章金属与人类健康专家讲座

地球上生物被环境包围着，环境中无机物远多于有机物。生物在漫长进化历程中，使自己适应了利用阳光作为原始能源，并利用周围大量有机物作为本身“建筑”材料，还学会经过生物体之间及生物体与环境之间相互作用复杂系统来保护自己。章金属与人类健康专家讲座第1页第一节生物体内微量金属元素代谢第二节金属元素体内平衡与金属中毒章金属与人类健康专家讲座第2页第一节生物体内微量金属元素代谢金属元素进入生物体后发生什么作用，除了与吸入量相关外，还与它在体内代谢过程亲密相关。尤其是有毒物质进入生物体后，不是干扰或破坏机体正常生理功效，使机体中毒或产生潜在危害，就是机体经过各种防护机制及代谢活动，使毒物降解排出体外。章金属与人类健康专家讲座第3页金属在人体内代谢包含吸收、分布、生物化学转化和排泄等过程。其中，生物化学转化不是孤立，在吸收、分布和排泄过程中，也同时发生生物化学转化。章金属与人类健康专家讲座第4页一、吸收经呼吸道吸收，是在工业生产中金属侵入人体主要路径。肺泡周围充满毛细血管，空气中有毒物质很轻易经肺泡吸收，仅次于静脉注射。呼吸道也有防护功效，支气管上皮能够把沉积粉尘带到喉部，经过咳出或咽下排出呼吸道，而有一部分沉积在肺泡内，形成肺泡灰尘病或结节。章金属与人类健康专家讲座第5页

消化道吸收是日常生活主要路径。除了食物能够把金属带进消化道外，从上呼吸道去除出来部分金属也进入消化道。肠道是主要吸收部位，金属主要以扩散方式经过细胞膜而被吸收，浓度越高吸收量越大。脂溶性物质较易被吸收。章金属与人类健康专家讲座第6页

皮肤在正常情况下是保护机体有效屏障，只有少数金属及化合物能经过皮肤吸收。如四乙基铅、有机汞化合物、有机锡化合物等含有脂溶性物质，才能够经过皮肤吸收。章金属与人类健康专家讲座第7页二、分布金属化合物主要经过血液分布到机体内各组织数量，取决于它经过细胞膜能力及它与各组织亲和力，所以金属在体内分布有很大差异。金属在体内分布也不是一成不变，体内环境改变会改变一些金属分布。章金属与人类健康专家讲座第8页

肝脏细胞膜通透性高，血液中大部分毒物，甚至与蛋白质结合毒物，都能进入肝脏。肝脏和肾脏细胞内含有特殊结合蛋白，它们与毒物亲和力很强，能把血浆中已经与蛋白质结合毒物夺过来，而且肝脏结合外来毒物极为快速。肝脏还有很多酶系，它是毒物降解转化器官。章金属与人类健康专家讲座第9页很多脂溶性毒物都分布在体脂中，脂溶性越高，毒性越大。脑和神经组织中脂类较多，普通水溶性强物质不易经过血脑屏障，而脂溶性物质，如烷基汞则轻易扩散到脑和神经组织中而出现神经症状。无机汞离子含有水溶性，难以进入脑组织。四乙铅含有脂溶性，早期在脑和肝脏含量最高，以后转化为磷酸铅则主要储存在骨骼里。章金属与人类健康专家讲座第10页某一器官存积某种金属较多，使这一器官受到损伤，但同时又减轻对机体其它器官与组织毒害。比如，铅毒性作用部位主要是软组织，所以铅存积在骨骼内危害性相对降低很多。章金属与人类健康专家讲座第11页三、生物化学转化金属和金属化合物与有机物不一样，它们进入人体后不能降解，只能发生化学物种转化。金属或其它化合物摄入人体之后，经过水解、氧化、还原、结合等代谢过程所发生一系列改变称为生物化学转化。大多数金属在体内第一阶段生物化学转化主要在肝脏进行，胃、肠、皮肤也有不一样程度生物化学转化功效。章金属与人类健康专家讲座第12页含有脂溶性汞蒸气在血液中溶解以后，很轻易越过血脑屏障；但汞蒸气进入人体后，大部分快速氧化为二价汞，使毒性降低。镉和汞在肾脏转化为镉硫蛋白和汞硫蛋白，因而含有解毒作用。四乙铅在体内经脱烃作用，逐步转化为三乙铅、二乙铅和无机铅。章金属与人类健康专家讲座第13页四、排泄金属及其代谢产物从体内排出主要路径是肾和肠道。普通从口摄入主要经肠道排出，从呼吸道摄入经肾脏排出。有时同一个金属由几个不一样路径排出。章金属与人类健康专家讲座第14页

