1、第五章生物體內污染物質的運動過程及毒性本節主要講述三方面內容：污染物質的吸收、分布、轉化、排泄；污染物的生物富集、放大和積累；氮的微生物轉化。一、污染物質在機體內的轉運污染物質在機體內的運動過程包括吸收、 分布、排泄和生物轉化。前三者統稱轉運， 而排泄與生物轉化又稱為消除。1、吸收吸收是污染物質從機體外部環境，通過各種途徑通透體膜迸人血液的過程。對動物而言：吸收途徑主要是機體的消化管、呼吸道和皮膚。消化管是吸收污染物質最主要的途徑。一般通過攝取食物和飲水進入體內。消化管的主要吸收部位在小腸，其次是胃。因為食物在這兩個器官內停留時間 最長。一般污染物脂溶性越強，濃度越高，被消化道吸收越快。另外，

2、由于胃酸的分泌，一些弱堿性的有機污染物在胃中呈極性離子態，水溶 性增強，脂溶性變差，不易被吸收，但是弱酸性的有機污染物在胃中容易被吸 收。呼吸管吸收大氣污染物的主要途徑。成人每天吸入 10立方-12立方的空氣。其中的大顆粒部分停留在鼻腔、咽喉等部位，通過噴嚏、進食、吐痰等排出。細顆粒部分可以進入肺部不易復出，其主要吸收部位是肺泡。肺泡的膜很薄，數量眾多，四周布滿壁膜極薄、結構疏松的毛細血管，因此細 顆粒中的可溶性部分經過肺部毛細血管轉運進入血液循環。皮膚由于皮膚角質層的阻隔，皮膚吸收污染物的能力較差，許多污染物不能直接通 過皮膚吸收或吸收甚微，皮膚只是一些污染物質進人機體的途徑。一般水溶性強，

3、分子量低的污染物（例如酚、苯胺）才可以通過皮膚吸收。但是當皮膚毛孔張開時，一些大分子污染物也可以通過毛孔進入人體，夏季高 溫噴灑農藥時，要穿防護服，道理即在于此。最容易被皮膚吸收，如酚、尼古丁、馬錢子堿等對植物而言:主要是葉片吸附、葉孔吸收、根部吸收三個途徑葉片吸附可吸附一些顆粒態污染物，植物葉片越粗糙，比表面積越大，越能吸附大量污 染物。一些植物葉片分泌一些油脂性物質，增加了對氣態污染物的吸附作用。例如云杉、油松、馬尾松能分泌油脂性物質，楊梅、草莓等葉片粗糙，比表面積大。葉孔吸收植物呼吸主要通過葉片氣孔進行，大量污染物由此進入植物體內，例如二氧化 硫通過通過氣孔進入葉片，被葉肉組織吸收，高濃

4、度的二氧化硫能導致氣孔的 開閉功能癱瘓；氟化物、臭氧、光化學煙霧有害成分、一些農藥等都能通過氣孔進入植物體內；根部吸收大部分通過植物根部細胞膜的被動擴散吸收，即當外部污染物濃度大時，可以 擴散進入根部細胞，然后通過蒸騰作用進入植物全身。但是一般在植物根部累積的污染物濃度最大例如實際測定，黃瓜莖葉中Cd含量15.74ug/g鮮組織，根部285.25ug/g鮮組織, 菠菜莖葉中Cd含量1.13ug/g鮮組織，根部193.34ug/g鮮組織，所以一些塊莖類 植物果實中污染物的濃度較高（土豆、山芋、紅薯）如果增加土壤中的陽離子交換量，一些重金屬可以被交換到土壤膠體上，而減 少毒性，或者增加土壤中有機質

5、的含量，能提供更多的沉淀絡合基團，對污染 物的吸附能力越強，重金屬的毒性就越小。2、分布分布是指污染物質被吸收后或其代謝轉化物質形成后，由血液轉送至機體各組織與組織成分結合:從組織飯回血液;以及再反復等過程。肝腎在一些血流量大器官，肝腎中，7?染物的量會比較多，如鎘有1/2-1/3分布在肝 和腎中。并與肝腎中的金屬硫蛋白結合Cd2+E(SH)2(金屬硫蛋白)=E(S)2Cd+2H+或者Cd2+E(S)2Zn(鋅酶，肌體正常需要尸E(S)2Cd(使鋅酶失去活性)+Zn2+血液污染物質常與血液中的血漿蛋白質結合。這種結合呈可逆性，結合與解離處于 動態平衡。只有未與蛋白質結合的污染物質才能在體內組織

6、進行分布。因此， 與蛋白結合率高的污染物質，在低濃度下幾乎全部與蛋白結合，存留在血漿內； 但當其濃度達到一定水平，未被結合的污染物質劇增，快速向機體組織轉運， 組織中該污染物質的分布顯著增加。與一般器官組織的多孔性毛細血管壁不同，中樞神經系統的毛細血管壁內皮細 胞互相緊密相連、幾乎無空隙。當污染物質由血液進人腦部時，必須穿過這一 血腦屏障。但是，高脂溶性低解離度的污染物質，容易通過血腦屏障，由血液 迸人腦部，如甲基汞化合物。污染物質由母體轉運到胎兒體內，必須通過由數層生物膜組成的胎盤，稱為 監 盤屏障,也同樣受到經膜通透性的限制。非脂溶性污染物質很難人腦，如無機汞化合物。有些污染物質可與血液的

