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环境污染与人群健康
来源:互联网
环境与人之间是一种互相联系、互相制约和互相作用的关系。环境的状况与环境中人群的健康状况密切相关。深入研究两者之间相互关系，对于更好地利用环境因素、消除污染、预防疾病、增进健康，具有十分重要的意义。
第一节 生态系统与环境污染
一、生态系统和生态平衡
生态系统
地球自然环境根据其基本组成，可以划分为五个自然圈即气圈、水圈、土壤圈、岩石圈和生物圈。生物圈是指适宜于生物生存的地球表层。它的范围是从海平面以下大约11公里(太平洋最深处)到海平面以上大约10公里的高空。这个范围包括了大气圈下层和岩石圈上层，以及整个的水圈和土壤圈。地球上的一切生物，其中包括人类，都是生活在生物圈内。生物和人类是地壳物质发展到一定阶段的产物，并且构成了不可分割的系统。这种生物群体与其周围的环境依次进行着能量流动和物质循环，共同组成的平衡系统，称为生态系统(ecosystem)。生态系统可大可小，小至一滴水，大至湖泊、海洋、一片森林、一个村落、一座城市、一个岛屿，这些都可看成是一个生态系统。因此，生态系统是一个广泛概念。生物圈本身实际上就是一个非常精巧而又非常复杂的巨大生态系统，它是由许多大大小小的生态系统所组成。
生态系统是由四种基本要素组成：
（1）生产者 主要是绿色植物。凡能进行光合作用制造有机物的植物，包括单细胞的藻类，均属于生产者。生产者利用太阳能或化学能把无机物转化为有机物，把太阳能转化为化学能，不仅供自身生长发育的需要，而且是其他生物类群以及人类食物和能源的供应者。
（2）消费者 主要是动物。直接以植物为食的草食动物叫一级消费者；以草食动物为食的肉食动物叫二级消费者；以二级消费者为食的动物叫三级消费者，依次类推，则使食物能量从值物中的来源通过一系列有机体进行转移。一种生物以另一种生物为食，另一种生物再以第三种生物为食，彼此形成一个以食物联结起来的链锁关系，称为食物链(food chain)。消费者通过食物链传递能量，同时环境中的污染物，也可通过食物链进行传播和富集。
（3）分解者 主要指各种具有分解能力的微生物，如细菌、真菌等。分解者在生态系统中的作用是把动、植物尸体分解成简单的化合物，再重新供生产者利用。
（4）无生命物质 主要指生态系统中的各种无生命的无机物、有机物和各种自然因素，如阳光、水、大气等。
以上四个部分构成一个有机的统一整体，相互之间沿着一定的途径，不断地进行着物质交换和能量流动，在一定条件下保持着暂时的相对平衡。
太阳辐射能是生物圈内各种生命活动的主要能源。一切生物都要消耗能量，方能维持生命。能量的流动主要依靠食物为传送带。由生产者转给消费者，再由消费者转给分解者。分解者将动植物尸体分解，将复杂的有机物转变为简单的无机物，在分解过程中把有机物贮存的能量释放到环境中去。各级生物的呼吸作用也要消耗部分能量。生态系统中能量的流动是单向流动，由高级到低级，由集体到分散，在流动中能量逐级降低，大部分能量都转变为热能而不能回收。
生命的维持除了需要能量以外，还依赖许多化学物质。生态系统内的能量流动必然与物质循环相结合。化学物质在生态系统的各个组分之间的循环流动称为物质循环。各种化学物质通过空气、水、土壤、食物等介质，以吸入、食入、接触渗透等方式进入生物体内，参予新陈代谢，经机体充分利用后，最后复归于环境。自然界的主要元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫等，它们也都是构成生命有机体的主要物质，约占体内组成的97％。每个生态系统都有自身的物质循环。自然界中最基本的物质循环是水循环、碳循环、氮循环和氧循环。生命的维持主要靠这几个循环。水循环是海洋、湖泊、江河和大地上的水通过蒸发进入大气层，然后通过降水回到地面，再流入江河、湖海。碳循环是二氧化碳通过植物的光合作用转化为氧和碳化合物，动物吃这些碳化合物，一部分通过氧化作用产生能量而呼出二氧化碳，一部分从排出的粪便返回到土壤，一部分储存于体内，死亡后返回到土壤。回到土壤的碳化合物，经细菌、真菌的分解和氧化作用，又成为二氧化碳回到大气，再参加光合作用。氮循环是植物从土壤中吸收硝酸盐等含氮分子，在体内与复杂的含碳分子结合生成各种氨基酸。后者经合成生成蛋白质。动物吃了这些蛋白质构成体内组织的一部分。动物死后，蛋白质回到土壤，经微生物分解转化为硝酸盐类和氨基酸，再被植物吸收。氧循环比较复杂，大气中的氧是由光能在光合作用中分解水分子而产生的，它是维持生命所必需的元素。动物吸入氧气，与体内的碳化合物氧化，转化为能量，排出二氧化碳。
生态平衡及失调
任何一个生态系统，都有其一定的生物群体和生物栖居的环境，并进行着物质交换和能量流动。在一定条件下，生态系统各部分的结构和功能均处于相互适应与协调的动态平衡之中，称生态平衡(ecological balance)。这种平衡是动态平衡。当生态系统受到外界干扰时，平衡会受到影响，但生态系统可以依靠自身能力，通过调节又恢复其平衡。例如，生态系统受到污染后，破坏了原来的平衡，但生态系统可以通过自身的自净作用，消除污染，从而达到新的平衡。但当生态系统内部的流动不通畅，或者污染的影响太大以致自身的自净作用不能消除污染时，就会失去平衡，称为平衡失调。例如，某河流受到了严重的污染，自身的自净作用又不足以消除污染，这样就会使鱼类等水生生物受到污染，人吃了这些水生生物就会受到危害。
二、环境污染及其变化与转归
1.环境污染的概念
由于自然的或人为的原因，使污染物进入人类环境，对居民的身体和精神状态产生直接的或间接的、甚至是潜在的有害影响，或在很大范围内妨害各种生物的生活，使环境条件恶化，破坏生态平衡，称为环境污染(environmental pollution)。
2.环境污染的来源及种类
环境污染的来源可分为自然污染( 火山爆发、风暴、火灾等) 及人为污染( 工业“三废”、生活废弃物、农药使用、放射性同位素应用、战争毒剂及核武器的爆炸等)。在当前起重要作用的是人为污染。常见的污染物可根据其物质属性分为三类：
（1）化学性污染物 目前人类使用的化学物质多达数10万种，并不断有新的合成化学物质的出现。因此，这类污染物是环境的主要污染来源，对人体健康的威胁最大，影响面最广。常见的有各种有害气体(SO2、CO、NOx和光化学烟雾等)、重金属(汞、镉、铅、铬、砷等)、各种农药、石油化工等污染物。
（2）物理性污染物 如噪声、电磁辐射(紫外线、微波)、电离辐射( 各种放射性物质) 等。在部队平时及战时环境中物理性污染因素相当常见。
（3）生物性污染物 如各种病原微生物、寄生虫卵、生物性毒素等。
3.污染物在环境中的变化及转归
污染物排入环境以后，受到环境中各种自然及人为因素的作用，其数量、理化性质等均会发生变化，这些变化将直接或间接地影响到人群的健康。污染物在环境中的变化及转归主要有以下几种方式：
（1）自净作用
自然环境本身具有一定的自净作用。也就是说，自然界能够依靠自身的能力，将一些有害因子消除到无害程度，称为自净作用(self purification)。自净作用的类型很多，主要分为以下几种：
①物理作用
A、扩散稀释 通过风力或水流的作用，使排入到环境中的污染物扩散稀释而使其浓度趋于降低。风速或流速越大，稀释扩散越充分，环境中污染物的浓度越低。
B、沉降作用 依靠污染物本身的重力而下降，降至地面或水底，从而脱离原环境介质，使原环境中的浓度下降。沉降效果与污染物比重及颗粒大小有关，比重愈大，沉降愈快；颗粒愈大，沉降愈充分。此外，风速或流速愈小，沉降也愈充分。但是，这些沉降下来的污染物，一旦环境有所变化，仍可重新进入原环境中，这种现象称为“二次污染”。
C、挥发逸散 具有挥发性的污染物可以从水或土壤中挥发到大气中去，并进一步扩散。一般来说，污染物沸点愈低，周围环境的温度愈高，则愈容易挥发。有些污染物的挥发还受到pH等条件的影响，例如氰化物和挥发性酚类化合物，在弱酸性条件下，很容易挥发逸散。
D、日光紫外线照射 紫外线具有杀菌作用。对空气中的病原微生物的杀灭能力很强。例如麻疹病毒，结核杆菌等均易被杀灭。
②化学作用
A、中和作用 自然环境中存在着一些酸性物质和碱性物质，可分别与酸碱性污染物发生中和作用。例如天然水中常含有长石、粘土等硅酸盐矿物、石灰微粒、水中溶解性二氧化碳和混悬的二氧化硅等，都可使大量酸性废水或碱性废水在排入水体后得到中和。又如空气污染物SO2、NOx等经氧化作用，遇水蒸气结合形成酸雨，如果降落在盐碱地上，即可发生中和反应。此外，酸碱性废弃物也可以彼此发生中和反应，例如电镀厂的酸性废水与纸厂的碱性废水在环境中相遇后，即可产生中和作用。
B、氧化还原作用有些污染物在环境中能发生氧化作用，例如排入到大气中的SO2能逐渐被氧化成SO3。又如水中Fe2+遇空气即能氧化成Fe3+，生成棕色沉淀， 可以从水中除去。
③生物学作用
A、生物性分解 生活污水和工业废水中的有机物，在地面水中都将进行需氧或厌氧性分解，参加分解的有细菌、真菌、藻类及许多单细胞或多细胞的低等生物。在需氧分解过程中，有机物含有的硫、磷、氮和碳等化合物被分解为各种盐类和二氧化碳等无机物，它们是稳定而无臭的物质。在厌氧分解过程中，其分解产物是甲烷、氨、硫化氢等，这些产物均具有臭味，且不稳定，如在有氧条件下可继续分解。
B、生物拮抗作用 水体中的噬菌体、自养菌、某些水生生物等均会影响水中病原体的生存，加速病原体的死亡。
C、光合作用 地球上的高等生物，在新陈代谢过程中呼出大量二氧化碳，由绿色植物吸收后进行光合作用，并吐出氧气，供动物呼吸，又净化了空气。
D、植物吸附作用 绿色植物除了光合作用吸收二氧化碳外，还能吸收有害气体，从而净化了空气。不同种类的植物吸收不同的有害气体，例如一公顷柳杉林，每年可吸收SO2 720公斤。
环境的自净作用对人类的生活环境具有重要意义。正是由于自净作用，才使人类生活环境中的许多有害因子得以降解或消除。这种自净作用是依靠环境的自身能力，这个能力是相当大的，但也不是无限的，一旦污染严重，超过了自净能力，生态系统的平衡就会遭到破坏，从而造成环境污染。
（2）转移
由于扩散和沉降不够充分，污染物可被风力或水流转移到下风向或下游的地区，造成该地区的污染，或沉降下来造成地面或河底的污染。也可由于土壤污染而转移到水中。总之，转移可使污染物转入到另一介质，也可在同一介质中进入另一场所。
（3）二次污染
某些污染物已由于沉降等作用，其浓度已有所降低，但由于某些原因，使已经转移的污染物又进入原环境，这种现象称为二次污染(secondary pollution)。 例如无机汞排入江河中，因沉降等作用使其沉降到水底中，由于洪水冲刷，水力工程等，又将水体底泥中的无机汞重新进入水体中，造成汞对江河的二次污染。
（4）形成二次污染物
排放到环境中的污染物受到某些作用的影响，转变成另一种有害的物质，称为二次污染物(secondary pollutant)。通常情况下，二次污染物的危害性要比一次污染物更强。例如排放到江河中的无机汞受到某些细菌的作用，转化为甲基汞，甲基汞的毒性大于无机汞。又如SO2转变成硫酸雾，NOx经太阳紫外线的照射发生光化学反应，形成毒性更大的光化学烟雾等，都是形成的二次污染物。
（5）进入生物体内，造成各种危
三、环境污染对人群健康影响的特点
1.影响范围大，接触人群广
生活环境受到了污染，涉及的人群可以是一个居民区、一个城市、甚至整个人类。尤其是老、弱、病、残、幼，甚至胎儿，他们是抵抗力最弱，最容易受到有害因子伤害的人群，称为敏感人群(susceptible
population)。有些人群接触某有害因子的机会比其他人群多，强度也大，因此，摄入量比普通人群要高得多，这种人群称高危险人群(high risk
population)。也可以把敏感人群和高危险人群统称为高危险人群。
2.污染物浓度低，作用时间长
污染物进入环境后，受到大气、水体稀释，一般浓度较低，但接触者多数长时间不断暴露于污染环境中，甚至终生接触。低浓度短时间接触不易对人体健康产生明显影响，但长时间接触对人体健康的潜在危害，则不容忽视。
