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甲基汞有亲脂性，破坏细胞代谢，导致细胞死亡。汞中毒后，耳蜗的感觉上皮最早、最严重的改变在耳蜗第2、3转，而基底部却很少受损，急性中毒损害绝大部分为传入、传出神经末梢和毛细胞，而慢性中毒同时损害血管纹。毛细胞超微结构改变以线粒体为主。在急性及慢性中毒时，前庭中的两型前庭毛细胞及邻近神经末梢均受损。汞中毒主要影响中枢神经系统，其特征是：小脑颗粒层、大脑距状层、大脑皮层的神经元功能紊乱。汞中毒引起水俣病，与Hunter-Russel综合征相似，主要表现为感音神经性听力减退、共济运动失调、视野向心性缩小等。