食品中汞的存在形态及其毒性研究进展

食品中汞的存在形态及其毒性研究进展

摘要：随着汞在工业、农业、医药等方面的广泛应用,由汞及其化合物所造成的环境汞污染问题日益严重,已成为人类生存环境的一大公害。其中汞的化合物通过食物进入人体中,造成含汞化合物在人体各个脏器的聚集,从而产生各种急性、慢性中毒。为了更好的了解汞在食品中的存在形态及其毒性,本文就此研究的新进展进行综述。

关键词：食品；汞化合物；存在形态；毒性

Advances inspeciationand toxicityof mercuryin food

Abstract:With themercuryis widely used inindustry, agriculture, medicine and otherfields,mercury pollutionenvironmentalproblems caused bymercury and its compoundswith the benefit ofa serious, has become a majorhazardto human survivalenvironment.Mercury compoundswhichenter the bodythrough food, causing the mercury-containing compoundsgathered invarious organsof the body,resulting ina variety of acuteand chronicpoisoning.In order to betterunderstand the newprogressin thepresenceof mercury in theform offoodand toxicity, thisstudyreviewedin this article.

Keywords: Food; mercury compounds; speciation; Toxicity

环境中的汞污染除自然因素释放并因生态环境的改变而引起迁移外,绝大部分是由人为因素所致。随着城市工业的发展与城市化进程的加快,含汞工业废水使河水日益受到污染,通过生物链富集到水生动物体,土壤用污水灌溉、污泥施肥及施用含汞农药,最终对人体健康产生严重的影响。汞的复杂的生物地球生物化学行为和生态毒性效应已经引起人类的广泛关注,尤其是不同形态的汞有不同的化学行为、生物积累特性和毒性。在所有有毒金属中汞最为人们所关注,也是研究最集中的金属。为了今后更深入地进行研究,现对食品中汞的存在形态及其毒性做一概述。

1．食品中汞的污染来源

地球经一系列的自然过程如火山活动、地热活动及地壳放气作用等将汞释放入大气[1]。学良等人[2]通过对平原的基底断裂特征进行探索,初步认为我国平原的汞污染除人为来源之外,还可能与平原基底断裂的地球放气作用有关,这是造成该

区大气汞污染的主要原因。气相汞的转移归宿是土壤,全球通过降水从气相中转入固相或液相的汞平均为33×109mg/d,土壤中的汞污染主要由于汞矿采掘与汞杀虫剂的大量使用有关[3]。土壤中汞及其化合物的存在不仅影响作物生长,减少作物产量,降低作物品质,造成经济损失,而且还会通过食物链在人体积累,直接危害人体健康。蔬菜是每日必须摄人的一类产品,在汞污染比较严重的地区,居民摄入的不合格蔬菜对其健康存在着很大的隐患。

汞在进一步迁移转化中,特别是在嫌气条件下,无机汞可以被生物甲基化为甲基汞和二甲基汞,并通过水生生物的食物链而富集,给汞的环境污染带来更严重问题[4]。鱼类和贝类含有人体所需的丰富的蛋白质和微量元素,但是它们却极容易吸收汞,居民摄入水体污染严重的水产品,会对其健康存在着很大的隐患[5]。历史上发生在日本和瑞典两起大规模中毒事件都与甲基汞有关。

2.汞的代途径

2.1吸收[6]

汞及其化合物可经呼吸道、消化道进入人体,金属汞、汞盐和有机汞化合物常可经皮肤进入。金属汞蒸汽主要经呼吸道吸收,在体被氧化成为汞离子后才能产生毒效应。金属汞由消化道吸收甚微,无机汞化合物经消化道的吸收率主要取决于其溶解度,一般认为15%左右。有机汞在消化道极易吸收,如甲基汞的吸收率接近100%。

2.2分布

汞吸收入血后与血浆蛋白质结合,随血流转运到身各器官。无机汞约有80%体汞蓄积于肾脏,其中70－90%又集中肾皮质中,汞金属硫蛋白是在肾脏中存在的主要形式；其次是肝、脾有机汞则极易通过血脑屏障进入中枢神经系统中,也可

