重金属污染与人体健康

收 稿 日 期 : 1999 - 06 - 08重 金 属 污 染 与 人 体 健 康常 学 秀 , 文 传 浩 , 王 焕 校 (云 南 大 学 生 命 科 学 与 化 学 学 院 生 物 系 , 云 南 昆 明 650091)摘 要 : 大 多 数 重 金 属 属 于 人 体 所 必 需 的 微 量 元 素 , 但 重 金 属 污 染 已 经 成 为 威 胁 人 类 发 展 的 重 大 环 境问 题 。 过 量 重 金 属 对 人 体 的 威 胁 极 大 : 它 们 具 有 抗 生 育 能 力 , 阻 碍 胚 胎 的 正 常 发 育 , 影 响 儿 童 的 正 常 成长 , 同 时 威 胁 成 人 的 健 康 , 严 重 限 制 了 人 口 的 健 康 和 可 持 续 发 展 。关 键 词 : 重 金 属 ; 环 境 污 染 ; 人 体 健 康 ; 可 持 续 发 展中 图 分 类 号 : 文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1006 947x (2000) 01 - 0059 - 03多 年 来 的 研 究 表 明 , 重 金 属 污 染 对 人 群 健 康 的危 害 是 多 方 面 、 多 层 次 的 , 其 毒 理 作 用 表 现 为 : 造成 生 殖 障 碍 , 影 响 胎 儿 正 常 发 育 , 威 胁 儿 童 和 成 人身 体 健 康 等 , 最 终 降 低 人 口 身 体 素 质 , 阻 碍 了 人 口的 可 持 续 发 展 。1 环 境 中 的 重 金 属 污 染111 大 气 中 的 重 金 属 污 染大 气 中 的 重 金 属 有 自 然 来 源 和 人 为 来 源 , 各 种元 素 的 两 种 来 源 间 比 例 不 同 。 1983 年 全 球 由 自 然来 源 进 入 大 气 的 重 金 属 中 , 铅 仅 占 其 向 大 气 总 释 放量 的 315 %左 右 , 镉 的 比 例 也 很 低 , 只 有 总 释 放 量的 15 % , 而 铬 、 铜 的 比 例 比 较 高 , 约 分 别 为 59 %和 44 %。 1 。 社 会 生 产 、 生 活 活 动 释 放 到 大 气 中 的重 金 属 铅 、 镉 、 镍 、 汞 、 铜 的 数 量 则 远 远 大 于 它 们的 自 然 输 入 量 。 例 如 , 人 为 来 源 的 镉 有 310012040t/ a , 锌 为 70250 193500t/ a , 铅 为 288700376000t/ a , 铜 为 19860 50870t/ a。 在 多 种 复 杂 的途 径 中 , 以 化 石 燃 料 的 燃 烧 和 金 属 冶 炼 过 程 中 的 释放 较 为 重 要 。 大 气 中 的 重 金 属 可 以 通 过 呼 吸 作 用 随气 体 进 入 人 体 , 也 可 以 沿 食 物 链 通 过 消 化 系 统 被 人体 吸 收 , 对 人 群 健 康 的 危 害 是 极 大 的 。112 水 体 中 的 重 金 属 污 染在 没 有 人 为 污 染 的 情 况 下 , 水 体 中 重 金 属 的 含量 取 决 于 水 与 土 壤 、 岩 石 的 相 互 作 用 , 其 值 一 般 很低 , 不 会 对 人 体 健 康 造 成 危 害 。 但 工 矿 业 废 水 、 生活 污 水 等 未 经 适 当 处 理 即 向 外 排 放 , 污 染 土 壤 和 废弃 物 堆 置 场 受 流 水 作 用 , 以 及 富 含 重 金 属 的 大 气 沉降 物 输 入 , 都 使 水 体 重 金 属 含 量 急 剧 升 高 , 导 致 水体 受 到 重 金 属 污 染 。