无机污染物的毒性效应

第五章 无机污染物的毒性效应,第一节 金属污染物的生态行为和毒性,5.1.1 汞 一. 汞的理化性质 金属汞：常温蒸发、不溶于水、脂溶性强 无机汞：一价、二价的化合物 有机汞：脂溶性强、不同程度的水溶性和 挥发性 二. 汞的污染来源 以Hg为原料的生产过程 煤、石油燃烧 含Hg农药,三. 汞的甲基化和生物富集 1. Hg的甲基化 一甲基汞（CH3HgCl、CH3HgI 等） 二甲基汞（CH3HgCH3） 甲基供体：维生素B12、半胱氨酸等 无机汞 微生物、需氧 一甲基汞（水溶性 ） 无机汞 微生物、厌氧 二甲基汞（难溶于水、 微酸性 挥发性） 一甲基汞 汞蒸气、无机汞 紫外线 甲基汞,2. Hg的生物富集 Hg在鱼体富集途径 由水经鳃直接富集 通过食物链间接富集,四. 汞在体内的代谢 1. 吸收 金属汞 以蒸气经呼吸道吸收，吸收率7685% 经消化道吸收极少，吸收率0.01% 无机汞 可溶性：吸收率515% 难溶性：很难吸收 有机汞 甲基汞、乙基汞消化道吸收率95% 苯基汞消化道吸收率90% 挥发性高的有机汞可经呼吸道吸收 汞还可经皮肤吸收,2. 代谢和分布 金属汞 脑内 氧化 Hg2+ 与脑内蛋白质结合 红细胞、肝细胞内 氧化 Hg2+ 无机汞：释放Hg2+ 大部分与血浆蛋白巯基结合 与含巯基的低分子化合物结合 与阴离子结合 随血液循环分布 肾脏 离子态汞在体内分布：肾肝血液脑末梢神经 肾内与Hg结合的主要成分：金属硫蛋白,甲基汞：红细胞 随血流分布 肝 脑 肝脑肾血液 人脑内含Hg量：小脑最高；大脑：灰质白质 胎盘屏障 甲基汞易通过 金属汞、无机汞不易通过 经常食鱼的妊娠妇女：胎儿红细胞中甲基汞含 量比母体高30% 苯基汞、甲氧烷基汞在体内很快降解成无机汞 无机汞、有机汞 肠道微生物 甲基汞,3. 排泄 汞蒸气、无机汞：主要经肾由尿排出 甲基汞：主要经肠道随粪排出 随尿排出量总排出量的10% 肠道甲基汞 50%转化为无机汞 随粪排出 50%重吸收 甲基汞排泄率（平衡状态）：蓄积量的1% /天 毛发（发汞400500g/g时常有神经中毒症状） 呼吸道、汗腺、唾液腺、乳腺、指甲等,志愿者经口摄入含203Hg的实验： 生物半减期：甲基汞 整体：70天左右 血液：50天左右 脑：240天左右 无机汞：40天左右 金属汞：58天左右,五. 汞的毒作用及其机理 1. 汞的毒作用 （1）金属汞 对脑的损伤先于肾 慢性汞中毒：中枢神经系统症状、精神症 状、意向性震颤、皮肤症状、眼睛症状 （2）无机汞化合物 肾脏、肝脏损害,（3）有机汞化合物 苯基汞、烷氧基汞：作用类似于无机汞 烷基汞 甲基汞 中枢神经系统 急性、亚急性中毒阈剂量：成人 20mg/kg 胎儿 5mg/kg 摄入：0.005mgkg ·d 若干年 慢性中毒,甲基汞在大脑感觉区、运动区蓄积较多 甲基汞慢性中毒症状顺序：感觉障碍 运动 失调 语言障碍 视野缩小 听力障碍 死亡 甲基汞对胎儿 轻：甲基汞中毒病儿 重：流产、死胎,2. 毒作用机理 （1）Hg与含巯基的蛋白质和多肽结合 （2）Hg与酶蛋白中的巯基结合 -氨基-酮戊酸脱水酶（乙酰胆碱合成） 磷酸甘油变位酶、烯醇化酶、丙酮酸激酶、 丙酮酸脱氢酶（脑内ATP合成）,（3）Hg与细胞膜中一些组成成分的巯基结合 （4）Hg与生物大分子的碳原子结合 与脑内缩醛磷脂结合 缩醛磷脂分解形成 溶血磷脂 细胞膜溶解 （5）Hg与生物大分子的氨基、羧基、羰基等 基团结合 Se、Zn可抑制Hg的毒性,5.1.2 镉 一. Cd的理化性质 主要是二价化合物，其中CdO毒性最大 二. Cd的污染来源 主要以硫镉矿存在，常与Zn、Pb、Cu、Mn矿共存 