经胎盘进入儿体。汞在人体的生物半衰期约29－60天,在血液中的生物半期约70天,在肾脏中半衰期较长,约为100天[7]。

2.3排除

汞主要从尿、粪排泄。吞入汞盐后多随粪便排出吸入汞蒸气及某些二价汞化物,则多与含巯基的化合物结合而由尿出。尿汞排泄量与接触汞的浓度有密切关系。汞尚可由肺呼出,汗液唾液、乳汁也可排泄少量汞[8]。肠道中的无机汞离子（Hg2+）可以微物作用下被甲基化,后者吸收率大大高于无机汞,而且毒性也大大大于前者[9]。

3．食品中汞的存在形态及其污染特性

3.1食品中汞的存在形态

在自然界中,汞以三种价态存在,零价、正一价和正二价,受各种有机、无机配体的影响,可以形成多种形态的化合物[10]。无机汞主要以游离态的Hg0,Hg2+和Hg+形式存在,无机汞主要是由肠胃道进入人体,食入大量无机汞会造成绞痛、腹泻、呕吐、肠胃道坏死、急性肾衰竭、休克。无机汞中毒除了和剂量有关,也和离子型态有关,二价汞离子比单价汞离子毒性较高。有机汞中毒最主要的来源是人工合成的农药,有机汞以短链的烷基汞为主,汞与其他小分子或生物大分子以共价配合,与配体以配位或超分子形式结合形成结合态,如通过生物甲基化、乙基化等反应生成相应的有机汞,如甲基汞（CH3Hg）和乙基汞（CH3CH2Hg）,而被动植物吸收进入食物链。有机汞通过肝脏、肾脏和骨髓进入血液中可以稳定快速的与蛋白质结合造成细胞的代障碍,逐渐地损害人的分泌器官和身体机能,引起头痛、头昏、乏力、发热、恶心、呕吐、食欲不振、腹痛、腹泻、口腔炎、齿龈炎、白障、视神经萎缩、神经过敏等等。少数患者还可出现肾损害、急性间质性肺炎。此外

汞可通过血脑屏障进入脑组织,并在脑中长期蓄积,也易通过胎盘进入胎儿体并致病[11]。

植物性食品中的汞则以无机汞为主,如蘑菇,水稻,而水产品中的汞主要以甲基汞等有机汞形式存在,如苯基汞、乙基汞、二甲基汞,鱼类和其他海产品是甲基汞的最主要来源[12]。汞的生物累集在水生食物链中已经被广泛研究,汞在陆地食物链的富集很少受到关注。最近的研究表明,水稻也可以是甲基汞聚集的重要途径[13]。这些复杂的化学形态以及不同形态所具有的不同生物积累和毒性,使得汞的生物地球化学行为和生态毒性相当复杂。由于其化学形态不同,毒性也不同,其毒性顺序有机汞毒性最强,依次为无机汞、零价汞[14]。

3.2汞化合物的污染特性

汞属于非降解元素型的有毒物质,不会因化合物结构的破坏而丧失其毒性[15]。迁移转化过程形式多样且复杂,几乎包括了各种的物理、化学及生物过程。其总趋势是从水相向固相转化[16]。进入水体的微量的汞被生物摄取吸收后,会产生浓缩累积作用,而且可以通过食物链的逐级放大,以致达到了很高的富集系数和毒性的影响,可造成慢性中毒[17]。

它在迁移转化的过程中,不论是形态的转化或物相转移,它都具有可逆性,随着外界条件变化,沉淀的可再溶解、吸附的可再解吸；沉降的可再悬浮；沉积的可再释放,但在一定水环境条件,它又具有相对的稳定性。正是由于汞的污染特性,进入环境中的汞会产生长期持久的危害,通过食物链进入人体,而造成汞的急性或者慢性中毒[18]。

