主要环境污染物毒理学

1、关于主要环境污染物的毒理学第1页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四必需营养元素：K, Na, Ca, Mg, Cu, Zn, Fe, Mn, V, Ni, Mo, Cr, Co污染元素：Hg, Cd, Pb, As, Cr环境元素丰度控制生物体内原始丰度；健康状态下，生物体内元素丰度保持严格的稳态；环境元素与生物体内元素保持动态平衡，平衡失调，则出现健康损害第2页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四二、镉的毒理学（一）镉的理化特性 镉是一种微带蓝色而具银白色光泽的柔软金属，抗腐蚀，耐磨，具延展性。原子量112.4，熔点320.9，沸点767，比重8.6

2、5。化合价为+2价。镉能生成很多无机化合物，有些无机化合物颇能溶解于水，如氯化物、硫酸盐和醋酸盐。 第3页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（二）、镉的来源和用途原料或催化剂用于生产塑料、颜料和试剂。由于镉的抗腐蚀性及抗摩檫性强，也是生产不锈钢、电镀以及雷达、电视荧光屏等的原料。镉在航空、航海上也有广泛用途。这些是镉的来源。在很多重要的合金中，都含有镉。它可增加铜的硬度并增加其在高温时的强度。这种铜镉合金被用于冷却装置，如用作汽车的散热器片。这种金属也用作某些焊料。最重要的用途是在碱性蓄电池中用作电极部件。第4页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（三

3、）、环境镉污染1、大气镉污染大气中镉的污染主要来自锌冶炼(干法)厂的废气。煤和燃料油的燃烧也是大气镉污染的来源。城市垃圾废弃物的燃烧也能造成镉对大气的污染。2、水的镉污染天然水体中镉的含量甚低(0.1-10ppb)，地下水高于地面水。水中镉的污染主要来源于含镉工业废水。其次是含镉矿渣的污染。第5页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四3、土壤镉污染 镉对土壤污染是镉对环境污染的主要方面。主要有三种类型即气型污染，水型污染和肥料污染。 总之，环境中镉的主要污染源是“三废”，随着工业“三废”的排放镉进入生物圈，大气、水体和土壤中，并随着大自然循环，经食物链最终进入人体。第6页，共

4、62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（四）镉的代谢与毒性1、吸收途径镉不是人体必需元素，新生儿体内几乎无镉，人体内镉是出生后从外环境摄取而蓄积的。镉主要是通过消化道和呼吸道进入人体。消化道的吸收率一般在1%2；呼吸道的吸收率为10-40%。每支烟含镉12g, 10%可被吸收 。Ca、Zn、Fe、蛋白质等抑制镉的吸收第7页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四2、分布与排泄镉进入人体后，可分布到全身各个器官，主要与富含半胱氨酸的胞浆蛋白相结合，形成金属硫蛋白而存在，这种金属硫蛋白对镉在体内的分布，代谢起着重要的作用。成年人体内含镉2030mg, 肾占1/3， 肝

5、1/6，其次分布于肺、胰、甲状腺、睾丸等。血镉10 g/L。蓄积性强，主要经肾分泌由尿液排出，正常人尿镉 肝肾心肺, 脑中汞含量最高。损害最为严重的部位是小脑和大脑两半球，特别是枕页，脊髓后束以及末梢感觉神经在晚期也受损。另外，甲基汞还是一种对机体有强烈生殖毒性的物质。第20页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四 2、甲基汞的毒作用机制巯基学说:甲基汞是一种亲巯基物质,可以与含巯基的物质结合成汞的硫醇盐复合物进入机体,从而引起与基有关的代谢发生紊乱,导致细胞损伤。该学说是甲基汞对细胞膜系统、酶活性、蛋白质的生物合成及核酸生物合成产生毒作用的生化基础5。自由基学说:Ganth

6、er等提出甲基汞在体内代谢转化过程中,g键断裂时,能够产生自由基,在蛋白质、核酸等生物大分子的局部引起自由基反应,造成它们结构的破坏。 脂质过氧化学说:一些学者通过对大鼠游离肝细胞甲基汞中毒的脂质过氧化研究,发现甲基汞的肝细胞失活和它的脂质过氧化作用皆与其浓度和作用时间有关。 第21页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四四、Pb的毒理学1 铅的含量、用途及排放铅是自然界分布很广的元素，在地壳中的含量0.0016%，是地壳中含量最高的重金属元素。铅具有密度高、熔点低、柔软易加工、耐腐蚀性等优良特性，在许多工业部门具有广泛的用途。世界上铅的消耗约560万吨。其中40%用于制造蓄

