你喝的水里有多少造影剂？丨碘造影剂导致的水污染问题

背景

对于放射科医师来说，造影剂对于诊断和介入手术至关重要。碘造影剂（ICM）最常用，特别是CT检查。由于CT扫描仪越来越普遍以及CT检查的需求越来越多，ICM的使用正在稳步上升。然而，ICM越来越多地出现在地表水和饮用水源中，并且有证据表明ICM分解产物有毒。常用的饮用水净化技术在去除ICM方面效果不佳，在某些情况下会导致有毒的碘化消毒副产物的形成。碘造影剂对尚未解决的饮用水制备提出了问题。我们可以做些什么来限制环境影响？

为了全面解决水系统中造影剂的问题，所有有关各方都有必要合作，从造影剂生产者到饮用水消费者。在卫生专业人员中提高认识是开始积极合作的第一步。放射科医师可以通过更有意识地使用造影剂来完成。

有几种行动可以选择。首先，我们可以就使用造影剂做出更有意识的决定。可以采取措施优化造影剂的使用，减少造影剂的浪费，收集残余造影剂。其次，通过在医院引入尿袋或特殊的尿液采集和处理技术，可以采取措施减少污水中造影剂的量。

本文为放射科医师提供了ICM对（饮用）水质影响的概述，并介绍了减少这种影响的方法。

碘造影剂

碘造影剂是当今放射学中最常用的注射剂。它们几乎可以在身体的任何地方使用。大多数情况下是静脉内使用，但可以通过口服或直肠途径动脉内，鞘内和腹腔内给药。

碘造影剂自20世纪50年代以来一直在使用。在过去几十年中，医学影像的使用迅速增长，导致造影剂的使用大幅增加。过去的20年中，大多数国家的CT扫描仪使用更加普遍。英国每年进行超过500万次CT扫描，荷兰每年进行超过190万次CT扫描，美国每年进行超过7500万次CT扫描。全球每年都会使用数百万升（估计超过1000万升）的ICM。该估计基于全世界每年进行的大约3亿次CT扫描，其中40%为增强CT扫描并假设每次CT扫描使用100ml造影剂。

现代碘造影剂具有很高的安全性，据报道肾功能正常的患者在血管内给药后约2小时内通过尿路排泄50%。肾功能损害患者的排泄需要更长时间。由于通过尿液排泄，造影剂进入水生环境并最终进入饮用水供应系统。

碘造影剂的环境命运

本世纪以来，ICM逐渐成为环境污染物的焦点，同时关注这些物质对水生环境和水循环的影响。最近在Sengar和Vijayanandan发表的一篇综述文章中回顾了许多关于ICM环境命运的论文，它提供了对该主题已完成的大量工作的深入概述。

关于水环境中造影剂的最早报道来自柏林，该市历史上的水循环很短。由于在德国分离的几年里，其地理位置偏僻，废水处理厂（WWTP）和饮用水生产厂都位于附近。高人口密度和与ICM相关的检查数量导致在医院废水中发现高浓度的可吸附有机碘。随着用于测量环境样品中ICM的分析开发方法的进展，在医院废水以及公共污水处理厂的流入和排出物中，识别出了单个ICM。

据报道，许多地表水系统、河流和湖泊以及地下水系统中都存在ICM。突出的例子是从澳大利亚悉尼河口、马德里附近的Tajo集水区、莱茵河及其支流、巴黎下游的塞纳河和多瑙河上游Ge Langenau附近的观察结果。波罗的海（德国）、亚得里亚海北部（意大利）、爱琴海和达达尼尔群岛（希腊和土耳其）、旧金山湾（美国）、太平洋（美国）和地中海（以色列）的海洋样品显示含有ICM。基本上，任何受包括诊断中心在内的城市地区公共废水排放影响的水体都很可能出现ICM。

据报道，在水生环境中最常见的ICM是碘海醇、碘帕醇、碘美洛尔、泛影酸、碘普罗胺、碘佛醇、碘他拉酸、胆影酸、碘羟拉酸和碘克沙醇。其中一些已成为环境监测方案的一部分，已有19年之久。RIWA Rijn是荷兰饮用水供应商协会，以莱茵河为水源，该协会的年度水质报告涵盖了2002年的泛影酸、碘海醇、碘美洛尔、碘帕醇和碘普罗胺数据。2020年，莱茵河Lobith（跨越德国和荷兰边界）的ICM负荷在10.3至175千克/天之间（表1），2020年从德国进入荷兰的ICM总量超过70吨。

