第7讲环境中重金属的污染与危害

环境中重金属的污染与危害广西医科大学张志勇李春宏重金属对人类健康的威胁主要与镉、汞、铅、砷暴露有关。

人类使用重金属已有几千年的历史，早已认识到一些重金属会对健康产生不良影响，但重金属暴露仍然持续，甚至在一些国家还有增无减。

20世纪镉排放量剧增，镉化合物主要用于可重复充电的镍-镉电池的生产，由于含镉产品回收率低，常与生活垃圾一起被丢弃而造成环境污染。

吸烟是镉暴露的一个重要途径，对于非吸烟者,食物则是镉暴露的主要来源。

有资料显示，接触较低剂量的镉也会引起不良健康效应，主要表现为肾脏损伤或骨骼损伤等。

普通人群一般通过食物和牙齿填充物暴露于汞，鱼类食物是甲基汞的重要来源。

但除了某些进食大量鱼类的人群外，普通人群不会显著地遭受甲基汞暴露的毒性损害。

由于甲基汞对胚胎发育有影响，因此孕妇应避免大量进食某些鱼类，如鲨鱼、剑鱼和鲔鱼等，某些来自曾受污染但现已净化的水域的鱼类也应该避免食用。

关于牙齿填充物汞合金的安全性一直有争议，有人认为合金中的汞会引起多种疾病，但至今仍没有研究能证实合金填充物和不良健康效应间的因果关系。

普通人群通过食物和空气暴露于铅。

上世纪，铅排放造成了严重的空气污染，主要原因是汽油燃烧中铅的排放。

由于血脑屏障发育仍不成熟，儿童对铅暴露特别敏感, 较低的铅暴露水平也可能导致神经毒性效应的发生,因此儿童的血铅浓度应尽可能降至较低的水平。

在过去的几十年间，汽油中铅的使用已大幅度降低，环境铅浓度也随之下降,但仍须限制含铅涂料的使用，食物容器生产中也不能使用铅。

另外还需注意表面光滑的食品容器中铅的渗出,会导致所盛食物遭受铅的污染。

人群主要通过食物和饮水暴露于砷，且食物摄入是主要暴露途径。

长期通过饮水暴露于砷可能会患皮肤癌，同时与其他肿瘤和皮肤损伤等疾患也有关联，如皮肤过度角化和色素沉着等。

砷的职业暴露主要通过呼吸道吸入，与肺癌的发生有相关关系，其暴露-反应关系已得到证实。

一、重金属环境污染概况通常将金属密度大于5g/cm3的金属称为重金属。

重金属对人类健康产生影响主要与暴露于镉、铅、汞和砷有关（砷是非金属，通常将其称为类金属）。

千百年来，重金属应用于多种领域。

十八世纪中期绘画艺术中广泛使用镉颜料，但由于金属的稀缺性，镉在绘画材料中的应用较少。

据历史记载，汞曾作为止痛药用于减轻儿童的牙痛，后来还用于治疗梅毒。

早在五千年前，铅已用于建筑材料、制陶上釉和输水管生产中。

在古罗马，醋酸铅被用于增强酒的甜度，由于饮酒，有些罗马人一天摄入的铅量可达1克之多。

尽管长期以来人们懂得重金属对健康的影响，但时至今日，在某些领域重金属暴露仍在持续甚至有增无减。

在拉丁美洲，汞仍用于金矿的开采，在木材保存中仍广泛地使用砷,四乙基铅仍是一种常用的汽油添加剂，目前只在发达国家中的使用有大幅度减少。

从十九世纪中期以来，重金属的开采量剧增，释入环境的量也大幅增加。

随着环保意识的增强,20世纪末，发达国家重金属排放量才开始减少,1990～2000年间，英国重金属排放量减少了50%[1]。

重金属通过多种排放途径进入环境。

由于大气中重金属分布广、易吸入，因此重金属大气污染是造成人类健康影响的重要问题。

一些城市大气可吸入颗粒中含大量重金属，包括镉、铅、锌、铜等，主要来源于汽车尾气、燃料燃烧、工业废气排放等。

镉、铅、锌的生物有效性系数高，极易进入人体并对机体健康产生危害[2]。

通过空气、食物和水，人们有可能暴露于各种重金属。

然而环境中存在有害因子不一定导致暴露，暴露的关键是接触[3]。