3.污染物种类多，作用多样性
进入环境中的污染物十分复杂，它们各有不同的生物学效应，对机体的危害是多种多样的，既可能有局部作用(局部刺激)，又可能有全身毒害(全身性中毒)；即可有特异作用，又可有非特异作用，甚至可产生远期危害( 遗传性影响)。
4.有害因素之间的联合作用
环境中的有害因子种类很多，它们常常是同时综合作用于人体。因此，在研究环境与人群健康的关系时，应考虑多种污染物的联合作用以及污染物和环境因素的联合作用，它们可呈现相加作用，协同作用或拮抗作用。
5.污染容易，治理困难
环境很容易遭受污染，一旦被污染，要想恢复原状，不但费力大，代价高，而且难以奏效，甚至还有重新污染的可能。有些污染物，如重金属和难以降解的有机氯农药，污染土壤后，能在土壤中长期残留，短期内很难消除。
第二节 环境化学污染物在人体内的转归
环境中化学物质(或毒物)作用于人体后，是否能对健康产生危害， 首先取决于摄入量的多少，同时还与其在体内的代谢过程密切有关。毒物进入机体后，不是干扰或破坏机体的正常生理功能，使机体中毒或产生潜在性危害，就是机体通过各种防御机制与代谢活动，使毒物降解而将其排出体外。因此，了解毒物的代谢过程对研究毒物与机体相互作用的规律具有重要意义。
毒物代谢包括吸收、分布、生物转化和排泄等过程。毒物通过各种途径和方式与机体接触后，首先被机体吸收进入血液，再由血液分布到全身各组织，它们被储存或在组织细胞内发生化学结构和性质的变化，称为生物转化(biotransformation) 或代谢转化(metabolic transformation)，转变成代谢产物，最后毒物本身及其代谢产物可通过各种途径排出体外。 由于吸收、分布和排泄过程的机理具有共通点， 故统称为生物转运(biotransport)。
一、毒物的吸收
毒物经各种途径通过机体生物膜进入血液的过程称为吸收(absorption)。在生活环境中毒物主要通过呼吸道、消化道和皮肤吸收。在毒理学实验研究中还采用特殊的染毒途径如腹膜内、静脉内和皮下注射等。
1.呼吸道吸收
污染空气的环境毒物主要从呼吸道侵入机体，从鼻腔到肺泡整个呼吸道各部分由于结构不同，对毒物的吸收情况也不同，愈入深部，面积愈大，停留时间愈长， 吸收量愈大。因此，呼吸道吸收是以经肺泡吸收为主。由于人体肺泡数量多(约3亿个)，表面积大(50～100m2)，相当于皮肤吸收面积的50倍。肺泡周围布满长约2000km的毛细血管网络，血液供应很丰富，毛细血管与肺泡上皮细胞膜很薄，仅1.5μm左右，有利于外来化学物的吸收。因此，气体如CO、NO2、SO２,挥发性液体如苯、四氯化碳的蒸气及气溶胶硫酸雾等经肺吸收的速度很快，仅次于静脉注射。
气态物质到达肺泡后，主要经简单扩散透过呼吸膜而进入血液，其吸收速度受多种因素的影响，主要是肺泡和血液中物质的浓度(分压)差，按扩散规律，气体从高分压处向低分压处通透，分压差愈大，吸收愈快。随着吸收量的增加，分压差逐渐减少，吸收速度随之减慢。当呼吸膜两侧的分压达到动态平衡时，吸收量不再增加，此时在血液内的浓度(饱和浓度)与在肺泡空气中的浓度之比称为该气体的血/气分配系数( blood/gas partiton coefficient)。此系数愈大，气体愈易被吸收入血液。例如乙醇的血/气分配系数为1300，乙醚为15，二硫化碳为5，说明乙醇远比乙醚和二硫化碳易被吸收。除血/气分配系数外,气态物质的吸收速度还取决于其在血中的溶解度、肺通气量和血流量。在血中溶解度高的物质，其吸收速度主要取决于吸收率，溶解度低的物质主要取决于血流量。 颗粒物质的吸收主要取决于颗粒的大小，直径＞10μm者，因重力作用迅速沉降，吸入后因慢性碰撞而大部分粘附在上呼吸道。5～10μm者大部分被阻留在气管和支气管。1～5μm者可随气流到达呼吸道深部，并有部分到达肺泡，＜1μm者可在肺泡内扩散而沉积下来。因此随空气吸入的颗粒物并非都被吸收。空气进入呼吸道后，气流速度减慢，气流方向多次改变，较大的颗粒阻留在渗透性较小的呼吸道表面，由于正常的纤毛运动使其逆向移动，最后由痰咳出或咽入胃肠道。呼吸道纤毛运动的速度，随不同部位而异，一般每分钟达1mm～1cm之间，1小时内可清除粘膜上的沉积物达90％以上。
到达肺泡的颗粒物质可通过下列途径消除：①直接从肺泡吸收入血液；②随粘液咳出或咽入胃肠道；②游离的或被吞噬的颗粒物可透过肺的间质进入淋巴系统；④有些颗粒可长期留在肺泡内，形成肺泡灰尘病灶或结节。
2.消化道吸收
消化道是吸收环境毒物的主要途径。水和食物中的有害物质主要是通过消化道被人体吸收。消化道的任何部位都有吸收作用，但小肠是主要的吸收部位。因肠道粘膜上有绒毛，可增加小肠吸收面积约600倍，大多数化学物在消化道中以扩散方式被吸收。有些与营养物结构类似的外来化学物则通过主动转运系统吸收，如5-氟尿嘧啶能为嘧啶的转运系统所吸收，铊和铅可为铁和钙的转运系统所吸收。
消化道从口腔至胃、肠各段的pH相差很大，唾液呈微酸性、胃液酸性、肠液为碱性。由于许多酸、碱性有机化学物在不同pH溶液中的解离度是不同的，故在胃肠道不同部位的吸收有很大差别，如弱酸(苯甲酸)在胃内(pH＝2)主要呈不离解状态，脂溶性大，故易被胃所吸收；相反，弱碱(苯胺)在胃内呈离解状态，难以吸收。在小肠内(pH＝6) 则苯甲酸吸收减少，而苯胺吸收增多，换言之，有机酸主要在胃内吸收而有机碱主要在小肠内吸收。
消化道中含有多种酶和菌丛可影响化学物的吸收。某些化学物受胃肠道中酶或菌丛的作用后，可形成新的化学物而改变其毒性。如饮用含有高浓度硝酸盐的井水，在婴儿中易引起高铁血红蛋白血症而成人则否。因新生儿胃肠道的pH值较高并存在某些细菌，特别是埃希氏大肠杆菌可使硝酸盐还原成亚硝酸盐，使血中变性血红蛋白增高。小肠内的菌丛还能还原芳香硝基成芳香胺，后者是可疑致甲状腺肿和致癌物质。
此外，其他因素诸如胃肠道的内容物多少，排空时间以及蠕动状况也可影响吸收。例如大鼠口服氯化钠前禁食，其LD50为3.75g/kg，而不禁食则为6.14g/kg。减少小肠蠕动有助于增加化学物的吸收，因小肠近端段的四分之一约占粘膜总面积的一半，故化学物如果停留在小肠上部的时间较长，吸收就较快。
3.皮肤吸收
环境毒物经皮肤吸收主要通过两条途径：一是表皮；二是毛囊、汗腺和皮脂腺，但后者不如前者重要，因其只占皮肤表面积的0.1～1％。化学物通过表皮吸收需通过三层屏障：①表皮角质层，这是经皮吸收的最主要屏障， 一般分子量大于300的物质不易通过无损的皮肤；②连接角质层，它能阻止水溶液、电解质和某些水溶性不解离的物质，但脂溶性物质则可通过；③表皮和真皮连接处的基膜，它能阻止某些物质透过，但大多数物质通过表皮后，可自由地经乳突毛细管进入血液。脂水都溶的物质，如苯胺可为皮肤迅速吸收，只脂溶而难水溶的苯，经皮吸收量较少。经毛囊吸收的物质不经过表皮屏障，化学物可直接通过皮脂腺和毛囊壁进入真皮。电解质和某些金属，特别是汞，在紧密接触毛囊后可被吸收。化学物的经皮吸收还受其他一些因素的影响。擦伤可促进各类化学物质迅速吸收。温热灼伤或酸碱损伤能增加皮肤的通透性。潮湿也可促进某些气态物质的吸收。
不同种属的动物皮肤通透性不同，大鼠和兔的皮肤较猫的皮肤更易通透，而豚鼠，猪和猴子的皮肤通透性则与人相似。经皮吸收的种属差异也可说明各种杀虫剂对昆虫和人的毒性差异。例如当注射染毒DDT时，对昆虫和哺乳动物的LD50几乎相等， 但经皮染毒时DDT对人的毒性远较昆虫为低。这是因为DDT不易为哺乳动物的皮肤所吸收，但其很易通过昆虫的外壳而被吸收，而且昆虫的体表面积与体重比远较哺乳动物的大。
4.其他途径
吸收环境毒物通常经上述三种途径吸收。但在毒理学动物实验中有时也采用腹腔、皮下、肌肉和静脉注射进行染毒。静脉注射可使化学物直接进入血液，分布到全身。腹腔注射因腹膜面积大、血流供应充沛而吸收化学物很快，并首先经门脉循环进入肝脏，然后到达其他器官。皮下和肌肉注射时吸收较慢，但可直接进入大循环。
二、毒物的分布与贮存
环境毒物通过吸收进入血液和体液后，随血流和淋巴液分散到全身各组织的过程称为分布(distribution)。毒物在体内并不均匀地分布到各组织，不同的毒物在体内的分布也不一样。这是因为毒物各组织的分布与该组织的血流量、亲和力以及其他一些因素有关。因此，研究毒物在体内的分布规律，有利于了解毒物的亲和组织、靶器官和贮存库，在毒理学研究中具有重要意义。
1.毒物的分布
吸收入血液的化学物仅少数呈游离状态，大部分与血浆蛋白结合，经血液运送到各器官和组织。因此，分布的开始阶段，主要取决于机体不同部位的血流量，血液供应愈丰富的器官，化学物的分布愈多，故像肝脏这样血流丰富的器官，化学物可达很高的起始浓度。但随着时间的延长，化学物在器官和组织中的分布，愈来愈受到化学物与器官亲和力的影响而形成化学物的再分布过程。例如染毒铅2小时后，约含有50％的铅分布到肝脏，然而1个月后体内剩余的铅，90％与骨中晶格结合在一起。再如静脉注射亲脂性化学物2，3，7，8-四氯二苯-对-二恶英(TCCD) 5分钟后，15％的剂量位于肺部，仅有约1％在脂肪组织中，然而24小时后，仅0.3％留在肺中，有20％在脂肪组织中。以上说明化学物在全身各组织中的起始分布取决于血流量，而最终分布取决于化学物与组织的亲和力。
形成环境毒物在体内分布不均匀的另一因素是机体的特定部位，对外源性化学物具有明显的屏障作用。所谓屏障固然有一定形态学结构的基础，但更应理解为机体阻止或减少化学物由血液进入某种组织器官的一种生理保护机制，使其不受或少受化学物的危害。主要的屏障有血脑屏障和血 胎盘屏障。
1）血脑屏障(blood-brain barrier) 血脑屏障虽不能绝对阻止有毒物质进入中枢神经系统，但比机体其他部位渗透性小，许多化学物在相当大的剂量时仍不能进入大脑。这主要是由于解剖学和生理学上的原因：①中枢神经系统(CNS) 的毛细血管内皮细胞间相互连接很紧密，几乎无空隙；②在毛细血管周围被星形胶质细胞突所包围。因此，化学物必须穿过上述屏障才能进入大脑，其通透速度主要取决于化学物的脂溶性和解离度。一般而言，增加脂溶性可促进化学物穿入CNS，而增加解离可明显降低穿透性。例如，甲机汞很易进入脑组织，引起CNS中毒，而非脂溶性的无机汞则不易进入脑组织， 故其毒作用主要不在脑而在肾脏。但由于脑内的甲基汞逐渐代谢转化成汞离子而不能反穿出血脑屏障而排出，可在脑内滞留而引起中毒。③在CNS间液中蛋白质浓度很低， 因此在化学物从血液进入脑的过程中，蛋白质结合这一转运机理就不能发挥作用。但是也有例外，一些脂溶性化学物如TCDD也不易进入脑，其机理尚不清楚，可能是由于它和血浆蛋白或脂蛋白紧密结合，限制了它进入大脑。
新生儿的血脑屏障发育不完全，对某些化学物的毒性反应比成人大。例如铅可引起新生大鼠的脑脊髓病，但成年大鼠则否。
2）血 胎盘屏障(blood placental barrier) 血 胎盘屏障的主要功能之一是防止母体血液中一些有害物质通过胎盘以保护胎儿，但这种作用十分有限，许多物质可通过简单扩散进入胎儿。胎儿组织中毒物的浓度，取决于各组织细胞膜的通透性和富集能力。如胎儿脑中甲基汞的浓度较高是由于胎儿的血脑屏障作用较弱。胎儿的肝脏不能富集外来化学物质，其中的化学物含量较低。
3）其他屏障 例如血 眼屏障，血 睾丸屏障等可以保护这些器官减少或免受外来化学物的损害。
2.毒物的贮存
进入血液的化学物大部分与血浆蛋白或体内各组织结合，在特定的部位累积而浓度较高。但化学物对这些部位所产生的作用并不相同。有的部位化学物含量较高，且可直接发挥其毒作用，称为靶部位，即靶组织或靶器官(target organ)，如甲基汞积聚于脑，百草枯积聚于肺，且均可引起这些组织的病变。有的部位化学物含量虽高，但未显示明显的毒作用，称为贮存库(storage depot),主要有下列几种：
