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1、第六章重金属的毒性 第一节概述 重金属 比重 4 0 60种元素比重 5 0 45种元素 一 概述金属 从B At左侧 金属与人体的关系 二 环境中金属污染的来源 天然污染 人为污染 三 环境中金属的迁移与转化迁移 水 食物链 逐级浓集放大 转化 甲基化 如Hg Pb As Se 碲 钛 锡等氧化还原形成螯合物 与腐殖酸形成螯合物 可增强在水中的溶解度 四 金属的代谢 一 吸收主要经消化道吸收 其次呼吸道 再次皮肤1 经消化道吸收主要吸收部位 小肠可溶性金属盐类 被动扩散 易化扩散和主动转运经肠微绒毛质膜进入 由微绒毛底端经微胞饮作用进入不溶性金属盐类 吞噬作用 直接吸收 影响因素 1 元素的
2、化学形式化学形式决定脂溶性和溶解度 脂溶性强和水溶性强的元素的无机盐类易被吸收 2 元素的种类不同金属盐类吸收率相差很大不同金属元素吸收部位不同 3 胃肠道的pH胃 金属 经胃酸 氯化物 与配体形成复合物小肠 碱性 已形成复合物的可被吸收 未形成的可形成不溶性复合物被排出 2 经呼吸道吸收大气中悬浮的颗粒物和气体中的金属元素可经呼吸道吸收 金属蒸汽不易溶于水 可直达肺泡 透过气血屏障 3 经皮肤吸收一些脂溶性金属及其化合物主要通过表皮吸收 一些水溶性金属化学物可通过毛囊 皮脂腺 汗腺进入血液 4 其他因素肠道微生物与肠道粘膜竞争金属元素 膳食成分 金属间的竞争抑制作用等 二 转运主要介质是血液
3、 游离状态与血浆成分结合吸附在红细胞膜上或进入 金属与血浆成分的结合 1 与血浆中低分子成分结合2 与血浆蛋白 主要是白蛋白 结合3 与特殊蛋白或转运蛋白结合 三 分布初始 取决于器官的血流量再分布 取决于与器官亲合力大小分布特点与金属的侵入途径 溶解性 化学形式 代谢特点 毒性性质及器官特点有关 四 排泄主要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 重金属在指甲 毛发中的含量较高 可用来监测环境中重金属的污染和人体负荷 五 体内蓄积人体内有固有的金属贮存库 骨骼和蓄积机制 MT 效应 预防急性中毒的发生 有一定保护作用 可能释放入血引起毒效应 五 金属的联合作用拮抗作用机制
4、1 影响吸收和转运 相互作用形成不溶性盐或复合物或水溶性化合物 竞争载体蛋白2 相互置换和竞争大分子活性位点3 诱导合成MT 金属球蛋白 六 金属对健康的危害1 慢性中毒 如水俣病 痛痛病 2 致癌作用 可致癌的金属有As Cr Ni Cd Be 3 致畸作用 甲基汞已经确定为人类致畸物 金属汞尚不知4 变态反应5 对免疫功能的影响 一般发生在其他毒性之前 是一个重要的早期毒性作用指标 第二节汞 一 汞污染的来源环境中汞甲基化和生物富集 一 来源 氯碱工业 塑料工业 电器工业 油漆工业 农药 造纸 含汞 三废 化石燃料 煤 石油 二 环境中汞甲基化和生物富集1 汞的甲基化 有氧 无氧条件下均可
5、发生 各种形态的汞均可形成甲基汞 2 汞生物富集 二 汞的理化特性原子序80 原子量200 常温下唯一的液体金属 银白色 水银 汞及汞化合物 挥发性 汞齐 K Na Au Ag Zn Cd Sn Pb等有机汞 脂溶性无机汞 一价 二价 三 汞的代谢 一 吸收金属汞 蒸汽形式 易溶于脂肪 经呼吸道 速度很快 吸收率为76 85 甚至100 无机汞 消化道吸收15 有机汞 消化道 甲基汞达90 呼吸道 80 皮肤吸收 二 分布汞 肝细胞 红细胞 Hg2 血浆蛋白 结合型汞 含 SH小分子化合物GSH 扩散型汞汞的分布 肾 肝 血液 脑 末梢神经甲基汞 肝 脑 肾 血液肾 皮质中较高脑 金属汞 甲基