污 染 物 排 放 源 主 要 集 中 在 大 、 中 城 市 , 因 此 ,水 体 重 金 属 污 染 主 要 危 害 人 群 也 相 对 集 中 于 城 市 地区 。 重 金 属 通 过 直 接 饮 水 、 食 用 被 污 水 灌 溉 过 的 蔬菜 、 粮 食 等 途 径 , 很 容 易 进 入 人 体 内 , 威 胁 人 群 健康 。113 土 壤 中 的 重 金 属 污 染在 自 然 情 况 下 , 土 壤 中 重 金 属 主 要 来 源 于 母 岩和 残 落 的 生 物 物 质 , 一 般 情 况 下 含 量 比 较 低 , 不 会对 人 体 及 生 态 系 统 造 成 危 害 。人 为 作 用 是 使 土 壤 遭 受 重 金 属 污 染 的 重 要 原因 。 在 金 属 矿 床 开 发 、 城 市 化 、 固 体 废 弃 物 堆 积 以及 为 提 高 农 业 生 产 而 施 用 化 肥 、 农 药 、 污 泥 及 污 水灌 溉 等 过 程 中 , 都 可 以 使 重 金 属 在 土 壤 中 大 量 积累 。 积 累 在 土 壤 中 的 重 金 属 可 以 通 过 淋 溶 作 用 进 入水 体 , 也 可 以 通 过 种 植 等 农 业 活 动 进 入 农 作 物 , 进而 对 人 类 造 成 危 害 。2 重 金 属 与 人 体 健 康许 多 重 金 属 属 于 人 体 必 需 的 微 量 元 素 , 一 旦 缺少 某 种 或 某 几 种 , 就 会 使 人 体 健 康 受 到 威 胁 。 但 无论 必 需 元 素 还 是 有 毒 元 素 , 人 体 对 它 的 耐 受 都 有 一个 阈 值 , 超 过 这 个 阈 值 后 便 对 健 康 造 成 危 害 。211 微 量 重 金 属 与 人 体 健 康微 量 重 金 属 元 素 与 人 体 生 命 过 程 有 着 密 切 关系 , 虽 然 在 体 内 的 含 量 非 常 微 小 , 但 生 理 功 能 独特 , 能 够 调 节 机 体 内 的 生 物 酶 活 性 , 促 进 宏 量 元 素在 体 内 的 运 输 , 参 与 激 素 的 合 成 等 , 在 新 陈 代 谢 中起 着 十 分 重 要 的 作 用 。研 究 表 明 , 这 些 微 量 重 金 属 元 素 相 互 影 响 , 相互 作 用 , 参 与 体 内 多 种 酶 的 合 成 , 增 强 机 体 的 防 御功 能 , 提 高 免 疫 能 力 , 减 少 疾 病 , 保 持 人 体 健 康 。铜 离 子 在 胶 原 蛋 白 和 弹 力 蛋 白 的 合 成 中 起 着 重 要 作用 , 它 多 以 铜 蓝 蛋 白 的 形 式 存 在 。 妊 娠 妇 女 如 铜 不足 , 则 羊 膜 和 绒 毛 膜 发 育 不 良 , 胎 膜 脆 性 增 加 , 弹95重 金 属 污 染 与 人 体 健 康 常 学 秀力 下 降 , 导 致 胎 膜 在 孕 期 不 能 够 承 受 日 渐 增 大 的 压力 而 破 裂 , 对 母 子 造 成 不 利 影 响 2 ,3 。 糖 尿 病 人 体内 重 金 属 元 素 钒 和 铬 处 于 缺 乏 状 态 , 钒 和 铬 均 具 有胰 岛 素 样 作 用 , 对 糖 代 谢 的 作 用 表 现 在 以 下 几 个 方面 : 促 进 葡 萄 糖 通 过 细 胞 膜 进 入 细 胞 内 ; 促 进葡 萄 糖 磷 酸 化 ; 促 进 葡 萄 糖 氧 化 ; 促 进 糖 原 合成 和 抑 制 糖 异 生 。 钒 和 铬 与 脂 肪 及 胆 固 醇 代 谢 也 密切 相 关 , 具 有 降 血 脂 及 增 加 高 密 度 脂 蛋 白 ( 作 用 4 。 缺 乏 它 们 能 引 起 体 内 甘 油 三 酯 、 胆 固 醇水 平 升 高 , 诱 发 高 胆 固 醇 血 症 和 高 脂 血 症 。 