1）血浆蛋白作为贮存库 血浆中各种蛋白均有结合化学物质的功能，尤其是白蛋白的结合量最高，是最重要的贮存库。不同的化学物与蛋白质结合的能力不同，有的不结合如安替比林，有的结合50％如丙稀巴比妥，有的可结合99％如杀虫狄氏剂。血浆蛋白还可与各种酸性、碱性和中性化学物结合。与蛋白质结合的化学物不易透过细胞膜进入靶器官产生毒作用，也影响其贮存、转化和排泄等过程。然而这种结合是可逆的，与血浆中游离状态的化学物形成动态平衡。值得注意的是，不同的化学物与血浆蛋白的结合是有竞争性的，一种已被结合的化学物，可被结合力更强的化学物所取代，使原来结合的化学物解离出来而显示毒作用。例如DDE(DDT的代谢产物)能竞争性置换已与白蛋白结合的胆红素，使其在血中游离，可出现黄疸。
2）肝和肾作为贮存库 肝和肾具有与许多化学物结合的能力。这些组织的细胞中含有特殊的结合蛋白，能将血浆中和蛋白结合的有毒物质夺取过来。如肝细胞中有一种配体蛋白能和许多有机酸结合，而且还能与一些有机阴离子、偶氮染料和皮质类固醇结合，使这些物质进入肝脏。肝、肾还存在另一种蛋白即金属硫蛋白能结合镉和锌。肝脏结合外来化学物极为迅速，如一次性染毒铅后30分钟，肝脏中铅的浓度比血浆中高50倍。肝、肾既是许多外来化学物的贮存库，又是体内毒物转化和排泄的主要器官。
3）脂肪组织作为贮存库 脂溶性是化学物吸收的一个重要因素，环境中许多有机化学物是脂溶的，易于通过生物膜进入血液，并分布和蓄积在脂肪组织内。如各种有机氯农药(氯丹、DDT、六六六等)和有机汞农药(西力生、赛力散等)。
体脂约占肥胖者体重的50％，消瘦者体重的20％。化学物在脂肪中的贮存可降低其在靶器官中的浓度。因此，这类化学物对肥胖者的毒性要比消瘦者低。但当脂肪迅速动用时，可使血中浓度突然增高而引起中毒。研究表明长期接触有机氯农药的实验动物，经短期饥饿后可产生中毒症状。
4）骨骼组织作为贮存库 由于骨骼组织中某些成分与某些污染物有特殊亲和力，因此这些物质在骨骼中的浓度很高，如氟化物、铅、锶等能与骨基质结合而贮存在其中，体内90%的铅贮存在骨组织中。氟离子(F-)可替代羟基磷灰石晶格基质中的OH-，使骨氟含量增加。而铅和锶则替代了骨质中的钙而贮存在骨中。
化学物在骨中的沉积和贮存是否对机体有害，随化学物的性质而定，如铅对骨并无毒性，但骨氟增多可引起氟骨症，放射性锶可致骨肉瘤及其他肿瘤，故骨骼也是氟和锶的靶组织。
由此可知有毒物质在体内的贮存具有两重意义：一方面对急性中毒具有保护作用，因它减少了到达毒作用部位的毒物量；另一方面可能成为一种在体内提供毒物的来源，具有潜在危害。如铅的毒作用在软组织，故贮存于骨内具有保护作用，但在缺钙或甲状旁腺激素的溶骨作用等条件下，可导致骨内铅重新释放至血液而引起中毒。
三、毒物的生物转化
毒物的生物转化(biotransformation)，亦称代谢转化(metabolic transformation)，是指毒物在体内组织中，经酶催化或非酶作用转化成一些代谢产物的过程。肝、肾、胃、肠、肺、皮肤和胎盘等组织都具有代谢转化的功能，其中以肝脏代谢最为活跃。
通常，生物转化过程是将亲脂性毒物转化成极性较强的亲水性物质，以降低其通过细胞膜的能力，从而加速其排出。所以，多数毒物经代谢转化后，变成低毒或无毒的产物。这种生物转化称为生物解毒或生物灭活作用(biodetoxication)。 但也有一些原来无毒或低毒的物质经代谢转化后，变成有毒或毒性更大的产物。此种生物转化称为生物活化(bioactivation)或增毒作用(toxication)。例如：有机磷农药对硫磷在体内经代谢转化成为对氧磷，其水溶性增加100倍，但毒性比对硫磷高；苯并(a)芘及各种芳香胺致癌物，本身并不直接致癌，须经代谢转化后才具有致癌作用。因此，研究和了解毒物代谢转化的方式和机理，可对中毒机理的研究提供基础科学资料，对于治疗和诊断，以及采取有效的预防措施具有重要的理论意义及实用价值。
1.生物转化的方式
毒物的生物转化是体内酶及各种物理、化学、生化、生理作用综合而得的过程。参与生物转化的酶系统主要存在于肝细胞的微粒体、线粒体或可溶成分中，所以肝脏是体内主要代谢转化器官。胃肠道、肾、肺、皮肤、胎盘和血液等组织也有一些酶，可对外来化学物质进行代谢转化。当以不同途径吸收某一特定的化学物时，其它器官对其代谢转化可能起主要作用，例如致癌物苏铁苷的代谢活化主要是由肠道菌群进行，与肝脏无关。 外来化学物在体内的生物转化作用可分为两大类：第一类为Ⅰ相反应，亦称降解反应(degradation reaction)，包括氧化、还原、水解等反应，这类反应直接改变物质的基团，使之分解；第二类为Ⅱ相反应，也称结合反应(conjugation reaction)，即毒物本身或它的代谢产物与某种内源性化学物或基团的生物合成反应。大多数化学物先经Ⅰ相反应，增强水溶性并为Ⅱ相反应形成适当的底物，再经Ⅱ相反应，即与某些极性强的物质(如葡萄糖、硫酸、氨基酸等)结合，进一步增加其水溶性，以利于排出；少数化学物可直接进入Ⅱ相反应
1）氧化反应
又可分为微粒体酶系催化的氧化反应以及线粒体或胞液中的非微粒体酶催化的氧化反应。
（1）微粒体氧化 各种结构不同的化学物进入机体后，几乎都能被微粒体的氧化所催化，进行氧化反应。参加氧化反应的微粒体酶，其特异性较低，该酶系不仅对多种形式的氧化作用有催化能力，使氧分子呈现多种功能，还能在某些种属动物中参与硝基和偶氮的还原作用，因此称为混合功能氧化酶(mixed function oxidase,MFO)。该酶系主要存在于肝细胞内质网中，一般所称的微粒体并非是独立的细胞结构，而是肝细胞磨成匀浆后，分离得到的内质网碎片。
MFO催化的氧化反应的特点是反应中需要一个氧分子，其中一个氧原子被还原成水，另一个氧原子与底物结合，即被氧化的作用物上加上一个氧原子，故又称为微粒体加单氧酶(mono-oxygenase)，其反应式如下：
MFO
RH+NADPH+H++O2 →ROH+NADP+H2O
MFO是由多种酶构成的多酶系统，其中包括细胞色素P-450、细胞色素b-5、还原型辅酶Ⅱ(NADPH)细胞色素p-450还原酶、还原型辅酶Ⅰ(NADH)细胞色素b-5还原酶以及环氧化物水化酶等。
由MFO催化的氧化反应的类型很多，主要包括脂肪族和芳香族羟化、环氧化、 脱烷基、脱氨基、S－氧化、脱硫、氧化脱卤反应等
（2）非微粒体氧化 除微粒体氧化酶外，在线粒体和胞液中存在一些非特异性氧化酶。这类酶具有底物专一性，需要NAD+和NADP+为辅酶。氧化反应包括单胺氧化，醇、醛、酸等的脱氢等。例如醇脱氢酶在NAD+受氢条件下，可使醇易于脱氢氧化，最后生成CO2和水，人饮酒后主要藉此氧化过程而转化、解毒。
醇脱氢酶 醛脱氢酶
C2H5OH
→CH3CHO
→CH2COOH
→CO2+H2O
乙醇 乙醛
乙酸
2）还原反应
外来化学物在体内可被还原酶催化还原，可分为微粒体还原和非微粒体还原。
（1）微粒体还原 常见的微粒体系统催化的还原反应有：
A、硝基还原 硝基苯、m-二硝基苯、三硝基苯、P-硝基苯甲酸和它们的醇、醛类似物，以及氯霉素等，都可被微粒体还原酶系催化还原。这类酶分布于肝、肾、肺、心及大脑，在无氧条件下利用NADPH和NADH参与反应。
B、偶氮反应 各种偶氮化合物，由偶氮还原酶作用，形成苯肼衍生物，进一步还原裂解成芳香胺，如偶氮苯的还原。偶氮还原主要存在于肠道微生物。
C、还原性脱卤 氯仿、四氯化碳、甲基萤烷、碳氟化物、六氯代苯等可在微粒体酶的催化下进行还原性脱卤反应。例如四氯化碳可被该酶系催化还原产生具有强氧化性的游离基(·CCl3)，可引起肝细胞脂质过氧化或肝坏死。
（2）非微粒体还原 此类反应包括醇、醛、萘醌还原，双键还原，烷基胂酸、硫氧化物、氮氧化物还原
3）水解作用
在肝、肾及其他组织的微粒体或细胞内含有各种酯酶和酰胺酶，能水解各种酯类或酰胺类化合物。许多有机磷农药主要藉酶的水解作用而解毒，如敌敌畏、对硫磷、马拉硫磷、乐果等在体内水解后毒性下降。
4）结合反应
各种污染物进入机体后，不论经过上述氧化、还原或水解反应与否，最终大多要与机体内某些化学物或基团结合而改变其性质，通常能使有毒化学物分子上的某些功能基团失活而降低其毒性。还能使大多数化学物增加水溶性而有利于排出体外。因此，结合反应对解毒具有重要意义。
结合反应的类型不多，常见的有葡萄糖醛酸结合、谷胱甘肽结合、硫酸结合和氨基酸结合，以及乙酰化、甲基化等形式。葡萄糖醛酸结合是最重要的一种结合反应。葡萄糖醛酸的来源是尿苷二磷酸葡萄糖醛酸，在葡萄糖苷酸转移酶的作用下与外来化学物的羟基、氨基、羧基、巯基结合，形成葡糖醛酸结合物，其水溶性增加，易于排出体外。
谷胱甘肽也是体内的重要解毒物质，在谷胱甘肽－S－转移酶的作用下，能与许多外来化学物及其代谢物如环氧化物、硝基化合物等结合，形成亲水性产物而易于排出体外。例如溴苯的环氧化物和细胞大分子结合后，可引起肝细胞坏死，但当其与谷胱甘肽结合后，即被解毒而排出体外。
2.生物转化的过程及特点
前面已概括地列举了一些常见的生物转化反应，实际上生物转化的类型很多，且转化过程受到许多因素的影响，如动物种属、个体差异、化学物的特性等。污染物进入机体后，有的不经任何转化直接排出体外，有的通过氧化、还原、水解后排出，有的需要进一步结合或直接经结合后排出，说明化学物在体内的生物转化是一个十分复杂的过程。生物转化主要有以下几方面的特点：
1）生物转化的多样性 污染物在体内的生物转化，往往不是单一的反应，可能有多种不同的代谢转化途径，生成多种代谢产物，例如农药西维因在体内既可进行氧化反应生成多种氧化产物，还可进一步进行葡糖醛酸和硫酸结合反应。一些有机磷杀虫剂，如杀螟松、毒虫畏和氧化乐果等，可通过脱甲基、氧化、脱硫或水解作用，生成十种或十种以上不同的代谢产物。
同一种毒物经不同途径代谢时，其毒作用也可能不同，如有机磷农药对硫磷经静脉(不经肝)吸收时，几乎不产生对胆硷酯酶的抑制作用，但经门静脉吸收时，由于在肝脏被代谢活化成对氧磷而产生中等强度的毒作用效应。
2）生物转化的连续性 多数毒物在体内的代谢转化往往不是单一的反应，常常多个反应连续进行，表现出代谢转化的连续性。当一些具有连续反应特点的毒物的正常代谢途径受干扰时，可以明显影响其毒效应。例如，在正常情况下，乙醇经过中间代谢产物乙醛进一步被代谢转化成乙酸，然后转变为CO2和水。如果醛脱氢酶被抑制，乙醛水平上升，可引起恶心、呕吐、头痛和心悸等症状。又如甲醇先被代谢成甲醛，进一步生成甲酸，然后转变为CO2和水。人眼中缺乏醛脱氢酶，所以人接触甲醇后，生成的甲醛不能被进一步代谢转化而在眼部积聚，由于甲醛产生局部损伤，反复接触可能导致失明。
3）代物转化的两重性 污染物进入机体后，一般经代谢转化使其毒性降低，但也有不少化学物经代谢转化后毒性反而增高，如硫代磷酸酯类农药，经氧化脱硫后，其代谢物毒性增高。外来化学物对酶的诱导和抑制不仅能改变其本身的代谢过程，而且使同时进入体内的其他化学物的代谢过程发生改变。对两者毒性所产生的影响也具有两重性。经代谢转化后毒性降低的化学物质，则酶诱导可促进其解毒，而抑制酶的活性可使其毒性增加。反之，经代谢转化后毒性增加的化学物，则诱导可增强其毒性，酶抑制可降低其毒性。如CCl4、氯乙烯等因诱导效应使其毒性增强。马拉硫磷在体内由于代谢酶作用的不同，既可氧化成马拉氧磷而毒性增强，又可水解成马拉硫磷羧酸而失活，毒性降低，水溶性增加，易随尿排出。
4）代谢饱和状态 毒物的浓度或剂量能影响毒物的代谢情况，开始接触毒物时，随毒物在体内浓度的增加，单位时间内代谢酶对毒物催化代谢产生的产物量也随之增加，但当毒物量达到一定浓度时，单位时间内的代谢产物量不再随之增加，正常代谢途径也可能发生改变，这种代谢途径被饱和的现象称为代谢饱和(metabolic saturation)。例如溴苯，在体内经Ⅰ相反应生成环氧化物，后者有70％与GSH结合生成硫醚氨酸排出，但当进入机体量达到中毒剂量时，环氧溴苯与GSH结合，使GSH耗尽而呈代谢饱和状态，并可使代谢方式发生改变，未结合的环氧溴苯可与生物大分子结合而产生肝毒作用。
由上可知污染物质进入机体经各种方式进行代谢转化后，可形成不同的代谢产物，其所引起的后果，有的可形成稳定代谢产物排出体外，有的形成活性代谢产物，再经解毒排出体外。如解毒失效，则产生免疫反应，或引起各种病变，如组织坏死、突变、癌变等。
第三节 污染物的毒性作用及其影响因素
一、基本概念
1.毒物