7、电池，20%以烷基铅的形式加入汽油中作防爆剂，12%用于建筑材料、6%用于电缆外套，5%用于制造弹药，另有17%用于其它用途。但是仅有四分之一的铅被回收再利用，其余排放于环境中，造成环境铅污染。第22页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四人类活动以来全球估计已向环境释放了30亿吨的铅其中95%以上是人为造成的。主要来自含铅矿山、冶炼企业的“三废”，特别是尾砂。其它工矿企业含铅废气（包括微粒）的排放和汽车尾气（包括气溶胶铅）是大气中铅的重要来源。现在环境中的铅水平是工业革命前的几百倍，现代人骨骼中的铅负荷量是史前时代的500倍。第23页，共62页，2022年，5月20日，17

8、点26分，星期四2 铅的环境化学行为铅整个的环境化学行为是在水圈、土壤圈、生物圈、大气圈之间相互转化的一个复杂的过程。以下讨论其在各个圈层的迁移转化过程。第24页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四2.1铅在水中的迁移转化铅在自然水体中主要是以Pb2+状态存在，其含量明显地受CO32-、SO42-、OH-和Cl-等含量的影响。在中性和弱碱性的水中，铅的浓度为氢氧化铅所牵制。水中含铅量取决于Pb(OH)2的浓度积，KspPb(OH)2=1.310-12，根据水解平衡方程可知，水中Pb(OH)+的浓度为5.4g/kg。在酸性水中含铅量远远高于碱性水中的含量，在偏酸性天然水体中，

9、水中Pb2+的浓度为硫酸铅所限制，KspPbSO4=8.810-9,同样可算出水中铅的总浓度可达到6.310-5110-4mol/L(即1120mg/kg),高出水中规定允许浓度的110200倍。第25页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四2.2 铅在土壤中的迁移转化土壤中的铅污染主要由石油燃烧和冶炼烟尘以及矿山、冶炼废水所引起的。所以土壤中的含铅量高低显著地受到冶炼厂的远近、交通密集程度的影响。土壤中的铅主要是以Pb(OH)2、PbCO3和PbSO4固体形式存在，在土壤溶液中的可溶性铅含量很低，土壤中的铅迁移性弱。氧化还原电位对土壤中可给态铅量会产生影响，随着土壤氧化还原

10、电位的升高，土壤中可溶性铅与高价铁、锰氧化物结合在一起，降低了铅的可溶性迁移。当土壤酸性时，土壤固定的铅，尤其是PbCO3容易释放出来，土壤中水溶性铅含量增加，可促使土壤中铅的移动。进入土壤的Pb2+容易被有机质和粘土矿物所吸附。第26页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四2.3 铅在大气中的转化迁移 由于大量的铅被加入汽油中作防爆剂；其直接后果首先是空气中铅的浓度升高，尤其是在工业区和人口集居、交通繁忙的城市及近郊。进入大气中的铅可扩散到很远的地方，即使在格陵兰岛终年积冰的地方，依然可以找到铅污染的痕迹4。在我国研究也表明，汽车尾气是城市环境空气中铅的主要来源 。第27页

11、，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四3 铅的毒理学3.1 铅的吸收转运：铅进入人体的途径有呼吸道、消化道和皮肤。成人每天由空气中吸收的铅为总吸收量的31%39%，在肺内沉淀吸收率为30%50%。呼吸到肺中的二氧化碳遇水生成碳酸，促进铅的溶解和吸收。铅还可以被呼吸道中的吞噬细胞很快带进血液。铅由消化道进入人体的量比经呼吸道进入的量要少，进入消化道的铅有十分之一被吸收，经肠道进入循环，经过肝脏，一部分由胆汁排到肠内，随粪排出；一部分进入血液。人体经皮肤吸收的绝大部分为有机铅，游离铅及其无机化合物一般不能由皮肤侵入。吸收到血液中的铅大部分经肾脏和消化道随尿、粪排出，少量通过唾液、

