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学而记

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亚硝酸盐的毒性以及影响因素

淡水鱼类对周围环境特别敏感,为了弥补因代谢而引起的离子损失,它们可以通过鱼鳃来进行离子的吸收 。鱼通常依靠进食来获得离子,但是许多鱼类也能通过鱼鳃的氯细胞主动地吸收离子,如在淡水中,鱼可以通过鳃的氯细胞排出铵离子、氢氧根离子而吸收钠离子,也可排出碳酸根离子来交换氯离子 。由于亚硝酸盐在鱼鳃的氯细胞的离子交换机制具有较强的亲和力,因此,当水体中有亚硝酸盐存在时,氯离子的吸收将被亚硝酸盐的吸收所取代,

亚硝酸盐的吸收、毒性及解毒机制

淡水鱼类对周围环境特别敏感,为了弥补因代谢而引起的离子损失,它们可以通过鱼鳃来进行离子的吸收 。鱼通常依靠进食来获得离子,但是许多鱼类也能通过鱼鳃的氯细胞主动地吸收离子,如在淡水中,鱼可以通过鳃的氯细胞排出铵离子、氢氧根离子而吸收钠离子,也可排出碳酸根离子来交换氯离子 。由于亚硝酸盐在鱼鳃的氯细胞的离子交换机制具有较强的亲和力,因此,当水体中有亚硝酸盐存在时,氯离子的吸收将被亚硝酸盐的吸收所取代,这也解释了为什么一些对氯离子有高吸收的鱼类如:虹鳟、鲈鱼、梭鱼等,要比一些对氯离子有低吸收的鱼类类如:鳗鱼、鲤鱼、草鱼等对亚硝酸盐更敏感。

亚硝酸盐在鱼类中主要存在于血液、鱼鳃、肝脏以及肌肉中,其中血液中亚硝酸盐的浓度要比周围环境中的浓度高60倍以上 ,而在一些亚硝酸盐中毒的鱼的肝脏和大脑中,其亚硝酸盐的浓度也可达到比周围环境中的浓度高30倍以上的水平 ,但是对于鱼类来说,血液是亚硝酸盐作用的主要地方。当亚硝酸盐进入血液后,它可使血红蛋白中的二价铁离子氧化成三价铁离子,使血红蛋白变成高铁血红蛋白,从而使血红蛋白丧失运输氧的能力,反应式如下:

$ 4Hb(Fe^{2+})O_2+4NO_2^-+4H^+\xlongequal{}4Hb(Fe^{3+})O_2+4NO_3^-+2H_2O $

高铁血红蛋白可使鱼的血液和鱼鳃呈棕色或者褐色,即所谓的青紫症。高铁血红蛋白对鱼类的影响,

则因鱼的种类不同而存在着较大的差别,一般来说,当高铁血红蛋白含量高于50%时,则会对鱼类造成严重的威胁;而低于50%时,则不会致鱼死亡。但是,有些鱼类,如河鲶鱼,即使其高铁血红蛋白含量达到100%,仍能在25˚C的温水中生存2天。

鱼的血液中含有高铁血红蛋白还原酶,这种酶可以将高铁血红蛋白转变为血红蛋白,同时将亚硝酸盐转变成无毒的硝酸盐,从而解除其对鱼类的危害。影响这一过程的主要因素是周围环境中的亚硝酸盐含量与温度,当周围水体中没有亚硝酸盐时,这一过程需要24~72 h完成,而当周围水体中有亚硝酸盐时,血液中的高铁血红蛋白不能完全转变为血红蛋白。由于这一解毒过程是在酶的作用下完成的,因此,环境温度对这一过程的进行有着重大的影响。

亚硝酸盐对鱼类生理状态的影响

【亚硝酸盐】对鱼类生理状态的影响是多方面,其中高铁血红蛋白是【亚硝酸盐】在鱼类体内积累最直接的结果。由高铁血红蛋白引起的缺氧可对鱼类的许多器官造成损害,如肝脏、视网膜、鱼鳃等。鱼鳃是鱼类呼吸、渗透压调节、酸碱平衡以及氮类废物排泄的重要器官,【亚硝酸盐】中毒的鲤鱼的鱼鳃会发生增生、空泡、氯细胞数量提高等组织病变现象。

【亚硝酸盐】中毒后的鱼对氧的需求降低,在行为上表现为浮头、换气频繁,虽然暂时不会立即死亡,但是这些鱼类如果受到惊吓,它们则会因剧烈活动而造成窒息死亡。【亚硝酸盐】能影响鱼类的^+$离子代谢,造成鱼类血液和骨骼肌中^+$的缺失,从而对鱼的心脏、神经系统造成一定的损害,也会对肌肉的代谢和功能产生一定影响。【亚硝酸盐】对鱼类的心血管系统也会有一定的影响,造成心脏跳动速度的增加或者降低,如当虹鳟鱼暴露到1mM亚硝酸盐的水体中时,其心脏跳动速度会明显加快,而鳟鱼暴露到含【亚硝酸盐】的水体中时,其心脏跳动速度会减慢。【亚硝酸盐】能够同含有$和$的化合物反应,因此,能够抑制一些含有$和$的酶活性,并能够同胺类物质发生反应而产生【亚硝胺】等致癌物质,比如蛋白质与亚硝酸盐在血红素的条件下生成亚硝胺( −N−R_2−NO$ ​)。水体中【亚硝酸盐】的存在也能诱发鱼类一些感染性疾病的产生,如将虹鳟鱼暴露在0.24mg/ml ^-$、24 h,则其患水霉病的比率要比对照组高100%。

影响亚硝酸盐毒性的因素

影响【亚硝酸盐】毒性的因素有:接触时间、离子强度、离子种类、pH、氧含量等。

接触时间

【亚硝酸盐】对鱼的毒性与其接触时间密切相关,其半致死剂量(LD50)一般在24 h内达到最高值,之后,随着接触时间的延长,其致死浓度逐渐下降。

硬度

【亚硝酸盐】在低离子强度的软水中,比硬水中毒性更高,即同样浓度的亚硝酸盐其在淡水中比海水毒性更强。

阴离子种类

水中的离子种类也会影响【亚硝酸盐】的毒性,较高的^-$含量(盐浓度)能减低【亚硝酸盐】对鱼的毒性。

^-$会以通道的竞争方式而抑制^-$通过鳃的上表皮细胞

因此,有效地降低【亚硝酸盐】的毒性。较高的^-$/^-$比率可抑制【亚硝酸盐】进入血液中,因此降低了“表面上”的毒性,一般来说,亚硝酸盐浓度为39~436 mg/L时,^-$浓度应为10~190 mg/L,可降低【亚硝酸盐】的毒性。

^{2-}$也有一个类似^-$的效应

但是因为^{2-}$的分子量较大,而无法有效的与^-$竞争。

水体的pH也会影响【亚硝酸盐】的毒性

主要是因为pH能够影响【亚硝酸盐】在水中的解离状况,其离子及非离子形式间的平衡视pH而定,当pH低于7时,结合^-$的^+$会增加,因此形成$的比例也会增加。$很容易扩散通透鳃的上皮细胞,顺利的进入到血液中,而不会被任何其他离子所抑制。 ^6e1b27

氧气

[[氧气:减小亚硝酸盐毒性的影响]]