第十五章元素与健康

第一节生命元素第二节污染元素第三节化学元素的致癌和抗癌作用Elements&Health第十五章化学元素与人类健康常量元素常量元素分类

必需常（宏）量元素(含量大于0.1ｇ／ｋｇ)占人体质量的99.5%以上,它们是O、C、H、N、Ca、P、S、K、Na、Cl和Mg共11种。必需微量元素(含量低于0.1g/kg）我国大多数学者认为,表1-1中成人体内总含量在铁以下的元素称为微量元素，即Fe、Zn、Cu、Mn、Se、I等。

这类元素各自含量虽微,但对人体正常生命活动起着非常重要的作用!

此含量大体上与地表元素的丰度有关。但有些元素如硅、铝、铁等,由于在地壳中大都以难溶的化合物形式存在,不易被人体摄取,在人体内含量较低。而有些元素如碳、钙、磷等在人体内含量较高,因为它们是构成生物体的最基本元素。常量元素常量元素分类

必需常（宏）量元素(含量大于0.1ｇ／ｋｇ)占人体质量的99.5%以上,它们是O、C、H、N、Ca、P、S、K、Na、Cl和Mg共11种。必需微量元素(含量低于0.1g/kg）我国大多数学者认为,表1-1中成人体内总含量在铁以下的元素称为微量元素，即Fe、Zn、Cu、Mn、Se、I等。

这类元素各自含量虽微,但对人体正常生命活动起着非常重要的作用!

作用尚未确定或非必需的微量元素As、Li、Cd、Pd、Al、Rb等元素虽有人报道是必需元素,但尚未被国际卫生组织承认。

必需元素和有害元素的周期分布

生命元素在周期表中的分布元素的最佳营养浓度曲线必需宏量元素的功能

11种必需宏量元素占人体质量的99.5%以上,而其中H、O、C、N约占95%。它们与硫、磷一起组成水、糖、蛋白质、脂肪和核酸等基本营养物质。水占人体重的65%,存在于所有组织和器官中水分子有很强的极性,介电常数大,是良好的溶剂,体内许多物质都溶解或悬浮在水中生物体通过水从外界吸取养分并运送到机体各部分。水是机体新陈代谢的重要介质钾、钠、钙、镁的功能钾、钠、钙、镁是地壳和海洋中丰富的金属元素，也是生物体内的必需元素,含量较高，属于宏量元素，它们在体内起着相当重要的作用。细胞内外几种阳离子的游离浓度（mmol·L-1）阳离子

Na+K+Mg2+Ca2+细胞内液

10150151×10-4细胞外液

14550.81.2钾、钠、钙、镁的功能钾、钠、钙、镁是地壳和海洋中丰富的金属元素，也是生物体内的必需元素,含量较高，属于宏量元素，它们在体内起着相当重要的作用。细胞内外几种阳离子的游离浓度（mmol·L-1）阳离子

Na+K+Mg2+Ca2+细胞内液

10150151×10-4细胞外液

14550.81.2钠、钾的功能K+、Na+等离子的主要作用是维持体液和细胞中的电荷平衡及合适的液体容量,并保持肌肉的正常兴奋性和细胞的通透性。Na+

和K+还对神经信息传递起重要作用。钾是细胞内液的主要阳离子，也是细胞外液的重要成分，所有生物细胞都含有钾。K+还可以作为某些酶的辅基,例如糖分解所必需的丙酮酸激酶就需要高浓度的钾。钙的功能钙对所有的生物体都是必需的，食物中的钙通过肠粘膜细胞吸收，一些与钙结合的蛋白质已从肠细胞及线粒体膜上被人们分离得到。钙离子是重要的生理活性物质,是神经、肌肉兴奋的关键离子之一，作为信使在调节细胞信号发放中起着重要作用。我们以前的工作发现在脑室内注射少量CaCl2,可抑制电针或吗啡的镇痛效应，

