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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
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第十章 重金属的毒性 第一节 概述
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。
(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 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。
(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。
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
毒性作用: 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。 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
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25μg/L,美国为10μg/100ml。
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10μg/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: ①影响人体对钙的吸收和成骨作用; ②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。
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Cr 10-25% 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、β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,3-60μg/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
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。
2、慢性中毒 地方性中毒:饮水型、燃煤型 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 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