成人铅中毒

朱元州 赵 慧 甘 泉 孙 昊 刘 欢

(1.华中科技大学 同济医学院附属梨园医院 心血管中心,湖北 武汉 430077;2.湖北省妇幼保健院,湖北武汉 430070;3.南京医科大学 第一附属医院,江苏 南京 210029;4.湖北省中西医结合医院,湖北 武汉 430015)

重金属(heavy metals,HMs)是指密度大于水的金属元素。HMs是天然存在的元素,原子量大,密度至少是水的5 倍[1]。HMs除了日常熟悉的金属元素,还包括类金属,如砷(As)在低暴露水平下可能会导致中毒。各种HMs,如铬(Cr)、镉(Cd)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、汞(Hg)和砷(As),对水生生态系统有害[2]。其中铅(Pb)是存在于地壳中的少量天然蓝灰色金属,是一种非常耐腐蚀、具有延展性的金属[3]。虽然铅天然存在于环境中,但化石燃料燃烧、采矿和制造等人为活动也会释放出高浓度的铅。铅的早期用途包括建筑材料、陶瓷上釉颜料和输水管道。目前,铅主要用于生产铅酸电池、弹药、金属产品(焊料和管道)、汽油添加剂及屏蔽X射线的装置[4-5]。

铅中毒主要是吸入含铅粉尘颗粒或气溶胶,以及摄入受铅污染的食物、水或接触油漆所致。成人饮用受铅污染的水可吸收35%～50%的铅,而儿童的吸收率可能超过50%,铅在人体内的吸收率受年龄和生理状态等因素的影响,肾脏吸收铅的比例最大,其次是肝脏和其他软组织,如心脏和大脑,但骨骼中的铅占人体的主要部分[6]。神经系统是最容易受到铅中毒影响的部位,头痛、注意力不集中、易怒、记忆力减退和反应迟钝是铅对中枢神经系统影响的早期症状[7]。接触铅还与各种神经系统疾病有关,如阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩性脊髓侧索硬化症和注意力缺陷/多动症。高血铅水平组的铅暴露对肝肾功能、白细胞计数、血清尿素、肌酐、天门冬氨酸转氨酶、丙氨酸转氨酶、血红蛋白和血细胞比容等指标的影响更为明显。研究发现[8],接触铅会对儿童(尤其是男孩)的身体发育产生不利影响,这一部分将在儿童铅中毒中探讨。

1 铅的理化特点

铅是一种蓝灰色的软金属,是地壳中无处不在的元素,原子量为207.2 Da,原子序数为82。它的熔点较低,为621.3 ℉(327.4 ℃),在大气压力下的沸点为3 180.2 ℉(1 749 ℃)。它主要以两种同位素形式存在:206Pb(24.1%)和208Pb(52.4%)。金属铅相对不溶于水和稀酸,但能溶于硝酸、醋酸和热浓硫酸。在化合物中,铅的价态为+2和+4。无机铅化合物颜色鲜艳,有几种可作为颜料使用,如白铅(PbSO4)、铬黄(PbCrO4)和红铅(Pb3O4)。铅还会形成有机化合物,如四甲基铅和四乙基铅(TEL),在商业上被用作汽油添加剂。这些化合物基本不溶于水,但易溶于有机溶剂。铅与含有硫、氧或氮作为电子供体的配体形成络合物(包括-OH、-SH 和-NH2),其中与内源性巯基(-SH)形成的络合物在毒理学上最为重要[3,9]。

人体中只要检测到铅就代表存在铅污染[2],接触铅的最重要途径是呼吸道和胃肠道,急性铅中毒可能发生在摄入了有毒的铅盐(如醋酸铅或四氧化三铅)之后。然而,大多数口服铅中毒病例是由于长时间少量摄入含铅物质造成的,如受铅污染的灰尘或土壤、涂料薄片、食物、药物或含铅异物[10-11]。

1.1 无机铅和金属铅

1.1.1 吸收

消化道可吸收铅,食物中铅的吸收率为10%～15%,其余的从粪便中排出,胃肠道对铅的吸收受年龄、饮食结构、营养状况、遗传因素和铅的形态影响[12]。禁食可以促进铅的吸收,补充膳食脂肪、铁剂、钙会减少肠道对铅的吸收,然而膳食中锌摄入量对铅吸收的影响尚存在争议。金属铅比大多数铅化合物更不容易被吸收,摄入金属铅的吸收率与铅颗粒大小、总表面积和消化道位置有关,胃酸有利于金属铅溶解,而小肠可能是吸收率最高的部位[13-15]。

呼吸道可吸收铅,吸入人体内的铅中30%～40%存在于血液中,从事剧烈运动的工人吸收的铅要比在相同环境中休息的人多。另外,铅在肺部的吸收情况还与铅的颗粒大小有关。小颗粒状铅(<1 μm)沉积在下呼吸道,铅几乎完全从那里被吸收,而较大颗粒状铅(1～10 μm)可能沉积在上呼吸道,通过粘液纤毛运输转移到食道并被吞咽[10]。

皮肤可吸收铅,完整皮肤的平均铅吸收率为0.06%[16],有机铅化合物比无机铅的吸收率要大得多。皮肤接触铅是工人铅中毒的潜在原因,部分患者因使用含铅化妆品而发生铅中毒,也有可能经结膜接触而被人体吸收[11]。另外,残留的铅碎片,如枪弹或子弹碎片,可能成为铅中毒的来源,其中铅弹颗粒大小、总表面积和位置,碎片与滑膜、胸膜或脑脊液的接触时间等均是铅中毒严重程度的影响因素。关节囊液中透明质酸等有机酸会导致铅的溶解度增加,关节运动也会促进铅的吸收。研究发现[10,13],从受伤到血铅浓度升高之间的时间差异很大,从3个月到50多年不等。

铅也可经胎盘传递给胎儿,在妊娠过程中,铅很容易通过胎盘屏障,进入胎儿体内。研究发现[17],母乳与母体血液中的铅含量并非线性关系,当母体血液中的铅含量达到或超过约40 μg/dL 时,母乳就是新生儿接触铅的重要来源。