金属矿产的开采、冶炼 煤、石油的燃烧 含Cd肥料的施用（有的P肥含Cd1.7mg/g ） 以Cd为原料或催化剂的生产过程 餐饮具和食品包装, 2002年，农业部稻米及制品质量监督检验测试中心 对全国市场稻米进行安全性抽检，结果：镉超标率 10.3% 2007年，南京农业大学对中国六个地区（华东、东北、华中、西南、华南和华北）县 级以上市场的170多个大米样品进行随机调查，结 果：10%市售大米镉超标,中国大米污染调查不完全分布图,三. Cd在体内的代谢 1. 吸收 消化道：吸收率 16% 呼吸道：吸收率 1040% 烟草蓄积大量Cd 卷烟：12g/支，10%（6070%）被吸收 正常Cd摄入：饮水 020g/d·人 呼吸 01.5g/d·人 皮肤：吸收不明显 Ca、Fe、Zn对Cd的吸收有竞争性抑制,2. 分布 Cd 血液（与血浆蛋结合 金属硫蛋白 ） 肾：体内总Cd量的1/3 （肾皮质） 肝： 1/6 脾、肺、胰腺、甲状腺、肾上腺、睾丸等 与金属硫蛋白结合 血Cd 红细胞：9095%（84%与血红蛋白、其它 金属硫蛋白结合） 血浆：很少 Cd不易透过胎盘屏障 Cd在体内含量随年龄而增加,3. 排泄与蓄积 经口摄入的Cd 吸收（16%）主要经肾由尿排 出，少量随唾液、乳汁排出 未吸收（90%）随粪便排出 蓄积性很强（Cd与巯基蛋白结合稳定） 生物半减期：全身Cd 2030年 肾Cd 18年 肝Cd 6.2年,四. Cd的毒作用及其机理 1. Cd的毒作用 （1）急性毒性 经口：急性胃肠炎症状 眩晕、虚脱、抽搐、 休克、死亡 急性吸入毒性比经口大60倍 吸入：口有金属味、头晕、头痛 急性肺炎、 肺水肿 致死,（2）慢性毒性 靶器官：肾 肾：损害肾小管的重吸收功能 蛋白尿、 糖尿、氨基酸尿，尿钙、尿磷增加 肺（呼吸道吸入）：肺气肿、肺纤维化 骨软化症、轻度贫血、高血压等 （3）其它损害 致癌：肺癌、前列腺癌、肾癌 致畸（动物）：颅脑、四肢、骨骼畸形,2. 毒作用机理 （1） Cd对酶活性的抑制和破坏 Cd与含羧基、氨基、巯基的蛋白质结合 Cd取代酶活性中心的金属元素（Zn、Cu等） 肾、肝等组织中的酶系功能受损 （2）Cd对肾小管的损害 尿钙、磷、蛋白 尿黏度 肾结石 尿蛋白 影响免疫球蛋白、白蛋白合成 免疫功能下降,（3）Cd引起骨软化症 肾功能损害 影响肾中维生素D3的合成 影响Ca的吸收和沉积 Cd抑制某些酶 抑制骨胶原的固化与成熟 （赖氨酸氧化酶活性中心Cu被Cd取代 影响胶原蛋白形成） 肾小管损害 Ca随尿流失 缺Ca 肠道对Cd的吸收率,（4）Cd引起贫血 阻碍肠道对Fe的吸收 增加Fe的排泄 抑制骨髓内血红蛋白的合成 Zn 、Se可抑制Cd的毒性,5.1.3 铅 一. Pb的理化性质 PbO较稳定 Pb及其化合物的毒性与其分散度、溶解度有关 PbO、Pb2O3易溶于水，毒性较大 毒性： Pb蒸气 Pb尘 二. Pb的污染来源 汽车废气，冶炼、制造、使用铅制品的工业 含Pb汽油：四乙基铅 （脂溶性强，强烈神经毒物）,三. Pb在体内的代谢 1. 吸收 消化道：吸收率510% 肝脏 血循环 由胆汁排入肠道 随粪排出 吸收 胆汁中Pb浓度比血Pb高40100倍,呼吸道 大部分随呼气排出 到达肺泡 血循环 淋巴系统 吸收率30% 咳出或咽入消化道 四乙铅、 四甲铅可经皮肤吸收（无机铅不能）,2. 分布 Pb 血液（磷酸氢铅、蛋白质结合物） 肝、肾、 脾、肺、脑（肝、肾含量最高） 骨骼、毛发、 牙齿（磷酸铅 ） 骨Pb：90%（牙齿中最高，其次为长骨） 血Pb：2% 约90%与红细胞结合（非扩散性铅） 血浆 与血浆蛋白结合（结合铅） 可扩散铅（磷酸氢铅、甘油磷酸 铅，生物活性大）,软组织中的Pb：直接毒作用 硬组织中的Pb：潜在毒作用 骨内磷酸铅可转化为磷酸氢铅重新进入血液 Pb能透过胎盘屏障（胎儿脑组织） 四乙基铅：脑、肝脏含量最高，骨中较少,3. 