而注射钙螯合剂EGTA和钙拮抗剂La3+则可提高上述镇痛效果,表明Ca2+在镇痛中的重要作用。钙是骨骼、牙齿和细胞壁的主要成分,它以无机盐(主要是磷酸盐)形式镶嵌在蛋白质框架里。血液中钙离子浓度过高称为高血钙症，容易发生尿道结石、全身性的骨骼变粗和软骨钙化。钙的功能血浆里钙的浓度太高,有时还会使心脏在收缩期突然停跳。如果人体总的钙浓度下降,骨骼里的钙就会游离出来,引起骨骼的各种不正常。目前儿童普遍有缺钙症状,原因之一就是高蛋白摄入过多,高蛋白食物中含磷酸盐较多,它与钙形成沉淀,不易被人体吸收。镁的功能镁是细胞内重要的正离子之一。镁参与蛋白质的合成。Mｇ２＋能激活许多酶,它是细胞内酶的辅助因子和内部结构的稳定剂。血液中钾、钠、氯、钙、磷、镁的含量测定都已作为临床常规检验项目。镁和钙的作用在许多情况下能相互拮抗。细胞内的核苷酶是以Mｇ２＋的配合物形式存在的,Mｇ２＋能优先地同磷酸根结合,因此镁是DNA的复制及蛋白质的生物合成所必需的。镁的功能由于镁的构型和配位数固定(六配位，八面体),不能容纳由多个氧原子组成的结合部位，而钙的配位数可在6—12之间变动(尤其是复杂配体）,且几何构型也不一定。因此，Ca2+

的配位适应性强,特别是生物大分子提供的多氧结合部位更适合与Ca2+

结合,尤其是磷酸基氧与Ca2+的强亲和力，更加强了磷蛋白与Ca2+

的选择性结合。磷脂是细胞膜的结构成分，Ca2+的结合可改变它们在膜内的分布，并因钙离子的桥接可引起膜与膜的结合。磷脂与钙离子形成磷酸八钙或磷灰石等多核结构。镁和钙的拮抗作用一些化学性质相似的同族元素，在生理作用方面却常常表现出相反的性质，一种元素抑制或抵销另一元素的生理作用，这种相互制约的性质就称为拮抗作用。元素相互间的拮抗作用对生物体内部的平衡调节起了重要的作用。细胞内部进行的一系列重要生理活动反应都与需镁激活的酶反应有关，所以细胞内镁离子浓度相当大，达10-2mol·L-1；而钙离子浓度只达10-7mol·L-1，与钾、钠的浓度分配情况类似。必需微量元素的功能

1．在酶系统中起特异活化中心作用在几千种已知酶中,大多数含有一种或几种金属离子,这些金属离子一般具有空的价电子轨道,易接受反应物(通常称为底物)中O、S、N等原子的孤对电子形成配位键。由于金属离子对电子的吸引,造成底物中键的极化,使被极化的键容易断裂。

金属离子通过与酶蛋白中的特定原子形成配位键,以稳定蛋白质的空间结构,由于这种特定结构的空间效应和各原子间的静电作用,造成了对底物的选择性结合和定位作用，形成特异活化中心。必需微量元素的功能例如,羧肽酶A的结构决定了它只能催化羧基端的肽键水解,且该氨基酸的侧链(即R)为芳基(或带支链的较大脂基)。由此可以看出,酶催化比单纯金属离子催化的选择性更高。

2．作为一些激素和维生素的组成部分,参与调节人体正常生理功能。例如,含碘的甲状腺素、含钴的维生素B12等。

2．作为一些激素和维生素的组成部分,参与调节人体正常生理功能。例如,含碘的甲状腺素、含钴的维生素B12等。

3．起输送元素作用血红素结构

人体内氧气的输送依靠血红蛋白。血红蛋白的中心体是Fe2+。Fe2+的配位数是6,除卟啉的四个氮原子外,第五个位置由蛋白质中组氨酸的一个咪唑氮原子占据,第六个位置可逆地与O2配位。铁原子周围蛋白质的排列以及强场配体O2的作用,使血红蛋白氧合后形成了含Fe(II)的较稳定的低自旋配合物,从而保证了Fe(II)与O2配位后不被氧化。CHNCHCNNNNNFe0.8AHisF8aH2OCHNCHCNNNNNFe0.8AHisF8aH2O

微量元素多数为具有多种氧化态的过渡金属,能起电子的传递和授受作用,所以,这些金属能够催化或参与氧化还原反应。4．参与氧化还原过程例如,细胞色素中的铁、超氧化物歧化酶中的铜等,均能直接参与或催化体内的一些氧化还原反应。

微量元素铁的作用铁在人体内与多种蛋白质结合,发挥其生理生化功能血红蛋白起输送氧气作用细胞色素和酶类参与体内的氧化还原过程细胞色素和酶类参与体内的氧化还原过程铁蛋白能贮藏转运调节铁的吸收平衡微量元素铁的作用一般成年人每天需要摄入铁为1～2mg人体摄入吸收铁过少时,上述功能发生紊乱,可服用硫酸亚铁丸等铁剂进行治疗。必须注意,服用铁剂过多也会发生铁中毒微量元素锌的作用