1.1.2 分布

吸收的铅进入血液,其中至少99%与红细胞结合,从而分布到相对易变的软组织池和更稳定的骨区。Rabinowitz等[18]认为至少存在两个骨区:骨小梁中更易流失的铅池和骨皮质中更稳定的铅池[10-12]。成人体内大约95%的铅储存在骨骼中(儿童只有70%),其余的则分布在软组织池,包括肝脏、肾脏、骨髓和大脑[10-11]。软组织吸收铅受多种因素影响,包括血液中的铅浓度、外部暴露因素和特定组织动力学水平。与铅有关的大部分毒性都是软组织吸收的结果,因此骨骼储存量的相对减少是儿童的另一个相对不利因素[19]。

铅和其他HMs主要集中在灰质和某些核团中,有神经毒性作用,可导致一系列健康问题,如认知功能障碍。在动物模型中,胎儿大脑对铅的摄取量相对高于出生后的摄取量;海马、小脑、大脑皮层和髓质中的铅浓度最高;同等铅暴露条件下,男性灰质体积减小比女性更为显著[20-22]。

与软组织贮存不同,骨储存始于胎儿期,骨铅会在人的一生中不断积累。骨铅被认为是相对惰性的代谢物,但也可从较易变的成分中移出,并占血铅含量的50%。这在骨质快速更替时期尤为重要,如怀孕和哺乳期、合并骨质疏松症的老年人、少动的儿童、甲状腺功能亢进症和采用顺铂化疗的患者,由于骨库的动员而增加血铅水平。在怀孕期间,骨铅可转移到胎儿的骨骼中。铅还会积聚在牙齿中,尤其是儿童牙齿的牙本质中,这一现象已被用来量化幼儿的累积铅暴露量[10-11]。

1.1.3 排泄

无机铅不会被代谢,约65%通过尿液以原形排出,约1/3通过胆汁、胃液和唾液排出,极少量会通过汗液、头发和指甲排出[14]。儿童的排泄量低于成人,平均滞留率分别为1%～4%和33%。据估计,铅的生物半衰期如下:血液25 天(成人,短期实验)和10个月(儿童,自然暴露);软组织(成人,短期暴露)40天;骨骼(易变、骨小梁)90 天;骨骼(皮质、稳定)10～20年,微量的铅也会从母乳中排出[11,14,23-24]。

1.2 有机铅

烷基铅化合物具有脂溶性,其独特的药代动力学特征不如无机铅的药代动力学特征明显。有关急性摄入和嗅闻含铅汽油的动物研究和人类临床经验表明,四乙基铅可通过摄入、吸入和完整皮肤吸收,随后分布到包括大脑在内的亲脂组织[10-11]。有机铅或烷基铅(含铅汽油,又称四乙基铅和四甲基铅)会经过氧化脱烷基反应,生成具有高度神经毒性的代谢物(三乙基铅和三甲基铅)。在肝脏中,该反应由细胞色素p450依赖性单氧化酶系统催化。烷基铅也会以无机形式缓慢释放铅,随后的动力学过程如前所述[10-12]。

2 病理生理及临床表现

随着体内铅的浓度增加,可以观察到第一批生物效应的器官或组织被称为“关键器官或组织”。当关键器官或组织中的浓度达到临界水平时,就会出现临界效应(亚临床效应)。在铅暴露中,骨髓、中枢和外周神经系统、肾脏和消化系统是关键器官。不同浓度的铅会对许多器官及系统产生多种病理生理影响。此外,基因多态性也会影响个人对铅的易感性[25]。其中的几个例子包括脂蛋白E、维生素D 受体、Na+-K+-ATPase(腺苷三磷酸酶)、δ-氨基乙酰丙酸和蛋白激酶 C 的基因。在生物分子层面,铅一般通过三种方式发挥作用。首先,铅与生物电子供体配体(尤其是巯基)的亲和力使其能够结合并影响许多酶、受体和结构蛋白。其次,铅与二价阳离子钙、镁和锌的化学性质相似,它会干扰许多钙、镁和锌介导的新陈代谢途径,尤其是在线粒体和调节细胞能量代谢的第二信使系统。铅诱导的线粒体损伤会导致细胞凋亡。铅还可作为钙依赖过程的拮抗剂或激动剂。例如,铅会抑制神经元电压敏感性钙通道和膜结合的Na+-K+-ATPase(腺苷三磷酸酶),但会激活钙依赖性蛋白激酶C。第三,铅影响DNA 的机制尚不完全清楚,但有证据表明DNA 甲基化发生了改变。铅在体外对哺乳动物细胞具有诱变和有丝分裂作用,对大鼠和小鼠具有致癌性。国际癌症研究机构已将无机铅化合物归入2A 类,即可能对人类致癌[10,12,26-30]。

2.1 神经毒性

铅暴露有一定神经毒性,包括但不限于细胞代谢率降低(特别是与线粒体功能障碍有关)、蛋白质利用异常、信使系统功能障碍、细胞凋亡和基因转录调节改变。铅替代钙离子的能力使铅能通过血脑屏障[7]。

成人铅暴露最常见的神经系统症状是周围神经病变,通常涉及伸肌群,伴有轻微的感觉受累,如果累及桡神经或腓神经,将表现为手腕或足部下垂。头痛、注意力不集中、易怒、记忆力丧失和迟钝是铅暴露对中枢神经系统影响的早期症状,思考和推理的能力易受有毒HMs攻击。幼儿和胎儿尤其容易受到影响,因为在神经系统发育期间铅毒性可能是不可逆的,儿童神经系统的发育使其对铅引起的损伤也尤为敏感[4]。铅中毒最严重的表现是急性脑病,其症状包括持续呕吐、共济失调、癫痫发作、视乳头水肿、意识障碍和昏迷。当血铅水平低于100 μg/dL时,很少发生铅性脑病[11,14]。