流 行 病调 查 统 计 表 明 , 食 用 含 钒 和 含 铬 较 高 的 食 物 , 则 不会 发 生 类 似 的 病 变 。 另 外 , 铬 酸 配 合 中 药 生 肌 散 用来 治 疗 宫 颈 炎 , 也 已 取 得 了 满 意 效 果 5 。212 过 量 重 金 属 对 人 体 健 康 的 危 害 症 状 及 机理过 量 的 重 金 属 大 多 数 都 能 够 抑 制 生 物 酶 的 活性 , 破 坏 正 常 的 生 物 化 学 反 应 。 重 金 属 通 过 空 气 、水 、 食 物 等 渠 道 进 入 体 内 , 产 生 遗 传 毒 性 、 生 殖 毒性 等 , 极 大 地 影 响 了 人 群 的 健 康 和 可 持 续 发 展 。21211 造 成 生 殖 障 碍微 量 重 金 属 元 素 与 男 性 生 殖 功 能 间 的 关 系 已 经引 起 国 内 外 研 究 者 的 广 泛 注 意 , 精 液 中 的 微 量 重 金属 元 素 在 男 性 生 殖 和 生 殖 内 分 泌 功 能 中 的 作 用 , 已成 为 男 性 生 殖 生 理 研 究 的 重 要 新 课 题 。试 验 证 明 铜 具 有 抗 生 育 作 用 : 低 浓 度 二 价 铜离 子 对 精 子 有 相 对 性 毒 害 ; 氧 化 铜 可 减 少 子 宫 颈分 泌 物 的 粘 稠 度 , 并 且 能 够 溶 解 子 宫 颈 粘 液 , 从 而干 扰 精 子 的 移 动 及 受 精 卵 着 床 ; 二 价 铜 离 子 抑 制分 泌 期 子 宫 内 膜 细 胞 中 碱 性 磷 酸 酶 、 碳 酸 酐 酶 及 透明 质 酸 酶 的 活 性 , 提 高 增 生 期 子 宫 内 膜 细 胞 中 酸 性磷 酸 酶 的 活 性 , 影 响 生 殖 过 程 ; 子 宫 内 膜 吸 收 一部 分 二 价 铜 离 子 后 , 可 以 干 扰 内 膜 细 胞 中 其 它 微 量元 素 (如 锌 、 锰 等 ) 的 含 量 和 代 谢 。钒 及 其 化 合 物 也 具 有 一 定 的 生 殖 毒 性 , 尤 其 是造 成 男 性 的 性 腺 毒 性 而 影 响 生 殖 能 力 6 。 研 究 表 明铅 对 亲 代 生 殖 生 理 和 生 殖 器 官 的 功 能 也 具 有 极 大 的危 害 。 因 此 , 铜 、 钒 及 其 它 重 金 属 是 造 成 人 类 生 殖障 碍 的 重 要 致 病 因 子 之 一 。21212 影 响 胚 胎 正 常 发 育在 母 体 受 孕 期 间 , 如 果 过 量 接 触 重 金 属 会 引 起流 产 、 死 胎 、 畸 胎 等 异 常 妊 娠 。 进 入 母 体 的 重 金 属元 素 一 旦 经 过 胎 盘 转 移 , 直 接 进 入 胎 儿 体 内 与 胎 儿接 触 , 就 会 影 响 胚 胎 的 正 常 发 育 。 根 据 杨 宵 霖 等 7 的 调 查 , 环 境 铅 污 染 对 妇 女 生 育 功 能 的 危 害 很 大 ,长 期 生 活 在 铅 污 染 区 的 孕 妇 , 体 内 血 铅 、 红 细 胞 锌原 卟 啉 (和 红 细 胞 精 氨 酸 酶 (的 值 明 显高 于 生 活 在 无 铅 污 染 区 的 孕 妇 , 而 前 者 的 胎 儿 成 活率 、 成 活 胎 儿 出 生 体 重 及 其 妊 娠 周 数 等 , 则 明 显 低于 后 者 。 另 外 , 孕 妇 铅 暴 露 对 胎 儿 期 及 出 生 后 小 儿智 能 发 育 的 影 响 也 较 为 严 重 8 。 除 铅 外 , 汞 也 能 够引 起 流 产 、 死 胎 、 畸 胎 等 异 常 妊 娠 。