镍污染对人类健康的危害及其防治

罗诗睫(华南农业大学资源环境学院，广东 广州 528000)

0 引言

自然环境中有许多重金属元素，它们具有广泛的工业应用和非工业运用。而随着重金属的应用日益增多，它们不可避免地成为环境污染物。人类对镍的过度接触和积累会对健康造成发育毒性、遗传毒性、免疫毒性、血液毒性、生殖毒性和神经毒性。目前国际癌症研究机构(IARC)将镍化合物归为Ⅰ类，即人类致癌物，金属镍被归为2B类，即可能对人类致癌物。因此，镍污染对人类健康的危害及防治成为一个紧迫的公共卫生问题，并引起全球的关注。

1 生活中的镍污染及其来源

1.1 什么是镍污染

镍污染是指镍及其化合物引起的环境成分或状态的变化和环境质量的下降，扰乱和破坏生态系统以及人们的正常生活和生产条件，称为镍污染。镍污染分大气镍污染、水镍污染和土壤镍污染。镍污染可以进入人体对健康产生危害，如：通过成为大气污染物进入人的呼吸道等途径；也可以进入土壤和水体，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产生积累，最后经过食物链进入人体，危害人体健康；还可以恶化大气、水和土壤的环境质量[1]。

1.2 生活中的镍污染来源

工业产生废气。化石燃料(石油和煤炭等)在燃烧、高温冶金和镍初级生产等工业生产中排放的废气是造成镍污染的原因之一，特别是镍矿石和含镍金属矿冶炼产生的废气和采矿产生的粉尘等。全球2/3的镍产量归因于金属冶炼，而矿石冶炼产生的粉煤灰中会含有大量的含镍蛇纹石(起源于炉料)和含镍玻璃微粉末。据报告，全球目前约有60%的镍来自镍硫化物，冶炼厂冶炼硫化镍矿的过程中会产生含镍尖晶石(特雷弗石)。城市固体废物(MSW)也是造成镍污染的主要原因之一。城市固体废物又叫城市生活垃圾，是城市居民的日常生活或为日常生活提供服务的活动中产生的固体废物。MSW不仅会影响环境，还会危害市民健康，但也能作为建筑材料和市政绿化用肥的来源[2]。城市生态环境部2020年12月发布的《2020年全国大中城市固体废物污染环境防治年度报告》公布的数据显示，2019年全国196个大、中城市分别产生一般工业固体废物、工业危险废物、医疗废物和城市生活垃圾13.8亿吨、4 498.9万吨、84.3万吨和2.356亿吨，并在2021年继续呈增长趋势。其中聚氨基甲酸酯(PU)作为MSW的主要组成之一，将较高水平的镍贡献到MSW中，在其收集、转移、运输和储存过程中造成了镍污染。生活废气、污水排放。汽车尾气、烟草烟雾、家庭取暖和烹饪燃料的室内烟雾中能检测到镍，煤、石油燃烧时排放的烟尘中也能检测到微量的镍[3]，生活污水、污泥等也可能携带镍，并以灌溉水或肥料的形式用于农业生产。

2 镍污染对人体健康的危害

镍可以通过呼吸道、消化道、皮肤接触等途径进入人体，分布并蓄积在全身多个器官组织，通过过度诱导细胞凋亡和抑制增殖来抑制免疫器官的发育，或与人的DNA结合、抑制某些酶的发生和诱导合成活性氧等行为，引起相应的功能障碍，对人体健康造成不良影响。

2.1 氧化应激损害

氧化应激是一个氧化—抗氧化体系失衡并趋向于氧化的过程，随之会产生大量的活性氧和氧化产物。发现镍可以与硫醇结合形成Ni-硫醇配合物进而与分子氧反应导致ROS产生造成氧化应激。另外发现镍还可以在接近DNA处产生氢氧根与DNA碱基或脱氧核糖骨架反应，造成DNA的氧化损伤，进而诱导突变和癌症的发生。

2.2 炎症反应

镍是多器官、多系统损伤毒物，可以通过呼吸道、消化道、皮肤接触等途径进入人体，分布并蓄积在全身多个器官组织，引起炎症反应激活。镍化合物可以引起肺部的慢性炎症；镍离子可以通过毛孔和皮脂腺渗透到皮肤内，引起皮肤过敏发炎[4]。有学者提取镍精炼烟气中的颗粒作用于人肺上皮细胞，发现NLRP3、caspase-1等指标在肺上皮细胞中的表达水平显著提高，说明镍能通过降低细胞活性和提高炎症相关蛋白的表达损伤线粒体，诱发呼吸道炎症。亦有研究表明，镍能通过NF-κB、ICAM-1、VCAM-1、EMAM-1、Egr-1和WT-1等调控因子促进炎症的发生，进而导致肿瘤的生长。

