第五章 主要環(huán)境污染物的毒理學(xué)

1、第一節(jié)第一節(jié) 重金屬的毒理學(xué)重金屬的毒理學(xué)重金屬: 比重4.0: 60種元素 比重5.0: 45種元素一、概述 金屬： 從BAt 左側(cè)必需營養(yǎng)元素：K, Na, Ca, Mg, Cu, Zn, Fe, Mn, V, Ni, Mo, Cr, Co污染元素：Hg, Cd, Pb, As, Crl環(huán)境元素豐度控制生物體內(nèi)原始豐度；l健康狀態(tài)下，生物體內(nèi)元素豐度保持嚴格的穩(wěn)態(tài)；l環(huán)境元素與生物體內(nèi)元素保持動態(tài)平衡，平衡失調(diào)，則出現(xiàn)健康損害（一）鎘的理化特性 l鎘是一種微帶藍色而具銀白色光澤的柔軟金屬，抗腐蝕，耐磨，具延展性。原子量112.4，熔點320.9，沸點767，比重8.65。化合價為+2價。鎘

2、能生成很多無機化合物，有些無機化合物頗能溶解于水，如氯化物、硫酸鹽和醋酸鹽。 （二）、鎘的來源和用途l原料或催化劑用于生產(chǎn)塑料、顏料和試劑。由于鎘的抗腐蝕性及抗摩檫性強，也是生產(chǎn)不銹鋼、電鍍以及雷達、電視熒光屏等的原料。鎘在航空、航海上也有廣泛用途。這些是鎘的來源。l在很多重要的合金中，都含有鎘。它可增加銅的硬度并增加其在高溫時的強度。這種銅鎘合金被用于冷卻裝置，如用作汽車的散熱器片。這種金屬也用作某些焊料。最重要的用途是在堿性蓄電池中用作電極部件。（三）、環(huán)境鎘污染1、大氣鎘污染l大氣中鎘的污染主要來自鋅冶煉(干法)廠的廢氣。煤和燃料油的燃燒也是大氣鎘污染的來源。城市垃圾廢棄物的燃燒也能造成

3、鎘對大氣的污染。2、水的鎘污染l天然水體中鎘的含量甚低(0.1-10ppb)，地下水高于地面水。水中鎘的污染主要來源于含鎘工業(yè)廢水。其次是含鎘礦渣的污染。3、土壤鎘污染l 鎘對土壤污染是鎘對環(huán)境污染的主要方面。主要有三種類型即氣型污染，水型污染和肥料污染。 總之，環(huán)境中鎘的主要污染源是“三廢”，隨著工業(yè)“三廢”的排放鎘進入生物圈，大氣、水體和土壤中，并隨著大自然循環(huán)，經(jīng)食物鏈最終進入人體。（四）鎘的代謝與毒性1、吸收途徑l鎘不是人體必需元素，新生兒體內(nèi)幾乎無鎘，人體內(nèi)鎘是出生后從外環(huán)境攝取而蓄積的。l鎘主要是通過消化道和呼吸道進入人體。l消化道的吸收率一般在1%2；l呼吸道的吸收率為10-40

4、%。每支煙含鎘12g, 10%可被吸收 。lCa、Zn、Fe、蛋白質(zhì)等抑制鎘的吸收2、分布與排泄l鎘進入人體后，可分布到全身各個器官，主要與富含半胱氨酸的胞漿蛋白相結(jié)合，形成金屬硫蛋白而存在，這種金屬硫蛋白對鎘在體內(nèi)的分布，代謝起著重要的作用。l成年人體內(nèi)含鎘2030mg, 腎占1/3， 肝1/6，其次分布于肺、胰、甲狀腺、睪丸等。l血鎘10 g/L。l蓄積性強，主要經(jīng)腎分泌由尿液排出，正常人尿鎘 肝腎心肺, 腦中汞含量最高。損害最為嚴重的部位是小腦和大腦兩半球，特別是枕頁，脊髓后束以及末梢感覺神經(jīng)在晚期也受損。另外，甲基汞還是一種對機體有強烈生殖毒性的物質(zhì)。l巰基學(xué)說巰基學(xué)說:甲基汞是一種親

