文章编号:10062446X(2008)0220006204
微量元素锰污染对人体的危害
荆俊杰 谢吉民
(江苏大学化学化工学院,江苏 镇江 212013)
摘 要:介绍了微量元素锰污染的来源、毒性机理以及对人体的危害。慢性锰中毒主要表现为神
经毒性、生殖毒性,锰也能引起肝脏、肺等脏器的损害。由于锰不能被生物降解,在环境中只能
发生各种形态之间的转化,所以锰造成的污染消除很困难,对人体引起的影响和危害成为人们更
为关注的问题。
关键词:锰;微量元素;锰中毒;神经;生殖
中图分类号:R59512 文献标识码:A
锰是人体及动植物所必需的微量元素之一,但摄入过量的锰则会对机体产生不良作用。工业生产中锰主要通过呼吸道进入机体,并对人的神经、生殖、呼吸等系统产生不同程度的损害。随着科学技术和大工业规模化生产的发展,锰元素的应用越来越广泛,其原先不为人知的各种危害正逐步为人们所了解。锰作为一种古老的职业危害因素和环境污染物,人们对其研究远没有铅、镉、铜、镍、汞等元素那么深入和广泛,相应地对锰的毒性也没有引起足够的重视。随着当今锰的大量使用,例如很多国家已陆续使用甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)替代四乙基铅作为汽油的抗爆剂,从而使锰正以前所未有的速度扩散到环境中。因此,锰对人体健康的影响值得进行深入研究。1锰的来源和应用
锰的用途非常广泛,几乎涉及到人类生活的方方面面。在工业生产中,锰接触的机会主要是锰矿的开采、干燥、磨粉、过筛混料和包装时产生的锰尘。在钢铁工业中,锰是居于铁之后第二位重要金属元素,几乎90%以上的锰消耗于钢铁工业。随着科学技术的进步,锰在其他方面的用途也越来越广泛,如电子工业上软磁铁氧化体的应用[1]。在汽车工业中广泛使用的取代四乙基铅的MMT,使人类接触锰的机会增多,从而增加了潜在锰中毒的危险。
2 锰的生理功能
1931年,KEMMERER和ORENT等首先提出,食物中含有一定量的锰对动物(小鼠、大鼠)的生长发育是必需的,以后又证实缺锰大鼠的子代在哺乳期死亡率高。因此,锰早已被列为对人体及动植物所必需的微量元素之一。锰参与多种酶的合成与激活,促进细胞内脂肪氧化,减少肝脏内脂肪含量,激活多糖聚合酶,加快蛋白质和维生素C、B合成,催化造血功能;还参与中枢神经激素的传递,也是一些金属酶的组成部分,提高免疫功能[223]。锰还参与遗传信息传递及甲状腺分泌。锰是对心、脑血管有益的微量元素,具有驱脂作用,加速细胞内脂肪氧化,能有效改善动脉粥样硬化患者的脂质代谢,并能减少肝脏内脂肪堆积,有利于保护心、脑血管[324]。锰作为某些代谢酶的组成部分或酶的激活剂,参与机体许多生化反应。锰参与造血作用,动物实验
收稿日期:2007211207
作者简介:荆俊杰(1975—),男,江苏镇江人,江苏大学生物无机化学在读硕士研究生。导师为谢吉民教授。
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表明,10～15d的动物胚胎中锰的含量很丰富,骨骼和肝脏中含有较多的锰,很可能与它们的造血作用有一定的关系。给贫血动物以小剂量锰盐或含锰蛋白,可使血红蛋白、中幼红细胞、成熟红细胞及血液总量较高。
3 锰的毒性机理
过量锰进入体内则会引起中毒,其中毒机制可能与下列三方面有关:(1)锰对线粒体有特殊的亲和力,锰在富含线粒体的神经细胞和神经突触中,抑制了ATP的合成,产生细胞能量代谢障碍,导致神经细胞病变。(2)在生物体内适量锰可以对抗自由基氧化作用,过多则激活细胞色素氧化酶P450的活性,继而产生自由基,引起细胞死亡。(3)锰使脑中ATP合成减少,干扰细胞膜对钙转运机制,使细胞内钙增加,进而激活钙依赖蛋白酶、核酸酶和磷酸酶,导致细胞变性坏死;钙离子升高又可促进自由基的生成,形成一种恶性循环[5]。
4 锰对人体健康的危害
在矿山、冶炼厂以及与锰化合物的生产、使用等有关的单位及个人,锰中毒应引起重视。411 锰的急性毒性
锰及其化合物的毒性不一,锰蒸气的毒性大于锰尘,而锰尘又以自然来源的新鲜粉尘毒性较大,锰合金粉尘的毒性按以下次序递减:锰,二氧化锰,矽锰。化合物中锰的价态越低,毒性越大。Mn2+比Mn3+的毒性大215～3倍,Mn4+比Mn6+毒性大3～315倍,其化合物毒性由大到小顺序为:MnO,Mn2O3,MnO2,MnO3,Mn2O7。锰与卤素结合后毒性增加,MnCl2的小鼠LD50为180～250mg/kg,而MnO2的小鼠LD50为500mg/kg。
锰蒸气在空气中氧化成为灰黑色的一氧化锰及棕红色的二氧化锰烟雾,大量吸入可致急性中毒;误服高锰酸钾也可发生急性中毒。口服高锰酸钾可引起口腔黏膜糜烂、恶心、呕吐、胃痛;重者胃肠黏膜坏死,剧烈腹痛、血便,5～10g锰可致死。在通风条件不良情况下进行电焊,人可出现头昏、头痛、恶心、胸闷、气短、寒战、高热。数小时以至1～2d后热退,全身大汗,四肢无力,即发生“金属烟雾热”[6]。