锌参与DNA的合成,到1983年为止,发现的锌酶已超过200种,它们参与多种代谢过程,包括糖类、脂类、蛋白质及核酸的合成与降解。

锌在酶中主要起活性中心作用(例如羧肽酶A中的Zn2+)和稳定蛋白质结构作用(例如胰岛素分子中的Zn2+）。

锌能影响细胞分裂、生长和再生,对婴儿、儿童、青少年有更重要的营养价值。缺锌可引起生长发育停滞、智力低下、食欲减退、创口愈合缓慢等。侏儒症就是缺锌的结果微量元素锌的作用微量元素铜的作用铜离子及多数含铜酶能参与或催化体内的氧化还原反应。铜参与造血过程及铁的代谢,它影响铁吸收、运送和利用(主要影响血红蛋白和细胞色素的合成)。铜和锌结构相似,在体内都易与金属硫蛋白的-SH基结合而进行竞争,因而有拮抗作用。正常人体铜含量为1.4mg·kg-1。缺铜时,铁的利用率降低,红细胞成熟障碍,以及骨质脆性增加等。但摄入过量会引起肝脏损害,所以食品中铜的允许量一般不超过10mg·kg-1。微量元素铜的作用Cu2+的重要作用：大脑中Cu2+离子浓度为80mol.L-1,PrP作为Cu2+离子的感受器参与大脑中Cu2+的供给与调整。

Cu2+离子浓度过高，正常PrP易转变为异常PrP。蛋白质聚合、沉淀，引起一系列神经退行性疾病。

维持血液、中枢神经系统、骨和结蹄组织的正常生理功能。微量元素钴的作用钴对铁的代谢、血红蛋白的合成、红细胞的发育成熟等有重要作用。钴是维生素B12的组成元素。维生素B12及其衍生物参与许多生化反应,主要是DNA和血红蛋白的合成、氨基酸的代谢等。反应时，Co（Ⅲ）、Co（Ⅱ）和Co（Ⅰ）的配合物之间可能起电子传递作用。许多疾病(如恶性贫血等)的病人血钴含量减少。

微量元素铬的作用

Cr3+与糖、脂肪及胆固醇代谢有关。食物过分精制易造成铬的损失。缺铬后血脂及胆固醇含量增加,糖耐受量受损,严重时出现糖尿病和动脉粥样硬化病变,补铬后,病况可改善。

硒是人体红细胞谷胱甘肽过氧化酶的组成成分。人体内的自由基过氧化反应是有害的反应,它损伤细胞,并可能促使人衰老和造成一些威胁性大的疾病(如肿瘤、心血管疾病、关节炎等)。硒能抗过氧化反应,清除有害的自由基,分解过氧化物,从而保护细胞,延缓衰老。硒在生物体内有对抗和减弱汞、镉、砷等元素的毒性作用。微量元素硒的作用人眼内含硒量极高,有人发现注射硒化合物或服用含硒多的食物可提高视力。硒是一种半导体,光照射到硒时,会被激发而产生电流,从硒的这种光电特性可理解眼受光照射,由硒产生的生物电流可影响和提高视力。微量元素硒的作用据报导,某些地方病如克山病和大骨节病等都与环境缺硒有关。微量元素硅的作用皮肤中的这种交联作用,可以提高化学上和力学上的稳定性,并能阻止液体透过。血管壁的渗透性和弹性也决定于硅的存在。

硅在体内起着重要作用,影响着骨胶原和骨组织的生物合成。微量元素硅的作用硅对发挥上皮组织和结缔组织的正常功能是必需的。象硫一样,硅能把蛋白质分子交联在一起,而赋予这些组织以强度和弹性。皮肤中的这种交联作用,可以提高化学上和力学上的稳定性,并能阻止液体透过。碘是目前必需元素中原子量最大的,是甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸的必要组分。微量元素碘与氟的作用氟对形成健全的牙齿和骨组织是有益的,因此常用含氟化物的牙膏可防治龋齿。适量的氟有利于钙和磷的利用及在骨骼中沉积,加速骨骼的形成,增加骨骼的硬度。

