金属健康阈值及其理化性质和背景含量之间的关系研究

【摘要】目前,影响人体健康的环境问题日益突出,尤其是近年来重金属污染事件频发,严重威胁了人类健康,因此以保护人体健康为目标的环境基准已成为世界各国相关领域研究的重要内容,有关加强完善金属人体健康基准的研究也迫在眉睫。金属元素的人体健康效应与多种因素有关,本文从大的环境背景以及人类演化的大的时间尺度出发,定义并选取金属的关键效应剂量(NOAEL,NOAEL,BMD,MRL)作为其人体健康效应的阈值,探讨了二十七种金属元素人体健康阈值和其背景含量即陆壳丰度和海水丰度之间的关系。结果发现：①金属元素的关键效应剂量和陆壳丰度有着相似的变化趋势,与海水丰度则没有明显的相关关系；②对数处理后,金属元素的健康阈值和陆壳丰度两组数据的pearson相关系数r=0.4491,达到中度相关的水平(0.40<r<0.79,P<0.05),回归方程也具有很好的诊断结果；③集对分析得出金属元素的健康阈值和其陆壳丰度值的同一度为0.7037,大于了0.6000,表明金属元素的健康阈值和其陆壳丰度有着明显的趋同性,即金属元素对人体健康的影响和其陆壳丰度大小有关,验证了相关分析的结果。由此得出结论：金属元素的生物毒性或有害健康效应和其陆壳丰度值呈负相关关系,当金属元素的陆壳丰度较高时,其关键效应剂量水平也较高,该金属元素对人体的毒性较小；反之,其关键效应剂量水平较低,该金属元素对人体的毒性较大。从生物进化的角度不难解释这一结论。生物要生存,必须要适应所在的环境条件,包括对元素的毒性越来越耐受的适应过程。环境中的元素随着生物链的传递到达人体,经过几百多万年的时间,在人体内的丰度逐步达到了一个相对稳定的平衡状态,也使得人类适应了元素在地壳中存在的丰度条件。因此,不难理解,当元素的陆壳丰度高时,在人体中的含量也高,健康阈值就高,毒性便小。另外可以推测,元素人类健康阈值和其在海洋中的丰度值的关系不大可能是因为经过几百万年的进化过程人类已经适应了陆地生活环境所致。可以说,毒性与元素丰度的这种关系是大自然的智慧抉择,是物种适应性的表现。然而,这个理论可能不适用于所有的元素,因为元素的毒性效应还与元素本身的理化性质、元素在环境中的迁移转化、元素的生物可利用性以及人类活动的干扰等有着密切的关系。另外,本文还就金属的理化性质对其地壳丰度和海水丰度的影响进行了探讨。结果发现：①二十一种理化参数中有十种和对数处理后的地壳丰度(黎彤值)有显著的相关关系(P≤0.05),按决定系数R2降序排列为共价指数(Xm2r)、原子密度(ρ)、原子序数(AN)、原子量(AW)、有效电荷(Z*)、电负性(Xm)、软指数(σp)、电子亲和能(EA)、极化力(Z*2/r)和电化学势(△E0),其中只有软指数与电化学势和地壳丰度呈正相关,其他都呈负相关；②用集对分析对和地壳丰度关系极显著的四种代表性理化参数,即共价指数、原子密度、有效核电荷数以及电负性进行分析,得出的同一度分别为0.6333、0.6667、0.6000和0.7381,均大于了0.6000,证明了四组集对都存在一定程度上的趋同性,和相关分析的结果一致。③金属元素二十一种理化参数和海水丰度无明确的相关关系(P>0.05)。由此得出结论：金属的理化性质与地壳丰度之间存在密切的内在关系。本文有关金属健康阈值的研究结果为我国进一步开展保护人体健康的环境基准研究提供了参考,也为保护人类健康提供了更宏观的角度；有关理化性质和地壳丰度的关系研究也在一定程度上为地球演化成因、元素丰度演变规律提供了新证据,对岩石、矿产资源开发和利用等有重要意义。
【作者】刘静；
【导师】吴丰昌；
【作者基本信息】中国环境科学研究院，环境工程，2014，硕士
【关键词】环境基准；阈值；丰度；系统毒性；

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