小中大2.4有害微量元素
2.4.1有害金属元素中毒机制
金属及其化合物对生物体内某些器官和系统中的某些生物分子有特殊的亲合力,这种作用与金属的侵入途径、浓度、溶解性、存在状态、代谢特点、金属本身的毒性、生物体的种类及其一般健康状况等因素密切相关,可见,金属毒性机制是十分复杂的问题。一般来说,下列任何一种机制都能引起金属毒性。
⑴ 阻断了生物分子表现活性所必需的功能基。例如,Hg(Ⅱ),Cd(Ⅱ)离子与酶中半胱氨酸残基的-SH 基结合。半胱氨酸残基的-SH基是许多酶的催化活性部位.当结合重金属离子后,就抑制了酶的催化活性。
⑵ 置换了生物分子中的必需金属离子。例如Be(Ⅱ)可以取代Mg(Ⅱ)——激活性酶中的Mg(Ⅱ),由于Be(Ⅱ) 与酶结合的强度比Mg(Ⅱ)大,因而它会阻断酶的活性。
⑶ 改变生物分子构象或高级结构。生物分子所具有的特定构象,赋予生物分子特定的生物功能,金属离子改变一些生物大分子如蛋白质、核酸和生物膜的构象。如,多核苷酸负责贮存和传递信息,一旦发生变化,可能会引起严重后果,如致癌和先天性畸形。
2.4.2几种主要有害微量元素
1.镉(Cd)
镉是联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)列为最优先研究的食品中的严重污染元素,它不是人体必需的元素。新生儿体内并不含镉,但随着年龄的增长,进入人体的镉可以逐渐蓄积,50岁左右的人体内镉含量可达20mg~30mg。镉主要通过呼吸道和消化道进入人体,镉在人体的半衰期为6~18年。存在于环境中的镉及其化合物可经呼吸而由肺、经溶解而由皮肤、经饮食而由消化道等途径进入人体。
空气中仅含少量镉,Cd的来源主要是煤炭和汽油燃烧、汽车排放尾气和生物富集等方面,有人估计,每天吸20支烟(含镉总量约30μg),可吸入人体的镉约为12μg。
时下有一些少男少女将文身彩贴(绘有彩色图案、花卉、小动物等的粘纸)粘在前胸、手腕、手臂、肚脐等部位的裸露肌肤上,实在是一种有碍健康的美丽,因为硫化镉和硒化镉是制作这类高级涂料和绘画颜料的两种镉化合物,前者呈亮黄色,被称为锡黄;硒化镉依生产工艺不同而其产品呈黄至亮红色。这类颜料(有些还有汞、铅的化合物)中的这些镉化合物会引起皮肤过敏,而且在夏天大量汗水浸润下,能经皮肤渗入人体。
通过饮食进入人体中的镉,一方面来自饮用水和食品本身的污染,另一方面也来自那些具有带色图案的玻璃、搪瓷食具、冰箱镀镉的冰槽及塑料制餐具等。在存放酸性食物和饮料时,这些器件中所含的镉化物就很容易溶解出来,在进食时进入人体。美国和法国在1947年和1946年各自报道过数百起镉中毒案例,都是由此引起的。
在可能混于饮食内的各种金属污染物中,镉大概是危害性最大的一种。不仅因为其具有高毒性,也因为它在食品中分布广,生物富集率高。如被严重污染的大米其含镉量可高达125mg/kg。有些鱼类的含镉量比海水浓度高几千倍。
镉进入人体与蛋自质分子中的巯基相结合,镉对磷有很强的亲和力,进入人体的镉能将骨质磷酸钙中的钙置换出来,而引起骨质疏松、软化、发生变形和骨折。在一定条件下镉可以取代锌,从而于扰某些含锌酶的功能,使多种酶受到抑制,破坏正常生化反应,干扰人体正常的代谢功能,使人体体重减少。同时进入人体中的镉,可与金属硫蛋白结合,再经血液输送到肾脏,当它在肾中积累时,会损坏肾小管,使肾功能出现障碍,从而影响维生素D的活性,导致骨骼生长代谢受阻,使骨骼软化、骨骼畸形、骨折等引发骨骼的各种病变。可引起骨软化症或“痛痛病”〔背下部和腿部剧烈疼痛)。骨软化症患者由于骨胶原的正常代谢受到于扰、形成了不致密和不成熟的骨胶原,特别是妇女,由于妊娠、分娩、授乳而引起钙不足等,使肠道对镉的吸收率增高,易引起镉中毒。镉中毒的典型病症是肾功能受破坏,肾小管对低分子蛋白再吸收功能发生障碍、糖、蛋自质代谢紊乱,尿蛋白、尿糖增多,引发糖尿病。镉进入呼吸道可引起肺炎、肺气肿。镉进入消化系统则可引起胃肠炎。镉中毒者常伴有贫血症。镉中毒易造成流产、新生儿残废和死亡。镉中毒可能还导致骨癌、直肠癌、食管癌和胃癌的诱发。