7、紅細胞或血管外組織蛋白相結合，也會明顯影響它們 在體內的分布。如肝、腎細胞內有一類合琉基氨基酸的蛋白，易與鋅、鎘、汞、 鉛等重金屬結合成復合物，稱為金屬硫蛋白。因而肝、腎中這些污染物質的濃 度，可以遠遠超過其血中濃度的數百倍。3、排泄排泄是污染物質及其代謝物質向機體外的轉運過程。排泄器官有腎、肝膽、腸、 肺、外分泌腺等.而以腎和肝膽為主 。腎腎排泄是污染物質通過腎隨尿而排出的過程。腎小球毛細血管壁有許多較大的膜孔，大部分污染物質都能從腎小球濾過；但是，分子量過大的或與血漿蛋白結合的污染物質，不能濾過仍留在血液內。這就是一些高分子污染物(PCB)長期富積人體的原因：有機汞的脂溶性強、也 不易排出

8、體外，實驗表日A,由腎排出的汞有 75%是無機汞;一般來說，腎排泄是污染物質的一個主要排泄途徑。肝膽污染物質的另一個重要排泄途徑，是肝膽系統的膽汁排泄。膽汁排泄是指主要由消化管及其他途徑吸收的污染物質，經血液到達肝臟后， 與膽汁一起分泌一十二指腸一小腸一大腸一排出體外的過程。污染物質在肝臟的分泌主要是主動轉運（耗能），被動擴散較少（濃度梯度擴散）。 少數是原形物質，多數是原形物質在肝臟經代謝轉化而形成的產物，所以膽汁 排泄是原形污染物質排出體外的一個次要途徑，但為污染物質代謝物的主要排 出途徑。一般水溶性大、脂溶性小的化合物，膽汁排泄良好。有些物質由膽汁排泄，在腸道運行中又重新被吸收，稱為 腸

9、肝循環。如高脂溶 性甲基汞在膽汁排泄中，由于腸肝循環，使其生物半衰期平均達70天，排除慢。4、蓄積機體長期接觸某污染物質，若 吸收 排泄及其代謝轉化，則會出現該污染物質 在體內逐增的現象，稱為生物蓄積。蓄積量是吸收、分布、代謝轉化和排泄各 量的代數和。機體的主要蓄積部位是血漿蛋白、脂肪組織和骨骼。污染物質常與血漿蛋白結合而蓄積。許多有機污染物質及其代謝脂溶性產物， 通過分配作用，溶解集中于脂肪組織， 如苯、多氯聯苯等。氟及鋼、鍬、鉞、鐳等金屬，經離子交換吸附，進入骨骼 組織的無機羥磷灰鹽中而蓄積。有些污染物質的蓄積部位與毒性作用部位相同。如一氧化碳在紅細胞中血紅蛋白的集中。但是有些污染物質的蓄

10、積部位與毒性作用部位不相一致。如 DDT 在脂肪組織中蓄積，而毒性作用部位是神經系統及其他臟器 ；鉛集中于骨酪，而 毒性作用部位在造血系統、神經系統及胃腸道等。蓄積部位中的污染物質，常同血漿中游離型污染物質保持相對穩定的平衡。血 漿蛋白;累積部位（之間達到平衡），當污染物質從體內排出或機體不與之接觸 時，血漿中污染物質即減少，蓄積部位就會釋放該物質，以維持上述平衡。因 止匕，在污染物質蓄積和毒性作用的部位不相一致時，蓄積部位可成為污染物質 內在的二次接觸源，有可能引起機體慢性中毒。二、污染物質的生物宮集、放大和積累1、生物富集：生物富集是指生物通過 非吞食方式，從周圍環境(水、土壤、大氣)蓄積

11、某種元 素或難降解的物質，使其在機體內濃度超過周圍環境中濃度的現象。生物富集用生物濃縮系數表示，即:BCF=Cb/CeCb某種元素或難降解物質在機體中的濃度；Ce某種元素或難降解物質在機體周圍環境中的濃度。與三個方面的影響因素有關： 不同生物、不同物質、不同的環境條件下 ，BCF 變化很大，可以是個位到萬位級，甚至更高。不同生物的影響因素有生物種類、大小、性別、器官、生物發育階段等。如金 槍魚和海綿對銅的濃縮系數，分別是 100和1400。不同物質的主要影響因素是降解性、脂溶性和水溶性。一般，降解性小、脂溶 性高、水溶性低的物質，生物濃縮系數高。如虹始對 2,2,4,4-四氯聯苯的濃縮系 數為