在日常接触条件下，较微量的化学物进入机体后，即能干扰或破坏机体的正常生理功能，引起暂时的或永久性的病理改变，甚至危及生命，就称该物质为毒物(toxicant)。由于毒物作用的结果，使机体发生各种病变，称为中毒(toxication)。
2.毒性
一种化学物质接触或进入机体内部的易感部位后能引起有害生物学作用的相对能力，称为该物质的毒性(toxicity)。一个物质对机体造成的损害愈大，则其毒性也俞大。但是一个物质“有毒”与“无毒”是相对的，毒性的大小也是相对的，关键是剂量或浓度。毒物的剂量与机体发生毒性反应之间存在着一定的关系，即剂量－反应关系，毒性就是表示剂量－反应关系的，一般以化学物质引起机体某种毒性反应所需的剂量来表示。
3.剂量
剂量的概念较为广泛，可指机体接触的剂量(外环境中的含量)或摄入量、外来化学物被机体吸收的剂量及其在靶器官中的剂量等。化学物对机体的损害作用，直接取决于其在靶器官中的剂量，但测定此剂量十分复杂，且一般而言，接触或摄入的剂量愈大，靶器官中的剂量也愈大。因此，常以接触或摄入机体的剂量，如单位体重(mg/kg)或环境中浓度(mg/m3或mg/L)来衡量。
4.剂量－反应关系
生物体接触一定剂量的化学物质与其所产生反应之间存在一定的关系，称为剂量－反应关系(dose-response relationship)。 在毒理学研究中常将剂量 反应关系分为两类：
一类是指接触某一化学物的剂量与个体呈现某种生物学反应的关系，其反应强度可被定量测定，用计量单位来表示。人们又将这一类剂量－反应关系称为剂量效应关系。例如有机磷农药可抑制胆碱脂酶，四氯化碳可引起血中谷丙转氨酶活性增高，其酶活性的高低，就以若干单位酶活力来表示。
另一类是指接触某一化学物的剂量与群体中出现某种反应的个体在群体中所占比例的关系，其所占比例可以％或比值表示，如死亡率、肿瘤发生率等。其观察结果只能以“有”或“无”、“异常”或“正常”等计数资料来表示。
5.时间－剂量－反应关系
剂量－反应关系是从量的角度阐明毒物作用的规律性，而时间－剂量－反应关系是用时间生物学或时间毒理学的方法阐明毒物对机体的影响。在毒理学实验中，时间－反应关系和时间－剂量关系对于确定毒物的毒作用特点具有重要意义。一般来说，接触毒物后迅速中毒，说明其吸收、分布快、作用直接；反之则说明吸收缓慢或在作用前需经代谢转化。中毒后迅速恢复，说明毒物能很快被排出或被解毒；反之则说明解毒或排泄效率低，或已产生病理或生化方面的损害以致难以恢复。
在进行毒物的安全性或危险度评价时，时间－剂量关系是应当考虑的一个重要因素。这是因为持续暴露时，引起某种损害所需要的剂量远远小于间断暴露的剂量；另一方面，在剂量相同的条件下，持续暴露所引起的损害又远远大于间断暴露的损害。
二、毒性作用的类型
污染物的毒性作用可按不同方法分类，根据毒性作用的特点、发生的时间和部位，可将其分为：
1.变态反应(allergic reaction)
是指机体对化学物产生的一种有害免疫介导反应，又称过敏反应(hypersensitivity)。变态反应与一般毒性反应不同，首先需要先接触过该化学物，它作为一种半抗原，与内源性蛋白质结合而形成抗原，然后才能激发抗体的形成。当再次接触该化学物时，形成抗原－抗体反应，产生典型的过敏反应。另外变态反应其剂量－反应关系不是一般的S型曲线，但对特定的个体来说，变态反应与剂量有关，例如一个经花粉致敏的人，其过敏反应强度与空气中花粉的浓度有关。由于变态反应是一种不需要的有害反应，因此也是一种毒性反应，此种反应有时很轻，仅有皮肤症状，有时可引起严重的过敏性休克，甚至死亡。
2.特异体质反应(idiosyncratic reaction)
是指遗传性特异体质对某种化学物的异常反应。例如有些病人接受一个标准治疗剂量的琥珀酰胆碱后，呈现长时间的肌肉松驰和窒息。琥珀酰胆碱一般所引起的骨骼肌松驰时间是很短的，因其能迅速被血浆中的假胆碱酯酶代谢降解。但是具有特异体质反应的病人缺乏此种酶，因而对血清中各种胆碱的增高无降解能力。同样，缺乏NADH高铁血红蛋白还原酶的人对亚硝酸盐和其他能引起高铁血红蛋白症的化学物质异常敏感。
3.速发和迟发毒性作用
速发毒性作用(immediate toxic effect)是指某些化学物经一次接触后的短时间内引起的即刻毒性作用。例如一氧化碳、硫化氢、氰化物等的急性中毒。迟发性毒作用(delayed toxic effect)是指一次或多次接触某种化学物后，需经一段时间间隔才显现的毒性作用。化学物对人的致癌作用一般在接触后10～20年才发生肿瘤。又如一些有机磷农药具有迟发性神经毒性。
4.可逆和不可逆毒作用
可逆毒作用(reversible toxic effect)是指停止接触化学物后，可逐渐消失的毒作用，一般而言机体接触化学物的浓度较低，时间较短，损伤较轻，则脱离接触后其作用即可消失。不可逆毒作用(irreversible toxic effect) 是指停止接触化学物后，其作用继续存在，甚至损伤可进一步发展。例如化学物质的致突变、致癌作用，一旦发生，被认为是不可逆的。
化学物的毒性作用是否可逆，在很大程度上还取决于受损伤组织的再生能力。例如肝脏具有较高的再生能力，因此大多数肝损伤是可逆的，而中枢神经系统的损伤，多数是不可逆的。
5.局部和全身毒作用
某些化学物质可引起机体直接接触部位的损伤，称为局部毒作用(local toxic effcet)。例如接触或摄入腐蚀性物质或吸入刺激性气体就可损伤皮肤、胃肠道或呼吸道。污染物被机体吸收后，随血液循环分布至全身，或到达远离吸收部位的器官而产生有害作用，称为全身毒作用(systemic toxic effect)。如一氧化碳可引起全身缺氧和窒息。 化学物进入机体后，对体内各器官的毒作用并不一样，往往只对一、二个器官发挥主要毒作用，这些器官就称为该物质的靶器官。如脑是甲基汞的靶器官，肾脏是镉的靶器官。对机体毒作用的强弱，主要取决于该物质在靶器官中的浓度。但靶器官不一定是该物质浓度最高的场所。例如铅浓集在骨中，毒作用却主要是造血系统、神经系统和胃肠道等。
三、影响污染物毒性作用的因素
毒性作用是污染物与机体相互作用的结果。但是，机体接触化学物后是否表示出毒作用，以及毒作用的性质和强度受到很多因素的影响。因此，了解污染物毒作用的影响因素，对于设计化学物的毒性研究方案，全面评价毒理学资料具有重要意义。
从毒理学角度，可将影响污染物毒性作用的因素，概括为下列四个方面：
1.毒物因素
污染物毒性的大小与其化学结构和理化特性有密切关系，物质的化学结构决定其理化特性与化学活性，而后者又可影响物质的生物活性。
1）化学结构
毒物的化学结构是决定毒性的重要物质基础，研究环境毒物的化学结构与毒性作用的关系，有利于预测同系物的生物活性、毒作用机理以及估计其容许限量的范围。
(1）同系物的碳原子数目 在脂族烃中随着碳原子的增加，其毒性增强。例如醇类中丁醇、戊醇的毒性较乙醇、丙醇大；烷烃中甲、乙、丙、丁到庚烷，毒性依次增大。但上述规律只适用于庚烷以下烃类。此外，甲醇由于在体内转化成甲醛和甲酸，其毒性反比乙醇高。
(2）分子饱和度 分子中不饱和键增多，其毒性增大。例如对结膜的刺激作用,丙烯醛＞丙醛，丁烯醛＞丁醛。这是由于不饱和键的存在，使化学物的活性增加。
(3）卤族取代 各种卤代化学物中，其毒性随卤素原子数目的增加而增强。例如氯化甲烷对肝脏的毒性依次为：CCl4＞CHCl3＞CH2Cl2＞CH3Cl＞CH4。因结构中增加卤素就会使分子的极化程度增加，更易与酶系统结合而使毒性增加。
(4）基团的位置 一般认为化学同系物中三种异构体的毒性依次为： 对位＞邻位＞间位，如硝基酚、氯酚等。但也有例外，如邻硝基苯醛的毒性大于其对位异构体。
(5）其它 一些有机氯和有机磷杀虫剂的毒性也随化学结构而异。如DDT结构中三氯甲基上的氯为氢原子取代，其毒性降低，故DDD的毒性小于DDT。有机磷农药烷基中碳原子增加其毒性增加，故对硫磷的毒性大于甲基对硫磷。与硫键结合的氧为硫取代其毒性降低，如对硫磷的毒性小于对氧磷。
化学结构除可影响毒性大小外，还可影响毒作用的性质。如苯有抑制造血机能的作用，当苯环中的氢原子为氨基或硝基取代时就具有形成高铁血红蛋白的作用。噻二唑类农药敌枯双因对动物具有强烈致畸作用(1mg/kg引起大鼠严重畸形)而禁止生产使用，但在其第51位碳原子上增加两个巯基，形成巯基敌枯双(商品名为叶枯宁)，则其致畸效应明显下降(100mg/kg对大鼠不致畸)。
近年来对化学物结构与效应关系的研究日益深入，其特点是应用多参数法综合考虑各种理化常数，以回归分析方法找出化学物结构和生物效应之间的定量关系，称为定量构效关系法。即用数学模型来定量地描述化学物的结构与活性的关系，其中使用最多的是Hansch分析法。该法的理论根据是化学物在体内生物活性主要取决于其到达作用部位或受体表面的浓度及其在体内生物转运情况有关，后者又与化学物本身的理化性质有密切关系。
2）理化性质
影响毒性作用大小的理化特性主要有溶解度、挥发度、分散度和纯度。
(1）溶解度 毒物在水中，特别是在体液中的溶解度愈大，其毒性愈大。例如As2O3 在水中的溶解度比As2S3大3万倍，因而其毒性远较后者为大。某些有害气体由于其水溶性不同，其作用部位与速度不同。如氯气、SO2等易溶于水，能迅速引起粘膜及上呼吸道刺激，而NO2的水溶性较低， 常要经一定潜伏期才引起深部呼吸道病变(肺水肿)。汞的盐类在肠道内的吸收与脂溶性有关，脂溶性愈大，在肠道内吸收的量愈多，引起的毒性作用愈大。氯化高汞的吸收度为2％，醋酸汞为50％，苯基汞50～80％，甲基汞在90％。后者脂溶性高，易渗入神经系统，毒性很大。
(2）挥发度 液态有毒物质的挥发度愈大，其在空气中的浓度愈高，愈易通过呼吸道或皮肤吸收进入机体。如溴甲烷、二硫化碳、四氯化碳、汽油等因具有挥发性而易通过空气对人体引起危害。
(3）分散度 飘尘、烟雾等化学物污染空气，其毒性与分散度有关。化学物的分散度愈大，表示其颗粒愈小，生物活性也愈强，且易进入呼吸道深部。一般小于10μm的颗粒物进入呼吸道引起的毒性较大。
(4）纯度 在研究污染物的毒性时，一般应首先考虑用纯品，以避免杂质的干扰。当没有纯品或要确定工业品或商品的毒性时，必须了解其中杂质或污染物质的含量，因试样中的杂质不仅可影响毒性的大小，还可影响毒作用的性质。例如有机氯农药2,4,5－T的致畸性主要是由于难以去除的杂质四氯二苯二恶英(TCDD)所致，并非由于农药本身所引起。
2.接触(染毒)条件
1）染毒容积与浓度
在动物实验中一次经口染毒的容积一般为体重的1％～2％。静脉注射的上限，鼠类为0.5ml，较大动物为2ml。容积过大可影响毒性反应。在慢性实验中把毒物混入饲料染毒时，如果受试物毒性很低，要防止其容积过大而防碍食欲，影响营养状况。
相同剂量的毒物，由于稀释度不同也会造成毒性差异。一般认为浓溶液较稀溶液吸收快，毒作用强。例如氰化钾等四种化学物，随稀释度增大小鼠死亡数依次减少。
2）溶剂
染毒前往往要将毒物以不同溶剂配成适当的剂型。常用的溶剂有水、生理盐水、植物油、二甲亚砜等，如选择不当有可能加速或减缓毒物的吸收、排泄而影响其毒性。如DDT的油溶液对大鼠的LD50为150mg/kg，DDT水混悬液的LD50为500mg/kg，这是由于油能促进该毒物的吸收所致。但用油作溶剂也可因用量过大而导致腹泻，影响吸收，有时溶剂也可与受试物发生化学反应而影响毒性。如有人测试敌敌畏和二溴磷的毒性时，用吐温－80和丙二醇作溶剂，所得结果有显著差异，后者毒性比前者高。这可能由于丙二醇的烷氧基与这两种毒物甲氧基发生置换，形成新的毒性更高的产物所致。因此，在选择溶剂时不仅应注意其本身无毒，还应不与受试物起化学反应。
3）染毒途径
染毒途径不同，毒物的吸收、分布及首先到达的靶器官和组织不同，即使染毒剂量相同，其毒性反应的性质和程度不同。例如各种染毒途径中以静脉注射吸收最快，其它途径的吸收速度一般依次为：呼吸道＞腹腔注射＞肌肉注射＞经口＞经皮。在实验研究中要根据毒物的性质、在环境中存在的形式，接触情况以及实验目的等选择适当的染毒途径。如要评价环境中硝酸盐的毒性，应选用经口染毒，硝酸盐可在胃肠道中还原为亚硝酸盐，引起高铁血红蛋白症，如用静脉注射，则无此毒效应。