4．毒性

食品中主要以无机汞和有机汞为主,其中在有机汞中以甲基汞在水产品及肉

类中所占比例较高,主要介绍无机汞和有机汞的毒性,并重点介绍甲基汞的毒性。

4.1无机汞的毒性

4.1.1无机汞对肾脏的毒性

肾脏是无机汞表达毒性的主要靶器官。无机汞引起的肾脏损伤非常迅

速,HgCl2 100mg／kg染毒小鼠,1小时后就可观察到近曲小管发生退行性改变。体的汞主要以Hg2+形式转运、分布和发挥毒性,其99％与血浆蛋白结合,广泛分布于全身组织后渐聚集于肾皮质,与肾小管上皮细胞胞浆中的金属硫蛋白(MT)结合而被解毒,进而被溶酶体吞噬“隔离”,又不断被细胞排入管腔使汞得以清除。多次接触汞等重金属,可诱导MT生成,使肾脏对这些重金属的解毒能力增强。但若超过了MT的结合能力,游离的Hg2+即可造成毒性损伤[19]。此外,在过量汞摄人的情况下,经肾小球滤出的汞可占尿汞的40％～80％,可能与蛋白尿的发生有关。汞离子易与巯基结合,使与巯基有关的细胞色素氧化酶、丙酮酸激酶、琥珀酸脱氢酶等失去活性。汞还与氨基、羧基、磷酰基结合而影响功能基团的活性。因这些酶和功能基团的活性受影响,阻碍了细胞生物活性和正常代,最终导致细胞变性和坏死[20]。

汞会干扰细胞正常的生理代,产生活性氧自由基（ROS）,引起脂质过氧化反应。活性氧自由基（ROS）在细胞氧化损伤中有重要的作用,脂质过氧化的启动,导致脂质过氧化物（LPO）持续升高,损伤细胞[21]。在对汞造成的肾脏损害的研究过程中发现,肾脏抗氧化物质明显减少,ROS发挥了很大作用,形态学和生化学研究发现,汞的毒性与产生ATP的线粒体膜表面积减小和体自由基清除系统的活性下降有着密切关系[22]。还原型谷胱甘肽（GSH）是机体重要的抗氧化物质,具有抑制脂质过氧化物,清除H2O2、?OH的功能。另有实验证明,肾皮质GSH活力在

低中剂量染汞组代偿性升高,而高剂量染汞组GSH活力明显降低。可见中高剂量染汞对肾脏已产生明显的氧化损伤[23]。

4.1.2无机汞对心肌细胞的影响

验表明[24],1～50umol／L HgCl2对豚鼠乳头肌动作电位和收缩力的影响具有剂量依赖性,5umol／L HgCl2可使APA和V max降低,动作电位时程及ERP缩短,心肌收缩力加强。用药物阻滞钙通道,HgCl2改变动作电位的APA、V max、APD。10～20umol／L HgCl2增加哇巴因诱发的震荡后电位,使触发活动增强。HgCl2对心脏的毒性,可能是通过其使心脏心肌细胞Ca2+超负荷引起的。培养心肌细胞自发电活动,动作电位幅度均取决于慢Ca2+电流,HgCl2可能具有阻断跨膜Ca2+流的作用。HgCl2中毒导致的心律失常,与其干扰心肌细胞Ca2+、Na+通道电流的作用相关。

4.1.3无机汞对免疫系统的毒性

进一步研究发现[25],汞诱发小鼠产生的AnolA（抗核仁自身抗体）,能够有选择性的进入特定组织如肝、肾,且穿过核膜聚集在核仁,与相应的抗原反应,而在心脏、胃、脾脏、肠等组织的细胞核仁没有发现AnolA的聚集。而且,已有大量的研究表明,HgCl2可以抑制中性粒细胞的附着、极化、趋化过程,即使在小剂量下(2．5-10umol／L),就可以观察到HgCl2对免疫球蛋白IgG介导的绵羊红细胞的吞噬作用产生抑制作用。人群流行病学调查也可观察到低浓度汞造成人体体液免疫抑制的结果[26]。