5、巰基物質(zhì),可以與含巰基的物質(zhì)結(jié)合成汞的硫醇鹽復(fù)合物進入機體,從而引起與基有關(guān)的代謝發(fā)生紊亂,導(dǎo)致細胞損傷。該學(xué)說是甲基汞對細胞膜系統(tǒng)、酶活性、蛋白質(zhì)的生物合成及核酸生物合成產(chǎn)生毒作用的生化基礎(chǔ)5。l自由基學(xué)說自由基學(xué)說:Ganther等提出甲基汞在體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化過程中,g鍵斷裂時,能夠產(chǎn)生自由基,在蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的局部引起自由基反應(yīng),造成它們結(jié)構(gòu)的破壞。 l脂質(zhì)過氧化學(xué)說脂質(zhì)過氧化學(xué)說:一些學(xué)者通過對大鼠游離肝細胞甲基汞中毒的脂質(zhì)過氧化研究,發(fā)現(xiàn)甲基汞的肝細胞失活和它的脂質(zhì)過氧化作用皆與其濃度和作用時間有關(guān)。 1 鉛的含量、用途及排放l鉛是自然界分布很廣的元素，在地殼中的含量0.001

6、6%，是地殼中含量最高的重金屬元素。l鉛具有密度高、熔點低、柔軟易加工、耐腐蝕性等優(yōu)良特性，在許多工業(yè)部門具有廣泛的用途。l世界上鉛的消耗約560萬噸。其中40%用于制造蓄電池，20%以烷基鉛的形式加入汽油中作防爆劑，12%用于建筑材料、6%用于電纜外套，5%用于制造彈藥，另有17%用于其它用途。l但是僅有四分之一的鉛被回收再利用，其余排放于環(huán)境中，造成環(huán)境鉛污染。l人類活動以來全球估計已向環(huán)境釋放了30億噸的鉛其中95%以上是人為造成的。主要來自含鉛礦山、冶煉企業(yè)的“三廢”，特別是尾砂。其它工礦企業(yè)含鉛廢氣（包括微粒）的排放和汽車尾氣（包括氣溶膠鉛）是大氣中鉛的重要來源。l現(xiàn)在環(huán)境中的鉛水平

7、是工業(yè)革命前的幾百倍，現(xiàn)代人骨骼中的鉛負荷量是史前時代的500倍。l鉛整個的環(huán)境化學(xué)行為是在水圈、土壤圈、生物圈、大氣圈之間相互轉(zhuǎn)化的一個復(fù)雜的過程。以下討論其在各個圈層的遷移轉(zhuǎn)化過程。l鉛在自然水體中主要是以Pb2+狀態(tài)存在，其含量明顯地受CO32-、SO42-、OH-和Cl-等含量的影響。l在中性和弱堿性的水中，鉛的濃度為氫氧化鉛所牽制。水中含鉛量取決于Pb(OH)2的濃度積，KspPb(OH)2=1.310-12，根據(jù)水解平衡方程可知，水中Pb(OH)+的濃度為5.4g/kg。l在酸性水中含鉛量遠遠高于堿性水中的含量，在偏酸性天然水體中，水中Pb2+的濃度為硫酸鉛所限制，KspPbSO4

8、=8.810-9,同樣可算出水中鉛的總濃度可達到6.310-5110-4mol/L(即1120mg/kg),高出水中規(guī)定允許濃度的110200倍。l土壤中的鉛污染主要由石油燃燒和冶煉煙塵以及礦山、冶煉廢水所引起的。所以土壤中的含鉛量高低顯著地受到冶煉廠的遠近、交通密集程度的影響。l土壤中的鉛主要是以Pb(OH)2、PbCO3和PbSO4固體形式存在，在土壤溶液中的可溶性鉛含量很低，土壤中的鉛遷移性弱。l氧化還原電位對土壤中可給態(tài)鉛量會產(chǎn)生影響，隨著土壤氧化還原電位的升高，土壤中可溶性鉛與高價鐵、錳氧化物結(jié)合在一起，降低了鉛的可溶性遷移。l當(dāng)土壤酸性時，土壤固定的鉛，尤其是PbCO3容易釋放出來

