10章-重金属环境毒理学

纲要概述环境中重金属的迁移转化与代谢几种常见重金属的毒理作用1第十章重金属环境毒理学修改说明1.对所有段落进行了首行缩进。2.P13增加了不同价态的重金属的毒害作用3.P19增加了粉尘铅的危害4.P20增加了化妆品对人体的危害5.P51增加了关于镉大米的内容第一节概述金属是指比重在4.0以上约60种金属元素或比重在5.0以上的45种金属元素。由于砷和硒的毒性和某些性质与重金属相似，所以将砷、硒也列入重金属范围内。3一、环境中重金属污染的来源金属元素是地壳岩石中的天然组成成分。对环境造成严重金属元素污染的主要来源是人类的生产活动。采矿、冶炼、使用重金属的工业生产过程、施用农药(包括Pb、Hg、Cd、As等)，通过废水、废气、废渣将重金属元素及其化合物排放入环境，造成重金属污染。4二、重金属与人体的关系各种重金属元素在生物体内的正常含量均小于人体体重的0.01%，属于微量元素。有的是人和动物生长发育必需的，有的是非必需的，比如汞、铅、镉等。5环境元素与生物元素不断交流并保持动态平衡。当环境污染使局部地区的重金属元素浓度过高时，人体从环境中摄入的某些金属元素的量会超过人体所适应的变动范围，这时就对人体健康产生了危害，引起疾病，发生金属中毒，甚至死亡。6对于非必需的重金属，如汞、镉、铅等，由于它们在环境中含量很低，在生命起源和生物演化早期阶段未被选择利用，生物体对它们的适应能力更差。当它们污染环境并进入人体后，对人体的危害更大。汞、镉、铅、铬、砷等是当前环境毒理学研究的重点。7第二节环境中重金属的迁移转化与代谢环境中的重金属可发生迁移、浓集与转化。重金属主要通过水介质在环境中迁移转运，也可以通过复杂的食物链(网)进行转移。重金属通过食物链在生物界迁移转运，不仅可从食物链的一级转到另一级，而且在此转运过程中还有逐级浓集放大的作用。8一、重金属的生物迁移由于食物链的关系，当重金属被生物吸收入体内而有蓄积时(即吸收量排泄量)，金属在生物的逐级传递过程中便逐渐浓集放大。9日本对水俣病病因研究发现：海水中含汞量约为0.0001mg/L，浮游生物体内汞含量为0.001～0.002mg/L(为海水的10~20倍)，吸食浮蝣生物的小鱼体内汞含量为0.2~0.5mg/L(为浮游生物的200~500倍)，吞食小鱼的大鱼体内汞含量为1~1.5mg/L(为小鱼的5～25倍)。通过上述食物链的生物浓集，使大鱼体内汞含量为海水(起始点)的1万～5万倍。重金属浓集放大的倍数取决于重金属、生物与环境的不同而有差异。10食物链中处于起始点位置的是食物生产者，其在重金属浓集中起着重要作用，如水生藻类和陆生植物，重金属可在体内蓄积。由此可见，环境中浓度很低的重金属，经过食物链的逐级转移浓集，以“植物→动物(肉、内脏、蛋、乳等)→人”的方式进入人体，大大提高了人对重金属的接触量，从而增加了有毒金属对人体健康的潜在危害性。11二、重金属的转化环境中的重金属由于受各种因素的影响，其化学形态可发生转化，从而影响重金属在环境中的转归、毒性大小与人体吸收的可能性。例如在水环境中的重金属，被生物吸收后可在体内发生甲基化作用，无机汞可转化为毒性较高的甲基汞。目前已经确定在环境中可以生物甲基化的重金属有汞、铅、砷等，其中对无机汞的甲基化研究较多。1213不同价态的重金属的毒害作用Pb醋酸铅氯化铅HgHg2Cl2HgSHgCl甲基汞Cd一般只有二价一种价态AsAs~(+3)二甲基砷As~(+5)CrCrCr~(+2)Cr~(+3)Cr~(+6)三、重金属的吸收、分布（一）吸收环境中的重金属一般是通过被其污染的食物、饮水、空气及职业性接触，主要经消化道吸收，其次经呼吸道吸收，经皮肤吸收较少。141.经消化道吸收在食物中以离子状态存在的重金属，处于溶解状态，可直接被消化道吸收。有些重金属结合在食物的有机成分上，有的与食物中的有机物形成复合物，这些重金属在食物有机成分的消化过程中被释放出来，转化成为可溶性物质，被消化道吸收。