碘化造影剂（ICM）的平均，最小和最大日负荷（kg/天），2020年，在德国和荷兰之间的过境点Lobith的莱茵河。还显示了总平均每日ICM负荷（kg/天）和总年平均ICM负荷（吨/年）。

这些ICM的使用历史悠久，根据其环境存在，它们是环境监测计划的正确组成部分。德国-荷兰边境交汇处2010-2019年间ICM浓度趋势的统计分析（图1）显示，泛影酸负荷每年下降2.7%，碘海醇增加3.1%，碘普罗胺增加2.4%。碘美普尔和碘帕醇的负荷没有显示出显著的趋势。可以发现泛影酸减少的原因在于该口服ICM正在逐步淘汰：胃肠道中的口服造影剂越来越多地被含有造影剂的水或硫酸钡所取代。必须指出的是，新药进入监管水质监测计划需要一段时间。环境浓度的降低可能仅仅是用一种较新的尚未监测的化合物代替较旧的监测化合物的结果。

图1 莱茵河泛影酸（左）和碘海醇（右）日负荷（公斤/天）的趋势

莱茵河2010年至2020年泛影酸（左）和碘海醇（右）日负荷（kg/天）的趋势。红线表示以95%置信度测试的显著趋势。

这些水体也可能作为饮用水源，由于其物理化学性质，ICM对饮用水生产构成威胁。通过设计，ICM具有高水溶性和代谢稳定性，这使得它们在饮用水净化过程中难以去除。地表水的基本饮用水净化基于接近自然的净化技术，例如过滤或絮凝以去除悬浮物，缓慢的砂过滤以微生物降解污染物和活性炭以去除残留的味道，颜色和气味。然而，这些纯化步骤不能完全去除ICM。

在污染水平增加导致所需纯化量增加的情况下，引入了额外的纯化步骤。最值得注意的是，取决于源水的质量，高级氧化工艺（AOP），例如臭氧化或UV和过氧化氢的组合的使用已经变得普遍。尽管对ICM的去除效果得到显著改善，但这些技术因其副作用而闻名，即形成包括来自ICM的转化产物。

此外，有证据表明，尽管一些ICM具有代谢稳定性，但可以在与饮用水净化相关的环境条件下进行生物转化。ICM在有氧和厌氧条件下均表现出生物转化。图1中碘海醇的季节性波动说明了这一点：碘海醇的负荷随季节温度变化而大幅波动。这可能是因为污水处理系统和废水处理厂以及河流本身在较高温度下的生物转化增加。另一方面，泛影酸没有表现出这种波动，并且似乎更耐生物降解。当通过管理含水层补给实现自然饮用水净化时，厌氧条件也起着重要作用，其中可能包括河岸渗透或沙丘渗透。特定地点的条件决定了地下ICM的缺氧-厌氧转化过程的程度，其可能变化很大，并且只能实现部分脱碘。

已经描述了用于好氧和厌氧转化产物的碘普胺的广泛生物转化途径。报道了多达八种转化过程：还原脱碘，苯胺水解，伯羟基氧化，仲羟基氧化，酰胺-亚甲基键断裂，氧化脱羧，脱乙酰化和脱羟基化。全部发生在有氧条件下，前两个也在厌氧条件下。然而，没有实现形成纯碘的完全矿化。

许多饮用水供应商依靠氯或氯胺在运输过程中进行消毒或生物稳定性。由于消毒副产物（DBP）的形成，氯化的使用受到调节，氯胺由于其与天然存在的溶解有机化合物（DOC）的反应性降低而优于氯，但是在ICM存在下使用氯胺引起碘化消毒副产物的形成。这些被证明比它们的溴化/氯化类似物更具遗传毒性和细胞毒性，碘乙酸是最具细胞毒性和遗传毒性的DBP。消毒副产物（三卤甲烷）显示出多种体外和体内作用和毒性机制。实例是肝毒性和肝和肾腺瘤和腺癌的形成。饮用水中可接受的风险限制是任何潜在的毒性作用的超额寿命风险为10–6。例如，对于肾癌的发展，溴二氯甲烷浓度高于6μg/L时达到该极限。来自美国和加拿大23个城市的氯胺化和氯化饮用水显示碘三卤甲烷浓度大多低于ng/L水平，但最大浓度为10.2μg/L，远高于阈值。是否以及超过该阈值浓度多少将取决于用于氯化饮用水的供水中碘对比剂的浓度。考虑到取决于当地条件的各种消毒方法，很难提供精确的数字。