铅导致的多种神经递质系统功能障碍与铅的钙模拟特性有关。通过阻断电压敏感性钙通道的钙离子流入,铅抑制了去极化触发的乙酰胆碱、多巴胺和γ-氨基丁酸的释放,却增加了自发释放的背景速率。此外,铅还会降低N-甲基-D-天冬氨酸谷氨酸受体的钙电流,并直接激活细胞内第二信使蛋白激酶C[26]。这些对神经递质释放、受体活性和细胞内信号传导的影响会对发育中大脑的“突触修剪”产生不利影响。这种破坏会导致大脑皮层的微结构和功能达不到最佳状态,对海马体的影响尤为严重,而海马体是学习和记忆的重要场所。铅还会干扰星形胶质细胞中的78 kDa伴侣葡萄糖调节蛋白,从而导致不利的蛋白质构象效应,这种效应被认为与阿尔茨海默病和帕金森症等疾病有关。在严重病例中,脑微血管的病理变化会导致脑水肿和颅内压升高,这与急性铅脑病的临床综合征有关[7,31]。人类的神经病理学特征尚不明确。在动物模型中,它与许旺细胞破坏、节段性脱髓鞘和轴突变性有关。感觉神经很少受到影响[31-33]。

铅中毒对神经系统影响分为轻、中、重度。轻度中毒:主要表现为疲劳、对游戏和休闲活动失去兴趣、情绪紊乱、易怒、攻击行为、睡眠障碍和性欲减退,进一步表现为行为易怒、认知能力和运动技能受损。中度中毒:伴有头痛、乏力、失眠、头晕、震颤、反射亢进、下肢麻木和周围神经病。严重中毒:可能出现脑病,伴有或不伴有脑水肿,表现为昏迷、昏迷并伴有抽搐,颅内压增高、头痛并伴有呕吐,嗜睡与清醒交替出现,行为怪异并具有攻击性,笨拙、失去协调能力、共济失调、感觉改变、抽搐和失去知觉[34]。

2.2 血液毒性

铅通过几个途径产生血液毒性,包括抑制血红素生物合成途径中的几种酶,如抑制δ-氨基乙酰丙酸脱氢 酶(δ-aminolevulinic acid dehydrogenase,δ-ALAD)、粪卟啉原氧化酶和亚铁螯合酶(血红素合成酶)。δ-ALAD 不能转化为卟啉原,铁也不能结合到原卟啉环中,进而血红素合成减少[11,25,34-35]。

铅还会导致继发于相关肾脏损害的促红细胞生成素功能缺陷,抑制Na+-K+-ATPase和5’-嘧啶核苷酸酶,通过改变能量代谢来损害红细胞膜的稳定性,由于膜的脆性增加而导致红细胞寿命缩短,并出现嗜碱性斑点[11]。不过,这种效应也可能出现在其他有毒物质接触中,包括苯和砷,以及基因缺陷诱发的酶缺陷综合征中[11]。嗜碱性粒细胞性贫血和小红细胞性或正常红细胞性、低色素性贫血只有在接触大量铅后才会发生[25,34-37]。

铅中毒性贫血分为:轻度中毒,即小细胞正常色素性贫血;中度中毒,即小细胞低色素中度贫血和溶血,患者面色苍白;重度中毒,即嗜碱性粒细胞增多,贫血严重,患者合并溶血、面色苍白、心动过速和休克[34]。

2.3 肾毒性

高水平的铅暴露(>60 μg/dL)会导致肾功能障碍,但也有较低水平铅暴露的损害报告(10 μg/dL)[38]。肾功能异常分为两种类型,一种是急性肾病,另一种是慢性肾病。功能性急性肾病患者肾小管上皮细胞中由铅蛋白复合物组成特征性核包涵体,导致肾小管转运机制受损。因此,蛋白质不会出现在尿液中,但它会引起葡萄糖、磷酸盐和氨基酸的异常排泄,从而导致Fanconi样综合征[38-39]。尿中可能会出现红或白细胞,透明或颗粒管型[35-36]。

另一方面,慢性肾病更为严重,可导致不可逆转的功能和形态改变,持续多年的低水平铅暴露会导致进行性肾小球、肾小管萎缩及间质纤维化,肾功能衰竭、高血压和高尿酸血症[11,40-41]。早在100多年前,人们就注意到铅中毒与痛风之间的联系。铅会竞争性地减少远端肾小管的尿酸排泄,导致血尿酸浓度升高,尿酸盐结晶沉积在关节中,从而导致痛风[41]。颗粒状缩小的肾脏被认为是慢性铅中毒的常见特征[42]。

Maqusood Ahamed对铅肾毒性的毒理动力学提出了不同的学说[43]。其认为Pb2+与钙离子竞争导致线粒体的钙离子释放受到刺激,线粒体过渡孔开始打开,进而导致线粒体整体损伤、活性氧物质生成和氧化应激,包括脂类代谢的改变[44-45]。在这些细胞中,近端小管更容易受到铅诱导的细胞损伤和细胞凋亡的影响。对原代培养的大鼠近端肾小管上皮细胞的研究表明[45-46],Pb2+通过作用于1,4,5-三磷酸肌醇受体而升高胞浆、线粒体钙离子浓度和耗竭内质网钙离子,破坏细胞-细胞连接(紧密连接)的完整性,并改变细胞结构。上皮细胞的极性和载体运输改变也可能是肾近端小管腔减少和微绒毛丢失后不典型的细胞-细胞连接结构的结果。在啮齿类动物模型中,铅是一种肾致癌物,但其在人类中的地位尚不确定[47]。

2.4 心血管毒性

1976—1980 年美国血铅水平为20～29 μg/dL的个人(占当时美国人口的15%)的全因、循环系统和心血管死亡率显著增加[48]。Lin等[49]团队的研究显示,铅毒性对心脑血管系统最主要的影响是高血压(68.8%),这可能是由于钙激活的血管平滑肌细胞收缩力发生变化,继发于 Na+-K+-ATPase活性降低和Na+-Ca2+交换泵的刺激。铅还会通过改变神经内分泌输入或对此类刺激的敏感性,或通过增加氧化应激和内皮素反应,导致血管平滑肌和内皮功能障碍。铅暴露促进血管平滑肌和内皮细胞产生过氧化氢、超氧化物和活性氧(reactive oxygen species,ROS),ROS水平升高可导致NO 失活增强,并降低NO 的生物利用度[50]。Silveira 等[51]发现前列腺素,作为一种COX 衍生的血管收缩激素,可能参与铅诱导的血管收缩效应。中度中毒时会发现血清肾素活性升高,但慢性重度铅中毒时血清肾素活性正常或降低[52]。动物模型显示,铅中毒会增加去甲肾上腺素诱发的心律失常的敏感性,导致心肌收缩力、蛋白质磷酸化和高能磷酸生成减少[53]。