小肠中段是重金属元素的主要吸收部位。15影响消化道吸收金属盐类的因素如下：(1)胃肠道内的pH重金属元素在胃液的酸性环境中可从食物成分中解离出来，呈离子状态，再在胃内与配体(如氨基酸等)形成复合物后进入小肠被吸收，其吸收率不受肠内碱性环境的干扰；绝大部分金属离子在胃液内未形成复合物，进入小肠后在碱性环境中形成不溶性复合物，则不易被吸收。因此，绝大部分摄入的金属盐类被排出体外。16(2)年龄的影响乳儿期肠粘膜未成熟，其胞饮作用大于成人，因而对一些金属如Pb、Cd、Fe、Co等的吸收率较高。(3)膳食成分食物中的磷酸盐、植酸盐、纤维素等影响重金属元素的吸收。植酸盐能抑制大鼠肠道对铬的吸收，而草酸盐能增加铬的运转。172.经呼吸道吸收大气中悬浮的颗粒物和气体中的重金属元素可从鼻咽腔至肺泡的整个呼吸道进入机体。愈进入呼吸道深部面积愈大、停留时间愈长、吸收愈多。影响呼吸道吸收的因素很多，主要有：重金属元素的种类、金属颗粒物的大小、金属化合物的溶解度；呼吸的深度、速率及血液循环速度；肺泡内的二氧化碳可增加某些金属化合物的溶解度；外界环境的气温、湿度、有无溶剂等。1819粉尘铅的危害轻度中毒时可出现消化不良，饭后上腹不适，嗳气，恶心，腹部不定位疼痛等。急性中毒或慢性中毒急性发作时，可出现腹部绞痛，腹痛多在脐周围或下腹，发作时疼痛剧烈难忍，故名‘铅绞痛’，目前典型铅绞痛已很少见。接触铅后如口腔卫生不好，往往可在齿龈的边缘上出现兰线，叫铅线，是由硫化铅细小颗粒堆积而成。3：经皮肤吸收一些脂溶性的重金属及其化合物，如四乙基铅、有机汞化合物、有机锡化合物等可通过皮肤进入体内。如果化妆品中含有的汞、砷、铅等含量超过一定标准将会对人体造成危害。汞会对皮肤造成刺激，对中枢神经系统的影响很大，使人出现记忆力衰退、失眠等症状；铅会导致神经衰弱加重，影响消化系统；砷能引起皮肤色素沉着，也会引起神经系统病变。一些水溶性的重金属化学物可通过毛囊、皮脂腺和汗腺而进入血液。20(二)转运血液是重金属元素在体内转运的主要介质。由消化道吸收的重金属元素可直接进入血液，由肺泡吞噬细胞吞噬吸收的微粒中的金属元素需通过淋巴再进入血液。进入血液的金属元素，可以游离状态存在，也可与血中氨基酸、白蛋白等结合，或吸附在红细胞膜上并可进入红细胞内，或与特异转运蛋白结合而运输。21重金属在血液中与何种成分结合，直接影响重金属向组织器官的转运速度。与血球结合的金属转运速度比与血浆结合的金属慢，与血浆成分结合的金属转运速度比血浆中游离金属离子要慢。金属与血，球及血浆结合的分配比，随金属种类和化学形式而异，对金属的转运影响很大。22重金属与血浆成分的结合可分作三类：①与血浆中低分子成分结合，是重金属转运、分布和排泄的重要形式；②与血浆蛋白(主要是白蛋白)松散结合，易分离；③与特殊重金属蛋白或转运载体蛋白形成牢固的结合，只有靠络合剂或比该重金属结合力更大的金属才能将其分离。23(三)分布重金属元素被机体吸收后在体内各脏器的分布随不同元素而异，同一种元素在不同组织器官的分布也不相同。不同器官对不同金属的选择性明显不同。金属元素的分布受多种因素的影响。例如，经肺吸入的汞蒸气主要随血流分布在脑组织中，引起脑损伤；水溶性的汞离子，则很难通过血脑屏障，进入脑组织的很少；脂溶性较强的烷基汞，则可通过血脑屏障进入脑组织中。24(四)排泄重金属及其代谢产物，主要是通过消化道和胆汁随粪、经肾由尿、经肺随呼吸等途径排出体外；毛发和指甲也可排出微量的重金属元素。不同重金属的排泄途径不同，一种重金属也可由几种途径排泄。一般规律是经口摄入的主要经肠道随粪排出(因摄入的重金属盐类不易被肠道吸收)。同一种重金属的排泄途径也可因剂量和代谢转化而改变。25(五)体内蓄积当重金属的吸收量大于排出体外的量时，重金属就可在体内蓄积起来，尤其是人体内固有重金属的贮存库（如骨骼）和重金属蓄积机制(如各种金属巯蛋白可与金属结合而沉积在某些细胞内)等，使多数重金属在体内的蓄积具备生理条件。