发育中的神经系统对铅损伤及其敏感，其原因：第一，胎儿及婴幼儿血脑屏障发育不完善。Bellinger等(1992)发现，铅对脑发育毒性作用主要在2岁以内，10岁时IQ值与2岁时血铅有关。Brodburg MUB等(1993)也观察到16日龄大鼠在相同条件下，血脑屏障铅量分别是成年鼠的242%和205%。第二，铅的胎盘转运发生早。正常胎盘循环始于孕5周，Bordlle(1986)发现孕龄小于8周流产标本中可检出铅。第三，胎儿铅暴露的水平高，不仅由于外界环境中铅可通过孕母进入胎儿，而且胎儿存在内源性铅暴露。近年来实验研究发现，铅对中枢神经系统发育的毒性作用主要是对血脑屏障、神经元、神经胶质细胞发育、突触形成及信息传递等几方面。
1 对血脑屏障的影响
血脑屏障作为铅进入脑组织的第一道屏障，在胎儿期发育不健全，对铅具有较高通透性。故即使母血铅<100μg/L，也可对胎儿脑发育造成不良影响。因为铅可直接作用于未成熟的内皮细胞及星形胶质细胞而引起微血管的破坏，还可通过模拟或动员钙离子和激活蛋白激酶C(PKC)等方式影响内皮细胞的功能，破坏血脑屏障的自身稳定性，导致血脑屏障的开放。故血脑屏障的不健全造成了其对铅的通透性增高，而铅对血脑屏障的损害加重了血脑屏障的开放，从而促使更多的铅进入脑。
胎儿越小，细胞对铅毒性的敏感性就越大。铅暴露剂量相同时，胎儿期大鼠脑铅含量较成年大鼠增加6倍。Goyer RA研究发现发育中脑毛细血管未成熟的内皮细胞对铅毒性的抵抗力较小，液体及铅离子可到达新形成的脑组织中，尤其是星形胶质细胞和神经元。只能在胚胎后期，星形胶质细胞才能形成铅蛋白复合物以阻止铅与重要的亚细胞器相互作用，如细胞主要能量来源线粒体。有研究报道，用硝酸镧示踪物可观察到，低浓度铅会引起3月幼鼠血脑屏障超微结构和通透性改变。Liner等用原子吸收光32P示踪技术发现，铅易浓积于大脑毛细血管和微血管部分，使正常情况下不能通过的白蛋白进入脑内，离子和水也随之进入，最终易致脑水肿，颅压升高，脑灌注下降。
2 铅对神经细胞发育的影响
在脑发育早期，神经元前体细胞大量分化增殖为神经元。神经元是神经系统的功能单位，是脑具有复杂功能及智慧的结构基础。铅对胚胎大鼠神经细胞存活及分化均有明显的抑制作用。铅是神经细胞分化的特异抑制剂，并可能具有致畸性，由于神经元一旦分化便不再分裂，不具备自我更新能力，因而其正常分化过程受损即可导致神经系统功能下降。
聚该处，抑制位于海马齿状回和苔状纤维神经细胞粘附分子(NCAM)由胎儿型向成人型的转变，致使脑组织各成分分化不同步、神经系统结构异常。Bourjeily等报道，低水平铅暴露可使海马细胞存活率下降。Oberto等报道铅可以引起神经细胞凋亡，Ca2+的拮抗剂BayK8644可以减轻其作用。低剂量铅可导致脑发育早期神经元细胞对3H胸腺嘧啶核苷(3H-Tdr)的摄入量减少，增殖速度减慢。动物实验证实，低水平铅暴露可以作用于发育中的大脑皮层及海马神经元，使其分裂速度减慢。Schmitt的研究显示，铅通过抑制脑细胞生长相关蛋白43(GAP-43)mRNA表达而抑制发育中的皮层及海马神经元的增殖，使其数量减少，从而影响神经元的发育。研究发现围产期低水平铅暴露可导致海马胆碱能神经分布密度减低，投射神经元缺如一直持续至成年，这可能是孕期铅暴露引起长期认知缺陷的原因之一。
3 铅对神经胶质细胞的影响
神经胶质细胞是神经系统的支持、营养细胞，可分为两类，一类是少突胶质细胞，另一类是星形胶质细胞。星形胶质细胞对神经元的发育、迁移和突触的形成，递质的传递以及维持中枢神经内环境起着十分重要的作用。胚胎发育期，如果胶质细胞受到铅毒害。另外，胚胎发育期，神经细胞需经过一定距离的迁移才能抵达它们发挥功能的部位，神经细胞是沿着胶质细胞纤维迁移的，若迁移不能正常进行则导致神经发育异常。
星形胶质细胞与神经细胞积聚铅的能力天生不同，星形胶质细胞对铅较敏感，铅易通过发育中的血脑屏障，毒害星形胶质细胞，使其细胞数下降及出现细胞泡并坏死。有学者通过细胞培养方法发现，相同铅暴露条件下，星形胶质细胞内铅浓度比神经细胞高24倍。
铅可影响胶质原纤维酸性蛋白(GFAP)的分化成熟过程，从而影响神经胶质细胞的发育。胶质原纤维酸性蛋白作为星形胶质细胞的特异性标志物，对星形胶质细胞发育及由它介导的神经元发育具十分重要的意义。Harry GJ研究发现产前、产后、围产期大鼠铅暴露后，其GFAP mRNA表达规律发生改变。这表明在星形胶质细胞分化和成熟的关键时期铅能引起其改变，而导致脑功能异常。