3.机体(宿主)因素
在相同环境条件下，同一毒物对不同种属的动物或同种动物的不同个体或不同发育阶段所产生的毒性有很大差异，这主要是由于机体的感受性和耐受性不同所致，并随动物种属、年龄、性别、营养和健康状况等因素而异。
1）种属和个体差异
不同种属的动物或不同个体之间对同一毒物存在感受性的差异，其原因很多，但主要由于毒物在体内代谢(包括代谢酶)的差异所致。例如氰化物对草食动物的毒性较其他动物为低，因其体内的酶适应性强，故其解毒能力也较人、狗等杂食动物强。2-乙酰氨基芴(2-AAF)对很多种动物都有致癌性，但对猴、豚鼠则不致癌， 这主要由于代谢的不同，2-AAF在大鼠体内经N-羟化后，形成致癌3-OH-2-AAF，而在猴体内经芳香族羟化后，形成不致癌的7-OH-2AAF之故。
对化学物致畸作用的种属差异，可能还与胎盘屏障的转运情况不同有关。如反应停的剂量低至0.5～1.0mg/kg，对人即有致畸作用，而对大小鼠则剂量高至4000mg/kg，几乎无致畸效应，仅在某种品系的兔、猴、狒狒中此药可引起畸胎。相反，农药敌枯双对大小鼠具有强烈致畸性，但对人是否致畸尚无可靠证据。故在进行化学物的毒性试验时，应多用几种动物，一般至少用两种以上，其中一种非啮齿动物。
对毒物反应的个体差异，也是生物体基本特征之一。在急性动物实验中，一组动物在给予相同剂量受试物后，有的存活，有的死亡，明显反映出个体差异。性别相同，年龄、体重、健康状况相近的纯种动物，差异较小。因此选用动物时，尽可能使条件基本一致，以减少个体差异。
2）年龄与体重
人们早就认识到新生或幼年动物通常对毒物较成年动物敏感。对多数毒性，估计要敏感1.5～10倍。例如新生大鼠一般对有机磷农药(马拉硫磷、对硫磷等)要比成年大鼠敏感。但也不尽然，新生动物神经系统发育不全，故对中枢神经系统(CNS)的兴奋剂敏感性较差，而对抑制剂则较敏感。如DDT对新生大鼠的LD50值为成年大鼠的20倍以上，这种对DDT毒性的不敏感性对于评价该农药的潜在危险性可能很有意义，因婴幼儿通过母乳或牛奶摄入DDT较多。年龄对其他CNS兴奋剂，包括其他有机氯杀虫剂( 如狄氏剂)敏感性的影响似乎没有如此明显(表7－1)。
表7－1 年龄对三种农药大鼠急性毒性的影响(LD50，mg/kg)
|
农药名称 |
新生大鼠 |
断乳前大鼠 |
成年大鼠 |
|
马拉硫磷 |
134.4 |
925.5 |
3697.0 |
|
DDT |
4000.0 |
437.8 |
194.5 |
|
狄氏剂 |
167.8 |
24.9 |
37.0 |
新生动物中膜的通透性(包括血－脑屏障)较强，因此对甲基汞等脂溶性神经毒物毒性反应大。新生动物缺乏毒物代谢酶，老年动物酶活性也下降。所以，凡需在体内转化后才显示毒性的化学物，对年幼动物的毒性比成年动物低，反之，在年幼动物显示毒性较大。例如八甲磷，其甲基需经羟化后才具有毒性，新生鼠缺乏此酶，毒性低，成年鼠则毒性反应大，死亡率高。老年鼠死亡率又降低。
此外，幼年和成年动物对毒物吸收与排泄能力的差异，也可影响毒性。例如儿童对铅的吸收较成年人多4～5倍，对镉则多20倍。鸟本苷(箭毒)对新生大鼠的毒性为成年大鼠的20倍，因成年大鼠的肝脏能迅速将其从血浆中清除掉。
因此，在毒理学实验中，一般选用成年动物，染毒剂量常按体重进行推算，以减少动物体重间的差异。
3）性别与激素
性别对毒性的影响主要见于成年动物。性别差异主要与体内激素与代谢功能的差别有关。一般来说，雌性动物对毒物的敏感性较强，已发现苯、二硝基酚、对硫磷、艾氏剂等对雌性动物毒性较大，但也有些化学物，如铅、乙醇等对雄性大鼠毒性大。
孕激素能抑制肝微粒体酶的氧化过程和葡萄糖醛酸的结合作用。实验证明怀孕可明显增加孕鼠对某些毒性如农药的敏感性。哺乳期对一些金属的毒性反应也增强。
4）营养和健康状况
营养对毒物的影响随毒物在体内生物转化过程的改变而不同。营养不良，尤其是蛋白质缺乏，由于酶蛋白合成减少而引起各种酶活性降低，使毒物在体内的转化过程缓慢，机体对多数毒物的解毒能力降低，显示毒物的毒性增加。如喂以低蛋白饲料的大鼠对各种农药的敏感性可增高2～26倍。另一方面少数经生物转化后毒性增高的化学物如四氯化碳，二甲基亚硝胺等，低蛋白饲料可降低其对大鼠肝脏的毒性和致死作用。
缺乏维生素A、C、E等也可抑制微粒体混合功能氧化酶的活性，但维生素B1缺乏则有相反的作用。维生素A缺乏还可增高呼吸道对致癌物的敏感性。
个体健康可影响毒性反应，如肝病时机体对毒物的解毒能力下降而毒性增加。慢性支气管炎和肺气肿患者，易发生刺激性气体中毒，且其后果也较严重，如1952年英国伦敦烟雾事件死亡人数中，80％是心、肺病患者。
4.环境因素
影响毒物毒性的环境因素很多，诸如气温、气湿、气压、季节或昼夜节律，以及其他物理因素(如噪声)、化学因素(联合作用)等。这里仅就影响毒性的主要气象因素简介如下：
环境温度的改变会影响毒性。高温可使代谢亢进，促进毒物吸收，使毒性增高，温度下降可使毒性反应减轻。有人比较了58种化学物在不同温度下对大鼠LD50的影响，结果表明，55种化学物在36℃高温环境中毒性最大，26℃时毒性最小。有些化学物本身可影响体温的调节过程而改变机体对环境温度的反应性。因此，在研究温度与毒性的关系时，应注意化学物对体温的影响。一些引起代谢增高的物质如五氯酚、2,4 二硝基酚等，在8℃时毒性最小，而引起体温下降的物质如氯丙嗪则在8℃时毒性最大。
在高温环境中某些化学物如HCl、HF和H2S的刺激作用增大。某些毒物还可改变其形态，如SO2在高湿条件下，一部分可变为SO3和H2SO4从而使毒性增加。此外，某些化学物如大气中的氮氧化物和醛类，在强烈日光的照射下，可转化成毒性更强的光化学烟雾等。
第四节 环境污染引起的急性中毒危害
环境污染引起中毒危害是指环境中有毒污染物进入机体后，与机体组织发生生物化学或物理化学作用，引起正常生理机能的破坏，造成机体暂时的或永久的病理状态，严重者引起机体死亡。
急性中毒是由于大量的环境毒物于短时间内进入机体所致。环境污染引起的急性中毒的影响范围，有时可波及到整个工业城市；有时可影响到一个或数个工业区；有时仅影响到工厂附近的居民点。急性中毒事件发生的主要原因是：
往往有一个比较严重的污染源或者是事故排放；
特殊的地理条件，中毒事件常常发生于不利于污染物扩散稀释的特殊地形如河谷盆地，海滨靠山等；
特殊的气象条件，如强烈的日光，气温逆增，无风或微风，持续大雾等。
世界上一些工业发达国家在发展的早期过程中由于环境严重污染，急性中毒甚至死亡事件层出不穷。例如英国伦敦从1873年～1965年共发生了12次烟雾事件，其中最严重的发生在1952年12月5～9日的烟雾事件，就是由于大量燃煤，加上气象条件恶劣， 使空气中SO2和飘尘浓度急剧增加而引起的。当时地处泰晤士河谷盆地的伦敦上空连续多日烟雾迷漫，在严重烟雾发生的一周内，该地区的死亡总数为4703人，与历年同期比要多死亡3500～4000人。这种煤烟型烟雾事件发生的原因主要为：(1)事件发生地处于河谷盆地；(2)持续大雾形成逆温，无风或微风，使污染物不易扩散；(3)工厂和居民生活大量燃煤，排放出大量烟尘和SO2。受害人群的主要表现为呼吸道刺激症状，若患有慢性呼吸道疾病或心脏病，则病情加重，甚至死亡。
四十年代末期在美国洛杉矶发生的光化学烟雾事件，则是由于汽车排放的尾气以及工业生产和垃圾焚烧炉排放废气中的NO2和烃类物质，在特殊的气象条件(强烈日光、气温逆增、无风或微风、夏季至初秋等)和地理条件(海滨靠山、低纬度)，经紫外线照射生成强氧化性光化学物质，而引起的急性中毒事件。它的特点是异常的臭气，强烈的眼刺激，呼吸困难，空气能见度降低，以及植物的损害和橡胶制品毁损等。
意外事故或一次性大量排放，亦可造成急性中毒事件。例如1984年12月3日印度博帕尔市的联合碳化物公司渗漏出45吨甲基异氰酸盐，造成该市70万人口中2500人死亡，10万人住院，其中5万人双目失明，其他幸存者健康也受到严重危害。同时该地区大批食物和水源被污染，大批牲畜死亡，生态环境受到破坏。
第五节 环境污染引起的慢性毒性危害
环境中有毒、有害污染物低浓度、长期、反复对机体作用所产生的危害称为慢性危害。慢性危害是由于毒物本身在体内的蓄积(物质蓄积)或由于毒物对机体微小损害的逐次累积(功能蓄积)所致。
一、环境污染引起的特异性及非特异性损害
环境污染物的慢性危害除了可以引起机体的特异性中毒损害（如慢性甲基汞中毒引起的水俣病，长期吸入二氧化硫污染严重的空气导致的慢性阻塞性肺部疾患等）以外，还可以对人群产生一些非特异性的损害。如人群长期在低浓度的污染环境中生活，儿童的生长发育迟滞，免疫功能降低，人群中慢性疾病的发病率和死亡率将会增高。
由于大气受到污染，人们经常不断地呼吸有害气体，长期作用下使呼吸道表面粘液分泌增加，粘液层变厚、变稠，使纤毛运动受阻，甚至使纤毛部分消失，从而导致呼吸道抵抗力减弱而诱发各种呼吸道炎症。大量调查资料表明，城市大气污染是慢性支气管炎、肺气肿和支气管哮喘等呼吸器官疾病的直接原因或诱发原因。例如日本四日市哮喘病，是由于大气污染引起的公害病，患者达2000人以上，死亡几十人。第二次世界大战后日本四日市已发展成为日本石油工业基地之一，工厂每年排出SO2以及各种粉尘13万吨，大气中SO2浓度高达0.75～1ppm，居民长期吸入这种污染空气， 造成慢性呼吸系统疾病的患病率增加。调查证明，大气中降尘、SO2浓度与人群支气管哮喘、感冒、上呼吸道炎症发病率有显著相关。
二、环境污染引起持续性蓄积危害
某些污染物，特别是有机污染物，由于其自身性质的稳定性，环境对其难以降解，它们即使以很低浓度甚至微量的水平污染环境，也可通过各种环境因素，特别是食物链的富集作用，在体内达到相当数量。例如在世界上没有有机氯农药时，人体脂肪中是没有农药残留的。当世界各国普遍大量使用有机氯农药后，有机氯通过水、大气、食物进入体内蓄积起来，使各国人体脂肪中有机氯残留量逐渐升高，印度人体脂肪中总DDT残留量高达27.8mg/kg。美国妇女体内DDE（DDT的体内代谢产物）的含量，随血清胆固醇的浓度每增加10mg/dl而增加0.20ppb，同时也随年龄的增长而逐渐增加，平均增长速度分别为每年0.17ppb。而且有机氯杀虫剂在胎儿和新生婴儿的脂肪中也发现存在，这显然是母亲通过胎盘和乳汁传给下一代的。某些重金属元素如铅、汞等随着外界环境中污染程度的增加也可在机体内蓄积。目前国际上将在环境中难以降解、易于在机体组织中富集的有机物称为持续性有机污染物（persistent organic pollutants, POPs），目前对环境污染比较严重的除了有机氯农药及其衍生物外，还有多聚卤化工业产物多氯联苯（PCBs）、多溴联苯（PBBs）、多氯二苯二恶英(dioxin)等，对于它们在人类及动物机体中的蓄积及潜在危害的研究正在成为国际环境及毒理学界的热点问题。
三、环境污染引起致癌作用
癌症已成为严重威胁人类健康和生命的疾病之一。据WHO估计，全世界每年有癌症患者600万人，每年因癌症死亡约500万人，约占每年死亡总人数的1/10。我国每年癌症的新发病人数约150万，每年因癌症死亡的约110万，已成为我国城市第一位、农村第三位死亡原因，是我国劳动年龄人口，尤其是最佳劳动年龄人口的首要死亡原因。在35岁－59岁年龄人口中，所有年龄组(每5岁一个年龄组)的第一位死亡原因都是癌症，只有到了60岁以后脑血管疾病或心血管疾病才上升为第一位死亡原因。
目前认为，肿瘤的发生是一种宿主与环境之间复杂的、动态的相互作用过程。重要的宿主因素包括遗传构成和健康状况，而主要的环境因素包括食物、环境污染物、职业和生活方式(如饮食习惯和吸烟等)。一般估计，80％～90％的人类癌症与环境因素有关，其中主要是化学因素，约占80%～85％。因此要降低癌症发生率，首先必须识别、鉴定化学致癌物，然后采取措施加以预防。
1.化学致癌物的分类
化学致癌作用(chemical carcinogenesis) 是指化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程。具有这种作用的化学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。化学致癌物的种类很多，其分类方法也有多种，现介绍几种常用的分类方法。