尽管ICM本身具有内在的低毒性，但显然其转化副产物或废水处理厂，环境或饮用水净化可能对水生环境构成风险，并最终对我们的饮用水构成风险。

减少造影剂使用的措施

个性化增强CT中静脉碘造影剂剂量

更有意识地使用静脉造影剂提供了一种从源头缓解问题的手段。在20世纪80年代和90年代，每名患者使用相同剂量的造影剂，与患者的体重无关，仅取决于扫描方案。从那时起，在个性化对比剂剂量以实现期望的图像质量方面取得了很大进展。引入重量类别以适应每个类别的对比剂剂量。如今，越来越多的机构引入了对比剂剂量的个体调整，确定了临床问题并对体重，瘦体重或体表面积进行了个性化。对于每个CT方案，单独计算剂量和注射速率。在我们的机构，放射技师通常使用基于患者体重的对比剂计算器。

减少增强CT的造影剂量

三种技术具有降低足够的增强CT扫描所需的造影剂总量的潜力：低kV技术，具有低keV图像重建技术的双能量扫描，以及基于CT减影的CT血管造影的对比增强技术。然而，目前，如果存在使造影剂量最小化的临床指征，主要用于肾功能降低的患者，则主要使用这些技术。尚未做出重大努力来使用这些技术来总体上减少造影剂的量。

在低X射线能量下，碘的X射线吸收迅速增加，这可用于获得相同量的ICM注射或具有较少ICM的类似增强的更好增强。低kV扫描最初用于CTA以增加动脉强化，但现在用于优化任何类型的增强CT。如果X射线吸收过大，如在肥胖患者的腹部检查中，它会失败，因为较高的增强会被大大增加的图像噪声抵消。（CT实质脏器增强检查——你真的会做吗？）

双能量技术允许计算低keV图像。由于可以选择低于低kV扫描等效值的keV，因此对于相同量的造影剂，可以获得甚至更高的碘增强。该技术要求扫描仪具有专用硬件，并且最好与精细的降噪算法结合使用。它主要用于减少肾功能减退患者的造影剂剂量。（DECT单能谱图的临床应用）

对比增强技术是一种提高对比度增强的新方法，但目前仅限于特定的CT供应商（SURESubtraction，佳能医疗系统）。通过从对比增强图像中减去增强前图像，创建增强图，然后可以将增强图（具有加权因子）添加到对比增强图像以增强对比度。该技术需要额外的（低剂量）增强前图像和用于非刚性图像配准的软件，以避免配准错误。原则上，该技术在CNR（对比噪声比）方面优于具有双能量扫描的低keV技术，但目前没有良好的降噪算法可用于充分利用这些优点。目前主要指标是CTA的图像质量提高；尚未尝试减少造影剂用量的申请。由于添加了（低剂量）增强前扫描，因此额外的辐射剂量成为问题。如果临床适应症需要尽量减少造影剂的用量，如肾功能减退，其益处大于辐射风险；为了减少废水中的造影剂，它还不适合。如果前后对比图像都用于高级噪声抑制，则它可能变得适用，因此也不使用用于图像形成的附加增强前扫描的辐射剂量。

腹部CT扫描用水替代口服造影剂

在过去，大多数腹部CT扫描都使用了阳性口服造影剂。口服造影剂对肠扩张和改善胃肠粘膜的评价起着重要作用。然而，大多数扫描的重点不是胃肠粘膜和/或肠扩张，而是评估内脏或转移性疾病。研究表明，在大多数腹部CT扫描中，口服水可以替代阳性的口服造影剂。特定的临床问题，如盆腔脓肿或肠瘘，仍然需要单独的口服造影剂。

减少造影剂浪费的措施

多患者注射系统

已经为患者注射准备但尚未使用的造影剂材料被丢弃，从而被浪费。除了不必要的成本外，它还会增加环境负担。

多患者注射系统允许使用50至500ml容积的瓶子。这使得可以个性化注射造影剂的量，而不会增加造影剂浪费。

该系统的最佳运行方式是从500ml的瓶装开始，然后在一天结束时，将瓶装尺寸调整为预期的累计使用量，直至即将到来的扫描时间，同时考虑到瓶塞被刺穿后的最大使用时间。该时间从10到24小时不等，具体取决于制造商。如果允许24小时，一周内可使用500ml瓶，并将浪费（未使用）造影剂的数量降至最低。

盐水冲洗技术

盐水冲洗，也称为saline chaser，是通过高压注射器注射造影剂后的二次注射。盐水冲洗的主要目的是将连接导管和周围血管的未使用造影剂“推”向心脏，以确保所有造影剂都有助于所需的增强。