铅暴露还对心脏组织产生毒性效应,可能导致心脏功能受损[50]。Ferreira de Mattos 等[54]测定了Pb2+对豚鼠离体心收缩和兴奋性的影响。急性铅暴露时有负性肌力作用和增加舒张压的作用,收缩和松弛的速度都受到了影响,但对收缩速度的影响更大。兴奋性也发生了改变,在铅离子暴露后,心跳频率先增加后减少。也观察到早后除极和动作电位平台降低等易于发生心律失常的事件。铅诱导的细胞内钙代谢损伤对心脏电生理学产生影响。在分离的心肌细胞中,细胞外铅阻断了通过Cav1.2通道的电流,导致该通道快速失活,对细胞的门控电流产生了负性影响。因此,Pb2+对心脏有毒性,降低了心脏的收缩能力,使心脏容易发生心律失常。然而,也可能涉及其他通道、转运体或通路。一项前瞻性人口研究证实,随着环境铅暴露,左心室收缩功能下降。这些与铅暴露相关的不良事件可能会导致心力衰竭[54-55]。

铅可累及自主神经系统,导致心律失常,还可能通过损伤Na+-K+-ATPase功能、细胞信号通路和钙通道直接干扰心脏传导。职业性铅接触者出现窦性心律失常、早搏、不完全性束支传导阻滞、T 波低平或双向、QT 间期延长[56-58]。

累积的铅暴露与高血压、血脂异常、糖尿病和内皮功能障碍有关,会增加缺血性心脏病的风险[59-60]。最近的研究表明[61-62],即使是低水平的环境铅暴露也与增强指数呈正相关。增强指数是动脉僵化的生物标志物,而动脉僵化是冠心病的重要预测指标,这表明铅暴露会增加缺血性心脏病的发病率。

2.5 生殖毒性

HMs和类金属暴露是导致人类生殖毒性的最常见因素之一。多项研究表明,大量金属和类金属物质会对人类生殖系统产生严重的不良影响。已知铅、银、镉、铀、钒、汞等金属和砷等金属类物质会引起生殖毒性。中到微量的铅也会影响生殖系统,包括影响精液质量。铅会通过影响染色质的稳定性导致胚胎发育异常[63]。

铅会降低睾酮水平,并抑制存在于睾丸微粒体部分的酶,如3β和17β类固醇脱氢酶[63-64]。随着脂质过氧化酶增加,过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的功能降低。铅产生的ROS会严重损害精子质量、密度和产量[63-65]。由反馈机制调节的卵泡刺激素的分泌会因Sertoli细胞受损而下降[66]。醋酸铅会破坏人绒毛膜激素的二级结构,因为它会增加酪氨酸残基周围的疏水性,影响卵巢卵泡囊生长和黄体数量,接触铅的妇女流产率增加[63,67-69]。

2.6 内分泌毒性

类似于内分泌干扰物分子,铅含量3 mg/dL 以下,会因作用于下丘脑-垂体-卵巢轴延迟动物或人类的发育。研究发现[31],经铅处理的实验鼠首次发情年龄推迟,发情周期紊乱,这与血清中胰岛素样生长因子-1表达水平受抑制有关。铅还会影响下丘脑-垂体轴,导致身体对促甲状腺激素、促肾上腺皮质激素的反应减弱。研究显示[69],成年铅作业工人的甲状腺和肾上腺皮质功能降低。血铅浓度升高的儿童生长激素和胰岛素样生长因子的分泌受到抑制,并且长期接触低水平铅会导致更年期提前[31,70]。另外铅作为一种应激源影响大脑多巴胺水平,直接或间接影响交感神经系统及神经递质分泌[71]。铅和血糖的关联目前还没有完全研究清楚,血糖水平波动可能是继发肝功能影响。

2.7 骨毒性

铅会直接或间接影响破骨细胞、成骨细胞功能及1,25(OH)2D3在肾脏中的羟化,因此被认为是导致骨质疏松症的重要因素,尤其是围绝经期妇女[11,31]。另外,铅对某些酶活性位点中的硫醇基团有很高的亲和力,从而抑制肾脏中合成1,25(OH)2D3所必需的1-α-羟化酶,影响钙和磷的矿物质代谢。由于肠道对Ca和P矿物质的吸收减少,导致这些矿物质的含量偏低[72]。

动物研究表明,铅直接降低骨密度和皮质骨宽度,增加骨折的易感性,不利于骨折愈合。此外,铅导致骨重建失衡,促进骨形成(Ⅰ型胶原氨基末端前肽增加)和吸收(Ⅰ型胶原羧基末端多肽增加)。骨形成和矿化过程加快,导致形成质量较差的骨[73]。

体外研究表明,铅通过抑制WNT/β-连环蛋白信号转导抑制成骨细胞的活性。WNT/β-连环蛋白信号是成骨细胞骨形成的关键合成代谢途径,铅还可以诱导成骨细胞凋亡。铅诱导细胞凋亡的机制之一可能是通过降低磷脂酰胆碱特异性磷脂酶C 的蛋白水平和酶活性来激活细胞内的钙库,从而增加细胞内的钙离子水平,诱导细胞凋亡的信号通路[74-76]。Al-Ghafari等[76]团队观察了受扰的成骨细胞的生物能量学:线粒体膜电位降低,线粒体膜蛋白活性受到干扰和抑制。作者还观察到,在铅(55 μM)暴露24 h后,成骨细胞内的ROS水平升高,细胞内的氧化应激因超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性的降低而加剧,从而降低细胞内谷胱甘肽水平。

铅抑制骨钙素合成,骨钙素促进骨矿化和密度,铅对骨钙素的亲和力强于钙,因此铅可以取代羟基磷灰石晶体中的钙,影响成骨和骨密度。此外,它还被发现影响碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)的水平,影响有机骨基质形成[76-78]。