4.1.4无机汞对生殖系统的影响

氯化汞也会对小鼠卵巢发育有明显的毒性作用,主要表现出发育的卵泡（原始卵泡、生长卵泡、成熟卵泡）数量随剂量的增高依次性减少,而闭锁卵泡的数

量则相反,为依次性增高。超微结构显示,从中剂量组开始,卵巢结构表现出病理学变化,主要表现为卵细胞核膜皱缩,染色质凝聚,胞质线粒体肿胀、变形,外膜和嵴受损,次级溶酶体及残余小体增多等现象[27]。氯化汞可引起小鼠肝细胞和睾丸生殖细胞损伤[28]。

4.2有机汞的毒性

4.2.1有机汞的神经毒性

有机汞中毒的神经毒性主要包括三个方面：汞的中枢神经毒性、外周神经毒性及汞导致的神经退行性改变。有人对22个有吃金枪鱼嗜好(金枪鱼中含有较高浓度的甲基汞)的成年人(汞暴露组)及对照组22例进行了研究。结果显示：暴露组在反应时间(对有颜色的字和数字符号)、手指敲击速度都较对照组慢。在考虑了教育水平和其他协变量的情况下,多元逐步回归分析提示：血汞浓度与这些测试的结果都相关,血汞浓度越高,反应时间越长,而手指敲击速度越慢。并且血汞浓度占到结果变异的65％左右[29]。心理改变、抑郁和焦虑在慢性汞中毒中也很常见[30]。

4.2.1.1蛋白质的抑制

-微管蛋白是微管的组成部分之一,而微管又是细胞骨架的重要成分之一,

2

在维持细胞增长、细胞分裂及细胞骨架稳定等方面具有重要作用。因此,2-微管蛋白在神经元的正常发育和成形中起着非常重要的作用。甲基汞可以抑制2-微管蛋白,进而干扰神经元部的结构以及生化的动态平衡[31]。有资料显示这可能是慢性汞中毒与早老性痴呆(AD)之间可能的机制之一[32]。

4.2.1.2破坏线粒体的功能

已有动物实验证明,中、高、低剂量有机汞染毒的小鼠,线粒体ATP酶有所下降,以高剂量组最明显；超微结构改变随染毒剂量增加而加重,表明汞对小鼠线粒

体结构及功能产生明显影响[33]。

4.2.1.3直接影响神经元离子交换

甲基汞可使大鼠大脑皮层、小脑神经细胞游离钙水平显著升高,且有剂量一效应关系,甲基汞升高神经细胞游离钙的作用与细胞外钙大量流和细胞钙释放有关,且以细胞外钙流为主。胞外Ca2+流与天冬氨酸受体门控Ca2+通道以及电压门控Ca2+通道有关,而与电压依赖Na+通道无关[34]。

4.2.1.4干扰神经递质

对ACh(乙酰胆碱)的影响：甲基汞可使动物脑中不同区域(大脑皮层、小脑、海马、脑干)的胆碱摄取下降,而胆碱的高亲和力摄取系统是ACh合成的限速因子,故可导致ACh合成原料胆碱来源减少,而使ACh含量降低[35]。

对一氧化氮(NO)的影响：NO在大脑中的作用非常复杂,具有神经递质调节因子等多重功能,并且与学习记忆密切相关。在小脑中,NO则是重要的信使,因此也成为一氧化氮合成酶(NOS)活性最高的部位。正常情况下NOS及其mRNA呈阴性,但在汞暴露后则呈阳性,且小脑NOS活性增高并显示钙依赖性[36]。

对谷氨酸盐系统的影响：许多关于甲基汞的神经毒性和谷氨酸盐系统的研究认为甲基汞对神经胶质谷氨酸盐的转运造成的损伤是其对中枢神经系统毒性作用的主要方面[37]。

体外研究表明,甲基汞能促进突触小体释放单胺类递质和兴奋性氨基酸,且其释放量与甲基汞的浓度和暴露时间呈正相关；同时,它还抑制突触对单胺类递质和兴奋性氨基酸的摄取,导致其在突触间隙的水平增高,不断刺激受体,激发级联反应,引起神经细胞的损伤[38]。