9、，土壤中水溶性鉛含量增加，可促使土壤中鉛的移動。進入土壤的Pb2+容易被有機質(zhì)和粘土礦物所吸附。l 由于大量的鉛被加入汽油中作防爆劑；其直接后果首先是空氣中鉛的濃度升高，尤其是在工業(yè)區(qū)和人口集居、交通繁忙的城市及近郊。l進入大氣中的鉛可擴散到很遠的地方，即使在格陵蘭島終年積冰的地方，依然可以找到鉛污染的痕跡4。l在我國研究也表明，汽車尾氣是城市環(huán)境空氣中鉛的主要來源 。3.1 鉛的吸收轉(zhuǎn)運：l鉛進入人體的途徑有呼吸道、消化道和皮膚。成人每天由空氣中吸收的鉛為總吸收量的31%39%，在肺內(nèi)沉淀吸收率為30%50%。呼吸到肺中的二氧化碳遇水生成碳酸，促進鉛的溶解和吸收。鉛還可以被呼吸道中的吞噬細胞

10、很快帶進血液。l鉛由消化道進入人體的量比經(jīng)呼吸道進入的量要少，進入消化道的鉛有十分之一被吸收，經(jīng)腸道進入循環(huán)，經(jīng)過肝臟，一部分由膽汁排到腸內(nèi)，隨糞排出；一部分進入血液。l人體經(jīng)皮膚吸收的絕大部分為有機鉛，游離鉛及其無機化合物一般不能由皮膚侵入。l吸收到血液中的鉛大部分經(jīng)腎臟和消化道隨尿、糞排出，少量通過唾液、乳汁、汗液等排出。另一部分分儲在血液中的鉛以磷酸氫鉛、甘油磷酸化合物、蛋白質(zhì)化合物或鉛離子狀態(tài)隨血液循環(huán)至全身，隨后約91%95%的鉛以下不溶性的磷酸鉛的形式沉積于骨骼中，僅少部分儲存在肝、脾、腦等器官和紅細胞中。l研究表明，鉛離子進入人體后，與人體內(nèi)一系列的蛋白質(zhì)、氨基酸內(nèi)官能團和酶的結(jié)

11、合，從而干擾了機體多方面的正常生化和生理活動，對神經(jīng)、血液、造血、消化、泌尿生殖、心血管、內(nèi)分泌、免疫等系統(tǒng)及兒童的生長發(fā)育均有毒性作用，引起鉛中毒，尤其是以神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和消化系統(tǒng)最為敏感 。l人體的中樞神經(jīng)系統(tǒng)是生命活動的總管，它的機能狀態(tài)在鉛中毒病程中起主導(dǎo)作用。l鉛可使形象化智力、視覺運動功能、記憶、反應(yīng)時間受損，語言和空間抽象能力、感覺和行為能力改變，出現(xiàn)疲勞、失眠、煩躁、頭痛及多動等癥狀。l中度以上的鉛中毒者，可出現(xiàn)多發(fā)性神經(jīng)炎，嚴重者甚至損害橈神經(jīng)或脊髓前角細胞，導(dǎo)致“鉛麻痹”；晚期鉛中毒嚴重者可因中樞神經(jīng)發(fā)生器質(zhì)性病變而引起中毒性腦病，如顱內(nèi)血管痙攣促使腦血管發(fā)生早期硬化。