412 锰的慢性毒性
41211 锰的神经毒性 锰中毒所影响的器官主要是脑,这可能是由于锰在脑中的生物半衰期较长因而导致累积毒性。锰中毒主要病变在豆状核的苍白球、尾状核和丘脑,出现退行改变和胶样变性,大脑、小脑亦有类似变化,并伴有脑血管充血、内皮细胞肿胀、血栓形成等足以引起脑供血不足的变化。过量的锰进入人体,可引起广泛的病理损伤,锰可透过血脑屏障沉积于脑部,产生相应的神经系统受损症状[7]。长期接触较低水平的锰尘,对神经系统可引起长期毒作用,出现锥体外系损害的症状和体征:四肢僵直,动作笨拙,表情举止异常,体征检查出现四肢肌张力增高,闭目难立症等[8]。高锰可能与癫痫有关,还可影响智力等。
锰中毒在神经精神方面,早期以神经衰弱综合症和植物神经功能紊乱为主,继而出现明显的锥体外系神经受损症状,表现为帕金森氏综合症[9]。HUANG[10]等对5名慢性锰中毒患者的10年追踪研究显示,其帕金森病病情逐年加重,尤以步态、僵直和书写等的改变更为明显,患者在脱离锰暴露10年后,病情仍在发展。慢性锰中毒早期以神经衰弱症候群和植物神经功能障碍为主。有头晕、头痛、失眠、疲乏无力、嗜睡等症状,还有明显的记忆力降低、性功能减退、易兴奋、好哭笑等情绪改变。病情进一步发展时,两手摆动不协调、易跌倒,讲话不利落(缓慢、口吃等),举止笨拙、面部缺乏表情。晚期病人可表现为典型的锥体外系受损的症状:肌力减退,表情呆板,眼球运
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动不灵活,书写困难,字越写越小;走路时表现为前冲步态,转弯、后退时易跌倒。
41212 锰的生殖毒性 锰的生殖毒性,结局意义重大,故近10年来国内外开展了一些关于电焊作业生殖毒性的研究。研究表明,电焊女工月经的经量增加、周期缩短、经期延长、白带增加发病率高于对照组,自然流产率、早产率均高于对照组。锰中毒男工精液外观呈均匀灰白色,平均液化时间比对照组延长。检验结果证明,锰中毒男工精子存活率比对照组下降,精子畸形率明显高于对照组[11]。吴卫平等对500名锰作业男工妻子所生小孩调查发现,先天畸形率明显增高。马勇等观察到焊工妻子早期自然流产率和死胎率增高,提示锰可直接损伤精子或使精子生成障碍,导致受精卵和胚胎发育异常或死亡[12]。锰作业女工月经异常发生率明显增高,以痛经为主。吴卫平等对245名接触锰女工的调查表明,女性性机能障碍发生率明显增高,表现为性欲减退、性反感、性交次数减少和性交时间缩短。女焊工子代出生缺陷与对照组比较未见显著差异,但其发生率已远高于或远远超过全国出生缺陷平均发生率(0113%)[13]。
41213 锰的肺脏毒性 锰也是一种肺毒物。在接触氧化锰粉尘的工人中,肺炎的发病率和死亡率都增高。锰肺炎以呼吸困难的急性肺泡炎症为特征,用抗菌素无效。在恢复的病人中未看到慢性的肺纤维化等肺部变化。生活在锰排放附近的人群,锰接触可累及呼吸系统。对挪威靠近锰铁工厂生活的人群的流行病学调查,发现肺炎的死亡率比对照人群增高8倍,发病率增高4倍。生活在靠近锰铁工厂的日本小学生,学校距离工厂100m与距离工厂500m相比,小学生的鼻和咽喉的不适症状明显增加[14]。
41214 锰的肝脏毒性 肝对锰的分布与排泄具有重要的调节作用,且锰主要经胆汁排泄。动物实验表明,锰能致肝损害,引起胆汁郁积、肝组织生化改变及细胞坏死。JORDENKO等对波兰某铁合金厂46名接触锰工人的调查发现,在高于最高容许含量111～115倍的空气锰含量时,血清ALT、AST、LDH、白细胞氨基肽酶以及白蛋白与对照组有显著性差异。停止锰暴露1～2年后,上述肝脏的生化指标逐渐恢复正常。姜岳明等最近观察到作业环境工人头晕头痛、睡眠障碍、容易疲劳和记忆不良的主诉率显著高于对照工人,血清ALT活性明显升高,提示锰毒性早期不仅累及神经系统,也可能对肝脏产生有害的影响[15]。
41215 锰的心血管毒性 实验研究表明,锰有心血管毒性,可引起动物心肌的兴奋与收缩分离,以致心脏收缩功能降低;而且可以使血管平滑肌的兴奋收缩偶联阻滞,引起低血压。植建等对某锰矿厂126名职工进行调查,其中接触锰工人93人,不接触锰工人33名,调查发现低锰组作业工人心率明显增快(P
41216 锰与克山病的相关性 我国克山病是一种原因不明的心肌病,许多研究者认为缺硒是克山病中的重要因素而不是唯一因素。现已证明,克山病病区外环境中硒低而锰高。有一些报道认为,高锰在克山病发病中可能会起到一定的作用。锰对心肌的作用虽然较弱,但确有损害作用,