4.2.1.5破坏神经元的结构

GFAP(胶质纤维酸性蛋白)是由星形胶质细胞所合成,在细胞构成微丝,形成星形胶质细胞的骨架。有学者发现暴露组大鼠小脑白质GFAP较对照组明显增多,提示汞可以改变星形胶质细胞GFAP的表达,干扰细胞对GFAP的合成,从而改变细胞的结构[39]。

4.2.1.6抑制神经细胞的迁移

Cofilin（丝切蛋白）可能是MeHg（甲基汞）暴露导致神经细胞迁移障碍的作用位点之一。其机制可能为,MeHg暴露促进了有活性的非磷酸化形式cofilin 水平的增加,与肌动蛋白丝结合的比例变大,首先对其进行快速而短暂的切割,然后将其稳定于螺旋形式,而肌动蛋白丝的稳定影响了板状伪足(1amellipodia)和丝状伪足(filopodia)的形成,从而抑制神经细胞的迁移[40]。

此外,脑部特定细胞的损伤与自由基的产生及氧化应激有关,与金属硫蛋白有关,之前已经有很多这方面的研究,在此就不作过多的介绍。

4.2.2有机汞的生殖毒性

甲基汞不仅作用于雌鼠生殖系统进而通过胎盘直接造成对胎鼠的损伤,也可对卵细胞造成遗传损伤从而危害仔代[41]。甲基汞对雌性机体的危害与摄入的剂量有关。如果摄人量超过阈剂量,可引起雌鼠产生急性、亚急性中毒而不能妊娠；如果摄入量未达到阈剂量,那么虽能妊娠,但多导致流产或死产；如果雌鼠摄入量接近致畸剂量,由于甲基汞的亚致畸量对其不产生任何损伤,因此胎鼠虽然可正常出生,但由于此时甲基汞已大部分侵入胎鼠体,广泛侵害胎鼠脑组织。往往使胎鼠神经系统的中毒表现更加严重[42]。

甲基汞影响雄性小鼠生精过程,使成熟精子数量降低,精子畸形率升高。甲基汞侵入睾丸后。使成熟精子数量减少,染毒各组不同阶段的精子数量与阴性对照

组相比均有明显差异；各染毒组精子畸形率增高,并有明显的剂量一效应关系,其中高剂量组(3．85 mg／kg)随染毒时间延长,精子的损伤也逐渐加重,呈不可逆性改变[43]。

4.2.3有机汞对胚胎和发育的毒性

大量体,体外动物致畸实验及人群流行病学调查均证明甲基汞能诱发胚胎和胎儿畸形,其毒性作用的靶器官主要是胚胎和胎儿神经系统。甲基汞的高脂溶性及扩散性可以使其透过胎盘屏障和血脑屏障,对胎儿的神经系统造成直接损害,导致神经系统畸形[44]。日本水俣病的流行病学调查发现,摄入一定量的甲基汞时,母亲尚未出现任何症状胎儿就可能已经受到严重的神经损伤。目前宫接触甲基汞导致发育阶段脑组织损伤的确切分子机制尚不清楚,有学者认为这种对甲基汞的敏感性是因为血脑屏障发育不完全所致,还有学者认为胎、幼儿对甲基汞的易感性是由于甲基汞干扰了早期脑发育所致[45]。

5．讨论

随着工业的发展,汞污染越来越严重,由于汞的污染特性,不容易分解与转移,造成食品中富集各种含汞化合物,从而导致各种慢性、急性中毒,因此应该以预防汞污染为主。综上所述,通过大量的调查和实验,食品中主要存在的有机汞与无机汞,其中有机汞和无机汞的毒性机制已经被广泛研究,但是对汞化合物对人体的毒性一般都停留在高剂量水平,对低剂量对人体的损害以及人体自身的免疫没有作过多的研究,关于这方面的研究将成为以后汞毒性研究的主要容之一。

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