1）按作用方式分类：根据致癌物在体内发挥作用的情况，可分为两大类:
A. 直接致癌物(direct carcinogen) 化学物本身直接具有致癌作用，在体内不需经过代谢活化即可致癌。该类物质一般是烷化剂，其化学性质较为活泼，一般在环境中维持不久。它们在体内能释放出亲电子物，同大分子受体结合。如β－丙内酯、硫酸二甲酯、甲烷硫酸甲酯、氮芥、二氯甲醚等。
B. 间接致癌物(indirect carcinogen) 化学物本身不直接致癌，必须是在体内形成的代谢产物才具有致癌作用。大多数致癌物为间接致癌物，在环境中相对稳定，进入机体后才代谢活化，所以污染环境后的危险性较大。根据间接致癌物在体内代谢变化情况，又可将其分为前致癌物(precarcinogen)、近致癌物(proximate carcinogen)和终致癌物(ultimate carcinogen)。通常将间接致癌物经代谢活化所形成的具有致癌作用的代谢物和不需经代谢活化的直接致癌物统称为终致癌物。将需经代谢活化才具有致癌作用的间接致癌物称为前致癌物。而前致癌物经代谢活化所形成的中间代谢产物称为近致癌物。近致癌物虽经代谢转化，并可能已具有一定的致癌作用，但必须经进一步代谢才能成为终致癌物，具有更明显的致癌作用。
2）按作用机理分类：根据化学致癌物的作用机理可将致癌物分为以下两类：
(1）遗传毒性致癌物(genotoxic carcinogen) 主要由亲电子的致癌物组成，能与DNA产生相互化学作用而引起DNA损伤。因此通常用化学试验，32P－后标记法等方法检出其与DNA的加合物而鉴定之，在缺乏这方面资料时，也可用短期遗传毒性试验间接评价。金属致癌物中，有些能与DNA相互作用；而另一些可能通过与亲电子剂不同的机理， 如影响DNA聚合酶的保真性而产生异常DNA。
（2）非遗传毒性致癌物(non－genotoxic carcinogen) 通常没有与遗传物质相互作用的证据，但从其它生物学效应揭示可以作为致癌物的证据。这类物质中很多能增加DNA合成、有丝分裂和细胞复制。
3）按对人类和动物的致癌性分类
国际癌症研究所(IARC)根据化学物对人类和实验动物的致癌性资料，以及在实验系统和人类其它有关的资料进行综合评价，将化学物质及其类别， 以及生产过程与人类癌症的关系分为下列四类:
第一类，对人类是致癌物，即对人类致癌性证据充分。
第二类，对人类很可能或可能是致癌物，又分为以下两组：
A组：对人类很可能是致癌物，即对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据充分。
B组：对人类可能是致癌物，即对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据并不充分；或对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分。
第三类，现有证据未能对人类致癌性进行分级评价。
第四类，对人类很可能是非致癌物。
根据IARC专家组1987年对628种化学物质、化学物质类别及生产过程与人类癌症关系的总评结果，其中50种为第一类，37种为第二类A组，162种为第二类B组，378种为第三类，1种属第四类。
2.多阶段致癌学说
化学致癌作用机理的研究已有多年的历史，形成了许多理论和学派。此处主要介绍目前得到多数人公认的多阶段致癌理论。
化学物质对人体和动物的致癌作用是一个复杂的、多阶段过程，涉及基因表达、细胞生理和生化的多种变化。这一概念得到多方面证据的支持。如病理学家很早就认识到可以通过组织学和生化技术鉴定癌症的中间阶段，而且癌前损伤有可能发展为肿瘤；流行病学调查结果也显示，致癌物可以作用于人体致癌过程的早期和后期；特别是化学致癌的体内外实验研究，建立了不同化学物影响致癌过程不同阶段的模型，如肿瘤发生的两阶段模型已在皮肤、肝脏、乳腺、结肠、食管、胰腺、胃、肺、膀胱和转基因小鼠中见到。肿瘤的发展过程通常分启动、促进和进展三个阶段:
启动阶段(initiating stage) 是指致癌物与某一组织相互作用导致“启动细胞”产生的过程，常常可看作是一次突变事件。尽管形态学改变不明显，但与周围正常细胞相比，其DNA受到损伤，正常细胞迅速向不可逆的癌前细胞转变，即形成转化细胞。一般认为该阶段历时很短，是不可逆的，但还不具备肿瘤发展的充分条件。具有启动作用的化学物质称为启动剂，其剂量－反应关系显示没有易于测定的阈剂量，其作用是累积性的。
促进阶段(promoting stage) 是指促进启动细胞的表型在组织水平表达的过程。促进作用可能是由于化学物质对启动细胞或其所在整个组织影响的结果。具有促进作用的化学物质称为促进剂或促癌物，促进剂单独使用无致癌性，必须在给予启动剂后才发挥作用；其作用是非累积性的，必须持续作用，剂量－反应关系显示有可测定的阈剂量，通常认为该阶段早期是可逆的，晚期是不可逆的。
进展阶段(progressing stage) 是指启动细胞群进一步的表型改变，包括恶性前型转变为恶性型细胞等变化的过程。该阶段以基因组结构或活性的生化或形态学改变为特征，可能由于断裂剂或完全致癌物所致。与启动作用类似，该阶段是不可逆的。有人将良性肿瘤转变为恶性肿瘤的过程称为转化(conversion)，而将肿瘤的浸润转移称为进展(progression)。
3．环境污染物与癌症
1）空气污染与癌症
近数十年来，随着城市工业的迅猛发展，大量排放废气污染空气，工业发达国家肺癌死亡率急剧上升。根据英国1974年癌症死因统计分析，男女死于肺癌的平均占31.2％，占癌症死因首位。我国肺癌死亡率上升亦很快，如上海肺癌死亡率从1960年至1975年15年间增加了5倍，重庆从1973年至1983年肺癌死亡率增加了1.1倍。
许多学者认为大气污染与致癌作用有密切关系，大气污染愈严重的地区肺癌死亡率也愈高。美国进行过一次较大规模调查，证明降尘量、煤烟浓度、二氧化硫浓度与肺癌死亡率有非常显著相关。我国26个城市调查表明，市区大气污染浓度较对照区严重，市区居民肺癌死亡率高于对照区，一般离开大城市愈远，肺癌死亡率愈低，说明大气污染与肺癌密切相关
污染大气中的致癌物主要是多环芳烃，其中以苯并(a)芘含量最多，认为大气中的苯并(a)芘是引起肺癌的主要原因。近年对云南宣威肺癌高发区进行流行病学调查和实验室研究表明空气中苯并(a)芘浓度与肺癌有关。该地区使用低质烟煤，炉灶为没有烟囱的火塘，室内空气中苯并(a)茈含量为131.28μg/100m3，为大气中苯并(a) 芘最高允许浓度的1万多倍，肺癌死亡率为105.27/10万，远远高于其他城市。
2）水污染与癌症
一些流行病学调查资料证明水污染与肝癌有密切关系。七十年代以来美国新奥尔良市自来水中检测出多种微量可疑致癌物如卤代甲烷后，引起各国学者的广泛关注，美国对俄亥俄州83个县进行调查，发现所有地面水中氯代甲烷的浓度高于地下水，饮用地面水各县白种男性的肝癌、胃癌、膀胱癌死亡率都高于饮用地下水的县。源水中含有的腐植质、丙酮、乙醛等在加氯消毒时可形成氯代甲烷，后者在动物试验中证明是致癌的。美国环保局将氯仿的卫生标准订为100μg/L。我国各大城市自来水中也检测出氯仿，且实验室研究表明城市自来水具有一定的致突变性。1986年我国卫生部颁布的《生活饮用水卫生标准》，也将氯仿订为60μg/L，列为试行标准。
四、环境污染引起致突变作用
1.突变的概念
污染物引起细胞遗传物质发生可遗传改变的现象，称为污染物的致突变作用(mutagenesis)。通过突变而形成的不同于亲代性状的生物体，称为突变体(mutant)。凡能引起生物体发生突变的物质，称为致突变物或诱变物(mutagen)。有些化学物质具有很高的化学活性，其原型就可引起生物体的突变，称为直接致突变物(direct mutagen)。有些化学物质本身不引起突变，必须在体内或体外代谢活化后，才具有致突变作用，称为间接致突变物(indirect mutagen)。还有一些化学物质不以DNA为靶，但可作用于纺缍体、中心粒或其他核细胞器，干扰有丝分裂，从而间接地引起染色体数目异常，产生遗传毒性。环境中常见的致突变物主要是化学物质，但某些物理因素和生物因素如电离辐射和某些病毒也具有致突变作用。
突变本来是自然界的一种正常现象，在自然条件下发生的突变，称为自发突变(spontaneous mutation)。从生物进化的观点看，突变对生物体是有利的，新种的出现，生物的进化，与突变有密切关系。但迄今为止，我们尚不能控制突变只向有利方向发展。现已发现环境中的常见污染物如亚硝胺类、三卤甲烷、苯并(a)芘、氯乙烯、甲醛、苯、 镍、砷、铅、烷基汞化合物、DDT、敌敌畏、甲基对硫磷、谷硫磷、2,4,5－T、百草枯等，经测试都具有致突变作用。随着环境致突变物种类和数量的增加，对人类健康产生的潜在危害也日趋严重。因此，从保护环境和人类健康的角度看，不论突变的后果如何，都应将其视为一种特殊毒作用。环境卫生工作者应尽早发现和减少人类接触环境致突变物的机会，探讨其作用机理，为采取防治对策提供科学依据，以达到保护人群健康的目的。 2.致突变作用的类型
2.致突变作用的分类：
致突变作用按其改变的终点分为二大类：一是分子水平上微损伤，即基因突变(gene mutation)；二是染色体水平的损伤，即染色体畸变(chromosome aberration)。
1)基因突变
基因突变是DNA在分子水平上的改变，此种突变只限于染色体内特定的位点，故又称点突变(point mutation)。基因突变主要有两种，即碱基置换(base-pair substitution)和移码突变(frameshift mutation)。碱基置换是DNA多核苷酸链上某个碱基对(如G∶C)为另一个碱基对(如A∶T)所取代，引起错误配对。 碱基置换又分转换和颠换两种不同形式。转换(transition)是指DNA的多核苷酸链上同类碱基之间的取代，即一个嘧啶为另一个嘧啶所取代，或一个嘌呤为另一个嘌呤所取代，例如：A∶T←→G∶C。颠换(transversion)是指不同类碱基之间的取代，即一个嘌呤为一个嘧啶所取代，或一个嘧啶为另一个嘌呤所取代，例如：A∶T←→C∶G。移码突变是指由于某些化学致突变物的作用使DNA碱基序列中，插入或缺失一对或几对碱基而引起密码编组的变动，按照三联密码连续阅读的原则，损伤部位以后的整个遗传密码顺序完全改变，细胞即可突变。
2)染色体畸变
细胞中的染色体受到致突变物作用后，发生了较严重的损伤或破坏，以致出现了可用显微镜直接观察到的结构和数目的改变，称为染色体畸变。
(1)染色体结构异常
在诱变剂作用下，DNA结构的完整性遭到破坏，发生染色体断裂，并可出现以下情况
缺失，染色体断片未与断裂端连接，因此失去一个片断及其所携带的遗传密码。
重复，即断片与同源染色体连接，使一部分遗传密码重复出现。
倒位，断片位置作180°倒转后，再接到断端上。
易位，两条非同源染色体同时发生断裂，两个断片交换位置后相接。
(2)染色体数目异常
正常的生殖细胞染色体为单倍体，体细胞为双倍体。在突变细胞中，染色体可以成整倍地发生变化，以致形成三倍体或四倍体，或染色体不成整倍地增减而形成非整倍体，例如染色体数目超过二倍体，即为超二倍体，如少于二倍体，即为亚二倍体。
3.致突变作用的机理
污染物可引起DNA结构的改变和损伤，进而导致突变。DNA损伤的类型可包括碱基损伤、链断裂、链交链、链间嵌入等，主要取决于化学物的性质及其代谢产物的活性。详细内容请参考毒理学有关专著。
4．致突变作用的后果
突变发生在体细胞时，只影响接触者个体本身，如引起肿瘤、畸胎、高血压、动脉硬化等，但不影响下一代。当生殖细胞发生突变时，则可影响后代，引起显性致死、生育能力障碍或遗传性疾病，还可影响人类基因库，增加遗传负荷。
①体细胞突变
