金属对健康的危害

第五章重金属的毒性第一节概述第二节汞Hg第三节铅Pb第四节镉Cd第五节铬Cr第六节砷As本章内容※本章重点：1.各种金属的代谢2.各种金属对健康的危害※本章难点：1.各种金属的代谢2.各种金属的毒理作用第一节概述一、基本概念金属：元素周期表中由硼（B）至砹（At）连接线左侧除氢之外所有元素的总称。重金属：相对密度在4.0以上，约60种金属元素；相对密度在5.0以上，45种金属元素包括砷和硒。二、环境中金属污染的来源自然来源：岩层、土壤、地下水主要来源：人类的生产活动采矿、冶炼、使用金属的工业生产过程施用农药（包括Pb、Hg、Cd、As等）煤、石油等燃料燃烧废水、废气、废渣三、环境中金属的迁移与转化进入环境中的金属可在环境中发生迁移、富集与转化。金属主要是通过水在环境中迁移转运，同时也可以通过复杂的食物链（网）进行转移。环境中的金属由于受各种因素的影响，其化学形态可发生转化，从而影响金属在环境中的迁移转归、毒性大小与人体吸收的可能性。水中的重金属污染物通过食物链被富集，浓度逐级加大（引自宋心琦主编《化学与生活》，人民教育出版社）四、金属的代谢（一）吸收1．经消化道吸收影响消化道吸收金属盐类的因素：元素的化学形式元素的种类胃肠道内的pH其他因素2．经呼吸道吸收3．经皮肤吸收（二）转运血液是金属元素在体内转运的主要介质。由消化道吸收的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、清蛋白等结合，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。（三）分布不同金属元素在体内各脏器的分布不同。同种元素在不同组织器官的分布也不相同。在开始阶段，元素的分布主要取决于器官的血流量，血液供应越丰富的器官，元素分布越多；随时间的延长，元素发生再分布，主要受其与器官亲和力大小的影响，从而选择性地分布在一定器官内。（四）排泄●主要途径：胆汁、消化道、肾、肺●次要途径：上皮和黏膜细胞脱落、呼吸道黏液、泪、汗、唾液、乳汁、月经、毛发和指甲重金属在甲、毛中的含量常用以监测重金属对环境的污染、人体的接触和负荷等情况。一般毛发和指甲中金属元素的浓度是血液的5～10倍或更高。（五）体内蓄积金属的吸收量排出体外的量，引起体内蓄积。五、金属的联合作用独立作用、相加作用、协同作用和拮抗作用不同金属之间的拮抗作用机制主要涉及三个方面：①影响吸收和转运，或在肠道内发生化学反应形成难溶物，使其不能吸收；或通过竞争生物膜上的载体蛋白，抑制该种金属的生物转运，影响进入靶细胞和靶分子。②相互置换和竞争大分子活性位点，多为同型置换，即在周期表同族元素之间的置换。③诱导金属硫蛋白，将有毒元素沉积于非作用部位。六、金属对健康的危害1.慢性中毒2.致癌作用3.致畸作用4.变态反应与炎症5.对免疫功能的影响第二节汞Hg一、汞污染的来源与行为（一）汞污染的来源•以汞为原料的工业生产过程中产生的含汞废水、废气和废渣对环境的汞污染非常严重。这类工业主要包括氯碱工业、电子工业、塑料工业、仪表工业、含汞农药工业等。•煤及石油的燃烧、含汞农药的应用及含汞污水灌溉等。（二）环境中汞的甲基化和生物富集1．汞的甲基化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。2．汞的生物富集汞在水和底泥中的浓度很低，不足以直接对人体引起危害。但水生生物可以直接从水体吸收和富集甲基汞化合物，同时还可以通过食物链转移和富集，从而大大提高了汞对健康的危害。摘自：沉积作用及蒸发作用Hg(0)Hg(2+)无机汞甲基汞生物放大汞甲基化作用脱甲基化作用二、汞的理化性质•俗称水银，在常温下是银白色而有金属光泽的液体，是唯一的液体金属。•几乎不溶于水，而能溶于硝酸、硫酸和王水，一般不与碱性溶液发生反应。汞可以溶解许多金属形成汞齐，汞齐加温时又产生汞蒸气。在室温下能与硫和氯结合生成硫化汞和氯化汞。