环境中主要重金属的毒性研究

环境中主要重金属的毒性研究,一、概述二、汞三、铅四、镉五、铬六、砷,一、概述,金属与人体的关系,环境中金属污染的来源,环境中金属的迁移与转化,金属的联合作用,一、概述,日本“水俣病”事件,一、概述,日本“骨痛病”,一、概述,黑脚病,上个世纪中叶，泰国西南部的广大地区爆发“黑脚病”，发病者先是脚部皮肤发黑，后发烂，最后坏死，得病者100死亡。到 80年代中期，泰国西南部一些地区的成年人100都患有“黑脚病”，严重影响了劳动力。,大规模开矿造成地质中砷大量暴露，经水冲刷携带，沉积在水田中，长期浸泡农民的双脚所致。,一、概述,2003年，贵州省遵义市湄潭、风冈、务川等县赴福建省仙游县,东湖村石英厂,打工的上百位农民感染矽肺病，19人相继死亡；,河南省商城县朱裴店村60多岁的刘心祥老人已在几年时间里失去了3个儿子，他们去世时没有一个超过40岁。,2004年，紫云县百名到广西打工回乡的农民中，40多人染上矽肺病，数人死亡。,一、概述,矽肺病，是因吸入大量粉尘在肺部板结，促使肺功能逐步衰竭，最后致人死亡。根据肺部的板结程度，这种病分为三期。随着病情加重，患者会并发肺气肿、心力衰竭等症状。,一、概述,金属与人体的关系,生物和环境的统一,物质组成的统一,人类与环境的动态统一,统一破坏后，就会中毒，甚至死亡,环境中金属污染的来,地壳岩石,人类的生产活动环境金属元素污染的主要来源,一、概述,环境中金属的迁移与转化,通过水和食物链（网）进行迁移、浓集和转化,金属在生物链中的浓集放大,生产者的作用,“植物动物人”方式，大大提高了人对金属的接触量，增加有毒金属对人体将抗危害性,金属受各种因素的影响，其化学形态可能发生转化，从而影响毒性,一、概述,金属的代谢,吸收,转运,分布,排泄,体内蓄积,一、概述,金属的代谢,吸收,经消化道吸收,离子状态金属可直接被消化道吸收；与食物中的有机物形成复合物，被转化为可溶物质，被吸收；肠道内的可溶性金属盐类，一部分通过被动扩散、易化扩散和主动运输进入细胞，另一部分经微胞饮作用进入细胞；肠道内的不可溶金属盐类，被滤除，或被吞噬，或肠直接吸收,吞噬作用,一些固态颗粒物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起外包或内凹，将异物包围进入细胞，这种转运方式称为吞噬作用。,一、概述,金属的代谢,吸收,经消化道吸收,吞噬作用,一些固态颗粒物质与细胞膜上某种蛋白质有特殊亲和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起外包或内凹，将异物包围进入细胞，这种转运方式称为吞噬作用。,胞饮作用,液滴异物也可通过此种方式进入细胞，称为吞饮或胞饮作用。,主动转运,化学物伴随能量的消耗由低浓度处向高浓度处转运以透过生物膜的过程称主动转运,一、概述,金属的代谢,吸收,经呼吸道吸收,大气中的悬浮颗粒物和气体中的金属元素，越进入呼吸道深部，吸收越多。,一、概述,金属的代谢,吸收,经皮吸收,脂溶性金属及其化合，四乙基铅、有机汞化合物、有机锡化合物等。,通过表皮、毛囊、皮脂腺及汗腺吸收,一、概述,金属的代谢,转运血液是主要介质,金属结合成分决定金属转运速度。,与低分子的结合是金属转运、分布、排泄重要形式,一、概述,金属的代谢,分布,开始阶段，取决于血流量；金属再分布受其与器官亲和力大小影响；,金属元素的分布与金属元素的侵入途径、溶解性、化学形式、代谢特点、毒性性质及器官特点等有关。,一、概述,金属的代谢,排泄,粪,经肾由尿液,经肺随呼吸道,随上皮和黏膜脱落,呼吸道黏液,泪,汗,乳汁,不同金属的排泄途径不同，同一种金属也可以由几种途径排泄；同一种金属的排泄途径也可因剂量和代谢转化而改变。,一、概述,金属的代谢,体内蓄积,金属蓄积作用可使金属形成惰性复合物贮存于组织内，不表现毒性作用，可预防急性中毒的发生，有一定的保护作用；但是在一定的生理条件下，如上述贮存的金属，可被释放入血引起毒效应。