各种必需元素在人体内都有严格的存量范围,过量或缺乏都会对机体有害。人类在漫长的进化历程中,逐渐形成了一系列平衡机制,以调节控制必需元素在体内迁移和防止它们过量摄入。在最高摄入量与最低摄入量之间常有一定的余地,使机体可以在某种范围内与变化的环境相适应。当摄入量不足时,机体可以动用体内贮存的元素,在所谓负平衡状态下暂时维持正常的生理功能。但如果这种状态继续下去,则势必发展为一种疾病。当摄入量略为偏高时,体内平衡的机制可以把多余的微量元素排出体外。当摄入量过大,即超出机体的排泄能力时,这些元素就会在体内积累,最终导致某些组织或器官损害。

硒作为生命元素越来越受到重视,但摄入过多的硒也是有毒的。在含硒高的地区,牲畜因硒中毒,发育迟缓,蹄和毛脱落以至死亡。在人群中发生中毒的大部分是接触含硒粉尘、硒化氢或二氧化硒生产的工人。动物硒中毒时,在呼气中有大蒜臭气的挥发性物质,这是由于无机硒在肝脏中甲基化生成二甲基硒。亚硒酸对DNA有损害,因此认为亚硒酸有诱发突变的可能性。当前人们对缺硒非常重视,已针对癌症、克山病及大骨节病的预防进行过大范围补硒试验,收到了一定的防治成效。但应注意过多投硒的危害,避免盲目服用过量的硒化合物。而这些微量元素一旦在体内累积,往往需要很长时间才能消除。微量元素过量比之缺乏的后果更为严重,因为缺乏还可以及时补充。

在利用微量元素治疗某些疾病时,应严格控制其用量,量出为入,缺则补之,多则排之,注意恰到好处,以避免过量时产生毒副作用。

随着工业生产的发展,一些废水、废气、废渣(通称“三废”)对环境造成污染,并从饮食、呼吸、皮肤接触等途径进入人体。这些“三废”中所含的元素,有些不是人体内所需要的,并妨碍人体的正常代谢,影响机体的正常功能,对人体有害。污染元素绝大多数为原子序数较大的重金属元素,其中汞、铅、镉等对环境的污染尤为严重。许多生命元素过量时也有毒性,当环境中这类元素污染严重时也会造成危害。

污染元素一、工业污染金属元素

（一)汞（mercury）1953年在日本的水俣(Minamata)地区出现了一种怪病：病人开始手足、上嘴唇及舌头感觉麻痹，然后口齿不清、步态不稳、面部痴呆，进而耳聋眼瞎、全身麻木，最后神经失常、身体弯弓、高叫而死，因此称为水俣病。海鸟和家猫亦受到同样的影响。三年后，才断定是该镇上一座氮肥厂排放的废水中的有机汞中毒。是由于吃了受污染的鱼引发的甲基汞中毒。汞中毒汞中毒是一种迟发性疾病，一般要到三五年后才能发觉，并有很高的死亡率和严重的后遗症。1964年在日本新鸿（Nigata）红珠河又爆发一起同样的中毒事件。

环境汞污染环境汞污染汞的污染自然来源是地壳解毒气及汞矿在河流中的溶解作用。由自然途径进入环境的汞量估计为(3~5)×104t/a。汞矿开采及冶炼、矿物燃料燃烧、工业(尤其是化学工业)排放、含汞农药施用等人类活动,进入环境的汞量估计为2×104t/a。但由于工业污染带有局部性,因而对人类有直接影响。

环境汞污染自然界中因环境污染而产生的有机汞，主要是水圈里的汞和汞化合物在一定的条件下会甲基化,转变为(CH3)2Hg或CH3HgX。CH3HgX是生物循环中较重要的化合物,在水中首先累积于浮游植物中,然后通过食物链在水生动物体内累积,即生物富集。CH3HgX具有脂溶性,生物半衰期较长,在富含脂肪的鱼类体内浓度较高。甲基汞能沉积于脑组织使脑蛋白质合成活性减低，从而导致神经系统中毒。汞的毒性金属汞主要以汞蒸气经呼吸道进入人体，同时汞富于脂溶性，可通过皮肤吸收。单质汞蒸气吸入后,经肺泡扩散进入血液,分布到全身,并易在中枢神经、肝、肾内蓄积。无机汞离子与肾细胞中的蛋白质结合,会损害肾脏的功能。有机汞化合物在脂肪中溶解度大,人体吸收后难以排出,危害性更大。