4 对神经递质的影响
神经递质是机体神经细胞间的化学信使。蛋白激酶C(PKC)是Ca2+、磷脂依赖的一种酶蛋白，有3个亚型，结构之共同点是均有一个Ca2+高亲合力的位点。它在神经系统中主要参与神经递质的合成与释放，对铅毒作用最敏感。铅可通过Ca2+-PKC系统干扰神经递质的合成、释放而导致神经系统功能紊乱，因此该系统可能是铅致神经毒性的主要中介物。铅引起Ca2+及PKC活性增加可能是LTP异常的主要原因。
铅可以与钙调蛋白或其他钙结合蛋白结合，竞争钙结合位点，影响细胞钙代谢，从而影响包括神经递质产生、储藏和释放的许多神经功能。生长发育期铅暴露可改变PKC的分布，降低海马胞膜与胞浆PKC活力的比值。Reinholz MM等研究了大鼠宫内慢性无机铅暴露对发育鼠海马中磷脂依赖的PKC活性影响，结果显示发育关键时期慢性铅暴露可降低PKC活性，潜在性损害正常的海马功能。铅影响中枢神经系统递质的研究目前涉及乙酰胆碱(Ach)、谷氨酸(Glu)、5-羟色胺(5-HT)等。Bellinger认为铅能破坏几乎所有的脑神经递质功能。
4.1 对乙酰胆碱的影响
Bourjeily等研究显示，低水平铅暴露后，海马中胆碱乙酰化酶活性下降30-50%，这提示海马中的胆碱能神经对低水平的铅极具敏感性，并且表明铅破坏胆碱能受体和阻断胆碱传递是铅暴露后感知和学习功能障碍的一个重要原因。离体和在体实验均证实，铅能导致Ach释放减少和胆碱能功能降低。
4.2 对5-羟色胺的影响
5-羟色胺(5-HT)过多或过少均可引起精神障碍。Widmer HR测定母代饲铅子鼠生后28天脑干中5-HT明显下降，产后6天和28天纹状体和脑干中5-HT代谢产物5-羟吲哚已酸水平显著降低，这表明发育中的5-HT神经元对低水平铅暴露较敏感。
4.3 对谷氨酸的影响
谷氨酸(Glu)是脑内含量最高的兴奋性氨基酸，广泛存在于海马等部位，是参与学习记忆的重要递质，对神经元的可塑性及大脑发育等均起重要作用。铅可影响Glu的合成、摄取、释放、与受体的结合及其灭活。铅以剂量依赖关系抑制谷氨酰胺合成酶活性，从而影响Glu的代谢。有研究报道，铅染毒能使突触小体Glu摄取率明显增加，加速该递质的灭活，使兴奋性作用减弱，并在一定范围内存在剂-效关系。持续暴露于0.2%铅可降低海马中Glu去极化释放。Lasley SM等发现发育早期铅暴露足以引起递质释放缺陷，引起Glu释放减少，这与远期智力损害有关，铅影响Glu释放是海马神经元长时程增强(LTP)改变之重要原因。
谷氨酸的神经递质作用是通过兴奋氨基酸受体而实现的，最主要的是N-甲基天冬氨酸受体(NMDA)。铅可抑制Glu的NMDA受体功能从而影响突触的神经递质释放。Guilarte等发现铅可通过改变NMDA的mRNA亚单位表达水平及其组成影响NMDA受体。有研究发现，大鼠铅中毒时，NMDA mRNA表达的变化主要发生于海马部位，并具有年龄、脑区域的特异性。
5 对突触形成及信息传递的影响
铅可阻断突触前电压依从性钙通道而竞争性抑制钙离子进入突触前神经末梢，从而影响突触传递。还可干扰蛋白激酶C的活性和分布，而损害突触的形成及神经递质的正常释放。另外，铅还可以影响N-甲基D天门冬氨酸受体(NMDAR)的发育。NMDAR主要是谷氨酸的效应受体，在突触的兴奋性传递中起重要作用，尤其是和突触的可塑性密切相关，是海马长时程增强效应(LTP)形成的关键因素，和智力发育、学习、记忆、认知能力有直接关系。
NMDAR和其通道有许多作用位点，处于发育期的NMDAR对铅非常敏感，铅与其任何一个位点相互作用都可能影响其功能。Lasley及Gutowski研究均证实了铅可通过影响NMDAR继而损害NMDAR依赖的LTP，最终导致智力发育及学习记忆的障碍。同时，铅还可以引起如多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素、γ-氨基丁酸等一些神经递质浓度的改变而影响神经功能。
近年来，铅与NO·的关系也越来越受到重视。NO·作为一种逆行信使，在神经再生、LTP形成和调节神经递质释放等方面发挥关键作用，铅通过抑制一氧化氮活酶(NOS)的活性及其表达干扰NO·代谢，从而影响突触的信息传递及神经递质调节过程。