收集残余造影剂的措施

残余造影剂的收集

单独收集残余造影剂并通过特定的医院废物通道进行处理，可防止造影剂进入下水道系统。在我们的机构中，每个CT套件和血管造影套件中都有一个特殊容器，用于收集残余造影剂。这些容器通过特定的医院废物通道进行处理，并在焚化炉中销毁。这破坏了造影剂的化学成分，并产生了分子碘（I2）和碘盐，它们也自然存在于环境中。过去，这些残留造影剂通常倒入水槽中处理。

碘回收服务

碘回收是一个新的机会。一家造影剂生产商（GE Healthcare）提供收集和回收未受污染的残余碘造影剂的服务。特殊容器被送到医院的放射科，由生产商收集。碘从残余物质中提取出来，用于生产新的造影剂。

减少污水中造影剂用量的措施

注射的造影剂通过尿液排出，少量通过肝脏和胆道系统排出。为了减少最终进入环境的量，造影剂给药后排出的尿液可以单独收集，或者医院废水可以在进入污水系统之前进行处理。

门诊患者使用造影剂后的尿袋

一次性尿袋含有吸收材料，可固定尿液并可密封。患者在静脉注射造影剂后的前四次排尿期间在家中使用。这些袋子通过家庭垃圾系统进行处理。如果这些生活垃圾在焚烧炉中进一步处理，对比材料会被还原为天然存在的碘和碘盐，而这些碘和碘盐类对环境没有负面影响。如果垃圾填埋场得到妥善管理，最终进入垃圾填埋场的尿袋和ICM同样不会对环境产生负面影响。物理屏障，如粘土或合成衬垫和/或收集和处理垃圾渗滤液，将防止周围地下水受到污染。如果不采取此类措施，其他与垃圾填埋场相关的污染物将对环境造成比ICM更大的威胁。

在荷兰，在六家医院进行了试点研究。门诊患者在CT增强扫描后接受了四个尿袋。大多数患者愿意参与，并表示他们愿意为更好的环境做出贡献。提供清晰的使用说明非常重要。与常规工作流程相比，大多数放射技师能够在没有或最少额外时间的情况下完成这项工作。在实施这些措施期间，放射技师和工作人员的参与已被证明至关重要。

在德国，对2200名患者进行了尿袋试验项目。患者收到装有四个尿袋和使用说明的包装。绝大多数患者（87%）表示他们使用过尿袋。废水测量表明，与试点研究之前的时期相比，造影剂浓度降低了45%。

销毁尿袋的生态足迹有限。研究表明，通过废物焚烧炉在尿袋中处理造影剂时，其对环境的影响小于在污水处理厂处理造影剂。

城市垃圾通常含有非常少量的碘化合物。因此，碘排放对城市垃圾焚烧厂来说并不重要。考虑到每名患者的碘添加量与整个人口的城市垃圾总量相比，预计不会对环境产生负面影响是合理的。目前的焚烧方案已经处理了城市废物中卤素（氯和溴）的存在，足以安全处置碘化物质。

住院患者造影剂给药后单独收集尿液

在医院进行CT增强扫描或介入手术后，可通过安装厕所，采用无水小便器技术，实现单独收集尿液。这些厕所必须连接到一个特殊的存储容器。

现场医疗废物处理

在专门的现场医疗废物处理中，可能会找到一种处理医院废水中药物残留的综合方法。这方面的一个例子是药物过滤器概念，其目的是在医院附近的发酵罐系统中处理固体和液体医院废物。该系统产生沼气，并从医院废水中去除多种药物，包括抗生素。荷兰的一项试点研究表明，从医院废水中完全去除了ICM。然而，在新设计的医院中实施药物过滤器的概念可能更为可行，一个额外的好处是它可以去除许多已知影响环境的药物。

环境可持续性

意识

创造意识是至关重要的。作为医疗保健专业人员，我们接受了提供初级患者护理的培训。对于放射科医生来说，图像质量至关重要：使用造影剂通常是回答临床问题所必需的。然而，许多放射科医生和放射技师对造影剂对水质的影响一无所知。作为医疗保健专业人员，我们也对环境负有责任。当使用造影剂时，我们应该意识到它们对环境的影响。意识到环境影响之后，必须积极参与预防计划，以减少到达我们供水系统的造影剂残留量。

合作

建立所有有关各方的合作对于采取全面办法至关重要。为了取得成功，需要在有关当局的充分支持下采取联合办法。理想情况下，生产商、药剂师、放射科医生、放射技师、患者、医院代表、饮用水供应商代表、地区水管理局和健康保险公司需要合作。一个例子是政府项目“减少水中药物残留：连锁方法”，该项目最近在荷兰启动，涉及到了这些缔约方的大多数。

