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1、第十章 重金属的毒性,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
2、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：
3、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
4、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
5、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
6、，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-S
7、H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
8、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
9、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
10、 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25g/L，美国为10g/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16%；呼吸道1040；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
11、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10g/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1030年。镉长期蓄积的主要原因是镉与MT结合力强，大多数镉以CdMT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
12、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
13、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）
14、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Cr 10-25 呼吸道：Cr640，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：8
15、0由肾经尿排出，360g/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Cr3100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（
16、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
17、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（9599），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
18、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：As2O3AsCl3，NaAsO2Na2HAsO4H3AsO4、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
19、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。As2O3NaAsO2Na2HAsO4（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。阴离子形式的砷可通过
20、哺乳动物的胎盘、有机砷难以通过。（3）砷的致癌作用 已确认无机砷为人类致癌物。砷暴露与皮肤癌、肺癌和内脏癌（胃癌、膀胱癌）的发生密切相关。但动物实验不能证明砷的致癌性。,（二）毒作用机理1、与-SH结合引起酶失活 三价砷、五价砷都可与-SH结合，但后者的结合力远小于前者。这是三价砷毒性大于五价砷的主要原因。砷可抑制三羧酸循环和其他重要代谢过程的酶。,2、取代磷酸 在化学性质和分子结构上，五价砷酸和磷酸相似，在许多生化反应中可发生竞争取代磷酸：（1）抑制ATP形成（2）DNA合成中取代磷酸参入DNA结构中，造成DNA复制和转录错误。3、砷是毛细血管毒物 可引起毛细血管壁通透性增加，造成毛细血管麻痹。,