2.3 癌症反应

镍是生物医学合金的一种成分，会通过腐蚀和摩擦释放引起组织细胞毒性、突变、分化甚至致癌。1950年，镍及其化合物的致癌作用被确认并得到报告。研究显示MCF-7和A549细胞暴露于镍会引起功能性p53和HIF-1α蛋白积累，参与镍诱导的癌变；采用球形成法和据流式细胞术分析镍对细胞凋亡周期的影响，发现慢性镍暴露会抑制异柠檬酸脱氢酶，诱导癌细胞的硬化。通过研究发现镍可以通过TLR4/MyD88信号促进人类肺癌细胞的侵袭性潜力。在研究了大量胰腺癌病例和无关癌症的死亡病例后，确认镍也可以引起胰腺癌。以平行实验发现口腔癌患者的血镍含量高于正常值，说明镍在口腔癌的发生中起着重要的作用。若吸入镍化合物的浓度够高，可显著增加呼吸道癌的风险。

2.4 神经衰弱反应

镍的摄入会影响星形胶质细胞的稳态和神经保护级联，包括谷氨酸/γ-氨基丁酸-谷氨酰胺穿梭、抗氧化机制和能量代谢，这些星形胶质细胞通路的缺陷会促进甚至诱发神经退行性变。研究证明，镍可以通过改变鱼类的抗氧化状态和乙酰胆碱酯酶活性诱导小脑组织病理学改变，进而引起神经衰弱。镍还可以通过干扰有氧代谢来诱导小鼠神经行为的变化。镍的暴露改变了大鼠的认知、运动和抗氧化状态，增加了海马体和纹状体退化的神经元百分比，诱导大鼠大脑生成ROS，最后引起神经衰弱。Omamuyovwi通过研究大鼠后海马、纹状体和皮层神经元的超微结构变化，发现镍可以损坏神经元内线粒体结构的完整性，造成神经衰弱。

3 我国镍污染的防治建议

中国是一个人口众多的农业大国，农田的安全与人民的长期生计息息相关。当前，我国人均耕地面积仅约0.1 hm2,在农田资源紧缺的基础上，更要保证农业生产的安全性，确保国家粮食安全。但是，农业生产过程中所产生的灌溉水及废料等都对土壤环境造成了严峻的镍污染。同时，城市化和工业化的迅速发展也加剧了土壤镍污染，工业生产产生的废水、废气和废渣都带来了一系列的镍污染问题。

3.1 加强新能源的开发和利用

镍是一种可溶于水且能在生物体内逐级累积的重金属，一旦其流入水体或进入土壤中，都会参与到食物链的传递中，危害人体健康。我国可以通过加强新能源的开发和利用，推广使用清洁高效的能源和禁止滥用化肥等措施，做到从源头防治镍污染的发生。

3.2 加强监管，减少镍排放

对于正在产生含镍废气和废水的源头，如冶炼工厂的废气排放，可以通过除尘消烟、冷凝和液体吸收等技术消除废气中的部分含镍污染物[5]，减少镍的排放。工业生产的废水排放可以通过加强监管工作，限制排污总量，达到减少镍排放的效果。

3.3 运用先进的防治技术

目前，全球镍污染研究的重点及难点是土壤镍污染和水体镍污染。大气镍污染的最终归趋一般为以大气沉降的方式进入到土壤和水体中。所以对于已经造成镍污染的水体和土壤，我国可以学习国外的一些先进防治技术，如植物修复技术和水生生物修复技术等，减少镍在生物中的积累，防止镍通过食物链的方式对人体健康造成危害。

植物修复技术中较为常用的一项是植物采矿技术，其利用超积累植物高量吸收土壤中的重金属，从中提取、冶炼金属品，可以同时实现污染土壤修复和金属资源化[6]。1983年Chaney首次提出植物吸取修复的概念，并在随后发展为较完整的植物修复理论体系和技术模式，近30年也在美国、阿尔巴尼亚、马来西亚等国家的野外实践中获得良好效果。植物修复技术有着重要的生态环境和资源价值，被认为是一种环境友善、经济高效的土壤修复技术，在镍污染修复中具有广泛的应用前景。

4 结语

随着我国重金属行业的快速发展，重金属在各个领域中都发挥着重要作用，但是重金属也可能造成环境污染和人体健康危害。因此，企业、政府、环保部门要通力合作，在大力发展镍污染治理工程技术的同时，要做好镍污染源企业的生产监督工作，实行污染物排放主体责任制，从源头上遏制劣质镍废水、废气等含镍污染物的排放。