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因而锰在克山病及其缺氧、缺血性心肌病的发病中可能会起一定的促进作用,但尚需进行更深入的研究。
5结 语
综上所述,慢性锰中毒是一种渐进性疾病,脱离接触病情仍会继续发展;神经性心理行为试验可用于低水平锰暴露的早期神经毒性检测。锰的心血管、肝脏、生殖等毒性的研究还不多,还有待进一步研究。锰对人类健康的危害,尤其是对儿童健康的危害已引起世界各国学者的广泛关注。元素在体内的过量可能比缺乏更令人担忧,因为元素若缺乏是易于补偿的,而过量则难以清除,或清除过程中会产生副作用。因此,进行深入研究锰对人体健康的影响是非常有必要和值得的。参考文献:
[1]江权1锰的存在及应用[J].中国锰业,2001,19(3):361
[2]张辉,赵尹宵,杨海迪,等1微量元素与人体健康[J].职业与健康,2000,16(12):892901
[3]杨心乐,王桂兰,张忠诚1锰与人体健康[J].医学综述,2006,12(18):11341
[4]苗健,高绮,许思来1微量元素与相关疾病[M].河南:河南医科大学出版社,1998:12721291
[5]梁启荣1慢性锰中毒治疗研究进展[J].广西医学,2004,26(9):13361
[6]陈灏珠1实用内科学:上册[M].10版1北京:人民卫生出版社,1998:68626891
[7]ASCHNERJLC1Manganeseneurotoxicity:Cellulareffectsandbloodbrainbarriertransport[J].Neurose
BiobehaVRev,1997,15:33323401
[8]石玉琴,张本延1锰的神经毒作用研究进展[J].武汉科技大学学报:自然科学版,2004,27(3):31523161
[9]胡存丽,邵文1我国锰毒性研究现况[J].卫生毒理学杂志,2000,14(3):1851
[10]HUANGCC,CHUNS,LUCS,etal1TenYearsoffollowup[J].Neurology,1998,50:6981
[11]陈小敏1电焊作业职业危害研究进展[J].职业与健康,2004,20(12):201
[12]马勇,陈晓霞1电焊男工性机能损伤与生殖结局的流行病学研究[J].职业医学,1995,22(4):4261
[13]姜岳明1锰与工人生殖健康[J].铁道劳动安全卫生与环保11999,26(4):24022411
[14]王夔1生命科学中的微量元素[M].2版1北京:中国计量出版社,1996:2251
[15]姜岳明,廖明阳1锰的肝脏毒性[J].铁道劳动安全卫生与环保,2000,27(2):11321151
[16]植建,苏世珍,林坚,等1锰对作业工人心血管功能影响的调查[J].广西预防医学,2004,10(5):27622781
[17]张振明,姜岳明1锰暴露与心血管功能[J].中国热带医学,2005,5(8):17351
HazardsofManganesePollutiontoHealth
JINGJunjie,XIEJimin
(SchoolofChemistry&ChemicalEngineering,JiangsuUniversity,Zhengjiang212013,China)
Abstract:Areviewwith17referencesisgivononthehaxardsofmanganesepollutiontohealthindudingthesourceofMnpollution,itstoxicityandmechanismandthehazardstothehumanbody1Thecardinalsymptomsinchronicmanganesepoisoningaretheneuralsystem,andreproductivefunction1Manganesecanalsocausedamageofliver,lung,etc1Sincemanganeseisunabletobebiodegraded,justcantransformbetweenthevariousmorphologyintheenvironment1Sothepollutioncausedbymanganesewasverydifficulttoeliminate,theimpactandhazardtohumanbodyaremoreconcernedabouttheissue1
Keywords:manganese;traceelement;manganesepoisoning;nervoussystem;reproductivefunction
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