因此，金属的蓄积也是金属慢性中毒作用的基础。,一、概述,金属的联合作用,多为独立作用，协同作用较少,金属毒,慢性中毒,致癌作用,致畸作用,变态反应,对免疫功能的影响,早期毒性指标,汞,汞的理化性质,汞污染的来源,汞的代谢,汞的毒理作用,汞的卫生标准和经验教训,一、汞,汞的理化性质,俗称水银，是唯一的液态金属,常温下以汞蒸气污染空气，蒸发量随着温度升高升高，汞蒸气密度为空气7倍,能溶于硝酸、硫酸和王水，但一般不与碱性溶液发生反应,汞齐：溶解钾、钠、金、银、锌、铅等,在室温下，能生成硫化汞和氯化汞,一、汞,汞的化合物,汞：金属汞、无机汞和有机汞的形式存在；有机汞的毒性较金属汞和无机汞大,无机汞,一价汞：,硝酸亚汞可以溶于水，其它均微溶于水,二价汞：,二价汞盐均微溶于水,有机汞化合物均为脂溶性；对热、氧、水都比较稳定；可与酸、碱、卤素、还原剂、金属等发生化学反应,无机汞的甲基化可通过生物代谢转化和物理化学甲基化反应达到,二、汞的来源,自然界,氯碱工业、塑料工业、电器工业、油漆工业以及农药、造纸和医疗卫生等行业,煤及石油燃烧,含汞农药,二、汞的来源,日本水俣病：,食用蓄积了工业废水中的高浓度甲基汞的鱼。,伊拉克汞中毒：,中毒人数6000多，死亡500人，食用汞杀菌剂处理的小麦种子。,二、汞的来源,汞的甲基化：,环境中任何形式的汞（金属汞、有机汞、芳基汞等），均可以转化为剧毒的甲基汞，称为甲基化。,汞的生物富集：,三、汞的代谢,吸收,汞及其化合物可以经呼吸道、消化道和皮肤进入人体。,金属汞主要以蒸汽的形式通过呼吸道吸收，吞服后不易被消化道吸收；无机汞在消化道中的吸收率很低；消化道对有机汞的吸收效率很高，有机汞还可以通过呼吸道和皮肤吸收。,三、汞的代谢,分布,金属汞：,肝细胞和红细胞内，金属汞能够通过血脑屏障损害脑组织，也能分散到甲腺和垂体，并能长期存留在这些组织器官中，引起结构和功能的改变。,二价汞：全身组织器官，再转移到肾脏,结合型汞：与血液中血浆蛋白的巯基结合,扩散型汞：含巯基的低分子化合物等结合,汞蒸气：,和有机汞分布到脑、肾、肝、心脏等脏器和组织中,肺组织中的汞蒸汽可排入血液，再播散到身体的其他部位,进入中枢神经系统进入中枢神经系统,三、汞的代谢,分布,甲基汞：,进入中枢神经系统,初期，血液和肝脏的含汞量较高,逐渐向脑组织中转运,无机汞：,70%80%以汞结合硫蛋白的形式集中在肾脏皮质的近端小管细胞内,以汞结合硫蛋白的形式分布在肝、脾等脏器的组织细胞中。金属硫蛋白和汞的结合约为1：10。,三、汞的代谢,代谢,略,三、汞的代谢,排泄与蓄积,主要经肾由尿和经肝由胆汁随粪便排出，以及随肠黏膜脱落和汗腺、唾液腺、乳腺、毛发和指甲排出。,甲基汞,以肾排泄为主,毛发,反应人体汞负荷 和环境汞污染情况,400 500ug/g，神经中毒现象,50 200ug/g，无症状,与血汞成正比，发汞：50ug/g，血汞：200ug/L,蓄积,半减期,汞：70d；血液甲基汞：50d；脑组织甲基汞：240d；,无机盐汞：40d；金属汞：58d；,四、汞的毒理作用及其机理,毒理作用,金属汞：,二价汞离子与蛋白质和酶中的巯基反应形成牢固的硫汞键；短期的二价汞离子的毒害性是可逆的。,职业性长期吸入汞蒸汽和汞尘可引起慢性汞中毒,中枢神经系统症状：,体力减退、头晕、头痛、失眠、多梦、记忆力衰退等；,精神症状：,胆怯，焦虑、不安、精神压抑、丧失信心等；,意向性震颤：,注意力集中时震颤更明显；,皮肤：,红斑疹、荨麻疹；,眼睛：,汞毒性晶体炎（晶体前出现灰棕色或黄色晕斑）,四、汞的毒理作用及其机理,毒理作用,无机汞化合物：,汞的硫化物、氯化物、氧化物及汞盐,只有离子状态的汞才能被吸收,可引起急性汞中毒,四、汞的毒理作用及其机理,毒理作用,有机汞化合物：,两类,苯基汞和烷氧基汞：,易降解成为汞离子,烷基汞：,甲基汞、乙基汞、丙基汞，大脑感觉区和动力区蓄积量,甲基汞,高神经毒物质；,机制：影响乙酰胆碱的合成。