大气环境污染物对动物生殖机能的影响 李春梅

作者:未知    文章来源:本站原创    点击数:5981    更新时间:2010/4/22

大气环境污染物对动物生殖机能的影响

 

李春梅

(南京农业大学动物科技学院  江苏南京  210095

 

产业革命以来,人类在不断追求富裕的过程中,造成了地球历史上从未有过的污染。其中,大气污染成为威胁包括人类在内的地球上生存的所有动植物生命的重要问题。据WHO报告,每年死于大气污染的人数超过300万人,这个数量远远超出因交通事故造成的死亡数量。大气污染已成为全球性的问题,尤其是在发展中国家,都面临着严重大气污染的危机。大气污染不仅是重要的环境污染因素之一,它也已成为一个与我们生活密切相关的严重的社会问题。随着工业化的发展,燃料,内燃机尾气,工业废气废液等都是造成环境污染的重要因素。特别是在大城市,随着经济的发展,人民生活水平的提高,汽车的数量也随之迅速增加,在人们出行方便的同时,汽车尾气成为大气污染的主要来源之一,对人类生存环境也造成了严重污染。据我国国家环保总局(SEPA)提供的数据,我国城市空气污染中,约79%来自机动车尾气排放。而柴油发动机产生的有害颗粒物质SPM是汽车发动机的100倍,因此,柴油车尾气排放SPM是大城市大气污染的主要来源。特别是柴油车尾气中的颗粒物质(DEP)流行病学研究表明DEP能引发呼吸系统以及循环系统,生殖系统等多种疾病,严重威胁着人类及动物的生存和繁衍。在本次学术研讨会中我将主要围绕DEP中含有的环境内分泌搅乱物质及DEP中的纳米尺度的微颗粒物质对动物生殖机能的影响。

1  大气污染不容忽视

大气污染物主要可以分为两类,即天然污染物和人为污染物,引起公害的往往是人为污染物,它们主要来源于燃料燃烧和大规模的工矿企业。主要包括颗粒物,硫氧化物,碳的氧化物,氮氧化物,碳氢化合物,还有如重金属类,含氟气体,含氯气体等其它有害物质。汽车尾气排放的有害物质不但增加了大气污染,破坏环境生态平衡,更重要的是,这些污染物在一定条件下会生成二次污染光化学烟雾,对人体造成更大的危害。光化学烟雾是机动车排出尾气中的碳氢化合物、氮氧化物在特定的气温条件(静风、湿度低、温度高)、并在阳光长时间照射时会产生一种复杂的烟雾,这种烟雾叫光化学烟雾。历史上,曾发生过多起光化学烟雾污染事件。例如,20世纪40年代,在美国洛杉矶首先发现了光化学烟雾。每到秋冬季节,许多人的眼睛轻度红肿,嗓子疼痛,甚至还有人皮肤出现程度不等的潮红,丘斑疹等;人们还常会产生呼吸困难和疲乏等症状,导致了几千人受害,生长在郊区的蔬菜全部由绿变褐,无人敢吃;水果和农作物减产,大批树木落叶发黄,几万公顷的森林有四分之一以上干枯而死。另外,1952年,在英国伦敦发生的烟雾事件,这也是我们众所周知的大气污染的典型事件。当时的伦敦在二氧化硫等污染物的笼罩下,一度成为死亡之都。据报道当时有4000人死于该事件。1943年洛杉矶发生世界上最早的光化学烟雾事件后,在北美、日本、澳大利亚和欧洲部分地区也先后出现了这种烟雾。我国虽然只在少数城市发现过光化学烟雾,但随着城市汽车数量的急剧增加,我国很多城市也都存在着潜在的威胁。大气污染不仅仅威胁着人类的健康,同样也严重威胁着畜禽,野生动物的生长。因此大气污染不容忽视。

2  内分泌搅乱作用(环境内分泌干扰物)