•在自然界以金属汞、无机汞和有机汞的形式存在。三、汞的代谢（一）吸收金属汞：主要以蒸气形式通过呼吸道吸收76%～85%无机汞：消化道15%有机汞：消化道90%、呼吸道及皮肤金属汞和无机汞在体内分布的递减顺序为：肾肝血液脑末梢神经。甲基汞化合物在体内分布较均匀，易通过细胞膜和血脑屏障，易与巯基结合。吸收甲基汞初期，血液和肝脏含汞较高，然后逐渐向脑组织转运，最后的顺序是：肝脑肾血液。（二）分布（三）排泄与蓄积主要经肾、肝、肠排泄，其次可随肠黏膜脱落和从汗腺、唾液腺、乳腺、毛发和指甲排出。四、汞的毒理作用金属汞易在脑组织中蓄积，引起损害作用。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。中毒机制：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（—SHg—），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。职业性长期吸入汞蒸气和汞尘可引起慢性汞中毒。（一）金属汞（二）无机汞化合物•无机汞化合物包括汞的硫化物、氯化物、氧化物及其他汞盐，只有离子态的汞才能被吸收（通过胃肠道和呼吸道）。•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。（三）有机汞化合物•苯基汞和烷氧基汞：毒理作用类似于无机汞化合物•烷基汞：如甲基汞、乙基汞、丙基汞等•甲基汞属于高神经毒物质，对神经系统损害作用的机制之一是影响乙酰胆碱的合成，抑制神经兴奋传导，还可随血流通过胎盘进入胎儿，具有致畸作用。甲基汞污染引起的水俣病摘自：（四）毒作用机制(1)汞易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，导致细胞代谢紊乱。(2)汞可与细胞膜中一些组成成分的巯基结合，使膜的完整性受到损伤，改变细胞膜的功能。(3)甲基汞易引起中枢神经系统症状和胎儿畸形；无机汞易使肾脏受到损害；苯基汞的毒理作用与无机汞类似。五、汞的环境卫生标准●WHO:每人周总汞摄入量不得超过0.3mg;其中甲基汞不得超过0.2mg。●汞在各种环境中的限量标准：地面水、饮用水、农业灌溉水均为0.001mg/L;居民区大气日平均允许标准为0.0003mg/m3;车间空气金属汞允许标准为0.01mg/m3。第三节铅Pb一、铅污染的来源二、铅的理化性质相对密度:11.35熔点:327.4℃沸点:1620℃。铅及其化合物的毒性与其分散度和溶解度有关。三、铅的代谢（一）吸收环境中的铅主要从消化道，其次从呼吸道和皮肤进入人体。消化道：吸收率5%~10%呼吸道：吸收率25%~30%（二）分布进入血液中的铅，初期分布于肝、肾、脾、肺、脑中，以肝、肾中含量最高。数周后转移到骨骼、毛发、牙齿等，以磷酸铅的形式沉积下来。体内的铅，90%以上存在于骨骼内，血液中的铅仅占体内总铅量的2%。发铅可反映慢性铅接触水平。（三）排泄与蓄积•吸收入体内的铅主要经肾脏由尿排出，小部分随粪便、唾液、乳汁、汗液及月经排出。毛发和指甲也可排出少量。•食入的铅由于消化道吸收很少，大部分从粪便排出，故粪便中的铅含量几乎等于食物中的铅含量。•人体内铅的蓄积，一般随年龄增长而增加。四、铅的毒理作用（一）急性中毒急性中毒时，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。神经系统受铅损害出现中毒性脑病。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。此外，个别患者可发生麻痹性肠梗阻、消化道出血等。（二）慢性中毒1.血液系统2.神经系统3.消化系统4.其他：如肾脏、免疫功能（三）生殖毒性与致畸作用铅可引起小鼠和仓鼠的后代出现中枢神经系统和骨骼畸形。铅作业女工中发生死胎、流产、畸形及早产者较多。