体细胞突变的后果中令人最关心的是致癌问题。现已认识到致突变和致癌之间存在着显著的相关关系。癌症的体细胞突变学说已为很多实验研究所支持。许多癌症与DNA修复缺陷和染色体畸变有密切关系。 肿瘤是由各个转化细胞的克隆引起的。最近对癌基因的研究为突变和癌症的关系提供了更直接的支持。前面所述，原癌基因突变后形成癌基因可导致细胞的恶性转化。除癌基因外，显性或隐性突变基因也能引起癌症，如成视网膜细胞瘤和肾胚胎瘤。
现有研究表明致突变和致畸之间也有较好的相关性。化学物质作用于胚胎细胞引起突变，可导致胎儿发育异常、功能障碍和结构畸形。
②生殖细胞突变
化学物质引起生殖细胞突变的类型和性质与体细胞突变大致相同，但其后果不一，可传至后代。按突变不同的表达类型，可导致不同的后果。
(1)显性致死突变 它在生殖细胞合子阶段或胚胎发育的早期即行表达。其后果是突变的细胞不能与异性细胞结合，或即使结合，合子也在发育成为成熟胎儿前死亡。因其发生在子1代为显性，故称为显性致死突变。
(2)隐性致死突变 它是指子代从亲代那里各得一个隐性突变基因，成为可表达的纯合子而引起生殖障碍或死亡的事件，一般说来由污染物诱导这类突变的频率较低。
(3)存活突变 显性或隐性存活突变如不引起胚胎死亡，则可能在后代表达，并可存活到成年，可导致各种可遗传危害。隐性存活突变，常以突变基因的杂合子传给后代，引起子代的遗传病，可能引起肿瘤，特别是发生在儿童时期的肿瘤。
5.环境污染物的致突变作用
环境污染造成遗传影响的实例归纳如下:
1）胎儿性水俣病事件 在日本水俣病流行区，有时母亲很少或没有出现水俣病症状，而婴儿却患有先天性麻痹性痴呆，或出现了其它畸形怪胎。据动物试验和人体观察，烷基汞化合物能通过胎盘进入胎儿，胎儿血和脑中的含量可比母体高20％，孕妇接触大量烷基汞化合物其婴儿可出现智力发育迟缓，以至痴呆，有的伴有惊厥性脑瘫痪等胎儿性水俣病症状。
2）2,4,5－T事件 美国在越南战争期间曾大量施用了落叶剂2,4,5－T。调查表明，曾在撒布2,4,5－T的地区生活2个月以上的一组人中，除有急性及慢性症状外，成年女子中4个母亲有3个生产了畸形儿，畸形儿中的2名明显地表现出染色体异常(21三体)。染色体断裂和丢失等异常现象的发生率对照组为1.14％，被撒布者为5.88％，畸形儿为13.55％。
3）氟化物问题 据美国调查，氟化物可使儿童先天愚型发病率增高，母亲饮用氟化物浓度为0～0.1ppm的水，其所生孩子先天愚型发病率为23.6/10万；而饮水中氟化物浓度为1～2.6ppm，儿童先天愚型发病率为71.6/10万，两者差别有显著意义。
4）氯乙烯问题 氯乙烯是聚氯乙烯塑料的单体，除能引发人和动物肝血管肉瘤外，还可引起致畸胎作用。美国对俄亥俄州三个氯乙烯聚合车间附近居民在1970～1973年间出现婴儿的先天缺陷进行调查，证明该处居民先天缺陷与全州或同地区的预期数相比有极显著意义的差别。在先天缺陷中，各器官与系统均可累及，其中以中枢神经系统的畸型，唇裂、腭裂和生殖器畸形的增加尤为明显。
五、环境污染引起致畸作用
1. 致畸的概念
新生儿中属于畸胎或先天性畸形者，仅指解剖结构上可见的形态发育缺陷。广义的畸胎应包括生理生化功能或精神活动的发育缺陷。有两类因素可引起胎儿畸形，即遗传因素和环境因素。凡具有致畸胎作用的环境因素，统称为致畸物，包括化学性、物理性(如放射线)和生物性的(如病毒)。
在胚胎发育过程中，可因受到各种因素的影响，使胚胎细胞分化、器官形成和正常发育不能正常进行，以致出现器官的器质性缺陷，造成形态结构的异常，称为畸形。具有畸形的胚胎称为畸胎(terate)。因此，畸胎学(teratology)是研究胚胎、胎儿和未成熟个体发育异常的原因、机理及表现的科学。凡能透过母体胚胎屏障，直接作用于胚胎细胞，引起胚胎发育障碍而直接导致先天性畸胎的化学物，称为化学致畸物( chemical teratogen)。化学致畸物通过母体作用于胚胎，引起胎儿畸形的这种现象称为致畸作用(teratogenic effect)或致畸性(teratogenicity)。
某些化学物在一定剂量时仅引起胚胎(或胎儿)中毒而不引起母体中毒,这一特性称为胚胎毒性(embryo toxicity)。胚胎毒性可表现为四种情况:胚胎死亡，胚胎生长迟缓，胎儿畸形，功能不全。功能发育缺陷在出生时常不被觉察，要在数月或更长时间后才显示出来。动物实验证明，许多化学物质在一定条件下不引起母体中毒，而对胚胎能产生毒作用，但一般不造成畸胎。因此，具有胚胎毒性的化学物并非都是致畸物。
2.致畸作用机理
化学物致畸作用机理尚未完全明了，一般认为与基因突变、染色体畸变、核酸和蛋白质合成障碍、细胞分化及器官生长发育过程中重要酶的抑制、细胞增殖和凋亡的异常以及胚胎细胞代谢障碍等情况有关，也可能是各种情况的综合性作用。详细内容请参考有关专著。
3．影响化学物致畸性的因素
发育中的胚胎或胎儿对致畸物的感受性是一个复杂的过程，取决于多方面的因素:
1）致畸物的理化性质 母体中的外来化学物或其代谢产物，如果分子量小、极性小、未电离、脂溶性高以及未与母体血浆蛋白结合，均易透过胎盘屏障到达胎儿体内。因此，有时侵入母体的化学物，其量虽不足以引起母体中毒，但处于子宫内的胚胎或胎儿对此可能就特别敏感而成为受害者。但如母体接受的化学物剂量很大，并在血中产生足够高的浓度时，即使是脂溶性低和离子状态的也能到达胎儿血中；某些化学物可迅速透过胎盘进入胎儿血中，达到比母体中还高的浓度，如氨苄青霉素在胎儿体内的浓度可达母体中的7倍。
2）作用剂量 致畸物引起的胚胎发育异常基本符合剂量 效应关系。在同一发育阶段里，增大致畸物剂量可提高畸形发生率，增加畸形种类，加剧畸形严重程度以及扩大胚胎感受致畸作用时间。
每种致畸物都有其引发致畸的阈作用剂量，它是指对胚胎的最敏感器官在其高度易感期内给予此种剂量致畸物时才发生致畸作用。而在高度易感期前后1～2天，都必须加大剂量才能引发畸形，即加大剂量可扩大易感期。
凡是高于引发致畸的阈作用剂量时，在一定范围内，畸胎发生率与剂量成正比，这可能与受损伤的细胞数目有关，当致畸物剂量增大时，受损伤的细胞数也增多，则越有可能超过胚胎的修复能力，从而更易导致有关的组织、器官、系统的发育障碍。如继续增加致畸物剂量，则可能引起胚胎死亡，从而掩盖了致畸胎作用的显现，致畸率反而下降。因此，致畸物引起胚胎发育异常的剂量反应关系不能单独按畸形率计算，而应将畸形率加上胚胎死亡率计算。
3）作用时间 胚胎发育要经历组织分化前期、器官发生、组织发生和功能形成等几个阶段，一般在器官发生期中对致畸物最为敏感，这时期称为致畸的“敏感期”。在胚胎敏感期中的不同时间给予致畸物，会产生不同的器官畸形。一旦器官、系统已经形成，则不会再造成肉眼可见的畸形，但在组织分化尚未结束前同时又处于功能成熟阶段，仍可能引起次要的不明显的结构缺陷，且易造成功能不全。
4）染毒途径 给药途径也对有效剂量水平和实验结果影响很大。Kimmel报道，于大鼠受孕后第7～14天经口给予EDTA，未引起母鼠死亡，但可产生强烈的母体毒作用及70％的胎鼠畸形；而皮下注射时，对母体毒性更大，但未见明显的胎鼠畸形。
5）种属差异和个体差异 不同种属动物和同种动物的不同品系，对某些致畸物的敏感性不同，表明致畸与遗传因素有直接关系。如皮质类固醇易诱发小鼠腭裂，而对大多哺乳动物无此作用；人和灵长类对反应停极为敏感，易诱发胎儿短肢畸形，而兔和小鼠需接受很大剂量才能诱发轻度畸形，其他大多数哺乳动物则不敏感。个体间的敏感性差异也很大，如许多孕妇使用链霉素，仅造成少数新生儿第八对脑神经损害。上述差异可能由于化学物在胚胎体内代谢不同，但在本质上反映了遗传基因表现型的差别。
4．环境污染的致畸危害
1941年Gregg首次报道了受风疹病毒感染的孕妇其胎儿出生缺陷率明显增加，而且出现的畸形类型与受感染的时间(孕期)有联系。在风疹流行期由于孕妇感染风疹病毒而致新生儿出生缺陷率增加对该地区总畸形率尚无明显影响，故未受到足够的重视。真正引起人们关注化学物的致畸作用是六十年代初发生的“反应停”事件。反应停是一种有效镇静药，在欧州和日本广为销售。首先于西德报告了新生儿肢体畸形数明显增加，如汉堡大学医学院从1949-1958年均未发现过短肢畸形，1959年仅1例，1960年达30例，1961年为154例。其它使用过反应停药物的国家和地区也出现了类似情况。受该药物影响的儿童约为1万人，除肢体畸形外，也见到心血管、肠及泌尿系统畸形。流行病学调查表明这些畸形儿的母亲在孕期均服用过反应停。反应停事件揭开了人类研究外来化学物致畸作用的序幕。
在人类生存环境中存在着成千上万的化学物，要确证某种化学物是致畸物特别是人类致畸物是相当困难的。人类致畸资料(包括临床个案报告、 致畸或出生缺陷监测以及致畸流行病学调查)，由于混杂困素、不稳定因素(孕妇流动和环境变异) 和调查中可能出现的资料偏倚很难得到可靠的具有因果关系的结论。因此，动物致畸实验有着重要的作用。但由于人与动物在种系发育上差异很大，不仅解剖生理结构、代谢过程不同外，胚胎发育过程、胎盘结构以及化学物在体内动力学变化也有很大差异，因而如何分析和处理动物实验资料并结合人群暴露条件进行致畸危险度评估是十分重要的。由于上述原因，目前能能确证为人类致畸物的化学物并不多。以人群调查资料结合动物实验资料，对引发人类出生缺陷的污染物进行了分类评价。主要根据对人类致畸资料的充分程度，将其分为四类
论据充分：酒精，甲基汞，多氯联苯
论据有限：麻醉气体，一氧化碳
论据不充分：咖啡，六氯酚，麦角酰二乙胺，氧化亚氮
论据不适当：2,4,5－T，氟化物，汽油，氟烷，铅，喷雾粘合剂，大麻，TCDD，氯乙烯
现对已知人类致畸或可能对人类产生致畸效应的主要环境污染物评述如下:
1)甲基汞 在日本报道过由于甲基汞污染环境并通过水生生物(鱼、贝类)或污染的粮食而导致人群甲基汞中毒(又称为水俣病)。当地人群中孕妇因摄入甲基汞而发生先天性胎儿甲基汞中毒症(即胎儿性水俣病)。患儿血、尿、头发内汞含量明显高于对照区儿童，但从未直接摄入过受甲基汞污染的食品，而母亲在孕期则摄入过污染甲基汞的食物，但多数未出现明显症状或体征。伊拉克甲基汞污染粮食事件发生于1972年。至少有32位孕妇摄入了甲基汞污染的粮食而影响了胚胎发育。有10名存活婴儿在一周内出现大脑麻痹症状。从伊拉克和日本水俣地区患儿母亲妊娠摄入甲基汞推算，总摄入量1～1.2mg/kg.类似情况在苏联、瑞典和英国也曾报道。
动物实验结果表明甲基汞有明显致畸效应。对大鼠、小鼠、地鼠孕期经口或皮下注射染毒都可诱发出多种结构畸形，胎鼠脑重量明显减轻，脑组织出现病理性损伤，诱发畸形作用剂量与人类先天畸形诱发剂量处于同一数量级范围，大约为1mg/kg。近年来对于甲基汞影响子代发育脑的研究很多，主要观察了染毒孕鼠后，存活子鼠神经细胞病理学改变，神经递质和脑细胞膜神经受体发育和功能受到明显影响，这些可能是诱发行为畸形的基础。
2)酒精(乙醇) 许多调查均表明孕期过量饮酒可诱发胎儿畸形，主要表现为发育迟缓，小头，精神障碍以及特有的眼睑皱摺，近视，上睑下垂，斜视，耳部异常及上颌发育不全等，称为胎儿酒精综合征。胎儿发育迟缓多表现为身长不足，另外还发现骨化异常，心脏缺陷，手掌出现摺痕，女婴大阴唇发育不全等。据法国、瑞士和英国调查，饮酒孕妇所产存活婴儿中约有1/600－1/1000患有酒精综合症(FAS)。
3)多氯联苯 1968年日本曾报道发生一次因食用米糠油受多氯联苯污染而引起的中毒事件。受害者中有13名孕妇食用污染的食油(0.3~3.6kg，多氯联苯浓度为200mg/kg)，共存活11胎，死亡2胎。13个胎儿均有皮肤和粘膜暗棕色色素沉着，并表现出发育迟缓，齿龈发育不良，颅骨钙化异常等。而死胎还发现皮肤过度角化、皱缩和毛发滤泡囊性膨大。
4)一氧化碳 曾有8例母亲在孕期因煤气中毒而影响后代发育的报道。主要表现为儿童心理和发育障碍，其中3例死后解剖发现基底神经节软化，大脑萎缩，脑积水等改变。另外还有报道一氧化碳导致胎儿各类脑病发生，基底神经节损伤和小头畸形者。
5)吸烟 研究报道吸烟孕妇中胎儿先天性心脏缺陷发生率增加，吸烟与不吸烟者相对危险度比值为1.5；每日吸烟大于20支的孕妇胎儿总出生缺陷率与不吸烟者的危险度比值分别为1.6和1.2；现吸烟和不吸烟之间唇腭裂发生率危险度比值为1.7。但某些调查资料认为孕妇吸烟与胎儿出生缺陷间没有实质联系。