英国环境保护组织ChemTrust2008年底发布的报告指出,受化学污染物影响,多种脊椎动物(包括多骨鱼、两栖类、爬行类、鸟和哺乳动物)的雄性个体出现雌性化现象,并已成为一种普遍趋势。造成这种现象的元凶正是环境内分泌干扰物。环境内分泌干扰物一般是指能够干扰生物体内维持自身稳定及调节发育过程中激素的产生、释放、代谢、结合、排泄、交互作用的外源性物质,也称环境荷尔蒙,它也是大气污染物之一。目前已被证实或者疑似环境内分泌干扰物的化学物质达数百种之多,其中,绝大多数此类化合物被证明具有雌激素或类雌激素效应。另外,我们通过试验研究证明了柴油车尾气中的颗粒物质(DEP)中也含有大量的环境内分泌干扰物质。科学家们通过多年的研究发现,无论是北极熊还是南非草原上的大羚羊,深海的鲸,还是高空飞翔的苍鹰,都受到环境污染的影响。其中,鱼类受污染物影响的程度尤其严重,生活在受污染的水中,它们不仅进食污染物,还通过鳃和皮肤吸入污染物,因此也是最早被发现性别扭曲现象普遍存在的物种。早期的一些研究发现,英国某河域中有半数雄鱼睾丸可产卵,日本以及非洲贝宁湾地区的淡水鱼中的很多种类都产生了雌化现象,而在地中海、日本大阪湾、美国西部海岸的咸水鱼也不例外。另外,还发现澳大利亚40%的甘蔗蟾蜍变成雌雄同体,另外20%的蟾蜍正处于雄性雌性化的过渡中。类似上述性别扭曲现象在哺乳动物中也存在。阿拉斯加州2/3的雄性黑尾鹿被发现患有隐睾症,在美国蒙大拿州,2/3的白尾鹿也出现了生殖器异常此外,睾丸变小的水獭,阴茎变短的貂也都被发现。这些异常现象不仅仅在野生动物中发现,它也在我们人类中被观察到。目前,全世界出现了婴儿先天性畸形增多、新生婴儿免疫力下降、儿童性成熟提前的趋势,而生殖系统癌变病例也呈增加态势——全球男性睾丸癌患者在1979年~1991年间增加了50%、乳腺癌发病率以每年5%20%速度上升、子宫癌发病率也急剧上升。这些统计数据显示,环境内分泌干扰物已成为威胁人类及畜禽,野生动物等健康的潜在杀手,对其今后的生存和繁衍可能产生巨大影响。

3  试验研究

下面,简要介绍一下我们课题组长期以来对大气污染的主要来源之一的柴油车尾气中的颗粒物质(DEP)对动物生殖系统影响的研究状况。随着我国经济的发展,人民生活水平的提高,汽车的数量也随之迅速增加,在人们出行方便的同时,汽车尾气对人类生存环境造成了严重污染。据我国国家环保总局(SEPA)提供的数据,我国城市空气污染中,约79%来自机动车尾气排放。而柴油发动机产生的有害颗粒物质SPM是汽车发动机的100倍,因此,柴油车尾气排放颗粒物质(DEP)成为大城市大气污染的主要来源。大量的流行病学研究表明DEP能引发呼吸系统以及循环系统,生殖系统等多种疾。DEP中含有成千上万种化学物质,哪些化学物质在起毒性作用还是个未知数。能否从DEP中分离鉴定出具有生物活性的化学物质,成为研究者们探讨的热门问题。我们的同一课题组的北海道医疗大学和北海道大学的药理研究室的研究者们,经过8年试验研究,成功的从DEP 中分离出12种硝基苯酚类化学物质,同时鉴定出这些硝基苯酚类化学物质具有血管迟缓作用及改变心脏收缩作用等生物活性。另外,我们还研究证明了有些化合物还是灭虫剂杀塓硫磷,对硫磷,以及硝苯硫磷酯等农药的代谢产物。为了探讨这些硝基苯酚类化学物质的内分泌搅乱作用及对动物生殖机能的影响,我们主要采用了体内的动物实验和体外的细胞试验,研究证实了这些从DEP中分离鉴定出具有生物活性的硝基苯酚类化学物质也是农药代谢产物(未规制化学物质)对生殖机能和肾上腺机能有一定的抑制作用。

3.1  雌激素及抗雄激素样作用

DEP中分离出的4-硝基苯酚(PNP)已经证明不仅具有血管迟缓作用而且证实它还是农药对硫磷以及硝苯硫磷酯农药的代谢产物。为了研究PNP雌激素作用和抗雄激素作用,我们分别采用了体外的重组酵母筛选试验和体内子宫增重试验以及Hershberger 试验方法。子宫增重试验主要依据子宫重量的增加是依赖于雌激素作用的原理。摘除卵巢的雌性大鼠,皮下注射PNP,连续注射七天之后,取出子宫称重。结果显示,PNP10mg/kg100mg/kg 给药组的子宫重量与对照组相比显著增加。由此证明,PNP具有雌激素作用。Hershberger 试验主要依据雄性副生殖器官的发育是依靠雄性激素的原理。将摘除睾丸的雄性大鼠,皮下注射雄性激素的同时注射PNPPNP给药组的前列腺,精囊腺,penis 的重量显著性降低。给药组的血浆中LH,FHS与对照组相比有显著性增高。以上结果表明,PNP具有抗雄激素作用。

