稀土元素的蓄积性及其毒性效应

稀土元素的蓄积性及其毒性效应

根据许多研究，稀释土（re）与一般毒性物质相似，对生物没有刺激影响（即低剂量时促进血液循环，高剂量时抑制生命系统的各个系统）。长期以来,特别是RE在农业上应用以来,RE在机体内的蓄积性及其诱发的生物效应一直为人们广泛关注。RE的毒性研究亦从单一的急慢性效应向综合效应深入,近期对农用混合硝酸RE化合物长期经口染毒后在遗传、免疫、胚胎、细胞、神经、肝脏及内分泌等方面的毒性效应研究取得了显著成果。研究结果显示,RE农业应用的安全性不容忽视。本文在综合前人相关研究报道的基础上,结合笔者研究结果,从RE在动物脑部的蓄积性和毒性效应出发,探讨农业应用RE以及RE厂“三废”排放对农业生态环境和人群健康的潜在危害。1在组织和生长方面的应用及对re在体内生长和复配的作用众多研究表明,RE经口、呼吸道、皮肤、注射等途径进入动物机体后,可以通过血液输导而滞留或蓄积于各脏器组织,且在各脏器、组织间呈不均匀分布,有的脏器、组织对RE具有明显的选择性吸收和蓄积。其中关于RE能否进入脑部的研究,长期就是否存在“血-脑屏障”而无定论,王夔等引自Dorovini的报道称,RE可借助于与低渗阿拉伯糖溶液和氯化镧一起注入鼠颈动脉血管内皮细胞的紧密连接处而进入脑部;但通常情况下,RE能否进入脑部尚不清楚。笔者应用核素示踪技术研究铈(141Ce)、钕(147Nd)在小鼠体内的分布,结果表明,141Ce(200和800mg·kg-1)经口摄入后,在小鼠血液和大脑中的蓄积水平(比活度)及相对比(各脏器组织的比活度占所测脏器组织总活度的百分率)随剂量和摄取时间而递增,表现出明显的蓄积性;147Nd(200mg·kg-1)由腹腔注入后,随体液输配,短期(3~5d)内在血液和大脑中均有明显吸收与滞留,但因一次性注入后在体内再分配,而致蓄积水平和相对比均随试验时间进一步延长而降低;141Ce和147Nd在大脑中的蓄积水平及其相对比均比血液中高,说明大脑对Ce和Nd具有蓄积性。彭瑞玲等引用国外报道称,RE可以通过胎盘屏障和血-脑屏障,而且幼年动物可以通过乳汁吸收RE。徐厚恩等有关农用稀土(“常乐”)安全限量的研究表明,硝酸稀土Ce3+、La3+经口摄入后,在血清中蓄积水平分别为0.42和36.57ng·mL-1,在脑海马体中蓄积水平分别为15.1和389.9ng·mL-1,说明La3+和Ce3+易被血液和脑海马体吸收而蓄积。其中在脑部的蓄积性明显较大,且La3+比Ce3+更易被吸收与蓄积,该文提示农用稀土“常乐”低剂量(2mg·kg-1)摄入,在脑部的积累不容忽视。彭瑞玲等以头发作为生物标志物,研究江西稀土矿区婴幼儿及其母亲头发中RE分布规律。结果表明,随着暴露程度的增加,婴幼儿头发中RE有蓄积趋势,比对照区(远离RE矿区)高达10倍,以轻RE为主,且婴幼儿头发中RE含量明显高于其母亲,成为高暴露人群;周宁等研究表明,动物毛发与内脏(包括大脑、小脑)中RE含量有显著正相关关系,说明RE在脑部具有蓄积性,这对于RE暴露人群同样具有警示意义。2对高级神经中枢的影响RE对脑的毒性早有报道,杨频等引自Lottvin的报道称,La3+具有神经阻滞剂功能;申治国引自Verstraeten的报道认为RE的神经毒性与Al3+相似;丁桂树等引自Haley的报道表明,钕和其他RE在临床上可用作中枢神经系统抑制剂。朱为方等的研究表明,大鼠日饲喂中等剂量(140~147mg·kg-1)和低剂量(5.6~6.2mg·kg-1)RECl3240d后,2组大鼠脑海马体中乙酰胆碱酯酶活性受到显著抑制;中等剂量组鼠的大脑病理切片显示神经元胞体肿胀及噬节现象明显,延髓和小脑与对照相比无显著差异,摄入低剂量RE在短期(8个月)即可出现大脑毒性反应,摄入中等剂量则更为明显,表明RE对高级神经中枢毒性很敏感。王瑜等就镧离子对神经细胞内游离钙和代谢活力的影响研究表明,镧对神经细胞不仅有钙拮抗作用,而且可能直接进入脑细胞,促进以钙释钙,加重兴奋性神经毒性损伤,具有潜在神经毒性。祝世功等以不同剂量LaCl3注射大鼠侧脑室,研究其对神经内分泌的影响。