排泄与蓄积 消化道 吸收（510%） 未吸收：从粪便排出 呼吸道 吸收（30%） 未吸收：呼出、咳出或咽入消化道 吸收的铅：主要由尿排出，少量随粪便、唾液、 乳汁、汗液、毛发、指甲排出,美国资料：婴儿 中年 肺Pb、肾Pb 3倍 骨Pb 10倍 生物半减期：总Pb 4年 血Pb 18天 骨Pb 21年,四. Pb的毒作用及其机理 1. Pb的毒作用 对骨髓造血系统和神经系统的损害最为严重 （1）急性中毒 Pb对人最小经口急性中毒剂量：5mg/kg 樟丹治疗癫痫，20天共服5g发生亚急性中毒 （Pb3O4）,症状：贫血 消化系统 神经系统：中毒性脑病（脑水肿症状） 肾：中毒性肾病 肝：中毒性肝炎,（2）慢性中毒 阈浓度：空气Pb 0.05mg/m3以上 ，长期 血液系统：贫血 神经系统：神经衰弱综合症 小儿多动症 周围神经炎：铅麻痹 中枢神经系统：脑病, 消化系统：典型症状是腹绞痛 其它：肾脏、免疫功能 幼儿大脑对Pb比成人敏感 （3）生殖毒性与致畸、致癌作用 生殖毒性可能更敏感 流行病学调查及动物实验都发现致癌 Pb和苯并芘有协同致癌作用,2. 毒作用机理 Pb干扰最严重的代谢环节： 血红素生成 造血功能 细胞色素生成 能量代谢,（1）影响卟啉代谢,最敏感：-氨基乙酰丙酸脱水酶、亚铁螯合酶,溶血： Pb抑制红细胞膜上Na+、K+ -ATP酶 红细胞内Na+、K+、水分脱失 溶血 （2）损害神经系统 铅麻痹 Pb抑制肌磷酸激酶 磷酸肌酸 合成 肌肉失去收缩动力 神经细胞受损 神经冲动传导障碍 脑水肿 脑细胞损伤 干扰脑细胞能量代谢 能量缺乏 脑内毛细血管损伤,（3）引起血管痉挛 “铅容”、中毒性肾病、腹绞痛、视网膜小 动脉痉挛、高血压、脑病 （4）对消化系统的损害 腹绞痛： Pb抑制肠壁的碱性磷酸酶、三磷 酸腺苷酶 葡萄糖、 K+代谢紊乱 平滑肌痉挛 （5）Ca对无机Pb中毒的缓解作用 Pb与Ca在体内的代谢过程相似 Pb与Ca在骨盐中可相互取代,据研究报道: 全世界2岁以下儿童铅中毒占75%，38岁儿童 铅中毒占46% 发展中国家儿童血铅水平高于发达国家，城市儿 童血铅水平高于非城市儿童。 美国，每年儿童铅中毒在2040万以上，在一些 欧美主要工业国家的城市，儿童铅中毒约占30% 国内对10个省市的调查显示，在工业区或汽车流 量大的交通繁忙地区儿童铅中毒多在85%以上, 儿童铅接触来源广泛： 含铅汽油（汽车尾气） 含铅涂料 含铅颜料 儿童铅吸收率比成人高： 成人消化道的吸收率：510% 儿童和孕妇消化道吸收率：50% 儿童容易发生钙、铁缺乏 增加铅吸收, 儿童大脑和神经系统正处于发育阶段 03岁儿童血脑屏障不完整性 铅可以通过胎盘屏障, 长期铅接触可导致儿童出现： 智商低 语言和学习能力比正常儿童差 易激怒 多动 注意力难以集中 攻击性行为 嗜睡 运动失调等 儿童铅中毒患者智力发育落后，血铅水平每上升 10ug/dl，其智商将丢失67分,5.1.4 铬 一. Cr的理化性质 二价、三价、六价三种化合物 二价铬：不稳定，易氧化 三价铬：稳定，人体必需的微量元素 六价铬：强氧化性，毒性强 低价铬 碱性环境 六价铬 六价铬 厌氧、热、还原物 三价铬 六价铬 酸性溶液 三价铬,二. Cr的污染来源 铬铁矿、铬铅矿、硫酸铬矿 含Cr：自来水 0.43g/L 正常空气 0.01g/m3 天然来源：岩石风化 人为来源 金属冶炼 煤、石油燃烧 含Cr