12、乳汁、汗液等排出。另一部分分储在血液中的铅以磷酸氢铅、甘油磷酸化合物、蛋白质化合物或铅离子状态随血液循环至全身，随后约91%95%的铅以下不溶性的磷酸铅的形式沉积于骨骼中，仅少部分储存在肝、脾、脑等器官和红细胞中。第28页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四3.2 铅的毒理作用研究表明，铅离子进入人体后，与人体内一系列的蛋白质、氨基酸内官能团和酶的结合，从而干扰了机体多方面的正常生化和生理活动，对神经、血液、造血、消化、泌尿生殖、心血管、内分泌、免疫等系统及儿童的生长发育均有毒性作用，引起铅中毒，尤其是以神经系统、造血系统和消化系统最为敏感 。第29页，共62页，2022年

13、，5月20日，17点26分，星期四 （1） 铅对神经系统的影响 人体的中枢神经系统是生命活动的总管，它的机能状态在铅中毒病程中起主导作用。铅可使形象化智力、视觉运动功能、记忆、反应时间受损，语言和空间抽象能力、感觉和行为能力改变，出现疲劳、失眠、烦躁、头痛及多动等症状。中度以上的铅中毒者，可出现多发性神经炎，严重者甚至损害桡神经或脊髓前角细胞，导致“铅麻痹”；晚期铅中毒严重者可因中枢神经发生器质性病变而引起中毒性脑病，如颅内血管痉挛促使脑血管发生早期硬化。第30页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（2）铅对造血系统的影响铅能影响卟啉代谢，卟啉是血红蛋白合成过程的中间产物。

14、当机体接触铅中毒后，影响了与-氨基乙酰丙酸(-ALA)转变为卟胆原、类卟啉转变为原卟啉及原卟啉与亚铁合成正铁血红素等过程，导致血红蛋白形成障碍，引起铅诱发贫血。铅诱发贫血常见于铅作业工人及儿童，特别是儿童。铅还抑制红细胞膜上Na+-K+-ATP酶和抑制磷酸戊糖旁路导致溶血。居住在工业区和重交通区的孩子平均血铅量为218679ug/L。血铅水平100 ug/L人口比例为64.9%99.5% 。第31页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（3） 铅对消化系统的影响在铅毒的作用下，可能发生肠胃机能一系列的变化。铅可抑制胰腺功能，增加唾液腺和胃腺的分泌。同时，铅会与肠道中的硫化氢结

15、合，使硫化氢失去促进肠蠕动的作用，导致顽固性便秘。第32页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（4）铅对其它器官系统的影响铅可损害肾脏近端小管和肾小球细胞，使肾小球滤过率增高，肾小管重吸收障碍，严重者可发生铅中毒性肾病，如肾原性高血压。铅可抑制肝脏混合功能氧化酶合成，导致肝脏生物转化作用受损，降低肝脏解毒功能。铅还可影响人类生殖功能，使精于畸变；母体铅可经胎盘影响胎儿发育，致使胎儿发生畸形，对人类的繁殖造成严重危害。第33页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四五、砷毒理学（一）砷的性质 原子序33，M74.92 ，类金属，银灰色固体。 价态：+3、+6、

16、-3 常见化合物：AsH3, As2O3（砒霜）, As2O5, H3AsO4, HAsO2, AsS2（雄黄） AsS3（雌黄），有机砷。 三价砷毒性最强。第34页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（二）砷污染源 在工农业生产上广泛使用，毒鼠剂、除草剂、杀菌剂、防腐剂、油漆、染料、半导体材料、铜铅合金。 燃煤：煤砷345mg/kg。 采矿：雄黄（AsS2）、雌黄（AsS3）、砷铁矿（FeAsS)。 自然释放：8106kg/yr 人为释放： 24106kg/yr第35页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四 （三）砷的代谢 吸收 砷化物可经过呼吸道、消化