2.8 消化系统毒性

胃肠道是普通人群摄入和吸收铅的主要途径,铅对消化系统的影响常见于肝脏和胃肠道。职业性接触铅的工人血铅浓度大于70 mg/dL 的肝酶升高,同时细胞色素P450 活性受到抑制[31,79]。慢性长期接触铅也会导致肝酶:ALP、ALT、谷草转氨酶(aspartate amninotransferase,AST)和谷氨酰转移酶明显升高[31,80]。Cheng等[81]团队评估了多种金属与肝功能参数的关系,发现镉主要导致ALT 升高,铬导致AST 和总胆红素升高,铅主要导致直接胆红素升高。ROS的产生、抗氧化防御系统的抑制和炎症反应被认为是HMs肝毒性的可能机制。

铅中毒会导致便秘、厌食和腹部绞痛。虽然其机理尚未完全阐明,但其理论包括肠道蠕动受损、管腔离子转运改变以及肠壁平滑肌痉挛性收缩[82]。

胃肠道反应按照症状分为轻、中、重度。轻度中毒:厌食、便秘、间断剧烈腹痛;中度中毒:腹痛、厌食和体重减轻、便秘、腹泻、容量耗竭;严重中毒:腹壁僵硬和剧烈腹痛,呕吐和腹泻,并伴有大量的液体流失,导致循环衰竭[34]。

2.9 呼吸系统

职业性铅暴露与肺功能改变有关,多项研究报告了呼吸系统功能的永久性改变,肺功能测试值明显降低。流行病学研究表明,职业性接触铅会提高IgE 水平,增加支气管反应性,导致哮喘发病率增加[83]。Mohammed等[84]研究发现,与对照组相比,哮喘儿童的血铅水平达到10 μg/dL的可能性要高出5倍。此外,阻塞性肺部疾病与铅浓度之间也有明显联系[85]。

3 辅助检查

普通人会从空气、饮用水、食物和室内灰尘中接触到铅。我们需要注意的是铅在环境中不会随着时间的推移而降解。因此,生活在城市地区的人,都暴露在几十年前排放的高浓度铅中。总铅可在血液、骨骼、牙齿、指甲、头发和尿液中测量。全血铅是近期和长期暴露最常用的生物标志物,如果暴露是恒定的,对血铅的一次定点测量就可以作为长期暴露的合理指标[86]。

3.1 不同组织含铅特点与检测特点

40%～50%的吸入铅可能转移到血液中。在成年人中,大约10%的饮食铅被吸收。在血液中,超过98%的铅存在于血细胞中。血铅,主要是红细胞铅,是软组织铅的代表,最广泛地被用来衡量身体负荷和铅的吸收(内)剂量。血铅与暴露源中铅的浓度呈曲线关系。血液和其他软组织中铅的半衰期约为28～36天。血浆铅在铅代谢中起着重要作用,它是体内铅库的活性中心,影响体内的铅负荷,并导致骨髓、肾脏、脑等软组织中铅的毒性。血浆铅水平在突然摄入或急性接触铅时急剧升高,并随着时间的推移迅速下降,表明血浆铅是最近接触铅的一个指标。血浆铅半衰期很短,可能不到1 h[25]。

一些被吸收的铅被排到尿液中,尿铅的量不仅取决于暴露条件,还取决于身体负荷和肾功能的程度。在稳态情况下,尿铅和血浆铅随着血铅的增加呈指数升高,主要反映了近期的暴露情况。尿铅排泄量反映了可调动的体内铅库,其主要由血液和软组织铅组成,只有一小部分来自骨骼[25]。

虽然体内只有2%的铅储存在血液中,但铅不断从骨骼再循环进入血液。因此,血液中的铅反映了过去几个月中接触铅的综合情况,并含有多年来长期接触铅的成分。然而,暴露量的短期变化会迅速影响血液中的铅含量。为了解慢性铅暴露的负担,可以计算累积血铅指数。该指数以一段时间内重复采集的血液样本为基础,对该时间段内血液中的平均铅含量进行综合测量。使用K-Shell和L-Shell X 射线荧光(X-ray fluorescence,XRF)等非侵入性检查可测量骨组织中的铅含量。这是一种累积暴露的生物标志物,因为铅在人体内的主要储存库是骨骼。髌骨和胸骨是测量骨小梁中铅蓄积量的首选部位,胫骨、指骨或尺骨是测量皮质骨中铅蓄积量的首选部位。需要注意的是,即使是低剂量,XRF 也涉及到辐射的问题[86]。

牙齿可以提供整个生命过程中累积暴露的时间信息[87]。乳牙可用于评估产前和儿童时期的暴露情况。先前的儿童研究报告显示,牙本质铅与血液中的铅浓度(Spearman'sr=0.64,P<0.000 1)和脐带血中的铅浓度(Spearman'sr=0.69,P<0.000 1)之间存在很强的相关性[88-89]。然而,与镉类似,胎盘铅与脐带血中铅浓度的相关性也不一致[90]。毛发、指甲、尿液和血浆并非测量体内铅剂量的既定生物标志物;先前的研究报告称,环境铅暴露、骨骼铅和这些生物样本中的铅浓度之间的相关性较低,尤其是在较低浓度时,因此这些生物标志物所反映的潜在暴露窗口仍不清楚。尿液和血浆中的铅可能是职业暴露人群或较高浓度人群可以接受的。然而,它们对普通人群的实用性尚不明确[91-92]。在老年人中,Deng等[93]研究显示,铅中毒时血清铅浓度与认知能力无关,早期或持续接触铅可能会对老年认知能力加速衰退的病因产生更大的影响。

骨髓中的临界效应主要来自铅与血红素合成酶的相互作用,些相互作用可以通过对δ-氨基酮丙酸脱水酶(δ-aminolevulinic acid dehydratase,ALAD)的抑制和某些代谢物浓度的变化,如尿液氨基酮戊酸、血液(全血)或血浆、尿液中的粪卟啉、血液中的锌原卟啉(zinc protoporphyrin,ZP)的变化来灵敏地确定。血浆或血液中的ALA 比尿液中的ALA 更能直接反映铅对骨髓的影响。与ALAD2 携带者相比,ALAD1纯合子在高铅暴露下具有更高的ZP 和ALA 水平,提示ALAD1纯合子可能比ALAD2携带者更容易受到铅干扰[25]。