12、12 400,而對四氯化碳的濃縮系數是17.7。環境條件方面的影響因素包括溫度、鹽度、水硬度、pH值、氧含量和光照狀況等。如翻車魚對多氯聯苯濃縮系數在水溫5c時為6.0X 103,而在15c時為5.0X 104。從動力學觀點來看，水生生物對水中難降解物質的富集速率，是生物對其吸收 速率、消除速率及由生物機體質量增長引起的物質稀釋速率的代數和。吸收速率常數Ka越大，越容易富積，吸收速率 Ra越大，Ra=KaCw 排泄速率常數Ke越大，越不易富積，排泄速率 Re越大，Re=-KeCf 生長速率常數Kg越大，富積濃度越小，稀釋速率 Rg越大，Rg=-KgCf 所以有：dCf/dt= KaCw-KeC

13、f-KgCfdCf/dt+(KeCf+KgCf 尸 KaCw相當于 y+p(x)y=q(x)的形式,通解 y Ce p(x)dx e p(x)dx q(x)e p(x)dxdx所以可彳4 到：Cf=Ce-(Ke+Kg)t +KaCw/(Ke+Kg)t=0 時，Cf=0,所以 C=-KaCw/(Ke+Kg),所以 Cf= KaCw/(Ke+Kg)1-e-(Ke+Kg)tt-oo時，e-(Ke+Kg)t=0,所以平衡時 Cf= KaCw/(Ke+Kg)，止匕時，BCF=Cf/Cw= Cw/(Ke+Kg) = Cw/Ke(忽略 Kg)水生生物對水中物質的富集是一個復雜過程。但是對于有較高脂溶性和較低

14、水 溶性的、以被動擴散通過生物膜的難降解有機物質，這一過程的機理可簡示為 該類物質在水和生物脂肪組織兩相間的分配作用。以正辛醇作為水生生物脂肪 組織代用品，發現有機物在辛醇-水兩相分配系數的對數（IgKow）與其在生物體 中濃縮系數的對數（IgBCF）間有良好線性關系。通式為:lgBCF=algKow+b,這一可 類比性為上述有機物質生物富集的分配機理提供了驗證。2、生物放大生物放大是指在同一食物鏈上的高營養級生物，通過吞食低營養級生物蓄積某 種元素或難降解物質，使其在機體內的濃度隨營養級數提高而增大的現象。生物放大的程度也用生物濃縮系數表示。可使食物鏈上高營養級生物體內這種 元素或物質的濃度

15、超過周圍環境中的濃度。如1966年有人報道，美國圖爾湖自然保護區內生物群落受到 DDT的污染，在位于食物鏈頂級，以魚類為食的 水鳥體中DDT濃度，比當地湖水高出約1.0X1051.2X105倍。在北極地區地 衣+北美馴鹿+狼的食物鏈上，明顯存在著137cs生物放大現象。但是，生物放大并不是在所有條件下都能發生。有些物質只能沿食物鏈傳遞， 不能沿食物鏈放大；有些物質既不能沿食物鏈傳遞，也不能沿食物鏈放大。3、生物積累生物放大或生物富集分別屬于生物積累其中一種。生物積累=生物放大+生物富集 所謂生物積累，就是生物從周圍環境（水、土壤、大氣）和食物鏈蓄積某種元素或 難降解物質，使其在機體中的濃度超過

16、周圍環境中濃度的現象。生物積累也用生物濃縮系數表示。生物積累、放大和富集可在不同側面為探討環境中污染物質的遷移、排放標準和可能 造成的危害.以及利用牛物對環境進行監測和凈化.提供重耍的科學依據。三、氮的微生物轉化氮是構成生物有機體的必須元素。氮在環境中主要有三種形態：空氣中的分子態氮、生物體內的蛋白質核酸等有機氮 化合物、氨鹽和硝酸鹽等無機氮化合物（無機氮化合物又分為硝酸鹽氮、亞硝酸鹽 氮和氨氮）。上述三種形態的氮通過生物作用：同化、氨化、硝化、反硝化、固氮作用不斷發生 相互轉化。同化：綠色植物和微生物吸收硝態氮和氨態氮，轉變為有機體內的含氮有機物 過程；氨化：有機體內的含氮有機物，經過微生物

17、分解，轉變為氨態氮的過程；硝化：氨在有氧條件下，通過微生物作用，氧化為硝酸鹽的過程，硝化過程可 逐漸形成亞硝酸鹽和硝酸鹽；2NH3+3O3=2H+2NO2-+2H2O+能量（亞硝酸鹽）2NO2-+O2=2NO3-+能量（硝酸鹽）硝化過程在自然界很重要，植物攝取的氮元素主要是以硝酸鹽的形式獲得， 只有一些能 夠適應缺氧條件的植物，例如水稻、濕地植物等能吸收氨氮，氨氮對于大多數植物是有 毒害作用的，施入土壤的氨形式的肥料，多數被轉化為硝酸鹽，被植物吸收利用。反硝化：硝酸鹽在通氣不良的缺氧條件下，通過微生物作用被還原為亞硝酸鹽、 氮氣、氨氮的過程；有三種：細菌、真菌、放線菌等將硝酸鹽一一一亞硝酸鹽HNO