鎳污染對人類健康的危害及其防治

羅詩睫(華南農業大學資源環境學院，廣東 廣州 528000)

0 引言

自然環境中有許多重金屬元素，它們具有廣泛的工業應用和非工業運用。而隨著重金屬的應用日益增多，它們不可避免地成為環境污染物。人類對鎳的過度接觸和積累會對健康造成發育毒性、遺傳毒性、免疫毒性、血液毒性、生殖毒性和神經毒性。目前國際癌癥研究機構(IARC)將鎳化合物歸為Ⅰ類，即人類致癌物，金屬鎳被歸為2B類，即可能對人類致癌物。因此，鎳污染對人類健康的危害及防治成為一個緊迫的公共衛生問題，并引起全球的關注。

1 生活中的鎳污染及其來源

1.1 什么是鎳污染

鎳污染是指鎳及其化合物引起的環境成分或狀態的變化和環境質量的下降，擾亂和破壞生態系統以及人們的正常生活和生產條件，稱為鎳污染。鎳污染分大氣鎳污染、水鎳污染和土壤鎳污染。鎳污染可以進入人體對健康產生危害，如：通過成為大氣污染物進入人的呼吸道等途徑；也可以進入土壤和水體，如被植物和水生生物吸收，在作物和水生生物的可食用部分產生積累，最后經過食物鏈進入人體，危害人體健康；還可以惡化大氣、水和土壤的環境質量[1]。

1.2 生活中的鎳污染來源

工業產生廢氣。化石燃料(石油和煤炭等)在燃燒、高溫冶金和鎳初級生產等工業生產中排放的廢氣是造成鎳污染的原因之一，特別是鎳礦石和含鎳金屬礦冶煉產生的廢氣和采礦產生的粉塵等。全球2/3的鎳產量歸因于金屬冶煉，而礦石冶煉產生的粉煤灰中會含有大量的含鎳蛇紋石(起源于爐料)和含鎳玻璃微粉末。據報告，全球目前約有60%的鎳來自鎳硫化物，冶煉廠冶煉硫化鎳礦的過程中會產生含鎳尖晶石(特雷弗石)。城市固體廢物(MSW)也是造成鎳污染的主要原因之一。城市固體廢物又叫城市生活垃圾，是城市居民的日常生活或為日常生活提供服務的活動中產生的固體廢物。MSW不僅會影響環境，還會危害市民健康，但也能作為建筑材料和市政綠化用肥的來源[2]。城市生態環境部2020年12月發布的《2020年全國大中城市固體廢物污染環境防治年度報告》公布的數據顯示，2019年全國196個大、中城市分別產生一般工業固體廢物、工業危險廢物、醫療廢物和城市生活垃圾13.8億噸、4 498.9萬噸、84.3萬噸和2.356億噸，并在2021年繼續呈增長趨勢。其中聚氨基甲酸酯(PU)作為MSW的主要組成之一，將較高水平的鎳貢獻到MSW中，在其收集、轉移、運輸和儲存過程中造成了鎳污染。生活廢氣、污水排放。汽車尾氣、煙草煙霧、家庭取暖和烹飪燃料的室內煙霧中能檢測到鎳，煤、石油燃燒時排放的煙塵中也能檢測到微量的鎳[3]，生活污水、污泥等也可能攜帶鎳，并以灌溉水或肥料的形式用于農業生產。

2 鎳污染對人體健康的危害

鎳可以通過呼吸道、消化道、皮膚接觸等途徑進入人體，分布并蓄積在全身多個器官組織，通過過度誘導細胞凋亡和抑制增殖來抑制免疫器官的發育，或與人的DNA結合、抑制某些酶的發生和誘導合成活性氧等行為，引起相應的功能障礙，對人體健康造成不良影響。

2.1 氧化應激損害

氧化應激是一個氧化—抗氧化體系失衡并趨向于氧化的過程，隨之會產生大量的活性氧和氧化產物。發現鎳可以與硫醇結合形成Ni-硫醇配合物進而與分子氧反應導致ROS產生造成氧化應激。另外發現鎳還可以在接近DNA處產生氫氧根與DNA堿基或脫氧核糖骨架反應，造成DNA的氧化損傷，進而誘導突變和癌癥的發生。

2.2 炎癥反應

鎳是多器官、多系統損傷毒物，可以通過呼吸道、消化道、皮膚接觸等途徑進入人體，分布并蓄積在全身多個器官組織，引起炎癥反應激活。鎳化合物可以引起肺部的慢性炎癥；鎳離子可以通過毛孔和皮脂腺滲透到皮膚內，引起皮膚過敏發炎[4]。有學者提取鎳精煉煙氣中的顆粒作用于人肺上皮細胞，發現NLRP3、caspase-1等指標在肺上皮細胞中的表達水平顯著提高，說明鎳能通過降低細胞活性和提高炎癥相關蛋白的表達損傷線粒體，誘發呼吸道炎癥。亦有研究表明，鎳能通過NF-κB、ICAM-1、VCAM-1、EMAM-1、Egr-1和WT-1等調控因子促進炎癥的發生，進而導致腫瘤的生長。