Lieberman-Cribbin等[94]研究提示,基于DNA甲基化的胫骨铅暴露和基于DNA 甲基化的血铅暴露生物标志物与心血管疾病死亡风险增加有关。Cheng等[81]确定了铅会导致直接胆红素升高。

可螯合铅是在尿液收集前使用二巯基丁二酸和依地酸钙钠等螯合剂进行测量的,被认为是生物可利用铅储存量和体内铅负荷的生物标志物。依地酸钙钠螯合剂需要静脉注射,测量可螯合铅的最佳时间是施用螯合剂后3～4 h[95-97]。

3.2 目前检测技术

现在已开发出多种测定环境和生物中铅含量的技术。铅检测常用原子吸收光谱分析、电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICPMS)或阳极溶出伏安法。原子吸收法是将铅在火焰或熔炉中原子化,然后吸收几种特征波长(如283.3 nm)的光,吸收的光与铅浓度成正比。ICPMS将样品在等离子体中化为原子,然后进入质谱仪,以被测元素的天然同位素的特征质荷比检测离子。这项技术可以同时定量样品中的几种元素,并可以确定铅同位素的比率,并用来提示铅的可能来源[4]。原子吸收分光光度法(atomic absorption spectrophotometry,AAS)和石墨炉原子吸收光谱法(graphite furnace atomic absorption spectrometry,GFAAS)可用于测量蔬菜和水果中的铅。AAS也用于评估地下水、地表水和样本中的铅含量。电感耦合等离子体原子发射光谱、火焰原子吸收分光光度计和石墨炉火焰GFAAS也可用于测定土壤样本中的铅含量。使用电感耦合等离子体原子发射光谱法可检测食品中的铅含量,检测体内铅含量升高的主要是测量血液样本中的铅含量。电热激发法(在石墨炉中)和原子吸收光谱法是测量血铅浓度最常用的技术。Yüce等[98]开发了一种伏安生物传感器,用于灵敏测定水溶液中的铅。

研究发现[96],基于微阵列平行分析技术,利用DNA 酶(特别是依赖于铅和铜离子的DNA 酶)开发出一种能检测到0.6 ppb的Cu2+和2 ppb的Pb2+多分析物生物传感器;以Cy5标记的DNA/RNA 嵌合体为底物,创建出一种LOD 为1 nM 的Pb2+生物传感器;利用石墨烯量子点和金纳米粒子创建了一种Pb2+检测范围为50 nM～4 mM,检测限为 16.7 nM的技术;创造出另一种DNA 酶和其底物(5'-生物素)在溶液中形成双链杂交体,可与水相中的Pb2+发生精确反应的均相荧光DNA 酶生物传感器。在优化条件下,Pb2+的检测界限为1～100 nM。

3.3 疑似铅中毒患者检测

对于疑似铅中毒的患者,实验室检测可用于加强对铅暴露和铅中毒的评估。在临床实践中,全血铅浓度是衡量铅暴露的主要指标,可反映近期和远期的铅暴露情况。对于任何疑似有症状的铅中毒患者,都应通过静脉穿刺将全血采集到特制的无铅真空管中。静脉血比毛细血管血更可取,因为即使在用酒精擦拭清洁皮肤后,皮肤铅污染也可能导致毛细血管血测得的血铅水平错误升高。测量血铅浓度最准确的方法是电感耦合等离子体质谱法,但许多实验室仍在使用原子吸收分光光度法、石墨炉分光光度法和阳极剥离伏安法,这些方法在血铅浓度非常低时的性能各不相同[99]。筛查可能是预防来自高风险环境的成年人患上严重铅中毒的一种基本措施[13]。

3.4 累积铅暴露的检测

累积铅暴露有两种衡量标准。X 射线荧光技术测量骨骼铅,从而间接估计全身铅负荷。还描述了累积血铅指数,它是根据在假定的终生铅暴露过程中测量的几个血铅浓度计算浓度曲线下的面积得出的。这两种技术都被用于有关过去慢性铅暴露和当前各种健康结果的研究中。另一种测量体内铅负荷的方法是在服用螯合剂后测量尿铅。我们建议不要使用这种方法,因为其结果难以解释,而且往往会产生误导[100-101]。

4 诊断与鉴别诊断

美国国家职业安全与健康研究所/美国疾病控制与预防中心将血铅参考值升高定义为>3.5 μg/dL,成人血铅升高定义为≥5 μg/dL。成人铅中毒定义为平均血铅≥10 μg/dL。虽然有证据表明慢性铅暴露低于10 μg/dL 与长期风险相关,美国卫生与公众服务部建议将所有成年人的血铅水平(blood lead level,BLL)降至10 μg/dL以下[102]。

诊断时首先应全面了解病史,详细询问暴露环境、职业或娱乐接触铅源的详细情况,旧式房屋居住史(特别是绘画装饰较多或新翻修)。既往有无缺铁性贫血病史、铅中毒家族史、枪弹伤史[10-12]。

可见非特异性的呕吐、嗜睡、易怒、注意力不集中、精神错乱、行为笨拙、癫痫发作、腹痛(亚急性、间歇性的,位于上腹部,多伴有便秘)症状。体检可见双臂手腕下垂,舌头有色素沉着,牙龈有“铅线”(淡蓝色的黑点),这是由于铅与牙菌斑中的细菌发生反应,形成硫化铅,导致牙龈与牙齿交界处的牙龈色素变蓝;不过,如果口腔卫生良好,即使是严重铅中毒,也可能不会出现铅线[10-12,102-105]。