结果表明,小剂量(0.005μmol)组可使下丘脑腹内侧(VMN)血清中生长素相关神经元放电明显增加,并可引起血清中生长素含量增加;而大剂量(0.5μmol)组,VMN放电呈抑制反应,血清中生长素含量呈减少趋势,说明LaCl3引起血清中生长素含量变化与其作用下丘脑VMN有关。章子贵等采用行为观察和生化检测相结合的方法,以不同剂量(0、3.0、4.5和6.0mg·L-1)Ce(NO3)3经大鼠长期(5个月)饮用,研究其对学习、记忆力的影响及其脑内作用机制表明,剂量为6.0mg·L-1组大鼠的学习、记忆力均显著(P<0.05)低于对照组,表明铈对脑功能有明显的损伤作用,其机制与Ce(NO3)3明显抑制大鼠脑内SOD的活性(即抗氧化能力下降)有关。不同剂量(0.02、0.30、3.00和20.00mg·kg-1)混合硝酸稀土和硝酸镧分别对小鼠、大鼠灌胃染毒试验表明,鼠体神经学行为(学习、记忆和自主活动)均受到明显抑制,分析原因与其海马皮层细胞结构及其神经细胞海马兴奋性受体胆碱能M受体(M-receptor)的活性明显变化(抑制)有关。综上研究充分说明,大脑对RE甚为敏感,一定剂量RE染毒可诱发毒性效应,对神经产生抑制作用,其原因与脑内化合物的含量或活性降低等密切相关。3稀土元素和微量元素江西赣南地区(赣县、丰县)土壤系富含稀土元素的花岗岩风化而成,可交换态稀土(REO)占总量的质量分数为40%~90%,REO含量一般达400~2000μg·g-1。稀土区的蔬菜、粮食及畜禽从环境(土壤和水)中吸收RE,并通过食物链使该地区人群长期摄入低剂量RE。朱为方等对赣南稀土区自然人群流行病调查表明,该区人群因通过食物链长期摄入低剂量RE,导致儿童智商和成人中枢神经传导速度显著下降,说明RE对大脑功能有影响,其中重稀土区(赣县)的影响更为明显,表明重稀土较轻稀土更易在大脑中蓄积或毒性更大;按当地人群的食谱及RE含量测算,成人每日摄入6.0~6.7mg即可致亚临床损害,据此建议成人日允许摄入RE(按REO)的量为4.2mg。近期又有学者根据RE对肝脏毒性的研究结果,按La(NO3)3经口摄入无作用剂量为2mg·kg-1,建议成人(按体重60kg计)日允许摄入量(ADI值)为0.12~1.2mg。4神经生物学效应综上诸项研究结果,加深了对RE的毒性、毒理的认识,给笔者的启示如下:(1)基于RE在机体内经血液循环输配可以通过血-脑屏障进入脑部并在脑中具有明显的蓄积性,一定剂量下可诱发神经毒性效应,表明脑不仅是RE蓄积的组织,也是RE的靶器官(组织)。(2)稀土区自然人群因通过食物链长期摄入低剂量RE而导致儿童智商降低和成人中枢神经传导受阻,充分反映出RE在人群脑部有蓄积毒性。(3)基于RE对神经系统具有抑制或兴奋作用而研制开发RE药物(如神经抑制剂等)用于临床是RE药物学的研究成果,是对病人的贡献;但是,就健康者而言,若因通过多种渠道长期摄入低剂量RE而引起脑部蓄积,并诱发毒性效应,使神经受抑、智商降低,从而危及人群基本素质,则影响深远而严重;又如低剂量RE(LaCl3)虽可促进下丘脑生长素分泌,对相关病人治疗或家畜促长似有实际意义,但是,对健康者而言,若因RE蓄积与介入而使下丘脑神经内分泌系统产生抑制或兴奋作用,则会严重干扰内分泌,诱发负面效应。(4)基于RE具有的“hormesis效应”,农业上低剂量使用可刺激动植物生长;但是,RE一旦通过食物链进入人体,则成为祸害,且RE不是生物必需元素,它具有广泛的生物效应谱,作用于诸多灵敏生物标志则可能产生负面效应,如La3+剂量为2mg·kg-1时,即可引起遗传、免疫、胚胎、细胞、神经、肝脏及内分泌等灵敏生物标志的变化。人们通过食物链而摄入低剂量RE并在脑部蓄积是“日积月累”、“潜移默化”的过程,它在靶器官组织中的蓄积不经检测无法了解,一旦诱发毒性效应则为时已晚,不像食盐,人们可由味觉予以辨别,可以通过减量(稀释)或增量予以调控。(5)重金属元素对健康的危害性早已明确,国家已多渠道采取措施大力治理。Pb、Cd、Hg、As等已被国外若干环境机构确认为“环境激素”,它们具有内分泌干扰作用,可诱发内分泌干扰效应而危及健康;RE同属重金属元素(离子),与上述元素一样具有环境累积性、脏器组织蓄积性、生物富集性和生物毒性,现人为地将其广泛用于农业,撒向大地和水域(如RE饵料养鱼),加上众多RE厂的“三废”排放,RE将日渐成为“新的环境污染元素”,