第六章环境中重金属的毒性.ppt

第十章重金属的毒性 第一节概述 一 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 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 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 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 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 一 来源 二 环境中汞甲基化和生物富集1 汞的甲基化2 汞生物富集二 汞的理化特性 三 汞的代谢 一 吸收金属汞 蒸汽形式 经呼吸道 速度很快无机汞 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 甲基汞都能通过血脑屏障 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 金属汞主要造成脑损伤 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 无机汞化合物包括Hg的硫化物 氯化物 氧化物及汞盐 离子态可被吸收 Hg2 不易通过血脑屏障 对脑危害性较小 无机汞不易被吸收 不易造成肝肾损害 三 有机汞化合物苯基汞 烷氧汞 降解成Hg2 类似无机汞烷基汞 甲基汞 乙基汞 丙基汞甲基汞是高神经毒物质 能引起急性中毒 亚急性中毒 慢性中毒 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 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 铅污染的来源二 铅的理化性质三 铅的代谢 一 吸收主要从消化道 其次是呼吸道和皮肤 消化道 吸收率5 10 主要在十二指肠 经门静脉到肝脏 分别进入血液和胆汁 肠道呼吸道 吸收率25 30 其余随气体呼出 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 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 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 肾损害等 二 慢性中毒主要症状 1 血液 1 贫血 面色黄或灰白色 铅容 心悸气短 疲劳 2 点彩红细胞增多 2 神经系统 早期 神经衰弱综合症 小儿可见多动症 严重 中毒心脑病 顽固性头痛等 周围神经系统症 3 消化系统 典型病状腹绞痛4 其他 损害肾小管功能 蛋白尿 降低免疫功能 铅线 三 生殖毒性与致畸作用据动物实验 Pb可引起小鼠生殖腺异常 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 2 损害神经系统伸肌麻痹 铅抑制肌磷酸激酶 磷酸肌酸含量下降或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 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 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10 g 100ml 第四节镉 一 镉污染的来源二 镉的理化性质三 镉的代谢 一 吸收消化道 吸收率1 6 呼吸道 10 40 皮肤 镉溶液 消化道对镉的吸收率的影响因素 高钙饮食可抑制镉的吸收 Zn 维生素D可影响镉的吸收 二 含量和分布镉在体内的含量随年龄而增加 吸收入血后 主要与低分子量血浆蛋白结合 随血流分布于肾 1 3 肝 1 6 其次脾 胰腺 甲状腺 肾上腺和睾丸 而脑 心 肠 骨 肉中含量很少 毛发中浓度较高 血液中的镉含量很低 小于10 g L 大部分在红细胞中 三 排泄和蓄积排泄 未吸收 粪便吸收 经肾由尿排出 少量随唾液 乳汁排出蓄积 镉蓄积性很强 靶器官是肾 肾皮质首先受损 主要是肾小管功能障碍 出现蛋白尿 全身镉生物半衰期10 30年 镉长期蓄积的主要原因是镉与MT结合力强 大多数镉以Cd MT的形式长期存在 四 镉的毒理作用 一 毒性1 急性毒性口服 消化系统症状 呕吐 腹泻 休克 肾功能障碍吸入 呼吸系统症状 肺炎 肺水肿 呼吸困难 头晕头痛 消化系统症状及肾损害 2 慢性毒性 1 肾损害 特点是特殊的肾小管壁蛋白质 出现蛋白尿 血尿 肾小球功能不受影响 2 呼吸系统 肺水肿 肺气肿 呼吸困难 持续性无季节变化 3 痛痛病 表现为全身疼痛 多发性骨折而引起身躯缩短骨骼变形 最后发生肌萎缩及其他并发症死亡 原因可能是由于 影响人体对钙的吸收和成骨作用 妨碍骨胶原的固化成熟 导致骨骼软化 3 其他损害 1 高血压 原因 对血管的局部作用 