汞的毒性金属汞主要以汞蒸气经呼吸道进入人体，同时汞富于脂溶性，可通过皮肤吸收。单质汞蒸气吸入后,经肺泡扩散进入血液,分布到全身,并易在中枢神经、肝、肾内蓄积。无机汞离子与肾细胞中的蛋白质结合,会损害肾脏的功能。有机汞化合物在脂肪中溶解度大,人体吸收后难以排出,危害性更大。

汞的毒性汞离子与与蛋白质的半胱氨酸残基的巯基有特殊的亲合力，从而直接损害这类蛋白质和酶。它会使细胞色素c氧化酶、琥珀酸脱氢酶等多种酶失活。它可以直接抑制酶的活性,也可以改变活性部位附近的构象来影响酶的活性。急慢性汞中毒均要进行驱汞治疗。目前治疗汞中毒的主要药物是二巯基丙烷磺酸钠、二巯基丁二酸钠、二巯基丙醇和D-青霉胺等。

含汞废水处理

(1)化学沉淀法在含汞废水中加入Na2S，使成HgS沉淀。

(2)还原法用单质Fe、Zn、Sn等还原剂使废水中的Hg2+或Hg22+

还原成单质汞。水中汞的国家排放标准是0.05mg·L-1；生活用水的汞含量应低于1.0μg·L-1。镉与痛痛病二次世界大战后，日本富山县神通川流域，很多中年妇女全身剧烈疼痛，终日不停地大叫痛，直至死亡。因而将这种病称为“痛痛病”，也称“骨痛病“。患者半数死亡，发病年龄30—70岁，几乎全为女性，以绝经期前后发病最多。死者骨中镉比正常人高出159倍，其他脏器中含量比正常人高数十倍甚至上百倍。后来证实是由于上游有一座已废弃的古老有色金属矿（含镉的锌矿）污染了土地和稻田，数百人因镉中毒死亡。

镉与女儿村我国山西省某个偏僻山村，在很长一段时间内出生的婴儿几乎全是女孩，被称为“女儿村”，在英国也有这样的情况，后来查出，当地水源被镉严重污染。环境镉污染

镉对环境污染的程度比汞轻。镉的污染主要来自冶炼镉及镀镉工厂,某些颜料及碱性蓄电池的生产和使用也可污染环境。土壤对镉的吸附力较强,很容易累积。镉在水中易被贝类动物富集,某些植物也能使土壤中的镉富集。

镉的毒性Cd2+进入人体后,可置换骨骼中的钙。镉的慢性中毒主要造成肝、肾和骨组织的损害,症状表现为疲劳、嗅觉失灵和血红蛋白降低等。中毒严重者引起骨痛、骨质疏松、骨质软化等,最后可发生其它并发症而死亡。镉可在人体的肝、肾内蓄积。镉的毒性镉、汞与锌虽同属IIB族元素,但其生理活性、毒性却差异很大,这可能与结合硫的能力有关。镉、汞与含硫蛋白的—SH基结合能力比锌强,其性质虽似锌且可置换锌但不能代替锌。一旦发生镉、汞中毒,必然影响锌离子的生理活性,出现锌缺乏症。

镉的毒性目前治疗镉中毒主要采用CaNa2EDTA、2,3-二巯基-1-丙醇(BAL)、二巯基丙烷磺酸钠。为了避免用解毒剂排镉时将体内的锌一起排出,可把解毒剂转变成锌盐(或锌配合物)后再使用。

含镉废水处理

(1)化学沉淀法:在含镉废水中加NaOH或Na2S溶液,使成Cd(OH)2或CdS沉淀。

(2)漂白粉氧化法:在镀镉工厂的废水中既含有Cd2+,也含有CN－离子,常以[Cd(CN)4]2-

配离子形式存在,因而加碱不能使Cd2+

沉淀完全,故需加入漂白粉,使CN－氧化除去。含镉废水处理

。主要反应如下：

[Cd(CN)4]2-=Cd2++4CN－

CN－

+ClO-=CNO－

+Cl－

2CNO－+3ClO－

+2OH-=2CO32-+N2↑+3Cl－

+H2OCd2++2OH-=Cd(OH)2↓

水中镉的国家排放标准是0.1mg·L-1，生活饮用水的含镉量应低于10mg·L-1。铅的毒性铅是最为常见的有害微量元素。历史上强大的古罗马帝国的灭亡与铅有关。他们的水管是铅管，贵妇擦脸粉含大量铅白，帝王贵族吃的葡萄酱中加铅丹除酸味和染色。王公贵族中毒严重，妇女普遍流产、不孕，幸运出生的长大后非痴即傻。