12、l鉛能影響卟啉代謝，卟啉是血紅蛋白合成過程的中間產(chǎn)物。當(dāng)機體接觸鉛中毒后，影響了與-氨基乙酰丙酸(-ALA)轉(zhuǎn)變?yōu)檫材懺?、類卟啉轉(zhuǎn)變?yōu)樵策霸策c亞鐵合成正鐵血紅素等過程，導(dǎo)致血紅蛋白形成障礙，引起鉛誘發(fā)貧血。l鉛誘發(fā)貧血常見于鉛作業(yè)工人及兒童，特別是兒童。l鉛還抑制紅細胞膜上Na+-K+-ATP酶和抑制磷酸戊糖旁路導(dǎo)致溶血。居住在工業(yè)區(qū)和重交通區(qū)的孩子平均血鉛量為218679ug/L。血鉛水平100 ug/L人口比例為64.9%99.5% 。l在鉛毒的作用下，可能發(fā)生腸胃機能一系列的變化。鉛可抑制胰腺功能，增加唾液腺和胃腺的分泌。l同時，鉛會與腸道中的硫化氫結(jié)合，使硫化氫失去促進腸蠕動的

13、作用，導(dǎo)致頑固性便秘。l鉛可損害腎臟近端小管和腎小球細胞，使腎小球濾過率增高，腎小管重吸收障礙，嚴重者可發(fā)生鉛中毒性腎病，如腎原性高血壓。l鉛可抑制肝臟混合功能氧化酶合成，導(dǎo)致肝臟生物轉(zhuǎn)化作用受損，降低肝臟解毒功能。l鉛還可影響人類生殖功能，使精于畸變；母體鉛可經(jīng)胎盤影響胎兒發(fā)育，致使胎兒發(fā)生畸形，對人類的繁殖造成嚴重危害。（一）砷的性質(zhì) 原子序33，M74.92 ，類金屬，銀灰色固體。 價態(tài)：+3、+6、-3 常見化合物：AsH3, As2O3（砒霜）, As2O5, H3AsO4, HAsO2, AsS2（雄黃） AsS3（雌黃），有機砷。 三價砷毒性最強。（二）砷污染源 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上廣

14、泛使用，毒鼠劑、除草劑、殺菌劑、防腐劑、油漆、染料、半導(dǎo)體材料、銅鉛合金。 燃煤：煤砷345mg/kg。 采礦：雄黃（AsS2）、雌黃（AsS3）、砷鐵礦（FeAsS)。 自然釋放：8106kg/yr 人為釋放： 24106kg/yr 吸收 砷化物可經(jīng)過呼吸道、消化道和皮膚吸收。陰離子砷和易溶性砷化合物在消化道中的吸收較快。砷化合物的溶液攝入后很容易吸收，吸收率可達90%。 分布 人的毛發(fā)、皮膚與指甲砷含量通常最高 。無機砷化合物被吸收入血后，大部分與血紅蛋白上的珠蛋白結(jié)合，少量與血漿蛋白結(jié)合。排泄 體內(nèi)的砷主要經(jīng)腎由尿排出，其次是經(jīng)膽汁隨糞便排出，也可由汗液、毛發(fā)和指甲排出少許。轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化機

15、理尚不完全清楚。 無機三價砷在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為五價砷。 排泄產(chǎn)物： 甲基胂酸、二甲基次胂酸、三甲基胂，共占90%以上。 以惡心、嘔吐、腹瀉及嚴重腹痛為主要特征的急性砷中毒多發(fā)生在誤服、謀殺或事故等情況下 ,嚴重者可發(fā)生神經(jīng)異常、呼吸困難、心臟衰竭而死亡。致死劑量：砷化氫（AsH3）為0.100.15g。亞砷酸（As2O3）為0.100.30g。砒霜：0.0600.20 gl慢性中毒以長期從飲料、食品中攝取砷者為多。l根 據(jù) 報 告 ， 如 果 長 期 連 續(xù) 地 攝 取0.500.10mg/d的砷可出現(xiàn)明顯中毒癥狀，如果長期攝取濃度為3.06.0mg/L的水，可出現(xiàn)明顯中毒癥狀。l慢性砷中毒是一個以