鉴别诊断:成人患者手腕下垂会被误诊为腕管综合征、格林-巴利综合征;腹痛需要与镰状细胞危象、急性阑尾炎、肾绞痛、主动脉综合征、肠系膜上动脉栓塞等相鉴别;铅中毒脑病需要紧急诊断,与感染性脑炎相鉴别,但血铅检测通常无法迅速获得。如果有铅暴露史或职业、家族病史,结合实验室阳性检查结果,如贫血、嗜碱性粒细胞增多、红细胞原卟啉升高,特别是>250 μg/dL,以及尿液分析异常,有的患者长骨骨骺端X 线片上可见铅线,则应重点考虑铅中毒性脑病。在这种情况下,在等待血铅浓度的同时进行假定性螯合治疗是合理的[10-12,106]。儿童和青少年呕吐、腹痛最初往往被认为患有病毒性肠胃炎,甚至把隐匿的症状当作发育阶段的情况,如把易骨折当作缺钙,把易怒、注意力不集中当作叛逆期[4,10-12]。

在成人和儿童中,实施经验性螯合治疗的决定不应因血铅浓度悬而未决的情况下排除或确认其他重要的紧急诊断。对于疑似铅性脑病的患者,一般应避免腰椎穿刺术,因为存在脑疝的风险。如果中枢神经系统感染的可能性大,建议在等待血铅浓度结果的同时进行经验性治疗,如果血铅浓度正常,则考虑实施延迟腰椎穿刺术[107]。

5 治疗

美国CDC最新建议,所有血铅升高(≥3.5 mg/dL)和/或铅暴露的患者都应接受与铅相关的健康风险和减少暴露的教育[102]。对于所有血铅浓度≥5 μg/dL的个体,应确定铅暴露源,并采取适当措施减少和终止铅暴露[10]。铅中毒的风险因素主要包括:年龄、营养、基本金属(钙、铁、锌)、住房和社会经济地位。相对而言,婴幼儿、青少年铅暴露的危害要大于成年人,且分布不同,成年人95%铅沉积在骨。高蛋白食物会减少铅的摄入,低钙、低铁食物会增加铅的吸收;老式较多绘画的房子或含铅粉尘较多的环境,罐装食品、含铅水管都会导致铅摄入增加[10,29,108]。

铅中毒患者治疗主要分为四个方面。首先,治疗的最重要方面是避免进一步接触铅。其次,对于可能仍有残余铅暴露的人员,优化营养状况,最大限度地减少吸收。第三,使用螯合剂进行药物治疗。对铅中毒患者进行螯合治疗的原理是,螯合剂与铅络合,形成一种螯合物,通过尿液或粪便排出体外。螯合疗法可增加铅的排泄,降低血铅浓度,并逆转治疗过程中的血液毒性指标。对儿童铅中毒脑病进行有效的联合螯合治疗,使铅中毒的死亡率和发病率急剧下降。不过迄今为止,人体试验尚未证明可长期降低目标组织的铅含量或逆转毒性。最后是对症、支持治疗,主要是铅中毒性脑病、腹痛、高血压、重症的处理[10,29,109-111]。

5.1 减少暴露

铅中毒不好治疗,但可以预防[112]。血铅浓度明显升高的患者都需确定铅暴露源,并采取特定的环境和医疗干预措施,或两者兼而有之。对于成人通常涉及工作,职业性铅暴露的风险与以下几个因素有关:首先,工作过程本身就存在危害,包括高温、大量气溶胶、粉尘或烟雾的产生;以及机械化程度较低的工作场所,导致皮肤直接接触的机会增加。其次,适当的除尘措施,如局部和整体通风状况。第三是个人防护和个人卫生,包括正确使用防护服和防护设备。补救措施包括改善通风、改变个人卫生习惯和使用呼吸设备。禁止在铅暴露区吸烟、进食和饮水,每班工作结束后应更换工作服,不应将工作服与便服混在一起,做好铅暴露监测[10,29,113]。

对于子弹或固体铅异物残留所致、在解剖上可行的情况下,建议通过洗消、内窥镜或手术切除或去除铅源,质子泵抑制剂和促胃液素也是治疗胃异物的合理辅助疗法,可降低胃酸度、缩短滞留时间并减少铅溶解。清除家庭含铅涂料(最好由专业人员进行,家人避免在家中)、家庭降尘技术、减少食物、土壤中的铅暴露[10,26,114-116]。

5.2 营养评估和治疗

进行营养评估和咨询。确保饮食中含有足够的微量营养素(尤其是铁、钙、维生素 B、E和C)[10,15,26]。有研究显示N-乙酰半胱氨酸抗氧自由基治疗,既能减轻氧自由基损伤,又能起到螯合铅的作用[29]。

5.3 螯合疗法

对于没有铅中毒临床特征的非妊娠成年女性或育龄妇女,如果其血铅含量为45～70 μg/dL,应考虑口服螯合疗法。对于年龄≥11岁的男性患者或非育龄期的女性患者,如果其血铅浓度为45～70 μg/dL,但无铅中毒的临床特征,则不需要进行螯合治疗。不过,患者应在2～4周后重新进行评估,以确保血铅浓度正在下降,且患者状况良好。对于血铅含量为45～70 μg/dL 的非怀孕青少年或成年人,如果有轻度-中度铅中毒的临床特征(如腹痛、便秘、关节痛、头痛、嗜睡),建议采用螯合疗法[10]。

对于血铅浓度大于70～100 μg/dL 的青少年或成人,无论是否进行螯合治疗,都应密切监测其临床恶化的迹象。对于血铅浓度大于70～100 μg/dL 但无明显神经系统毒性特征的非怀孕青少年或成年人,建议采用螯合疗法。血铅浓度大于70～100 μg/dL且有明显铅中毒神经特征(如烦躁、嗜睡、共济失调、抽搐、昏迷)或铅中毒性脑病的非怀孕青少年或成人建议立即进行肠外螯合治疗[10]。

对于患有铅中毒性脑病的孕妇,无论其处于哪个孕期,都建议进行紧急螯合治疗,首选的螯合剂取决于妊娠阶段以及有关孕期使用安全性的现有数据。对于血铅浓度≥45 μg/dL 无铅中毒脑病的孕妇,无论是否有铅中毒的临床特征:由于风险和益处之间的平衡存在不确定性,妊娠头三个月无法提出建议;妊娠2、3期,建议采用螯合疗法[10]。