6、汞都能通过血脑屏障 甲基汞能通过胎盘屏障 三 排泄与蓄积排泄 肾 由尿排泄肝 胆汁 粪便肠粘膜脱落各种腺体 毛发 指甲 蓄积 Hg总半衰期70d甲基汞 血 50d脑 240d无机汞 40d金属汞 58d 四 汞的毒理作用 一 金属汞常以蒸气状态污染空气 因此常常是以经呼吸系统进入人体 元素汞易溶于脂质 故能很快地通过富于脂质的细胞膜而进入血液 输往红细胞和其它组织 元素汞可顺利通过血脑屏障进入脑组织 在脑组织中的元素汞被氧化转化为二价汞离子后 就很难逆向通过血脑屏障返回血液 因而形成汞离子在脑组织中的积累 这一性质对脑组织损害起着重要作用 这也是慢性中毒首先表现为神经系统症状的重要原因 主要造
7、成脑损伤 机理 主要是Hg2 与蛋白质 酶中 SH结合形成硫汞键 SHg 三大特异症状 1 汞毒性 易兴奋 2 震颤 3 口腔炎 汞线 二 无机汞化合物无机汞化合物 如汞的硫化物 氯化物 氧化物等 只有离子态汞才能被吸收 通过胃肠道和呼吸道 汞离子进入血液后很快分布全身 转运积聚于肝脏和肾脏 并由尿排出体外 二价汞离子不易通过血脑屏障进入脑组织 故对脑危险性较小 由于无机汞不易被吸收 一般不造成肝 肾的损害 但如果在短期内摄入大量的无机汞或误食含汞物质 可引起急性汞中毒 主要表现为急性胃肠症状 如恶心 呕吐 腹痛 腹泻等 三 有机汞化合物苯基汞和烷氧基汞 在体内易形成汞离子 短链的烷基汞 甲基
8、汞 乙基汞 其C Hg键很牢固 不易降解 在体内以分子形态发挥作用 例如甲基汞 水俣病的病因 80 经肠道吸收 甲基汞在体内经生物学转化为二价汞离子 其过程还不明了 但是甲基汞在生物体内转化率是非常缓慢 甲基汞在人体内的含量由高到低的分布顺序为 脑 肝 肾 心 肺 脑中汞含量最高 损害最为严重的部位是小脑和大脑两半球 特别是枕页 脊髓后束以及末梢感觉神经在晚期也受损 另外 甲基汞还是一种对机体有强烈生殖毒性的物质 1 神经系统损害 可以通过血脑屏障进入脑组织 脑细胞与甲基汞 乙基汞亲和力很强 在大脑感觉区和运动区蓄积量较高 可引起感觉异常 运动失调 语言障碍 向心性视野缩小 听力障碍 毒性作用
9、 机制 1 影响乙酰胆碱合成 抑制兴奋传导 2 溶解细胞膜 3 与脑组织中的缩醛磷脂结合 2 致畸作用 四 毒作用机理1 与含 SH的蛋白质和多肽结合2 与酶蛋白中的 SH结合3 与细胞膜中一些组分的 SH结合4 甲基汞可通过血脑屏障 胎盘屏障 第三节铅 一 铅污染的来源铅是自然界分布很广的元素 在地壳中的含量0 0016 是地壳中含量最高的重金属元素 铅具有密度高 熔点低 柔软易加工 耐腐蚀性等优良特性 在许多工业部门具有广泛的用途 世界上铅的消耗约560万吨 其中40 用于制造蓄电池 20 以烷基铅的形式加入汽油中作防爆剂 12 用于建筑材料 6 用于电缆外套 5 用于制造弹药 另有17
10、用于其它用途 但是仅有四分之一的铅被回收再利用 其余排放于环境中 造成环境铅污染 人类活动以来全球估计已向环境释放了30亿吨的铅 其中95 以上是人为造成 主要来自含铅矿山 冶炼企业的 三废 特别是尾砂 其它工矿企业含铅废气 包括微粒 的排放和汽车尾气 包括气溶胶铅 是大气中铅的重要来源 现在环境中的铅水平是工业革命前的几百倍 现代人骨骼中的铅负荷量是史前时代的500倍 二 铅的理化性质重金属 熔点327 铅加热至400 500 时 铅蒸气逸出 在空气中被迅速氧化为Pb2O 铅烟 500 以上时 PbO Pb2O3 Pb3O4 铅氧化物 三 铅的代谢 一 吸收主要从消化道 其次是呼吸道和皮肤
11、进入消化道的铅有5 10 被吸收 主要在十二指肠 经门静脉到肝脏 分别进入血液和胆汁 肠道 随粪排出 一部分进入血液 成人每天由空气中吸收的铅在肺内沉淀吸收率为25 30 呼吸到肺中的二氧化碳遇水生成碳酸 促进铅的溶解和吸收 铅还可以被呼吸道中的吞噬细胞很快带进血液 人体经皮肤吸收的绝大部分为有机铅 游离铅及其无机化合物一般不能由皮肤侵入 二 分布血铅 红细胞 非扩散铅 90 血浆蛋白 结合性铅 可扩散铅 通过生物膜 进入中枢神经系统 初期分布于肝 肾 脾 肺 脑 再分布到骨骼 毛发 牙齿 以磷酸铅Pb3 PO4 2形式沉积下来 铅90 以上在骨骼内 2 在血液中 一般认为软组织铅能直接引起毒