16、皮膚損害為主的全身性疾病 ,可引起皮膚病、造血功能低下、肝臟損害、感覺障礙、外周神經(jīng)炎、厭食以及皮膚和內(nèi)臟腫瘤等。最近有人群資料表明慢性砷中毒與高血壓、糖尿病的發(fā)生亦有關(guān)。l無機砷被認為具有致癌作用，流行病學(xué)證實砷能引起人類皮膚癌和肺、膀胱等內(nèi)臟腫瘤的發(fā)生。l砷對皮膚致癌的毒性 濃度為0.200.25mg/d。但目前尚未建立起公認的砷致癌的動物實驗?zāi)Ｐ?。輔致癌劑。l砷可以引起姊妹染色單體交換率增加 ,增加DNA復(fù)制中錯誤的可能性,也有人認為砷的致癌作用與腫瘤抑制基因的甲基化受到影響有關(guān)。至于免疫功能受到抑制，砷拮抗元素硒的作用等均在致癌過程中有一定影響 。砷的致癌機制有待深入研究。 砷化物能與

17、體內(nèi)巰基酶結(jié)合 ,使多種酶受到抑制 ,影響細胞正常代謝 ,起到原漿毒作用 ,使神經(jīng)系統(tǒng)、心、肝、腎、胃腸受損,并直接損害毛細血管或作用于血管舒縮中樞,使血管平滑肌麻痹 ,毛細血管擴張,血管通透性改變。 砷化物對線粒體呼吸有明顯抑制作用,砷酸鹽可減弱線粒體氧化磷酸化反應(yīng)或使其過程拆偶聯(lián)。砷化合物可與 DNA聚合酶結(jié)合 ,對 DNA合成與修復(fù)有影響砷酸鹽可取代磷酸鹽與 DNA鏈結(jié)合，造成染色體畸變。 砷化氫經(jīng)呼吸道進入人體95% 99%與紅細胞血紅蛋白結(jié)合形成血紅蛋白過氧化物 ,通過谷胱甘肽氧化作用使還原形谷胱甘肽氧化成氧化形谷胱甘肽引起溶血，紅細胞鉀鈉泵作用破壞，細胞腫脹、溶解，導(dǎo)致腎功能衰竭。

18、（一）鉻的理化性質(zhì) 原子序24，M51.996。 價態(tài)：2+、3+、6+。 2價鉻不穩(wěn)定。 3價鉻：強酸鹽易溶。 6價鉻：鉻酸鹽（CrO42-)、重鉻酸鹽（Cr2O72-) 鉻酐 （CrO3) 毒性形態(tài)： 6價鉻； 堿性環(huán)境中3價鉻可被氧化為6價鉻，酸性厭氧環(huán)境中6價鉻可被還原為3價鉻 （二）環(huán)境鉻污染 污染源： 鉻礦：鉻鐵礦、鉻鉛礦、硫酸鉻礦。 世界鉻年產(chǎn)量750萬t , 90%用于鋼鐵生產(chǎn)。 土壤：平均100mg/kg。 重鉻酸鹽：用途廣泛，電鍍、皮革、制藥、研磨劑、顏料、合成催化等 化石燃料燃燒：煤10mg/kg。 金屬冶煉、化工“三廢”排放。（三）鉻的代謝吸收：消化道、呼吸道、皮膚l消

19、化道吸收：Cr3+：3%， Cr6+更易吸收 食物中的有機鉻：10%25%l呼吸道吸收： Cr6+40%， Cr3+難以吸收l皮膚吸收：Cr6+分布：l消化道吸收鉻主要分布與肺、肝、脾、腎l呼吸道吸收鉻大量積聚于肺，其次肝、腎脾排泄與蓄積l 體內(nèi)鉻總量 6mg以下。l 有蓄積作用：腎、肝、骨l人體內(nèi)生物半衰期：27天，80%經(jīng)尿液排出。（四）鉻的毒理作用1、急性毒性腸胃道：l致死劑量：重鉻酸鉀3g。l中毒癥狀：刺激和腐蝕腸胃道，引起惡心、嘔吐、腹疼、腹瀉、血便、脫水。頭疼、頭暈、呼吸急促等呼吸道：l中毒濃度： CrO3 0.0150.033 mg/m3； Cr2O72-：0.0450.5 mg