3.2  抑制睾丸功能

DEP中分离出的3-甲基-4-硝基苯酚 PNMC),还是灭虫剂杀塓硫磷农药的代谢产物。为了研究PNMC对睾丸功能的影响,我们将成熟雄性鹌鹑肌肉注射PNMC后,鹌鹑的精巢出现了极度地萎缩现象。而且血浆中的睾酮浓度降低。为了进一步证明PNMC对睾丸分泌睾酮的影响,将PNMC添加到鹌鹑睾丸间质细胞的初代培养液中,培养24小时后,测量睾酮的分泌量。结果显示,PNMC添加的细胞培养液中的睾酮分泌量有显著性降低。这些结果表明,PNMC对睾丸分泌睾酮有明显的抑制作用。以上研究结果表明,PNMC对雄性生殖机能及内分泌系统具有干扰作用,抑制精巢的正常功能。PNMC 不仅来源于DEP,它还是农药的代谢产物,因此可以推测PNMC大量存在于大气环境中。由此可以推测,PNMC不仅会影响畜禽,野生动物,同时也会严重危害人类的健康。

3.3  纳米颗粒物质对睾丸功能的影响

随着工业化的进程和纳米科学技术的飞速发展,大气中的纳米颗粒物质逐年增加。而其中,柴油发动机排放的尾气成为城市环境中纳米颗粒物质的主要来源之一。一项长达20多年的流行病学研究结果发现,人类的发病率和死亡率与他们所生活环境空气中的大气颗粒物质浓度和颗粒物质尺寸密切相关。2004年在欧洲召开的Nano safety 会议上,大气纳米颗粒被定义为尺度小于100纳米的颗粒,这个尺度比细胞尺度的1‰还要小。1纳米是1110亿,1纳米是人头发丝直径的万分之一,是34个原子排列在一起的长度。颗粒越细分,便拥有越大的比表面积和表面活性,从而表面可吸附更多的化学物质,表现更为复杂的生物效应。因此,近年来,有关大气环境中纳米颗粒物质对生物体健康影响的研究也越来越受到重视。为了研究新型柴油车尾气中含有的大量纳米颗粒物质对生殖内分泌机能的影响,我们将妊娠的F344大鼠随机分成3组,分别暴露清净空气(对照组),含有高浓度纳米颗粒的柴油机尾气(148.86g/m3, NR-DE)和除去纳米颗粒的柴油机尾气(3.10g/m3F-DE)。从妊娠第一天到19天进行暴露。暴露结束后,将动物搬至干净的SPF动物房,待出生后第21天,仔鼠断奶,雌雄分开。然后,将出生后4周的雄性大鼠进行剖检。结果表明NR-DEF-DE胚胎期暴露降低出生后4周龄的雄性大鼠血清中的睾酮,孕酮以及FSH浓度,增加抑制素的浓度。另外,降低睾丸组织中的StAR以及17HSDRNA基因的表达量。由此可以推断,出生前暴露于柴油机尾气能够引发出生后仔鼠的内分泌功能紊乱,并抑制其睾丸功能。

我们以上的研究结果为DEP对生体影响的综合评价提供科学依据。目前为止,尽管我们还未开展对柴油机尾气排放物质(内分泌搅乱物质)对畜禽的影响研究,但大量的对实验动物的研究已经表明,柴油机尾气排放物,包括纳米颗粒物质,严重影响和干扰动物的生殖系统功能。另外,根据我国目前国情,由于大量使用农药,机动车的增加,大气污染问题日趋严重。尽管大规模畜禽养殖都远离市区,但是由于农郊使用大量化肥农药以及拖拉机,货车,摩托车等机动车量,养殖的畜禽也逃脱不掉大气污染的大环境。由此我们也可以推断,以柴油机尾气为主的大气污染,对畜禽生殖系统会有一定的干扰作用,进而对大规模的畜禽养殖产生一定的负面影响。有关对畜禽规模养殖的影响有待进行进一步的研究。我们的研究,可以为解决该问题提供一定的科学依据。

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