抗利尿作用 导致水 Na 滞留 提高肾上腺素活性 2 睾丸损害 精子数量下降 活性下降 畸形率上升 3 致癌作用 尤其是前列腺癌 肾癌 镉可攻击核酸分子 促进自由基反应和脂质过氧化 抑制DNA损伤后修复 干扰细胞有丝分裂 干扰信号传递和机体免疫监视功能 4 致畸作用 机制尚不明确 镉可抑制胚胎细胞分裂和DNA蛋白质合成 抑制胸腺嘧啶核苷激酶活性 5 贫血 6 骨质疏松 二 毒作用机理1 酶活性受到抑制2 肾脏毒性对肾小管的损害 干扰肾脏对蛋白的排出和重吸收作用 出现糖尿 氨基酸尿 蛋白尿 3 贫血 1 镉在肠道内阻碍铁的吸收 2 镉的大量摄入使尿铁增加 3 抑制血红蛋白的合成 4 干扰钙的代谢 引起钙紊乱 1 通过影响维生素D3的生成妨碍肠对钙的吸收和镉在骨质中的沉着 2 竞争钙离子通道 3 抑制钙泵使细胞内钙离子浓度增加 4 与钙调蛋白相结合激活某些与钙相关酶类 干扰细胞内与钙有关的信息传递系统 第五节铬 一 污染来源二 理化性质三 代谢 一 吸收 消化道 Cr3 小于3 Cr6 较易吸收 结合型Cr10 25 呼吸道 Cr6 40 Cr3 沉积于肺不被利用皮肤 Cr6 经汗腺吸收 真皮内还原为Cr3 二 分布在血液中与血浆内输铁球蛋白 白蛋白 球蛋白结合红细胞 Cr6 可通过红细胞膜与血红蛋白结合 Cr3 不能进入红细胞Cr以输铁球蛋白结合的形式分布于肺 脾 肝 心 肾 胰腺 脑 睾丸中 经消化道吸收的分布于肝 肾 脾 经呼吸道吸收的分布于肺 脾 三 排泄与蓄积排泄 80 由肾经尿排出 3 60 g d 小部分由粪便 乳汁 毛发排出 蓄积 生物半衰期为27天 在肾 肝及骨内有明显蓄积 除肺外其余内脏含铬量随年龄增加而减少 四 铬的毒理作用 一 毒性Cr0 Cr2 无毒或毒性很小Cr3 难吸收 毒性不大Cr6 毒性比大Cr3 100倍 1 急性毒性主要表现为皮肤和粘膜的损害 1 消化道吸收 a 消化系统症状 消化道腐蚀 呕吐 腹泻 腹痛b 肾损害 脑水肿 2 呼吸道 鼻出血 鼻粘膜萎缩 3 皮肤 皮肤腐蚀 急性皮肤糜烂 变态反应性皮肤炎 2 亚急性 慢性毒性 1 呼吸道 职业接触 鼻炎 咽炎 支气管炎 鼻中隔糜烂甚至穿孔 2 皮肤 接触性皮炎 湿疹 皮肤溃疡 铬疮 3 眼结膜 4 全身性影响 3 三致作用 1 致癌 Cr3 Cr6 均可致癌 铬癌 肺道 上呼吸道癌 2 致畸 Cr3 可通过胎盘屏障 3 致突变 Cr6 有较强致突变作用 Cr3 很弱 Cr3 Cr6 可诱发染色体畸变 二 毒作用机理1 氧化生物大分子和其他生物分子2 可与核酸 蛋白质结合 改变遗传密码3 与蛋白质 COOH结合 抑制酶的活性4 致敏作用 Cr6 在真皮还原为Cr3 Cr3 与蛋白质形成抗原 抗体复合物 第六节砷 一 污染来源二 理化性质三 代谢 一 吸收消化道 不溶性砷化合物不易被吸收 无机砷的吸收程度取决于溶解度和物理状态 砷酸盐在肠道中的吸收方式与磷酸盐类似 有机砷的吸收主要通过肠壁黏膜以简单扩散方式进行 呼吸道 可被完全吸收 但量很少皮肤 可被吸收 二 分布无机砷分布于红细胞中 95 99 大部分与血红蛋白上的珠蛋白结合 少量与血浆蛋白结合 而后分布于肝 肾 肺 肠 脾 皮肤 三 排泄和蓄积排泄 主要由肾经尿排出 其次经胆汁随粪便排出 也可由汗 乳汁 毛发 指甲排出 有机砷以原形排出 无机砷甲基化为有机砷后排出 蓄积 皮肤 骨骼 毛发中的半衰期很长 四 砷的毒理作用 一 毒性作用1 急性中毒 主要影响呼吸 消化 心血管 神经和造血系统吸入 刺激上呼吸道粘膜 流鼻涕 咳嗽 继而发生呕吐 腹痛 腹泻经口 胃部 腹部剧烈疼痛 呕吐 腹泻 中毒性肝损害 皮肤出血等 严重时出现神经系统症状 可因呼吸麻痹而死亡 最典型的临床症状是砷性皮肤损伤 1 初期 无力 消化系统症状 呼吸系统症状 2 皮肤色素沉着 3 皮肤过度角化 4 指甲失去光泽 出现白色横纹 头发脆 易脱落 5 末梢神经炎 神经系统症状 6 心血管系统 外周血管系统受损 血管狭窄 阻塞 2 慢性中毒地方性中毒 饮水型 燃煤型 台湾乌脚病 3 砷的细胞遗传学效应 1 砷诱发染色体畸变诱发体外培养的外周血淋巴细胞染色体畸变的能力 As2O3 AsCl3 NaAsO2 Na2HAsO4 H3AsO4 As2O5 三价砷 五价砷 2 砷诱发SCE和MN频率增加 4 砷的分子毒理学效应 1 砷对生物大分子合成的作用 双相性砷化合物在低浓度下能明显刺激细胞DNA合成作用 在高浓度下显著抑制DNA合成 As2O3 NaAsO2 Na2HAsO4 2 砷对细胞基因扩增的作用 3 砷对DNA损伤和修复的作用 4 砷对免疫功能的影响引发变态反应 对血淋巴细胞的作用呈双相性 5 砷的三致作用无机砷化学物是确认的致癌物 但不是始发致癌剂 而是辅助致癌剂 促癌剂 1 砷的致突变作用一般认为砷对人和哺乳动物细胞没有致突变性 或仅有极弱的致突变作用 一般情况下砷是以辅致突变形式在细胞突变 癌变中发挥作用的 2 砷的致畸作用动物实验表明砷有致畸作用 高剂量的砷对人可能也有致畸作用 阴离子形式的砷可