21213 威 胁 儿 童 健 康长 期 的 环 境 铅 暴 露 能 够 导 致 铅 在 人 体 组 织 中 的沉 积 , 特 别 是 在 骨 骼 、 牙 齿 、 肾 脏 和 大 脑 中 的 积累 。 现 在 , 人 们 的 研 究 焦 点 集 中 在 环 境 铅 污 染 对 儿童 中 枢 神 经 系 统 的 影 响 上 , 已 经 报 道 的 关 于 环 境 铅污 染 对 儿 童 中 枢 神 经 系 统 影 响 的 证 据 , 已 成 为 公 共卫 生 讨 论 环 境 铅 污 染 标 准 的 中 心 问 题 。许 多 研 究 揭 示 , 亚 临 床 的 铅 暴 露 与 儿 童 行 为 和智 力 有 关 , 儿 童 长 期 接 触 低 浓 度 的 铅 , 可 导 致 行 为功 能 改 变 , 常 见 有 模 拟 学 习 困 难 、 空 间 综 合 能 力 下降 、 运 动 失 调 、 多 动 、 易 冲 动 、 注 意 力 下 降 、 侵 袭性 增 加 、 智 商 下 降 。铅 是 一 种 强 烈 亲 神 经 性 物 质 , 其 神 经 毒 性 明 显早 于 其 它 器 官 系 统 , 同 时 , 引 起 行 为 功 能 损 害 的 铅浓 度 显 著 低 于 细 胞 损 害 及 形 态 改 变 所 需 的 浓 度 。 儿童 处 于 大 脑 发 育 时 期 , 血 脑 屏 障 不 及 成 人 健 全 , 铅容 易 通 过 此 屏 障 而 进 入 大 脑 ; 同 时 , 儿 童 脑 部 铅 积累 所 引 起 的 毒 性 比 成 人 敏 感 。 铅 可 以 作 用 于 中 枢 神经 系 统 的 不 同 部 位 , 导 致 中 枢 神 经 系 统 功 能 紊 乱 ,而 儿 童 心 理 活 动 是 受 中 枢 神 经 系 统 支 配 的 , 当 儿 童中 枢 神 经 系 统 受 影 响 时 , 势 必 反 映 到 神 经 行 为 功 能的 改 变 。 因 此 就 产 生 了 上 述 的 儿 童 铅 中 毒 症 状 。环 境 镉 污 染 对 儿 童 健 康 的 影 响 也 是 重 金 属 毒 理学 研 究 的 重 要 内 容 。 刘 春 兰 等 对 冶 炼 厂 周 围 受 污 染的 A、 B 两 所 小 学 空 气 、 饮 用 水 、 灌 溉 水 、 土 壤 、大 米 、 蔬 菜 中 镉 含 量 与 儿 童 发 隔 、 生 长 发 育 指 标 之间 的 相 关 性 进 行 了 调 查 分 析 (以 C 小 学 为 对 照 ) 。结 果 表 明 , A、 B 两 所 小 学 儿 童 发 镉 含 量 均 显 著 高于 C 小 学 , 身 高 、 体 重 、 胸 围 、 肺 活 量 发 育 较 落 后 , 其 中 肺 活 量 差 异 尤 其 显 著 。 同 时 , A、B 小 学 儿 童 体 格 发 育 的 匀 称 度 也 较 差 。镉 在 体 内 的 积 累 是 一 个 慢 性 过 程 , 随 年 龄 增 加而 升 高 , 由 于 儿 童 正 处 于 生 长 发 育 时 期 , 其 机 体 与外 界 环 境 进 行 物 质 交 换 的 能 力 较 强 , 他 们 较 成 人 更为 敏 感 , 更 容 易 受 环 境 中 重 金 属 污 染 物 的 危 害 。21214 威 胁 成 人 健 康环 境 中 铅 、 锰 、 铜 、 汞 、 镉 等 重 金 属 污 染 对 成人 健 康 的 损 害 巨 大 , 低 剂 量 的 这 些 污 染 物 就 能 够 使机 体 代 谢 发 生 紊 乱 , 诱 发 疾 病 , 甚 至 死 亡 。06云 南 环 境 科 学 第 19 卷 第 1 期 2000 年 3 月锰 污 染 会 引 起 肺 炎 和 其 它 疾 病 。 