环境铅污染环境铅污染的主要原因是人类活动。大气铅污染主要来自汽车废气,另外有色金属冶炼和煤燃烧也是另一来源。人为地进入环境的铅量达到3×106t/a。铅可通过呼吸道、消化道、皮肤进入人体。每天人都会从食物、空气和水摄入一定量的铅，同时也通过多种途径排出体外。在人体内，铅的吸收-积蓄-排出之间维持着动态平衡。正常情况下，接触一定量的铅后，若进入量和排出量接近并不会产生危害。但若吸收量过多，不但血液而且软组织中铅浓度增高到一定程度，就会发生铅中毒。

铅的毒性铅对中枢神经和周围神经均有毒性，且对儿童健康的危害远比成人严重。由于儿童生理发育上的特点，对铅的吸收、分布和排泄过程不同于成人。铅经儿童消化道的吸收率可达42—53%，比成人高3—4倍。成人摄入体内的铅约99%随大小便排出，而儿童大约只有66%排出，约有三分之一仍留在体内。铅的毒性铅对儿童的毒害主要是对儿童智能产生不可逆的影响。铅能进入胎盘屏障，在胎儿体内蓄积，造成精神发育迟缓。由于汽车等交通工具的大量使用，铅的环境污染日益严重，关于儿童铅中毒的报道日益增加。

铅进入人体,与体内蛋白质的功能基团(疏基、氨基、羧基等)形成稳定的配合物,扰乱了机体多方面的生理和生化功能,主要损害神经系统、造血系统和消化系统,其中毒症状主要有神经衰弱综合症、贫血、消化不良和中毒性脑病等。

铅中毒的防治用Na4EDTA排铅常会导致血钙水平降低而引起痉挛,但使用CaNa2EDTA或ZnNa2EDTA就能顺利排铅并保持血钙水平。此外,治疗铅中毒还可采用青霉胺、二巯基丁二酸钠、二巯其丙醇等。预防铅中毒应注意：职业性接触铅的人员应加强自身保护意识、坚决禁用含铅汽油、少吃罐头食品及饮料、不用锡壶烫酒等等。铅中毒的防治在含铅废水中加入石灰,可生成Pb(OH)2、PbCO3沉淀而除去。铅的国家排放标准是1mg·L-1，生活用水的含铅量应低于0.1mg·L-1。金属中毒的机理

金属毒性的重要标志是致死、致癌和导致其它疾病。金属主要通过与生物大分子结合而产生毒性作用。其中毒机理可归结为三个方面：阻碍生物大分子的必需功能基团发挥作用。例如汞离子很容易被体内半胱氨酸残基的巯基(-SH)结合,而巯基是很多酶如细胞色素c氧化酶、琥珀酸脱氢酶等的催化活性部位，汞离子就会抑制这些酶的活性。金属中毒的机理

取代了生物大分子中必需的金属离子，使其失去活性。例如铍可取代镁激活酶中的镁而使之失去活性。改变了生物大分子的活性构象。生物大分子必需采取某种特殊的空间构象才具有活性，而当蛋白质、核酸等重要生物分子结合金属离子后则可能使其构象改变。核酸储存着遗传信息,它们受到破坏就可能导致癌症或先天性畸形等严重后果。

金属中毒的机理人们往往有一个认识上的误区,即凡是必需元素则多多益善，因而把许多含有微量金属元素的药品甚至其它制品作为营养品,滥加补之，从而导致金属中毒,临床上不乏其例。各种必需元素在人体内都有严格的含量范围,过量或缺乏都对机体有害。金属中毒的机理人体排除有毒金属的主要途径是通过肾排泄。此外，肠道、肺、毛发和指甲也是排除有毒金属的途径。但在有毒金属摄入量较多，依靠人体自身功能不足以迅速而有效地排除时,采用解毒剂就十分必要。人们很早就开始找寻有效排除有毒金属的解毒剂。曾经利用活性炭在肠胃中吸附有毒金属；后来又借助普鲁士蓝的钾离子去交换铊离子,以排除在肠道中的铊。