有害因子与身体间必须存在接触，如空气接触、皮肤接触和经口摄入等。

暴露通常被定义为“在一定浓度和接触时间后，环境中有害因子作用于人体并引起机体的改变称之为暴露”[4]。

有些环境污染是人类在改造环境过程中造成的。

我国一些重要的铜矿基地伴生铁、金、铀等，经过数十年的开采，矿区堆积了数量巨大的固体废弃物。

由于矿石综合利用不足，废弃物中重金属含量很高，导致矿区土壤和水体中铜、镉、锌、铅、砷等浓度也很高[5]。

一些大型水利工程建成和投入使用后，生态环境问题也随之而来，每年成千上万吨生产废水排入河流上游，致使水体、土壤遭受严重的重金属污染[6、7]。

重金属是持久性环境污染物，极易在水体、土壤和生物圈中沉积和富集，且很难通过生物途径降解[8]。

我国电子垃圾对环境的影响日益严重，由于电子垃圾的无序堆放和不恰当处理，往往会导致土壤的酸化和重金属污染。

电子废弃物酸浴提取场周围的农田常被酸化和受铜、镍、镉、铅等重金属的污染，污染物多存留在土壤表层，因此极易通过生物链沉积和转移[9]。

重金属对人体健康造成的危害程度受多种因素如性别、年龄、营养状况、个体差异性的影响，儿童比成人更敏感，其总的危害风险是成人的3倍。

各种金属引起的平均个人风险也不一，风险大小基本表现为铅>镉>铜>锌[10]。

二、几种重要重金属的暴露和危害㈠镉1.化学特性和暴露途径镉与锌、铅、铜共存于自然界中，镉复合物作为稳定剂应用于PVC产品以及颜料、合金的生产，如今最常用于生产可重复充电的镍-镉电池。

镉也存在于磷肥中，随施肥而污染土壤。

含镉产品极少可以回收，常与生活垃圾混杂，特别是在焚烧垃圾时造成环境污染。

不管是自然的还是人为的镉来源，包括工业排放、化肥使用以及废水废渣排放等，都会造成土壤污染，进而使农作物和蔬菜中镉含量增加，最终导致人体镉摄入量增加。

在低pH值条件下，更有利于植物对土壤镉的富集[11]。

我国有些地区土壤呈酸性，致使镉、铜、铅和锌的活性增强，因此这些地区由土壤转移至蔬菜中的镉、铅含量均可超过国家标准（GB2762-2005）的规定，蔬菜与土壤中的重金属含量呈正相关关系[12]。

吸烟是镉暴露的重要途径。

人群中镉的生物学监测显示，吸烟会显著地提高血镉水平，吸烟者的血镉浓度高于非吸烟者的4～5倍[11]。

尽管吸烟所致的镉暴露已得到证实[14]，但这对机体总的镉含量影响很小。

在大多数国家的非吸烟人群中，食物摄入是镉最重要的来源[15]。

镉存在于许多食物中，但含量差异很大，且由于不同的膳食习惯，个人摄入量变化也大[11]。

由于女性的能量消耗比男性少，因此女性通过食物摄入的镉量比男性低。

当然胃肠道对镉的吸收受众多营养素的影响，如机体中铁的水平[16]。

血镉通常反映当前的暴露水平，也部分地代表了机体一生的镉承载量[17]。

由于肾脏能按比例地浓缩尿镉，因此尿镉浓度主要受机体镉总量的影响。

吸烟者和生活在受污染区的人群其尿镉浓度均会偏高 [11]。

2.健康效应⑴肾脏损伤吸入镉烟气或微粒会对机体产生远期的影响，尽管急性肺损伤和死亡事件很少见，但散发病例仍有发生[18、19]。

肾脏是镉最重要的蓄积部位和靶器官，镉对肾脏的早期毒性主要发生在近曲小管，引起上皮细胞溶酶体增多、增大，线粒体肿胀变形，继而近曲小管上皮细胞变性甚至坏死，后期也会损伤肾小球[20]。

长期镉暴露可引起肾小管功能障碍，表现为低分子蛋白和蛋白酶排出量增加[11、15]，此时肾小管损伤是可逆的[21]，但也有研究证明受镉诱导所致的肾小管损伤是不可逆转的[11]。