早 在 1941 年 报 道 日 本 的 一 个 小 团 体 16 人 因 饮 用 锰污 染 的 水 发 生 锰 中 毒 , 其 中 3 例 死 亡 (包 括 一 名 自杀 ) 。 有 学 者 分 析 了 成 人 环 境 铅 接 触 的 健 康 危 害 ,认 为 铅 对 成 人 神 经 系 统 、 消 化 系 统 及 心 血 管 系 统 都有 损 伤 作 用 , 其 中 神 经 系 统 比 其 它 系 统 更 容 易 遭 受铅 毒 害 。铜 过 剩 可 使 血 红 蛋 白 变 性 , 损 伤 细 胞 膜 , 抑 制一 些 酶 的 活 性 , 从 而 影 响 机 体 的 正 常 代 谢 , 并 且 还会 导 致 心 血 管 系 统 疾 病 。镉 中 毒 的 典 型 症 状 是 肾 功 能 受 破 坏 , 肾 小 管 对低 分 子 蛋 白 再 吸 收 功 能 发 生 障 碍 , 糖 、 蛋 白 质 代 谢紊 乱 , 引 发 尿 蛋 白 症 , 糖 尿 病 ; 镉 进 入 呼 吸 道 可 引起 肺 炎 、 肺 气 肿 ; 作 用 于 消 化 系 统 则 引 起 肠 胃 炎 ;镉 中 毒 者 常 常 伴 有 贫 血 ; 骨 骼 中 有 过 量 镉 积 累 会 使骨 骼 软 化 、 变 形 、 骨 折 、 萎 缩 ; 镉 中 毒 也 会 引 起 癌症 1 。3 重 金 属 污 染 对 人 口 可 持 续 发 展 的 影 响人 口 是 可 持 续 发 展 的 主 体 , 合 理 的 人 口 数 量 和高 素 质 的 人 口 是 可 持 续 发 展 的 必 要 前 提 。 一 般 来说 , 人 口 素 质 包 括 身 体 素 质 、 文 化 素 质 和 道 德 素质 。 人 口 身 体 素 质 是 人 口 文 化 素 质 和 人 口 道 德 素 质的 载 体 , 是 人 口 素 质 建 设 的 前 提 条 件 , 人 口 身 体 素质 过 低 必 然 影 响 社 会 可 持 续 发 展 能 力 的 提 高 。影 响 人 口 身 体 素 质 的 因 素 是 多 种 多 样 的 , 环 境因 素 就 是 其 中 之 一 。 自 然 或 社 会 环 境 可 以 对 机 体 产生 影 响 , 引 起 机 体 某 系 统 、 器 官 乃 至 细 胞 、 分 子 水平 的 变 化 。联 合 国 的 一 份 调 查 报 告 指 出 , 美 国 大 约 有8000 万 人 的 健 康 受 空 气 污 染 的 威 胁 ; 在 世 界 贫 困地 区 , 与 环 境 污 染 有 关 的 疾 病 每 年 夺 去 1100 万 儿童 的 生 命 ; 将 近 100 个 发 达 和 发 展 中 国 家 仍 然 在 使用 含 铅 汽 油 , 其 中 的 污 染 物 会 导 致 人 类 大 脑 的 永 久性 损 伤 。 环 境 因 素 是 导 致 人 类 生 病 和 死 亡 的 主 要 原因 9 。重 金 属 污 染 会 使 亲 本 生 殖 细 胞 和 生 殖 器 官 受损 , 导 致 死 精 、 不 育 ; 影 响 胎 儿 的 正 常 发 育 , 引 起流 产 、 死 胎 、 畸 胎 、 早 产 ; 影 响 儿 童 身 体 健 康 和 智力 水 平 ; 导 致 成 人 发 生 疾 病 等 。 因 此 , 它 破 坏 了 人口 可 持 续 发 展 的 基 础 , 严 重 影 响 了 人 口 的 可 持 续 发展 。为 此 , 需 要 最 大 限 度 地 控 制 重 金 属 进 入 环 境 ,并 且 对 已 经 污 染 的 环 境 进 行 积 极 治 理 。 要 保 护 人 群免 受 重 金 属 污 染 物 的 毒 害 , 特 别 要 保 护 孕 妇 和 儿童 , 因 为 他 们 对 重 金 属 的 易 感 性 比 较 高 , 在 人 口 可持 续 发 展 中 的 影 响 作 用 也 比 较 大 。 另