金属中毒的机理1945年英国研制了二巯基丙醇（BAL）用于治疗含砷的糜烂性毒气,其根据是砷可与巯基螯合，从而开拓了巯基类螯合解毒剂。为降低BAL的毒性，研制了二巯基丙磺酸钠（DMPS）,并发现其促排汞有效。后来，人们根据乙二胺四乙酸（依地酸,EDTA）与金属离子有螯合作用，将EDTA试用于治疗儿童急性铅中毒性脑病取得成功。1953年分离出可口服的青霉素的代谢产物青霉胺(D-PEN）,它可促排铅、汞、铜等。金属中毒的机理1945年英国研制了二巯基丙醇（BAL）用于治疗含砷的糜烂性毒气,其根据是砷可与巯基螯合，从而开拓了巯基类螯合解毒剂。为降低BAL的毒性，研制了二巯基丙磺酸钠（DMPS）,并发现其促排汞有效。后来，人们根据乙二胺四乙酸（依地酸,EDTA）与金属离子有螯合作用，将EDTA试用于治疗儿童急性铅中毒性脑病取得成功。1953年分离出可口服的青霉素的代谢产物青霉胺(D-PEN）,它可促排铅、汞、铜等。金属中毒的机理

解毒剂的选择取决于很多因素，主要是解毒剂(L)必须与有毒金属(M)形成稳定的配合物(ML)，即具有足够高的稳定常数KML。如果此KML小于解毒剂与体内必需元素(M’)的稳定常数KM’L，则解毒剂不但解毒效果不好，反而会与体内必需元素形成螯合物，使体内必须元素排除而造成毒害。金属中毒的机理一种有效的解毒剂还应具备药理学的某些要求:在水中有一定的溶解度，近乎无毒，能抗代谢降解，易通过细胞膜，与有毒金属生成的配合物不会在体内储存或转移而能迅速排出等。

说明任何一种有害物质,并非在人体内一点也不允许存在,正常人体内毒害元素的浓度不一定都等于零。毒害元素在人体内只有达到一定浓度以后,才会对健康造成危害。因为许多有害元素能在人体内蓄积,而且其中毒浓度极低,故易造成毒害。

生命元素过量时的毒害-铬三价铬离子是营养元素,而六价铬化合物为有害物质。Cr(VI)的毒性比Cr(III)大100倍,主要在于Cr(VI)具有很强的氧化性,特别在酸性溶液中与有机物的反应激烈。

Cr(VI)干扰多种酶的活性,损害肝和肾,并可诱发肺癌。这说明同一元素的不同氧化态,其化学特征、生物性能是不同的。铬的污染主要来自操作处理六价铬的化学工厂、铬冶炼厂和镀铬工厂的“三废”。生命元素过量时的毒害-铬含铬废水的处理可有以下两种方法：

1.铬酸钡法含铬废水中加入适量氯化钡,使成铬酸钡沉淀。

2.还原沉淀法酸性含铬废水中,加入FeSO4溶液,Fe2+

能使Cr(+6)还原成Cr3+，再加入NaOH，通过生成Cr(OH)3和Fe(OH)3除去。

生命元素过量时的毒害-镍

镍是不锈钢的主要成分之一,由于其特殊的理化性质,近年来用量急剧增加。镍的大气污染主要来自矿物燃料的燃烧及镍冶炼厂的废气—[Ni(CO)4]。电镀、电子及电池工业的“三废”也是镍的重要污染源。生命元素过量时的毒害-镍

镍的化合物具有致癌及致畸性、慢性镍中毒常表现为镍过敏性皮炎,并出现恶心、呕吐、眩晕等反应。镍冶炼厂经常出现急性羰基镍中毒。镍中毒的治疗常采用Na2EDTA及二乙基二硫代氨基甲酸钠等。

生命元素过量时的毒害-铁

急性铁中毒可引起呕吐、脸色苍白、休克、呕血、循环性虚和昏迷。慢性铁中毒时,铁沉积于身体的组织和器官中,常出现高铁血症和血色素沉着。误服及服用过量是急性铁中毒最常见的原因。临床上应用的铁制剂多采用糖衣片剂及糖浆制剂,由于其形状美丽、色彩鲜艳,成年人以为既是补品就无毒性,倘若家庭存放较多而且放置地点不当等,容易造成儿童或幼儿误服而中毒。急性中毒病人的死亡率很高,因此不容忽视。

生命元素过量时的毒害-铜水源污染和农药波尔多液等的使用是铜中毒的主要原因。铜中毒的常见表现有严重胃肠道刺激症状、溶血或溶血性贫血、黄疸、心律失常等。重者可出现肾功能衰竭及少尿症、休克、中枢神经抑制甚至死亡。尿铜增加是铜中毒指标之一。