目前，环境因素与人类出生缺陷关系的研究愈来愈多。特别对于化学因素暴露的影响尤为关注。许多国家相继建立了人类出生缺陷监测中心；制订的法规或条例中对新药、新农药、化妆品、食品添加剂等的致畸性作了严格的要求。化学物致畸性筛选试验( 包括各种体内和体外短期致畸试验)迅速发展，对人类出生缺陷的环境病因学研究正在成为世界性关注的课题。
第五节 重要环境污染物
一、汞(mercury)
1．汞和汞化合物的理化性质
汞俗称水银，银白色液态金属。比重13.6， 熔点-38.7℃，沸点356.6℃。金属汞具有易蒸发特性，蒸发量随温度升高而增加，水中的汞蒸气能通过覆盖的水层进入空气。金属汞几乎不溶于水，20℃时的溶解度约为20微克/升。易溶于硝酸，可溶于类脂质中。与金、银、镉等形成合金，称汞齐。
汞盐中一价汞盐多数不溶于水，但硝酸亚汞、氯酸亚汞、醋酸亚汞属水溶性，二价汞盐中属水溶性的有硝酸汞、过氯酸汞、硫酸汞、氟化汞和醋酸汞，大部分溶解的有氯化汞、氰化汞，几乎不溶的有硫化汞、碘化汞、硫代氰酸高汞等。
汞可与烷基、烯基、炔烃基、芳基、有机酸残基结合而生成有机汞化合物。有机汞化合物都是脂溶性的，也有不同程度的水溶性。
2．环境汞污染
当前环境中的汞污染，主要是工业上含汞废水的排放和应用汞农药造成的。汞在工业上的应用很多，其用途在3000种以上，是环境中汞污染的主要来源。在氯碱工业中，较多使用的工艺流程是以汞阴极电解食盐的方法。一般每产生一吨碱，约耗汞150～300克。
汞作为催化剂广泛地应用于塑料、化工、毛皮加工等生产过程中。汞用于有机物的聚合、氢化、脱氢、矿化、氧化、氯化和酸解等。发生在日本的水俣病，就是由于使用汞催化剂生产氯乙烯和醋酸的工厂排放大量的含汞废水引起的。经调查证实，在合成乙醛的过程中，一般每生产一吨乙醛，约排出废水6～8吨，其中甲基汞含量约在1～10ppm之间。在贵重金属的生产中常采用汞齐化法，可使部分汞随废水和废气排出而污染环境。无机汞和有机汞化合物还被用作制造杀虫剂、杀菌剂、防霉剂等；在电器和电子工业中，用汞连接电路，制造开关、汞蒸气灯和电池；汞合金用于牙科医术，医院使用升汞为消毒剂，都可使汞污染环境。
排入大气、土壤中的汞，最终都可能转到水体中去。在水体中，汞及其化合物可被水中胶体颗粒、悬浮物、浮游生物等吸附而沉积于水体的底质中。底质中的无机汞可以在微生物的作用下，转化为甲基汞或二甲基汞，通过食物链的一系列生物富集作用之后进入人体。
3．汞与甲基汞的吸收、分布、排泄和蓄积
汞与甲基汞均可通过呼吸道、消化道和皮肤侵入人体。但水体的汞主要经消化道侵入人体。
金属汞经消化道吸收甚微，根据大鼠的实验结果表明，其从消化道的吸收量低于0.01％。一价和二价无机汞化合物经肠道的吸收率也低，一般均在15％以下。烷基汞在消化道则极易吸收。
无机汞进入血液后，大部分分布于血浆中，而甲基汞则绝大部分存在于红细胞内。无机汞在人体内主要分布于肾脏，其次是肝脏和脾脏。而甲基汞除蓄积于肾、肝等脏器外，且可通过血脑屏障在脑组织内蓄积。此外甲基汞还可透过胎盘侵入胎儿体内使胎儿发生中毒。
无机汞主要从肾脏排出，也可经过肝脏借助胆汁排至肠道，此外还可由汗腺和唾液腺排出。甲基汞经肾脏的排泄量，小于总排出量的10％，大部分经胆汁以甲基汞半胱氨酸的形态从肠道排出。排出时，50％已转变为无机汞，而另一半可在肠道内被再吸收。故甲基汞的排出远比无机汞的排出缓慢，易于在人体内蓄积。
4．慢性甲基汞中毒（水俣病，Minamata disease)
水俣病是世界上第一个出现的由环境污染所致的公害病。位于日本南部沿海的水俣湾，于1953年前后曾有多人患了以神经系统症状为主的一种“奇病”，同时当地还发现许多症壮与人类似的生病动物（如疯猫）。经过日本近10年的研究查明，是由于甲基汞中毒而引起的。原因是位于水俣湾的一家氮肥厂以无机汞作为催化剂，在生产乙醛和氯乙烯的过程中，使无机汞转化成甲基汞，含有甲基汞的工厂废水排放到海湾后经过食物链的作用，甲基汞富集到鱼贝类体内，人和动物因食鱼贝类而引起甲基汞中毒。
日本对环境受甲基汞污染所造成的危害及影响最初认识不足，曾把水俣病当成一般的中毒看待，可是水俣病事件后水俣病发病并没有结束，以后还陆续有人发病，到1974年止官方不得不承认水俣病患者已有1,400人，申请待审的有4,000人，死亡41人。因此，甲基汞中毒引起的公害病 水俣病受到国际社会的广泛关注。
1964年在日本的新泻县发生过另一次水俣病。目前世界其他地区如加拿大、美国、瑞典等的一些地面水域也已受到不同程度的甲基汞污染。我国东北第二松花江流域也曾受到甲基汞污染而引起类似水俣病症状的慢性甲基汞中毒。
1）急性、亚急性水俣病 大部分人最初出现的症状是四肢末端或口周围有麻木感，随后出现手的动作障碍，例如解扣动作发笨，拿筷子不牢等，同时还出现协调动作障碍，感觉障碍，软弱无力感，震颤，小脑性语言障碍，步态失调，出现听觉和视觉障碍。这些症状逐渐增强，最终可导致全身瘫痪，吞咽困难，痉挛以致死亡。
水俣病最常出现的特异性的体征是末梢感觉减退，视野向心性缩小，听力障碍及共济性运动失调，文献称这些症状为Hunter－Russel症候群。
2）慢性水俣病 许多患者平时从鱼贝类摄入的甲基汞量比较小，但在长期连续摄取过程中，脑内汞的蓄积量仍可达到一定的程度，便开始出现症状和体征，随着蓄积量的加大，症状也逐渐增多，最终出现水俣病的症候群，这种病例称为慢性水俣病。
慢性水俣病的自觉症状一般都是通过详细询问病史时患者才回忆起来的。症状很全的患者可见到感觉障碍，共济失调，视野缩小，难听，语言障碍，眼球运动异常，智力障碍以及振颤无力等。
水俣病病变主要在神经系统。中枢病变的中心是脑皮质，表现在神经细胞的变性、坏死、脱落和由此续发的神经轴突及神经纤维的损伤。大脑中变化比较强的是视中枢(17区)及其关联的部位(18、19区)，中央前回、颞上回等也有易受损害的倾向。小脑方面，无论新、旧小脑都有损害，并以颗粒细胞及普氏细胞的损伤及脱落为特征。脊髓方面，偶尔能看到系统的二次性变性和薄束的系统变性、脊髓神经节的神经细胞损伤。末梢神经方面，感觉系统易于见到较明显的变化，而且越靠近末端损伤越强。运动神经的损害则比较轻。
3）先天性水俣病 在水俣病发生的同时，水俣湾沿岸还发生了许多伴有各种神经症状的先天性痴呆患儿。虽然这些患儿从未吃过污染的鱼贝类，但他们的母亲在妊娠期间都曾大量吃过。
这些患儿的临床特点包括：重症精神迟钝，小脑受损症状如共济运动失调、肌辩距力不良，震颤、语言障碍、眼球震荡等。此外还有发育不良、运动过少或过强、流涎、性格失常(不友好、冷淡、怕羞、神经质或无休止动作、兴奋)、精神运动性发作、失神、肌阵挛动作、大发作性癫闲以及肢体变形、斜视和病理反射等。对死亡患儿尸检结果发现了典型的甲基汞中毒病变如小脑颗粒细胞萎缩；还发现有小头症( 畸形)、弥漫性髓质发育不良、胼胝体发育不良等，说明损伤是在胎生初期就发生了的。
5．甲基汞中毒的机理
目前甲基汞中毒的机理还不很清楚。一般认为甲基汞具有脂溶性、原形蓄积和高神经毒特性。甲基汞进入胃内后与胃酸作用生成氯化甲基汞，经肠道几乎全部吸收入血液。在红细胞内与血红蛋白的巯基结合，随血液至各器官，通过血脑屏障进入脑中，因脑细胞富含类脂质故容易蓄积于脑细胞中。甲基汞主要侵害成人大脑皮层的运动区、感觉区和视觉、听觉区，也会侵害小脑。对胎儿脑的侵害几乎遍及全脑。另外甲基汞还有致突变和致畸作用。
6．汞的环境卫生标准
我国规定环境中汞的最高允许浓度为：居住区大气0.0003mg/m3，车间0.01mg/m3，地面水0.001mg/L，生活饮用水0.001mg/L，工业废水排放标准0.05mg/L，加工粮食0.02mg/kg，鱼0.3mg/kg。
7、预防措施
汞和甲基汞一旦进入水体，依靠水体自净作用是很难消除的。因此应以预防为主，不向环境中排放汞。对已知被甲基汞污染地区，应根据污染程度限制捕捞或禁止食用鱼贝。并应制订甲基汞摄入量控制标准。日本提出每日每公斤体重摄入量不超过0.5μg，瑞典提出不超过0.43μg，可作为参考。
二、镉(cadmium)
1．镉的来源及用途
镉是有色金属，呈银白色，略带淡兰色光泽。比重8.65，质软，富有延展性。熔点320℃，沸点767℃。
镉在自然界中多以硫镉矿存在，并与锌、铅、铜、锰等矿共存，所以在这些金属的精炼过程中都可排出大量的镉，根据报道，地壳中含镉量为5ppm，土壤中为0.5ppm，水中为0.01～10ppb。
镉的用途很广，在塑料、颜料、试剂等生产中，多用镉为原料或催化剂。镉的抗腐蚀性能和抗摩擦性很强，是生产不锈钢和金属表面处理(电镀)以及镉光电管、雷达、镉电池、电视机荧光屏等的重要原料。镉在航空、航海上的用途也很广。
2．环境镉污染
1）大气镉污染 大气中镉的污染主要来自锌冶炼厂的废气。煤和燃料油的燃烧也是大气污染的来源。煤中含镉量1～2ppm，柴油、燃料油含镉0.1～0.5ppm。镉尘由于自然沉降和雨水的冲刷而降到地面，并富集于土壤中。
2）水的镉污染 镉在天然水中的含量甚低(0.1～10ppb)。水中镉的污染来源主要是含镉工业废水，其次是含镉矿碴的污染。污染地区地下水镉含量可高达0.2～3mg/L，日本神通川河水中含镉量为0.5～0.7mg/L。我国某些地区的河水也发现有镉的污染。
3）土壤镉污染 土壤镉污染主要有三种类型即气型污染，水型污染( 通过污水灌溉农田)和肥料污染。
镉在土壤中具有一些特点。在相同的pH条件下，镉比锌、铅、铜的溶解度大。土壤对镉有很强的吸附力，特别是粘土和有机质多的土壤吸附镉的能力较强，容易造成镉的富积，而且多蓄积于土壤表层。同时，作物也对镉有较强的富集能力，而且在上述重金属中，土壤中镉的污染溶纳量最小。这些都为产生有毒的“镉米”创造了有利条件。
3.镉的吸收、分布和排泄
镉并非是人体必需元素，它主要是通过消化道和呼吸道吸收进入人体，消化道的吸收率一般在10％以下，呼吸道的吸收率为10～40％。
镉进入人体后，可分布到全身各个器官，主要与富含半胱氨酸的胞浆蛋白相结合，形成金属硫蛋白而存在，这种金属硫蛋白对镉在体内的分布、代谢起着重要的作用。镉主要分布于肾、肝，其次为脾、胰腺、甲状腺、肾上腺和睾丸。贮留在肾的镉主要位于肾皮质内。
镉排出很慢，在体内存留时间长，生物半减期为10年以上。镉主要从粪、尿中排出，经口摄入者80％以上经粪排出，20％随尿排出。
4. 痛痛病(Itai Itai disease)
痛痛病首先发生在日本富山县神通川流域，因为病人患病后全身非常疼痛，终日喊痛不止，因而取名“痛痛病”。通过十几年的流行病学、临床、病理以及动物实验等方面深入细致的研究工作，证实“痛痛病”是由镉引起的慢性中毒。镉进入人体后首先使肾脏受损，继而引起骨软化症，在妊娠授乳，内分泌失调，老年化和钙不足等诱因作用下而发病。原因是由于神通川上游某铅锌矿的含镉选矿废水和尾矿渣污染了河水，使其下游用河水灌溉的稻田土壤受到污染，产生了“镉米”，人们长期食用“镉米”和饮用含镉的水而得病。
1）病因和流行病学的研究
本病患者自1946年3月至1968年5月间共发生258例，其中死亡128例。发病年龄在30～70岁之间，以47～54岁绝经期前后发病者为多，病人几乎全为女性。
经过调查证实，发病地点有明显的地区性。病区的分布与其上游有铅锌矿的神通川流域关系一致，而且在同一块地上用未污染的水系灌溉无病人发生；病区的地理分布与水面土壤中的重金属分布一致；病区生产的米、大豆、河鱼、稻根以及灌溉水的含镉量均比对照的样品高；病区水田土壤中的镉含量比非病区高，而且水田土壤中的镉含量进水口＞中央＞出水口，说明污染是来源于灌溉水(表7-2)。
表7-2 不同水系水田土壤中重金属的分布(ppm)
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水系 |
采样地点 |
样品数 |
镉 |
铅 |
锌 |
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神通川水系 |
进水口 |
34 |