氯化镉与纳米二氧化钛、EDTA的联合毒性评价及典型地区土壤镉污染健康风险分析

【摘要】： 1993年重金属镉(Cadmium)就被国际抗癌联盟(IARC)定为IA级致癌物,即为人体的确定致癌毒物。镉可以引起肺、前列腺和睾丸的肿瘤。镉还具有生殖细胞突变和发育效应,动物实验表明,镉对哺乳动物的生殖系统具有明显的毒害作用。镉具有一系列器官组织效应包括呼吸系统损害、消化系统损害、肾脏损害、骨骼损害、神经系统的损害、心血管损害和其他系统损害。其中,肾脏是镉慢性毒作用的靶器官,主要损害部位是近曲小管。另外,镉最严重的健康效应是对骨的影响。世界著名的日本富山县痛痛病,其主要特征就是骨软化和骨质疏松。 镉是人体非必需元素,在自然界中相对较稀少,在环境中的浓度低。地壳、岩石、水体中都含有镉,食物中含镉量受自然环境影响。地壳中平均镉浓度为0.1×10-4 mg/kg,在冰川中平均含量为5×10-8 mg/kg,在海相有机质颗粒中的平均含量为4.5×10-6 mg/kg。自然界中的镉都以化合物的形式存在,主要矿物为硫镉矿(CdS)与锌矿、铅矿共生,所以在这些金属的精练过程中都可以排出大量的镉。一般锌矿含镉为0.1～0.5%,有时高达2～5%。来自国家环境保护环境与健康重点实验室的研究资料表明,我国已有几个典型的环境镉污染区,如江西大余、浙江温州等。这些地区环境镉污染是由于矿资源的私挖乱采,或者是由于含镉污水的无组织排放。镉对人体具有不良健康影响,并且污染严重,所以对镉的健康危害的研究十分必要。 第一部分CdCl_2和nano-TiO_2联合作用、CdCl_2和EDTA联合作用对HEK293t细胞氧化损伤作用 本部分主要研究氯化镉(CdCl_2)和纳米二氧化钛(nano-TiO_2)联合作用,氯化镉(CdCl_2)和(EDTA)联合作用对人胚肾HEK293t细胞氧化损伤作用。运用毒性单位法进行浓度设计,通过MTT试验确定三种物质的半数致死浓度,将半数致死浓度命名为一个毒性单位(TU, Toxic Unit)。每组混合毒物有三个浓度(0.75TU、1TU、1.25TU),将不同毒性单位(0TU、0.25TU、0.5TU、0.75TU、1TU、1.25TU)的CdCl_2和nano-TiO_2混合,CdCl_2和EDTA混合,使得作用浓度分别为0.75TU、1TU、1.25TU。运用RT-PCR技术观察HO-1和OGG1基因的表达,检测细胞抗氧化酶的活性以及ROS浓度,综合评价CdCl_2和nano-TiO_2联合作用,CdCl_2和EDTA联合作用对人胚肾HEK293t细胞氧化损伤作用。 结果显示nano-TiO_2对CdCl_2的氧化损伤具有协同作用,EDTA对CdCl_2的氧化损伤具有拮抗作用。各个氧化损伤指标的敏感性不同,浓度的高低,两物质间的比例对各个指标的影响不同,其中以ROS含量最为敏感,推荐其为氧化损伤指示指标。但是CdCl_2的氧化损伤机制还不是十分清楚,nano-TiO_2对CdCl_2的协同机制以及EDTA对CdCl_2的拮抗机制更是还有待进一步研究。 第二部分我国某地区土壤镉污染人群健康风险评价 我国土壤镉污染问题日益严重,11个灌区遭受镉污染的农田有12000平方公里,沈阳张士灌区一闸严重污染区土壤的含镉量甚至达5～7 mg/kg,米中含镉也达0.1～0.2 mg/kg。由于环境中的镉不能被生物降解,镉在水体和土壤中的含量逐年增加,继而在一些植物或动物体内蓄积(如镉污染区的大米、贝壳类海鲜、动物肝肾脏等),通过食物链在人体内蓄积。 本次调查选择某镉典型污染地区中离污染源2公里、4公里处的A、B村,A、B村合并为污染区。无污染对照点设在正南方向距污染源约30公里的C村。三个点的自然环境、社会环境、居民生活习惯、社会经济状况基本相同。采集当地土壤、农作物、饮用水样品以及人群血液样品、尿液样品,检测环境样本、人体样本的镉含量以及人体镉作用靶器官效应指标含量。获得镉的生态影响及人群健康危害的基础性数据,进行健康危害风险分析,为镉的环境管理、环境生态建设提供科学依据。 调查结果显示,调查区内存在镉的健康风险,对居民健康造成了一定的影响。水、大气中的镉均可通过各种途径转移到土壤,土壤是镉对环境污染的重要途径。虽然近年来对污染区已经采取治理措施,其土壤中的镉含量依然超过国家标准,说明土壤镉污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆性,所以难以治理。污染区的大米、蔬菜等农作物通过食物链生物富集镉,其镉含量也严重超标。人群食入这些含镉的食物体内镉负荷增加,肾脏损伤率增加,提示土壤镉污染已对人群健康产生危害。另外,对照区土壤、大米、蔬菜中镉的含量也超过国家标准值,提示对照区可能存在未知污染源。