环境危害又小、能代替DDT的杀虫剂有关。基于此,世界卫生组织于2002年宣布,重新启用DDT用于控制蚊子的繁殖以及预防疟疾、登革热、黄热病等在世界范围的卷土重来。

DDT又回来了,带着经验和科学

    在逐渐停止普遍使用室内喷洒DDT和其他杀虫剂控制疟疾近30年之后,世界卫生组织(世卫组织)于2006年9月宣布,这一干预措施将再次在抗击疟疾中发挥重要作用。世卫组织目前建议不仅在流行地区,而且在包括整个非洲在内的疟疾持续高传播地区使用室内残留喷洒。

    “科学和规划证据明确支持这一重新评估”,世卫组织主管艾滋病毒/艾滋病、结核和疟疾助理总干事Anarfi Asamoa-Baah博士说。“室内残留喷洒有益于迅速减少携带有疟疾的蚊虫造成的感染人数。室内残留喷洒已证明如同其他疟疾预防措施一样经济有效,并且滴滴涕在正确使用时无健康风险。”世卫组织曾积极提倡室内残留喷洒用于疟疾控制,直至1980年代初,当时围绕滴滴涕增加的健康和环境关切造成该组织停止促进其使用并代之以注重于其他预防手段。自那时以来,广泛的研究和试验已证明妥善管理的使用滴滴涕室内喷洒规划对野生动植物或人类不造成危害。

    “我们必须根据科学和数据确定立场,”世卫组织全球疟疾规划主任Arata Kochi博士说。“我们拥有的抗击疟疾的最佳手段之一是室内残留喷洒。在世卫组织已批准的可安全用于室内喷洒的十几种杀虫剂中,最有效的是滴滴涕。”室内残留喷洒是把长效杀虫剂喷洒在住房和牲畜饲养棚的墙壁和顶部,以便杀死停留在这些表面的携带疟疾的蚊虫。“室内喷洒等于为全家提供一顶大蚊帐,昼夜不停地提供保护,”全球疟疾控制努力主要倡导者、美国参议员Tom Coburn说,“最终在世卫组织关于该问题的明确领导下,我们终于得出了正确的结论,真正可以每年帮助3亿多儿童。”近年来,关于使用杀虫剂在室内避免疟疾的观点一直在发生变化。

    “所有发展机构和流行国家必须按照世卫组织关于使用滴滴涕进行室内残留喷洒的立场行动,” Coburn参议员说,“捐助者特别需要帮助世卫组织提供技术和规划支持,以便确保这些干预措施使用得当。”

    事实上,通过这些经验,人们已经开始科学地看待药物及其应用方法。从一方面,人们已经开始接受“世界上本来没有神奇的子弹”这一看法,能够接受不那么“理想”的、一劳永逸的药物;另外一方面,随着对药物特性的理解,人们得以严格地控制药物的使用。

(作者:李秋实)

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