12、害 硬组织具有潜在毒作用 三 排泄和蓄积主要经肾脏由尿排出 食入的铅基本由粪便排出 蓄积 美国由婴儿到中年肺铅和肾铅均增加3倍 骨铅增加10倍 半衰期 血铅18d 软组织20d 骨骼21y 四 铅的毒理作用 一 急性中毒症状 贫血 消化道症状 神经系统症状 肾损害 肝损伤等 二 慢性中毒 空气中0 05 0 08mg m3 主要症状 1 血液 1 贫血 面色黄或灰白色 铅容 心悸气短 疲劳 铅能影响卟啉代谢 卟啉是血红蛋白合成过程的中间产物 当机体接触铅中毒后 影响了与 氨基乙酰丙酸 ALA 转变为卟胆原 类卟啉转变为原卟啉及原卟啉与亚铁合成正铁血红素等过程 导致血红蛋白形成障碍 引起铅诱发贫
13、血 铅诱发贫血常见于铅作业工人及儿童 特别是儿童 2 点彩红细胞增多 铅还抑制红细胞膜上Na K ATP酶和抑制磷酸戊糖旁路导致溶血 居住在工业区和重交通区的孩子平均血铅量为218 679ug L 血铅水平 100ug L人口比例为64 9 99 5 2 神经系统 早期 神经衰弱综合症 小儿可见多动症 人体的中枢神经系统是生命活动的总管 它的机能状态在铅中毒病程中起主导作用 铅可使形象化智力 视觉运动功能 记忆 反应时间受损 语言和空间抽象能力 感觉和行为能力改变 出现疲劳 失眠 烦躁 头痛及多动等症状 中度以上的铅中毒者 可出现多发性神经炎 严重者甚至损害桡神经或脊髓前角细胞 导致 铅麻痹
14、引起非对称性腕下垂 伸肌无力 晚期铅中毒严重者可因中枢神经发生器质性病变而引起中毒性脑病 如颅内血管痉挛促使脑血管发生早期硬化 3 消化系统 典型病状腹绞痛在铅毒的作用下 可能发生肠胃机能一系列的变化 铅可抑制胰腺功能 增加唾液腺和胃腺的分泌 同时 铅会与肠道中的硫化氢结合 使硫化氢失去促进肠蠕动的作用 导致顽固性便秘 4 其他 铅可损害肾脏近端小管和肾小球细胞 使肾小球滤过率增高 肾小管重吸收障碍 严重者可发生铅中毒性肾病 如肾原性高血压 蛋白尿 铅可抑制肝脏混合功能氧化酶合成 导致肝脏生物转化作用受损 降低肝脏解毒功能 铅还可影响人类生殖功能 使精子畸变 母体铅可经胎盘影响胎儿发育 致使胎
15、儿发生畸形 对人类的繁殖造成严重危害 降低机体的免疫功能 对感染的的抵抗力下降 小儿铅中毒可见长骨骨詬密度增加带 三 生殖毒性与致畸作用据动物实验 大鼠短时间接触小剂量0 002 0 2mg kg Pb可引起大鼠生殖腺异常 流产等 致畸 铅中毒工人外周血淋巴细胞染色单体畸变率增加 作业女工中发生死胎 流产畸形较多 四 致癌作用可引起肺癌 肝癌等 五 环境铅污染引起铅中毒症状 六 毒作用机理1 影响卟啉代谢 贫血 卟啉代谢紊乱是铅中毒主要的和较早的变化贫血的机制 1 铅抑制血红素合成 低色素贫血 2 溶血 铅抑制红细胞膜上的ATP 引起红细胞Na K H2O流失 低色素贫血 2 损害神经系统伸肌
16、麻痹 铅抑制肌磷酸激酶 磷酸肌酸合成受阻 导致肌肉失去收缩的动力 或引起神经和脊髓前角细胞变性 使伸肌神经冲动传递受阻 脑部损伤 1 损伤血脑屏障 引起毛细血管内皮细胞肿胀 导致脑水肿和脑出血 高血压脑病 2 对神经递质的影响 铅可影响神经递质的合成 释放 摄取 还可影响受体结合 从而影响神经功能 铅可抑制单胺氧化酶 合成酶 胆碱酯酶等活性 3 引起血管痉挛 4 对消化系统的损害腹绞痛 可能是肠壁碱性磷酸酶和ATP酶活性受抑制 引起K 谷氨酸代谢紊乱 导致平滑肌痉挛 肝损害 肝肿大 黄疸甚至肝硬化或肝坏死 原因 1 铅可直接损害肝功能 2 肝内小动脉痉挛引起局部缺血 5 钙对无机铅中毒的缓解钙与铅体内代谢相似 钙与铅在骨盐中可相互取代 高钙饮食可促进铅在骨骼中贮存 五 铅在环境中的卫生标准对人群还没有血铅标准 WHO建议儿童血铅标准25 g L 美国为100 g l 第四节镉 一 镉污染的来源原料或催化剂用于生产塑料 颜料和试剂 由于镉的抗腐蚀性及抗摩檫性强 也是生产不锈钢 电镀以及雷达 电视荧光屏等的原料 镉在航空 航海上也有广泛用途 这些是镉的来源 在很多重要的合金中 都含有镉 它