-氨基-酮羧酸脱水酶参与乙酰基代谢，甲基汞可与该酶的巯基结合，从而影响乙酰基胆碱的合成；甲基汞的亲脂性强，对神经系统细胞膜产生溶解作用；甲基汞与大量存在于脑组织中的缩醛磷脂结合。,胎儿致畸作用：,甲基汞化合物,慢性毒症状：感觉异常；语言障碍；动力失调；向心性视野缩小；管状视野、听力障碍。,胎儿，具有致畸作用,四、汞的毒理作用及其机理,毒理作用机理,与含巯基的蛋白质和多肽结合，改变或破坏蛋白质的结构和功能,与酶蛋白中的巯基结合，使酶蛋白的结构和功能发生改变,与细胞膜中组成成分的巯基结合，使膜的完整性受到损害,甲基汞属脂溶性化合物，引起中枢神经系统症状和胎儿畸形；无机汞化合物属水溶性，可作用于近端肾小管细胞内的微粒体和内质网，并抑制多种酶的活性，使肾脏受到损害；苯基汞在体内能迅速分解为无机汞化合物，故苯基汞的毒理作用与无机汞类似。,五、汞卫生标准,毒理作用机理,我国对汞在不同环境中和食物中的允许标准,环境,允许标准,环境,允许标准,车间空气,金属汞0.01mg/m,3,工业废水,0.05g/L,居民区大气,日平均0.0003mg/m,3,食物,粮食0.02mg/kg,工业废气,排气筒高20m时0.01mg/m,3,排气筒高30m时0.02mg/m,3,蔬菜和水果0.001mg/kg,地面水,0.001mg/L,牛乳0.01mg/kg,饮用水,0.001mg/L,鱼和其它0.3mg/kg,农业灌溉水,0.001mg/L,肉、蛋（去壳）、油0.05mg/kg,镉,一、镉的物理化学性质,二、污染来源,三、代谢,四、毒作用及其机理,五、镉的环境标准,一、镉的物理化学性质,镉为银白色金属，略带浅蓝色光泽。相对原子质量为112.4.相对密度8.65，熔点320.9，沸点767.镉蒸汽有毒，在空气中可形成氧化镉。在镉化合物中，氧化镉的毒性最大，且在体内有累积性。镉为银白色金属，略带浅蓝色光泽。相对原子质量为112.4.相对密度8.65，熔点320.9，沸点767.镉蒸汽有毒，在空气中可形成氧化镉。在镉化合物中，氧化镉的毒性最大，且在体内有累积性。,镉主要以正二价形式存在，有时可见正一价。金属镉和氢氧化镉难溶于水，硝酸镉、卤化镉（氟化镉除外）及硫酸镉均溶于水。镉及其化合物在酸性的胃液中比在碱性的肠液中溶解度大。,二、镉的来源及其环境行为,自然界中多以硫镉矿存在，并常与锌、铅、铜、锰等矿共存。,有色金属矿开发和冶炼时排出的废水、废气和废渣,煤和石油燃烧排放出来的烟气,含镉肥料的施用,电镀、制造合金、焊料、颜料、电池、雷达、电视荧光屏、半导体元件、照相材料、化肥、杀虫剂、塑料、枪械弹药等生产中,餐饮具和食品包装,三、镉的代谢,吸收,经消化道、呼吸道和皮肤（镉溶液）吸收,消化道吸收率1%2%（有的报道为5%6%）,呼吸道吸收约为30%（有的报道为10%40%）,每只卷烟约含镉12ug，吸烟时约10%的镉吸收,消化道对镉吸收率与镉化合物的种类、摄入量、共存的营养物质和化学元素物质等有关。高钙饮食后镉在肠道内吸收率降低；钙、铁、蛋白质摄入量低时，镉吸收明显增加。锌与镉化学性质非常相似，对镉的吸收可产生竞争性抑制作用。维生素D也可印象镉的吸收。,三、镉的代谢,含量和分布,镉在体内的含量随年龄而变化，新生儿体内镉为痕剂量，20岁左右体内开始有镉的蓄积倾向，50岁时，体内蓄积最多，60岁以后渐趋减少。,镉一旦被人体吸收便会迅速转移到血液，其中约有2/3在红细胞中与血红蛋白结合。血镉大部分在红细胞中，一部分与血红蛋白结合，一部分与相对分子质量低的金属巯蛋白结合形成稳定的配合物，血清中的镉只占血镉的1%7%。,镉从肠或肺吸入血液后，主要与含巯基的低相对分子质量（约10000）血浆蛋白结合，形成金属巯蛋白，随血流选择性地储存于肝和肾，其次为脾、胰腺、甲状腺、肾上腺、睾丸及卵巢组织中。,三、镉的代谢,排泄,经口摄入的镉仅能吸收5%7%，未吸收的部分随粪便排出，吸收后主要经肾由尿排出，少量随唾液、乳汁排出。正常人尿镉低于2ug/L。,四、镉的毒作用及其机理,骨痛病症状及其病因分析,骨痛病的主体是骨软化