17、道和皮肤吸收。阴离子砷和易溶性砷化合物在消化道中的吸收较快。砷化合物的溶液摄入后很容易吸收，吸收率可达90%。 分布 人的毛发、皮肤与指甲砷含量通常最高 。无机砷化合物被吸收入血后，大部分与血红蛋白上的珠蛋白结合，少量与血浆蛋白结合。排泄 体内的砷主要经肾由尿排出，其次是经胆汁随粪便排出，也可由汗液、毛发和指甲排出少许。第36页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四转化 转化机理尚不完全清楚。 无机三价砷在体内转化为五价砷。 排泄产物： 甲基胂酸、二甲基次胂酸、三甲基胂，共占90%以上。第37页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（四）砷的毒理作用 以恶心

18、、呕吐、腹泻及严重腹痛为主要特征的急性砷中毒多发生在误服、谋杀或事故等情况下 ,严重者可发生神经异常、呼吸困难、心脏衰竭而死亡。致死剂量：砷化氢（AsH3）为0.100.15g。亚砷酸（As2O3）为0.100.30g。砒霜：0.0600.20 g1、急性毒性第38页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四2、慢性毒性 慢性中毒以长期从饮料、食品中摄取砷者为多。根据报告，如果长期连续地摄取0.500.10mg/d的砷可出现明显中毒症状，如果长期摄取浓度为3.06.0mg/L的水，可出现明显中毒症状。慢性砷中毒是一个以皮肤损害为主的全身性疾病 ,可引起皮肤病、造血功能低下、肝脏损

19、害、感觉障碍、外周神经炎、厌食以及皮肤和内脏肿瘤等。最近有人群资料表明慢性砷中毒与高血压、糖尿病的发生亦有关。第39页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四3、“三致”性 无机砷被认为具有致癌作用，流行病学证实砷能引起人类皮肤癌和肺、膀胱等内脏肿瘤的发生。砷对皮肤致癌的毒性 浓度为0.200.25mg/d。但目前尚未建立起公认的砷致癌的动物实验模型。辅致癌剂。砷可以引起姊妹染色单体交换率增加 ,增加DNA复制中错误的可能性,也有人认为砷的致癌作用与肿瘤抑制基因的甲基化受到影响有关。至于免疫功能受到抑制，砷拮抗元素硒的作用等均在致癌过程中有一定影响 。砷的致癌机制有待深入研究。

20、第40页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四4、中毒机理 砷化物能与体内巯基酶结合 ,使多种酶受到抑制 ,影响细胞正常代谢 ,起到原浆毒作用 ,使神经系统、心、肝、肾、胃肠受损,并直接损害毛细血管或作用于血管舒缩中枢,使血管平滑肌麻痹 ,毛细血管扩张,血管通透性改变。 砷化物对线粒体呼吸有明显抑制作用,砷酸盐可减弱线粒体氧化磷酸化反应或使其过程拆偶联。砷化合物可与 DNA聚合酶结合 ,对 DNA合成与修复有影响砷酸盐可取代磷酸盐与 DNA链结合，造成染色体畸变。 砷化氢经呼吸道进入人体95% 99%与红细胞血红蛋白结合形成血红蛋白过氧化物 ,通过谷胱甘肽氧化作用使还原形谷胱

21、甘肽氧化成氧化形谷胱甘肽引起溶血，红细胞钾钠泵作用破坏，细胞肿胀、溶解，导致肾功能衰竭。第41页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四六、铬的毒理学（一）铬的理化性质 原子序24，M51.996。 价态：2+、3+、6+。 2价铬不稳定。 3价铬：强酸盐易溶。 6价铬：铬酸盐（CrO42-)、重铬酸盐（Cr2O72-) 铬酐 （CrO3) 毒性形态： 6价铬； 碱性环境中3价铬可被氧化为6价铬，酸性厌氧环境中6价铬可被还原为3价铬 第42页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（二）环境铬污染 污染源： 铬矿：铬铁矿、铬铅矿、硫酸铬矿。 世界铬年产量750万

22、t , 90%用于钢铁生产。 土壤：平均100mg/kg。 重铬酸盐：用途广泛，电镀、皮革、制药、研磨剂、颜料、合成催化等 化石燃料燃烧：煤10mg/kg。 金属冶炼、化工“三废”排放。第43页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（三）铬的代谢吸收：消化道、呼吸道、皮肤消化道吸收：Cr3+：3%， Cr6+更易吸收 食物中的有机铬：10%25%呼吸道吸收： Cr6+40%， Cr3+难以吸收皮肤吸收：Cr6+分布：消化道吸收铬主要分布与肺、肝、脾、肾呼吸道吸收铬大量积聚于肺，其次肝、肾脾第44页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四排泄与蓄积 体内铬总量