进入人体内的镉仅少量被吸收(如经食物摄入的镉约6%被吸收),其余部分随粪便排出。部分被吸收于血液中的镉与血浆蛋白结合,随血液循环选择性地储存于肾脏和肝脏,其次为脾、胰腺、甲状腺、肾上腺和睾丸。吸收后的部分镉主要经肾由尿液排出,少量随唾液、乳汁排出。
钙可以拮抗镉,高钙食物会抑制消化道对镉的吸收,维生素D也会影响镉的吸收。
2.铅(Pb)元素
铅是最为常见的有害微量元素,人体含铅77g左右,联合国粮农组织和世界卫生组织提出每人每日允许摄入量约为420μg。
存在于环境中的铅及其化合物可经呼吸而由肺、经溶解而由皮肤、经饮食而由消化道进入人体,还可由母体胎盘进入胎儿体内。
室外空气含铅的80%来源于汽车尾气,目前,世界各国正在相继推广使用无铅汽油,但为了抑制汽车中气门和气门导管磨损,某些“无铅汽油”,仍然含有少量铅化合物。
吃烛光晚餐、点生日蜡烛已是一种现代生活时尚,通常慢燃的、能闪闪发光的烛心中含有铅化合物,燃后释入室内空气。此外,用打火机点烟时,也会由燃烧着的汽油中释出铅,很容易随香烟烟气吸人体内。
颜料、油漆、染料中常含有铅的化合物,可经触摸等方式经皮肤渗透而进入人体、儿童连环画、糖果纸、塑料袋和玩具上的彩色油墨也都可能成为儿童体内多量铅的来源。在某些化妆品中含有铅白(碱式碳酸铅),长时间使用也会有碍健康。饮食是环境中多量铅进入人体的“通途”。食品中超常含量的铅常发生于这样几种场合:①野禽受铅弹猎杀后,其肉中含铅未被剔除干净;②我国传统食品松花蛋(皮蛋),由于在加工过程中使用了黄丹粉(Pb0)而有较高铅含量;③含铅成分的焊料用于焊接食品罐头缝口时,罐头食品中含铅最较高。
进入人体中的铅主要经消化道、呼吸道吸收后转入血液,与红血球结合后再传输到全身和被分配到体内各组织器官。人体内约90%的铅以不溶性磷酸铅形态蓄积在骨骼之中,其他则存留于肝、肾、肌肉等部位。有机的铅化合物(如四乙基铅)则趋于脑组织中富集。在老年骨质疏松或缺钙的人体中摄入多量钙制剂时,贮存于骨中的铅可能多量释放后转入血液。
铅对人体的不良影响与它对酶的抑制作用有关。机体中过量的铅可与酶结构中的-SH基团和-SCH3基团作用,并与硫紧密结合。Pb(Ⅱ)可能抑制乙酰胆碱酯酶、碱性磷酸酶、三磷酸腺苷酶、碳脱水酶和细胞色素氧化酶的活性,扰乱了机体正常发育中所必需的生化反应和生理活动。
人体对铅中毒耐受性差别很大,多量的毒理系数通过动物试验得出。有关人体中毒的定量数据还相当缺乏,而且受毒后症状也各不相问。但总的说来,铅中毒的主要症状为:
⑴ 急性中毒——金属味、腹痛、呕吐、腹泻、少尿、昏睡。
⑵ 慢性中毒
①初期——食欲不振、体重减轻、呕吐、疲乏、牙龈基部出现黑色铅线、贫血;
②中期——呕吐、四肢和关节钝痛、膜部绞痛、指和手腕麻痹;
③重症期——频繁呕吐、运动失调、昏迷、脑神经麻痹、脑症、痉挛。
以上这些症状主要涉及人体四个组织系统:肠胃、肾脏、血液和神经。
人体摄入过量铅,会引起中枢神经系统损伤,出现疲惫、头痛、痉挛、精神障碍等。过量铅可损害骨髓造血系统,引起贫血,主要是过量铅干扰血红蛋白代谢所造成的。过量铅作用于心血管系统时引起动脉硬化、心肌损害。胃肠铅中毒则表现为胃肠粘膜出血、肠管痉挛。长期低浓度的接触(如长期食用含铅较高的食物或环境污染)可引起慢性中毒。其症状有食欲不振、口中有金属味、失眠、头痛、头昏、腹痛和贫血,其中贫血是铅中毒的早期特征。除此之外,铅中毒还可以引起肾病、高血压、脑水肿等。特别需要指出的是铅对儿童的危害,儿童由于代谢和排泄功能不完善,血脑屏障成熟较晚,所以对铅有特殊的易感性,低浓度的铅即可导致儿童生长迟缓、智力降低。儿童体内对铅的吸收率比成人高出4倍以上,且体内缺铁、缺钙的儿童其摄入和吸收铅的速率更快。儿童铅中毒时常会引起脑病综合症,具有呕吐、嗜睡、昏迷、运动失调、活动过度等神经病学症状,重者失明、失聪,乃至死亡。
定量检测尿中含铅近于0.1 mg/L,或粪便含铅近于1mg/d,就应疑是铅中毒病者,随即提高警惕,追查铅毒来源并脱离接触。在饮食中还可多吃一些大蒜,因为大蒜中含元素硒量较多,对铅的毒性有拮抗作用。