一些研究显示在很低的肾镉水平的个体中也可能出现肾损伤或（和）骨骼损伤效应。

欧洲的研究表明，在尿镉水平为2～3 µg Cd/g肌酐的普通人群中也出现镉诱导的肾损伤表现[22、23]。

此外，镉暴露工人可出现肾小球滤过率（GFR）下降[24]，此结论在职业暴露人群研究中已得到证实[25、26]。

在多个研究中还证实，肾结石危险性升高可能与肾小管损伤后尿镉排泄增多有关[11]。

已有研究证明，镉暴露和慢性肾衰竭的关系。

⑵骨骼损伤上个世纪50年代，日本首次报道长期高浓度镉暴露会引发骨骼损伤，高浓度镉暴露是由于用镉污染的水灌溉农田所致。

日本以外其他国家的研究也得出类似的结论[11]。

近年来的资料表明，相对低的镉暴露水平也会增加骨骼损伤的可能性，主要表现为骨骼密度降低和骨折[28-30]。

动物实验还表明，镉可能是导致心血管疾病的危险因子[11]。

日本的研究发现，有镉暴露史且同时有肾小管损伤的患者，其心血管病死亡率要比没有肾脏损伤的高[31]。

我国的调查发现，由于镉有慢性蓄积作用，长期生活在矿区的人群往往到中年才表现出慢性镉中毒效应，因此慢性镉中毒主要危害中年人，且对女性生殖健康也有影响。

由此看来，慢性镉中毒不仅影响人群的机体健康，也危害当地的主要劳动力、削弱其社会经济生产能力，并危及下一代的健康[32]。

⑶肿瘤国际肿瘤研究机构（IARC）已把镉列为人类致癌物[33]。

然而，IARC 同时声明，这是基于几个职业暴露人群与肺癌的研究得出的结论，暴露资料不充分，没有考虑到吸烟和其他暴露因素（如镍和砷暴露）混杂作用的影响。

镉与前列腺癌似乎也有关联，阳性和阴性的研究结果均有报导。

早期的研究表明，镉暴露与肾癌的关系[34]，但后来的研究未能证实这个结论。

但大量的多中心研究显示镉暴露能致肾细胞癌危险性增加[35]，而且，基于人群的肾细胞癌多中心研究发现，镉职业暴露人群患病的危险度也增加[36]。

㈡汞1.化学特性和暴露途径汞化合物硫化汞（HgS）在古代当成红色颜料用于洞穴绘画，在古希腊，有色金属汞被当成化妆品用于提亮肤色。

在医学领域，汞曾被用于治疗梅毒和作为利尿剂（主要是Hg2Cl2）使用。

在许多国家，汞合金仍是常用的修复牙齿的填充材料[37]。

如今，汞金属常用于体温计、气压计和血压计的生产。

最大的汞暴露职业群体是口腔医护人员，上个世纪70年代，一些口腔外科诊室的空气中，汞浓度达到20 µg/m3，采取处理措施后，浓度可降到2 µg/m3左右。

无机汞常常以有机化合物的形式存在，如甲基汞，该有机物非常稳定，且在食物链中聚集。

普通人群常通过食物链或补牙接触汞，鱼类食物是甲基汞的重要来源[38]。

汞蒸汽会从牙齿合金填充材料中释放出来，在咀嚼过程中，释放量会逐渐增加[39]。

有研究揭示了牙齿合金填充物的量或合金表面积大小与人体组织、血液、尿液、血浆中汞浓度的关系，发现尿汞浓度与无机汞化合物暴露有关，而血汞则可反映甲基汞的暴露程度，毛发中的汞可反映长期汞暴露情况[37]。

2.健康效应⑴无机汞暴露对健康的影响急性汞蒸汽暴露会导致肺损伤，而慢性汞中毒主要表现为神经精神综合征，如震擅、人格的改变、焦虑、不安、睡眠障碍和抑郁。

停止汞接触后以上症状会消失。

由于血脑屏障的保护，中枢神经不会受无机汞暴露的危害。

汞会引起肾脏损伤，在职业暴露人群中可检测到较低水平的蛋白尿的存在。

暴露停止后，其损伤也是可逆的。

汞是一种变应原，能引起接触性皮炎。

牙齿填充物中的合金汞能致口腔苔藓和各种不良症状的发生，有人命名为“合金汞疾病”。

但也有人认为这是没有多少科学依据的[40]，因为去除了合金汞后症状即消失[41]。