23、6mg以下。 有蓄积作用：肾、肝、骨人体内生物半衰期：27天，80%经尿液排出。第45页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（四）铬的毒理作用1、急性毒性肠胃道：致死剂量：重铬酸钾3g。中毒症状：刺激和腐蚀肠胃道，引起恶心、呕吐、腹疼、腹泻、血便、脱水。头疼、头晕、呼吸急促等呼吸道：中毒浓度： CrO3 0.0150.033 mg/m3； Cr2O72-：0.0450.5 mg/m3。中毒症状： CrO3 ：鼻出血、声嘶哑、鼻粘膜萎缩； Cr2O72-：胃及十二指肠溃疡、肝舯大皮肤：刺激和腐蚀作用，皮炎。第46页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四2、慢

24、性毒性呼吸道：由于刺激和腐蚀作用引起鼻炎、咽炎、支气管炎皮肤：皮炎、湿疹、皮肤溃疡全身性症状：头疼、贫血、消化不良、肾脏损害、肺炎、支气管哮喘、神经衰弱、高血压、高血脂、冠心病、肺心病 第47页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四3、“三致”性六价铬和三价铬均有致癌作用。肺癌。三价铬可透过胎盘屏障，对胎儿致畸六价铬具有较强的致突变作用。DNA氧化损伤。第48页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四4、毒作用机理Cr3+参与人体糖代谢，必需微量元素，需要量0.060.36mg/d。Cr6+：强氧化性，可氧化生物大分子（DNA, RNA, 蛋白质，酶，Vc等）

25、；影响体内氧化、还原、水解过程；与核酸、核蛋白结合，导致细胞突变还原过程中消耗谷光苷肽第49页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四第二节 常见农药的毒理学一、概述农药：杀灭或抑制农业有害生物的化学药剂。 杀虫剂、杀菌剂、除草剂等种类：有机氯，有机磷，氨基甲酸酯类，拟除虫菊酯类挽回约10%的农业损失。全世界开发1200种，常用200余种。农药环境污染问题突出。1962， Rachel Carson 寂静的春天重视农药环境化学行为研究高效低毒农药开发第50页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四二、农药的污染 1、生产过程 废气：大气污染 废水：水体污染2、使

26、用过程 仅10%30%的农药粘附在作物上。大气污染：施用中农药直接进入大气； 土壤、植物表面挥发进入大气； 农业废弃物燃烧，通风排气等土壤污染：70%进入土壤。农药拌种水体污染：农药地表径流，地下水污染第51页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四三、几类重要农药的毒理学（一）有机氯农药1、特点：氯代烃类化合物，广谱高效杀虫剂；脂溶性：生物富集作用极强难降解2、吸收、分布：吸收：呼吸道、消化道、皮肤。皮肤吸收是最常见最危险的途径；食物链传递。分布：主要分布于脂肪组织、神经组织及肝、肾、骨髓、肾上腺、卵巢、脑等。可穿过胎盘屏障。排泄：尿、粪、乳汁转化：脱卤反应，形成不稳定氧化产

27、物第52页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四3、毒理作用（1）急性毒作用靶器官：CNS症状：肌肉震颤、阵发性抽，全身麻痹，肝脏舯大，肝细胞坏死。中毒剂量： DDT：10mg/kg中毒，口服LD150mg/kg； 六六六：口服LD400mg/kg，丙体：70mg/kg第53页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（2）慢性毒作用肝、肾损害：肝肿大、肝细胞变形坏死CNS：降低神经膜对K的透性；抑制神经末鞘ATP酶活性；激活CNS，乙酰胆碱分泌增加，抑制单胺氧化酶，5-羟色胺积累酶活性：诱导CytP-450， 脱氯化氢酶，ALA合成酶等。类固醇代谢：改变激素平衡水平对生殖机能的影响：环境激素性周期、功能障碍。男性精子数量由60年代3.0亿/ml, 下降至0.5亿/ml, 3.5ml/次下降到2.4ml/次胚胎发育障碍第54页，共62页，2022年，5月20日，17点26分，星期四（3）