2.3 癌癥反應

鎳是生物醫學合金的一種成分，會通過腐蝕和摩擦釋放引起組織細胞毒性、突變、分化甚至致癌。1950年，鎳及其化合物的致癌作用被確認并得到報告。研究顯示MCF-7和A549細胞暴露于鎳會引起功能性p53和HIF-1α蛋白積累，參與鎳誘導的癌變；采用球形成法和據流式細胞術分析鎳對細胞凋亡周期的影響，發現慢性鎳暴露會抑制異檸檬酸脫氫酶，誘導癌細胞的硬化。通過研究發現鎳可以通過TLR4/MyD88信號促進人類肺癌細胞的侵襲性潛力。在研究了大量胰腺癌病例和無關癌癥的死亡病例后，確認鎳也可以引起胰腺癌。以平行實驗發現口腔癌患者的血鎳含量高于正常值，說明鎳在口腔癌的發生中起著重要的作用。若吸入鎳化合物的濃度夠高，可顯著增加呼吸道癌的風險。

2.4 神經衰弱反應

鎳的攝入會影響星形膠質細胞的穩態和神經保護級聯，包括谷氨酸/γ-氨基丁酸-谷氨酰胺穿梭、抗氧化機制和能量代謝，這些星形膠質細胞通路的缺陷會促進甚至誘發神經退行性變。研究證明，鎳可以通過改變魚類的抗氧化狀態和乙酰膽堿酯酶活性誘導小腦組織病理學改變，進而引起神經衰弱。鎳還可以通過干擾有氧代謝來誘導小鼠神經行為的變化。鎳的暴露改變了大鼠的認知、運動和抗氧化狀態，增加了海馬體和紋狀體退化的神經元百分比，誘導大鼠大腦生成ROS，最后引起神經衰弱。Omamuyovwi通過研究大鼠后海馬、紋狀體和皮層神經元的超微結構變化，發現鎳可以損壞神經元內線粒體結構的完整性，造成神經衰弱。

3 我國鎳污染的防治建議

中國是一個人口眾多的農業大國，農田的安全與人民的長期生計息息相關。當前，我國人均耕地面積僅約0.1 hm2,在農田資源緊缺的基礎上，更要保證農業生產的安全性，確保國家糧食安全。但是，農業生產過程中所產生的灌溉水及廢料等都對土壤環境造成了嚴峻的鎳污染。同時，城市化和工業化的迅速發展也加劇了土壤鎳污染，工業生產產生的廢水、廢氣和廢渣都帶來了一系列的鎳污染問題。

3.1 加強新能源的開發和利用

鎳是一種可溶于水且能在生物體內逐級累積的重金屬，一旦其流入水體或進入土壤中，都會參與到食物鏈的傳遞中，危害人體健康。我國可以通過加強新能源的開發和利用，推廣使用清潔高效的能源和禁止濫用化肥等措施，做到從源頭防治鎳污染的發生。

3.2 加強監管，減少鎳排放

對于正在產生含鎳廢氣和廢水的源頭，如冶煉工廠的廢氣排放，可以通過除塵消煙、冷凝和液體吸收等技術消除廢氣中的部分含鎳污染物[5]，減少鎳的排放。工業生產的廢水排放可以通過加強監管工作，限制排污總量，達到減少鎳排放的效果。

3.3 運用先進的防治技術

目前，全球鎳污染研究的重點及難點是土壤鎳污染和水體鎳污染。大氣鎳污染的最終歸趨一般為以大氣沉降的方式進入到土壤和水體中。所以對于已經造成鎳污染的水體和土壤，我國可以學習國外的一些先進防治技術，如植物修復技術和水生生物修復技術等，減少鎳在生物中的積累，防止鎳通過食物鏈的方式對人體健康造成危害。

植物修復技術中較為常用的一項是植物采礦技術，其利用超積累植物高量吸收土壤中的重金屬，從中提取、冶煉金屬品，可以同時實現污染土壤修復和金屬資源化[6]。1983年Chaney首次提出植物吸取修復的概念，并在隨后發展為較完整的植物修復理論體系和技術模式，近30年也在美國、阿爾巴尼亞、馬來西亞等國家的野外實踐中獲得良好效果。植物修復技術有著重要的生態環境和資源價值，被認為是一種環境友善、經濟高效的土壤修復技術，在鎳污染修復中具有廣泛的應用前景。

4 結語

隨著我國重金屬行業的快速發展，重金屬在各個領域中都發揮著重要作用，但是重金屬也可能造成環境污染和人體健康危害。因此，企業、政府、環保部門要通力合作，在大力發展鎳污染治理工程技術的同時，要做好鎳污染源企業的生產監督工作，實行污染物排放主體責任制，從源頭上遏制劣質鎳廢水、廢氣等含鎳污染物的排放。