20、/m3。l中毒癥狀： CrO3 ：鼻出血、聲嘶啞、鼻粘膜萎縮； Cr2O72-：胃及十二指腸潰瘍、肝舯大皮膚：l刺激和腐蝕作用，皮炎。2、慢性毒性呼吸道：l由于刺激和腐蝕作用引起鼻炎、咽炎、支氣管炎皮膚：l皮炎、濕疹、皮膚潰瘍?nèi)硇园Y狀：l頭疼、貧血、消化不良、腎臟損害、肺炎、支氣管哮喘、神經(jīng)衰弱、高血壓、高血脂、冠心病、肺心病 3、“三致”性l六價鉻和三價鉻均有致癌作用。肺癌。l三價鉻可透過胎盤屏障，對胎兒致畸l六價鉻具有較強的致突變作用。DNA氧化損傷。4、毒作用機理Cr3+參與人體糖代謝，必需微量元素，需要量0.060.36mg/d。Cr6+：l強氧化性，可氧化生物大分子（DNA, RN

21、A, 蛋白質(zhì)，酶，Vc等）；l影響體內(nèi)氧化、還原、水解過程；l與核酸、核蛋白結(jié)合，導(dǎo)致細胞突變l還原過程中消耗谷光苷肽一、概述l農(nóng)藥：殺滅或抑制農(nóng)業(yè)有害生物的化學(xué)藥劑。 殺蟲劑、殺菌劑、除草劑等l種類：有機氯，有機磷，氨基甲酸酯類，擬除蟲菊酯類l挽回約10%的農(nóng)業(yè)損失。l全世界開發(fā)1200種，常用200余種。l農(nóng)藥環(huán)境污染問題突出。1962， Rachel Carson 寂靜的春天l重視農(nóng)藥環(huán)境化學(xué)行為研究l高效低毒農(nóng)藥開發(fā)二、農(nóng)藥的污染 1、生產(chǎn)過程 廢氣：大氣污染 廢水：水體污染2、使用過程 僅10%30%的農(nóng)藥粘附在作物上。l大氣污染：施用中農(nóng)藥直接進入大氣； 土壤、植物表面揮發(fā)進入大氣

22、； 農(nóng)業(yè)廢棄物燃燒，通風(fēng)排氣等l土壤污染：70%進入土壤。農(nóng)藥拌種l水體污染：農(nóng)藥地表徑流，地下水污染三、幾類重要農(nóng)藥的毒理學(xué)（一）有機氯農(nóng)藥1、特點：l氯代烴類化合物，廣譜高效殺蟲劑；l脂溶性：生物富集作用極強l難降解2、吸收、分布：l吸收：呼吸道、消化道、皮膚。皮膚吸收是最常見最危險的途徑；食物鏈傳遞。l分布：主要分布于脂肪組織、神經(jīng)組織及肝、腎、骨髓、腎上腺、卵巢、腦等?？纱┻^胎盤屏障。l排泄：尿、糞、乳汁l轉(zhuǎn)化：脫鹵反應(yīng)，形成不穩(wěn)定氧化產(chǎn)物3、毒理作用（1）急性毒作用l靶器官：CNSl癥狀：肌肉震顫、陣發(fā)性抽，全身麻痹，肝臟舯大，肝細胞壞死。l中毒劑量： DDT：10mg/kg中毒，口服LD150mg/kg； 六六六：口服LD400mg/kg，丙體：70mg/kg（2）慢性毒作用肝、腎損害：l肝腫大、肝細胞變形壞死CNS：l降低神經(jīng)膜對K的透性；l抑制神經(jīng)末鞘ATP酶活性；l激活CNS，乙酰膽堿分泌增加，抑制單胺氧化酶，5-羥色胺積累酶活性：l誘導(dǎo)CytP-450， 脫氯化氫酶，ALA合成酶等。l類固醇代謝：改變激素平衡水平對生殖機能的影響：環(huán)境激素l性周期、功能障礙。男性精子數(shù)量由60年代3.0