特别是那些有致癌作用的金属如As、Cd、Cr、Ni等。26重金属在环境中一般是低浓度、长时期侵入人体、每次进入机体的量虽然很少，在青少年时期在体内的负荷较轻，但是由于对这些重金属的接触旷日持久，随着年龄的增长，这些金属在体内的量就会逐年增多，由少积多，由机体能够耐受到机体不可低御。尤其那些蓄积在骨骼中的重金属，在老年阶段在骨质改建中破骨作用增强而成骨作用减弱时，可将贮存的金属释放出来对组织细胞造成危害。27第三节几种常见重金属的毒理作用重金属污染环境进入人体后，不易排泄，逐渐蓄积，当超过人体的生理负荷时就会引起生理功能改变，导致急、慢性或远期危害。重金属对健康的危害主要有：慢性中毒、致癌作用、致畸作用、变态反应、对免疫功能的影响等。28一、汞的毒理作用1．金属汞金属汞常以蒸气态污染大气，可通过呼吸道进入人体。金属汞易溶于脂质，容易通过生物膜进行转运和分布，也容易通过血脑屏障进入脑组织。金属汞在细胞和其它组织中也可氧化成二价汞离子，再转运至肾脏，经肾由尿排出体外，一般对肾不易造成损害。所以，汞对脑的损伤先于肾，慢性汞中毒首先出现的是神经系统症状。29金属汞的中毒机理主要是由于二价汞离子与蛋白质和酶中的巯基(－SH)反应形成牢固的硫汞键(一SHg一)，改变了蛋白质尤其是酶的结构与功能，使细胞代谢紊乱，导致组织器官病变。一般短期的二价汞离子的毒害是可逆的，停止接触，中毒症状可逐渐消失。302．无机汞化合物包括汞的硫化物、氯化物、氧化物及其它汞盐，只有离子态的汞才能被吸收(通过胃肠道和呼吸道)。汞离子进入血液后迅速分布全身，随之转运聚积于肝脏和肾脏，并经肾由尿排出体外。由于无机汞不易被吸收，一般不易造成肝、肾的损害。在短期内摄入大量无机汞盐或误食含汞物质，可引起急性汞中毒。313．有机汞化合物可将有机汞化合物分为两类：一类为苯基汞和烷氧基汞，在体内易降解为汞离子，其毒理作用类似于无机汞化合物；另—类为烷基汞，如甲基汞、乙基汞、丙基汞等。甲基汞、乙基汞和丙基汞均为短链烷基汞，均属脂溶性，易以简单扩散的方式通过生物膜，也易随血流通过血脑屏障进入脑组织。甲基汞可以原形蓄积在脑内，以大脑的感觉区和运动区蓄积量较高，尤其在大脑后叶蓄积量最高，致使患者听觉，视觉严重障碍。32甲基汞属于高神经毒物质。环境中任何形式的汞(金属汞、无机汞、芳基汞等)，均可转化为剧毒的甲基汞，称为汞的甲基化。不论在需氧还是在厌氧条件下，某些含有甲基钴氨素(甲基维生素B12)的微生物可将甲基转移给无机汞而形成甲基汞。在厌氧条件下合成甲基汞的速度比需氧条件下要慢得多。33二、铅的毒理作用1．急性中毒急性铅中毒较少见。当意外摄入大量铅时可发生急性中毒，如含铅餐具(锡器盘、铅壶、彩釉陶器、铅绘料涂里的玻璃器皿等)将大量铅溶出进入食物时，食入后可引起中毒。幼儿啃嚼含铅油漆的玩具和家具等也可产生中毒。服用过量的含铅药物如黑锡丹、樟丹等同样可引起中毒。34急性中毒时，贫血是主要症状之一；患者口内常有金属味、流涎、恶心、呕吐、便秘或腹泻，并有阵发性腹绞痛；神经系统受铅损伤可出现中毒性脑病。肾受害的中毒性肾病，可见近端肾小管功能异常，尿中出现氨基酸、葡萄糖等；肝损伤可引起中毒性肝炎等。个别患者可发生麻痹性肠梗阻，消化道出血等。352．慢性中毒慢性铅中毒主要症状如下：(1)血液系统铅能抑制血液中δ—氨基乙酰丙酸(又称δ—氨基酮戊酸)脱氢酶(δ—ALA—D)和血红素合成酶，使血红素合成受到障碍而出现贫血，面色苍白(所谓“铅容”)、心悸、气短、疲劳、易激动及轻度头痛。36(2)神经系统铅中毒早期常见神经衰弱综合症，表现为头昏、头痛、失眠、健忘、易兴奋等，小儿可出现多动症。铅中毒对中枢神经系统的作用是引起脑病。慢性铅中毒时周围神经也出现症状，最严重的典型症状是由桡神经损害引起的非对称性腕下垂。37