目前有四种螯合剂被推荐用于治疗铅中毒(见表1):二巯基丙醇(dimercaprol)和依地酸二钠钙(CaNa2EDTA)被用于治疗较严重的病例,二巯丁二酸(succimer)可用于口服治疗。

表1 WHO 推荐的四种螯合剂

D-青霉胺(D-penicillamine)可用于轻度至中度铅超标患者的口服治疗,但D-青霉胺的毒性包括危及生命的血液系统疾病以及可逆但严重的皮肤和肾脏影响。因此,自1991年以来,大多数中心在铅中毒治疗中的作用已基本被二巯丁二酸所取代。目前,只有在对二巯丁二酸和CaNa2EDTA 都发生不可接受的不良反应时,才推荐使用D-青霉胺[13]。

螯合疗法是一个相对低效的过程,几乎没有证据表明螯合剂能明显进入目标器官的关键部位,尤其是大脑。降低血铅浓度将改善细微的神经认知功能障碍或其他亚临床器官毒性的假设未经证实。成人铅中毒螯合疗法的适应症和具体方法(见表2)取决于患者的血铅浓度和临床症状[117]。

表2 成人螯合疗法

初次螯合治疗后,根据临床症状和随访血铅浓度决定是否重复治疗。对于出现脑病、任何严重症状或初始血铅浓度高于100 μg/dL 的患者,建议重复治疗。在重新开始螯合治疗前至少间隔两天是合理的。螯合剂的精确疗程和剂量取决于持续的症状和重复的血铅浓度。对于铅中毒程度较轻的患者(如无症状、初始血铅浓度<70 μg/dL),在重新开始治疗前,允许10～14天的再平衡是合理的。按照WHO 的标准,成人血铅浓度>50 μg/dL,2～4周后复查;血铅浓度30～50 μg/dL,1～3 月后复查;血铅浓度5～29 μg/dL,3～6月后复查[10,117]。

美国CDC 建议对大多数血铅水平>80 μg/dL的患者以及所有血铅水平>100 μg/dL 的患者进行螯合治疗。如果患者有明显的铅中毒症状或体征(如腹痛、便秘、头痛、认知障碍或贫血),建议对血铅水平>50 μg/dL的患者进行螯合治疗。如果铅暴露时间较长或有潜在的医疗问题,螯合疗法也可能适用于血铅水平>50 μg/dL 的患者。通常不建议血铅水平<50 μg/dL症状较轻的患者接受螯合疗法。需要注意的是,螯合疗法不能替代在工作场所遵守职业安全和健康管理局的铅标准,也绝不应作为预防性治疗。除非已明确减少铅暴露,否则不应进行螯合。因为在持续接触铅的情况下,螯合可能会在某些情况下导致铅吸收增加,从而加重而不是改善铅毒性[102,117]。

5.4 支持、对症治疗

对于成人脑病患者,联合使用二巯基丙醇和CaNa2EDTA 治疗。尽管一些临床医生建议,成人重度铅中毒患者可单独使用依地酸二钠钙治疗,剂量为2～4 g/d,持续静脉输注。最近的报告支持在采取环境和职业补救措施后,对轻度至中度铅中毒的成年患者使用二巯丁二酸。对急性铅中毒脑病患者的治疗主要是支持性治疗,对于大剂量摄入后不久的患者,建议进行鼻胃管洗消,必要时进行气道保护。一般来说,针对铅中毒脑病的螯合疗法可促进铅的排泄,但临床疗效并不显著。不过,对于有症状的患者,尤其是脑病患者或血铅浓度非常高的患者,建议采用螯合疗法。颅内压的严重升高表现为意识水平逐渐下降、视乳头水肿、颅神经功能障碍、瞳孔反应异常或局灶性神经功能缺损。颅内压升高可通过神经影像学检查或直接测量颅内压来确认。紧急治疗应包括使用高渗药物(如静脉注射20%～25%甘露醇0.25～1.0 g/kg或高渗盐水)以及插管和短期过度通气,初步目标是使PaCO2达到30～35 mmHg。气管内插管的目的是保护气道和提供充足的氧气。急性脑病通常会出现癫痫发作,苯二氮卓类药物(如地西泮或劳拉西泮)是首选的抗惊厥药物,对于严重患者,可辅以丙泊酚、苯巴比妥或全身麻醉。应避免使用吩噻嗪类药物镇静或治疗谵妄,因为它们可能会降低癫痫发作阈值[102,113,117-118]。

Dadpour等[119]研究认为,与转换酶抑制剂相比,α-受体阻滞剂可能更适合治疗铅中毒性高血压。

使用钙剂来缓解腹痛是一种古老的治疗方法,目前在教科书和最近的文章中并不提倡。研究发现[120],在静脉注射氯化钙之后,铅绞痛可能会立即得到缓解,这被认为增加了钙“驱使”铅进入骨骼的额外证据。然而也有研究认为,疼痛的快速缓解是由于松弛了肠道平滑肌。相较传统阿片类止痛方案,加用葡萄糖酸钙后患者腹痛显著改善[121]。

对于危重患者应进行心肺功能、生命体征监测和临床评估。在灌注不足和休克的情况下,可使用生理盐水进行水化[29,118]。

6 回归工作和社会

如果一个月内两次血铅水平测定结果相差<15 μg/dL,且患者的所有铅中毒症状均已缓解(例如,患者已恢复神经认知功能),则患者可在采取适当措施的情况下,重新从事与铅有关的工作或在铅周围工作。如果患者接受了螯合疗法,则必须在螯合疗法结束后至少一个月和两个月分别检测血铅水平。在重返工作岗位之前,必须对导致铅中毒的情况进行重新检查并改善工作环境。恢复与铅接触或在铅周围工作后一个月应重复检测血铅水平。如果血铅水平<15 μg/dL,那么只要继续接触铅,就应每两到三个月检测一次血铅水平。如果血铅水平和接触情况都比较稳定,则重复检测的频率可以降低。由于铅会导致精子异常,因此建议男性在血铅水平<30 μg/dL 后三个月内避免受孕[102]。