（四）致癌作用流行病学调查表明，英国铅管工人支气管肺癌校正死亡率较高，铅对BaP诱发工人肺癌可能有协同作用。给大鼠口服或皮下注射铅盐，可引起肾肿瘤；氧化铅和BaP对仓鼠有协同致癌作用；四乙基铅可使小鼠发生肝癌。（五）环境铅污染引起铅中毒症状对于从事铅作业的工人要加强个人防护和医学监护。一般监测人体铅接触的指标为：血铅、尿铅、发铅、尿中–氨基酮戊酸（-ALA）及红细胞内的–ALA脱氢酶。（六）毒作用机制1．影响卟啉代谢2．损害神经系统3．引起血管痉挛4．对消化系统有损害5．钙对无机铅中毒有缓解作用铅对卟啉代谢的影响图五、铅的环境卫生标准我国制定的铅在环境中的允许限量标准为：•饮用水：0.05mg/L。•车间空气中：铅烟0.03mg/m3；铅尘0.05mg/m3；硫化铅0.50mg/m3；四乙基铅0.005mg/m3。•居民区大气中：日平均允许限量0.0007mg/m3。第四节镉Cd一、镉污染的来源有色金属矿产开发和冶炼排出的废气、废水和废渣；煤和石油燃烧排出的烟气；含镉肥料的施用。镉在电镀、制造合金、焊料、颜料、电池、雷达、电视机荧光屏、半导体元件、照相材料、化肥、杀虫剂、塑料、枪械弹药等生产中被用作原料或催化剂，其在生产过程中可向环境排放含镉废物。湘江镉污染防治现场摘自：=3812006年1月，株洲市霞湾港因为清淤治理工程水利施工不当导致株洲冶炼厂含镉废水排入湘江，湘江株洲霞湾港至长沙江段出现不同程度的镉超标，湘潭、长沙两市水厂取水水源水质受到不同程度的污染。二、镉的理化性质相对密度8.65熔点320.9℃沸点767℃。镉主要以正二价形式存在，有时可见正一价。三、镉的代谢（一）吸收消化道、呼吸道及皮肤消化道：吸收率1%~6%呼吸道：吸收率10%~40%消化道对镉的吸收率与镉化合物的种类、摄入量、共存的营养物质和化学物质等有关。（二）含量和分布镉在体内的含量随年龄而增加。镉从肠或肺吸收入血液后，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、肾上腺和睾丸，而脑、心、肠、骨和肌肉则无镉的存留或贮量甚微。（三）排泄与蓄积经口进入的镉仅能吸收1%~6%，未吸收部分随粪便排出，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2g/L。镉的蓄积性很强。长期慢性镉暴露的靶器官是肾。不同器官镉的生物半减期不同，有人报告镉的生物半减期肾为18年,而肝为6.2年，全身镉为13年。一般认为全身镉生物半减期为10~30年。四、镉的毒理作用（一）毒性1．急性毒性•镉对胃肠黏膜有刺激作用，故口服镉化合物可引起呕吐，并可引起腹泻、休克和肾功能障碍。•人在生产环境中大量吸入镉烟尘和蒸气也可引起急性镉中毒，口有金属味，出现头晕、头痛、咳嗽、呼吸困难、恶寒、呕吐、腹泻等，并产生肺炎和肺水肿。此外，还可引起肾功能不良。2．慢性毒性人长期吸入镉尘或镉烟可损害肾或肺。主要症状为肺气肿，嗅觉减退或丧失，牙釉出现黄色环，肾小管功能障碍，蛋白尿，体力减退等。此外，有人报告尚有骨软化症，轻度贫血，高血压等。痛痛病3．其他损害近年来的流行病学调查表明，接触镉的工人前列腺癌及肾癌发病率比对照组高。镉还可对动物产生下列慢性损害：①高血压；②睾丸损害；③致癌作用；④致畸形作用；⑤贫血；⑥骨质疏松。这些废旧电池中就含有镉（二）毒性作用机制•微量镉能干扰大鼠肝脏线粒体中氧化磷酸化过程。•镉与含羧基、氨基、特别是含巯基的蛋白分子结合，可使许多酶的活性受到抑制。•镉还可干扰铜、钴和锌在体内的代谢而产生毒作用。五、镉的环境卫生标准我国规定的镉环境允许限量：•车间空气0.1mg/m3。•饮用水和地面水0.01mg/L。•渔业和灌溉用水为0.05mg/L。•废水排放为0.1mg/L。第五节铬Cr一、铬污染的来源1.天然来源岩石风化，且大多为三价铬。引自郭克毅、周正主编《矿物珍品》，1996年2.人为来源工