未来方向

可持续性在医疗部门受到越来越多的关注。医院和制药公司都在努力减少生态足迹，提高可持续性。医生和药剂师越来越重视优化药物使用和减少药物浪费。在放射学领域，通过引入上述措施，仍有很大的节约潜力。

随着新兴经济体公民的财富水平不断上升，世界对原材料的需求进一步增加。目前，用于造影剂材料生产的大部分碘来自智利和日本，这使得该行业容易受到生产短缺的影响，最终导致易于开采的天然碘资源有限。原材料的预期稀缺将迫使越来越多的公司进行可持续的资源管理。从长远来看，希望能够从患者的尿液中回收造影剂。这节省了原材料并有助于循环过程。

一家公司（拜耳公司（德国博格卡门工厂））实施了回收程序，以减少到达其废水处理厂的碘普罗胺的数量。回收有机结合的碘以回收碘，从而减少其资源需求和对莱茵河支流利普河的环境影响。

2021，BIPSO（Bracco Imaging Pharmaceutical Sterile Operations）股份有限公司（德国Singen）开始收集和浓缩其无菌生产线内产生的“首次冲洗废水”。通过实施反渗透技术，ICM和Gd基造影剂的排放量减少了90%以上。除了显著减少废水中造影剂的数量外，碘还可以从浓缩废物中回收。

考虑到对ICM及其分解产品如何对环境产生负面影响的知识不断增长，这一知识也提供了独特的机会。考虑到是什么使ICM可生物降解以及如何避免有毒副产物，这些知识可以为未来的产品开发提供指导。使用“设计上的良性”开发原则，新的ICM可能对环境影响较小，本文中提出的缓解措施可能会随着时间的推移而缩小。

医学成像技术，特别是那些使用造影剂的技术，在过去十年中一直在稳步发展，现在还在继续发展。许多现代治疗，尤其是肿瘤治疗，需要更多的随访，通常使用增强CT。发展中国家更好地获得影像检查，进一步增加了世界各地对造影剂的需求。开发循环利用造影剂生产所需原材料的技术可能成为全球医疗保健可持续性的重要主题。

结论

碘造影剂被大量使用，尤其是在CT扫描中。由于通过尿液排泄，造影剂进入供水系统。在世界各地的许多地方，造影剂已被证明存在于饮用水中。如果我们不改变这一点，我们将面临终生接触造影剂及其分解产物的风险，仅仅是通过饮用水。消费者期望得到清洁卫生的饮用水。作为卫生专业人员，我们可以接受挑战，提高认识，开展合作，解决饮用水污染问题。

我们一直假设造影剂在环境条件下是稳定、惰性和不可降解的，但证据表明这是错误的。越来越多的证据表明，通过生物或非生物过程，分解产物会产生意外影响。

有几个可用的行动选项，我们可以从中着手。首先，我们可以就造影剂的使用做出更明智的决定。可以立即采取措施，优化造影剂的使用，减少造影剂的浪费，并在使用时收集残余造影剂。其次，我们可以采取措施，通过在医院引入尿袋或特殊的尿液收集和处理技术，减少污水中的造影剂量。

为了加快这一进程，重要的是在放射科医生、放射技师、制药行业和患者中树立意识。试点研究表明，患者似乎很乐意自己努力创造一个干净的环境，并最终获得饮用水。患者教育在这方面发挥着重要作用：例如，我们可以在候诊室使用患者信息胶片，并通过医院的数字患者门户网站使用数字患者信息传单。但是，社交媒体的参与将有助于让人们知道，碘造影剂不需要威胁我们的环境和饮用水，因为有些事情可以做到，而且消费者自己也可以做到。

为了从整体上解决水系统中的ICM问题，从造影剂生产商到饮用水消费者，所有相关方都必须进行合作。如果参与这一链条的每个人都尽自己的一份力量，环境暴露和随后的下游影响可以大大减少并最终减轻。

关键点

造影剂构成了越来越大的环境风险。

造影剂污染全球许多地方的饮用水水源。

卫生专业人员有机会减少造影剂的使用。

卫生专业人员可以通过启动措施和必要的对话来引领这一道路。

利益相关者，卫生专业人员，生产者和患者的合作至关重要。

文献原文：Dekker HM, Stroomberg GJ, Prokop M. Tackling the increasing contamination of the water supply by iodinated contrast media. Insights Imaging. 2022 Feb 24;13(1):30. doi: 10.1186/s13244-022-01175-x. 仅供专业人士交流目的，不用于商业用途。