Willson’s病(肝豆状核变性)能引起肝、肾和大脑内铜过量积累,导致肝、肾衰竭和多种神经疾病。如果这种状况未能识别和处理,可导致死亡。用于治疗铜中毒的螯合剂主要有BAL及D-青霉胺等。

生命元素过量时的毒害-锌

锌矿开采、锌冶炼厂和镀锌工厂的“三废”是锌的主要污染源。由空气及水源污染常会引起急性锌中毒,其症状会因进入体内的途径不同而有所差异。由胃肠道摄入者,主要表现为腹痛、腹泻、厌食等;因吸入锌雾引起中毒者,多表现为低热、感冒样症状及食欲不振等。急性锌中毒的治疗与其它金属中毒的疗法相同。慢性中毒时,应尽快停止服用锌剂,不再与锌污染的空气、水源及食品接触。

生命元素过量时的毒害-钴微量的维生素B12是哺乳动物合成血红蛋白所必需的维生素。但长期饮用加钴过多的啤酒后,常可使机体产生慢性钴中毒,即所谓“心肌病变综合征”。急性钴中毒可致紫绀、昏迷及很快死亡。目前对钴中毒治疗尚无特效疗法。有人认为,钴的毒性系干扰了组织中巯基化合物,使氧化还原系统发生障碍,因此提出用含巯基的半胱氨酸治疗。化学元素的致癌与抗癌作用

癌症是一种死亡率很高的疾病,

近20年来,

癌症发病率迅速增加,

例如从20世纪60年代初到70年代中期,

在各种致死的疾病中,

癌症迅速地由第八位上升为第二位。这除了对癌症诊断水平提高以外,还与环境污染日趋严重以及生态环境屡遭破坏有关。据目前的资料报道,人类肿瘤大约有80%～85%由化学致癌物质引起。目前,世界各国学者对癌症防治已高度重视,

对癌症的预防、早期诊断和治疗进行了广泛的研究。

化学元素的致癌与抗癌作用

癌症与化学元素有密切关系。一些研究表明,生命元素(或金属)对癌症具有双重作用。有些元素(如砷、铍、镍、铅和镉)能诱发和助长肿瘤的生长,而有些元素(如铜、硒、铂的化合物等)能明显地抑制癌的发展。金属离子的浓度及氧化态变化与癌症的发病率有一定关系。化学元素是通过环境进行入人体的,因此,控制环境、掌握癌症发病规律,不仅可以预防癌症,还可以利用微量生命元素或金属配合物来治疗癌症。

化学元素的致癌作用

癌症的特征是机体自身细胞以明显反常的方式在机体内无控制地增殖和扩散。人体每天产生大约1011个细胞(约500克新组织),其中有104～106个细胞是不正常的,一般都能被免疫系统破坏。

化学元素的致癌作用

许多流行病的调查及动物试验证明:放射性元素有明显的致癌性

Be、Cr、Co、Ni、Cd等过量时有致癌性

Ti、Fe、Ni等的有机配合物也有致癌性

Sc、Mn、As、Y、Zr、Pb等在某种情况下有致癌性。现已观察到某些癌症的发病率与环境中微量元素的含量有关。南冰岛胃癌发病率较高与土壤中锌和铁的含量较高有关化学元素的致癌作用

非洲肝癌发病率高是因为土壤受锌和钴污染,肝组织中的锌、钴含量增加,而铜却减少所致我国川西北地区食管癌发病率高,与土壤和饮水中的铜、锰、镁含量偏低有关;有多种癌症的死亡率都与环境中缺硒有关。有人在离体复制DNA时发现,能引起疾病或癌症的金属元素有Cd、Pb、Ni、Be、Cr、Ag、Co等。

化学元素的致癌机理

化学元素的致癌机理尚不完全清楚。一般认为致癌物主要与蛋白质和DNA作用。金属离子致癌物主要是与酶中固有的金属离子发生了置换,引起酶的空间构型改变,使其活性受抑制或全部消失。例如,Ni(II)可置换含铜酶中的Cu(II),或置换酶中的辅因子Mg(II),Cd(II)可置换含锌酶中的Zn(II)。酶的活性降低后,产生代谢障碍,从而引起癌症。化学元素的致癌机理

金属致癌物与DNA作用,会引起遗传信息的缺损,或使信息表达发生改变,核酸产生变形,导致细胞生长失控而发生癌变。有时也可能是形成了有机致癌物-金