多数金属从尿中排出，但排出量差异很大。尿中排出量占摄入量约50％有：Co、Sb、Ti、Hg、Nb、Mo；尿中排出量占摄入量15％以下有：Cr、Zn、Cu、Pb、Al、Ba等；而V、Sn、Mn、Ni等从尿中排出也很多。章金属与人类健康专家讲座第15页随汗液也可排出一定量金属元素。如Cr、Cu、Mg、Mo等元素从汗液排出量，在一些情况下占摄入量40～60％，Sr和Co约占10％。经粪便排出金属主要是Mn、Fe等重金属。汞在吸收早期主要由粪便排出。从口摄入而未被吸收铅也由粪便排出。章金属与人类健康专家讲座第16页

头发中排出金属量极少，仅Zn、Fe略高。头发代谢活动迟缓，所含微量元素能够反应人体摄入微量元素数量及代谢情况。近年来，常以头发中微量元素含量，作为人体与环境中一些微量元素接触程度参数，在营养学上也作为一些必需元素是否缺乏诊疗指标。章金属与人类健康专家讲座第17页第二节金属元素体内平衡与金属中毒一、金属元素摄入量对人体健康影响各种必需元素在人体内都有严格存量范围，过量或缺乏都会对机体有害。人类在漫长进化历程中，逐步形成了一系列平衡机制，以调整控制必需元素在体内迁移和预防它们过量摄入。在最高摄入量与最低摄入量之间常有一定余地，使机体能够在某种范围内与改变环境相适应。章金属与人类健康专家讲座第18页当摄入量不足时，机体能够动用体内贮存元素，在所谓负平衡状态下暂时维持正常生理功效，但假如这种状态继续下去，则势必发展为一个疾病。章金属与人类健康专家讲座第19页当摄入量略为偏高时，体内平衡机制能够把多出微量元素排出体外。不过当摄入量过大，即超出机体排泄能力时，这些元素就会在体内积累，最终造成一些组织或器官受到损害。这些元素一旦在体内累积，往往需要很长时间才能消除。所以，金属元素过量比缺乏后果更严重。章金属与人类健康专家讲座第20页二、金属中毒普通机理一个金属或化合物对生物体毒性是一个非常复杂问题。它除了取决于金属性质和浓度外，与摄入方式、机体健康情况等原因都相关系。金属毒性主要标志是致死、致癌和造成其它疾病。章金属与人类健康专家讲座第21页通常认为，金属主要经过与生物分子结合而发挥毒性作用，其毒性机理能够归结为三个方面：(1)妨碍生物大分子必需功效基团发挥作用。比如汞离子轻易与半胱氨酸巯基发生作用，而巯基是很多酶催化活性部位，所以汞离子会抑制这些酶活性。章金属与人类健康专家讲座第22页(2)取代生物分子中必需金属离子，使其失去活性。比如铍离子可取代镁离子激活酶中镁离子，但铍离子不能使这些酶含有活性。章金属与人类健康专家讲座第23页(3)改变生物大分子活性构象。生物大分子必须采取某种特殊构象才含有活性，而金属离子可能使蛋白质、核酸等主要生物大分子构象改变。核酸贮存着遗传信息，它们受到破坏可能造成癌症或先天性畸形等严重后果。章金属与人类健康专家讲座第24页三、金属中毒解毒剂在有毒金属摄入量较多，依靠人体本身功效不足以快速有效排除时，采取解毒剂是十分必要办法。比如人们曾经利用活性炭在肠胃中吸附有毒金属。作为解毒剂，它必须是一个强配位剂，同时应该具备药理学要求，对人体没有毒性。章金属与人类健康专家讲座第25页

2,3-二巯基-1-丙醇(BAL)能与砷形成稳定五元环，从而把砷从生物体内排除，解除砷毒性。BAL对汞、锑、金中毒都有一定效果，有时还用于治疗急性铅中毒。但BAL能够和汞离子形成脂溶性配合物，能进入脑组织。章金属与人类健康专家讲座第26页当前，氨酸螯合剂是品种最多一类解毒剂，包含乙二胺四乙酸(EDTA)、环己烷二胺四乙酸、二乙三胺五乙酸、三乙四胺六乙酸等，均用于治疗重金属中毒。这类螯合剂能够选择性地与铅、镉、汞等有毒金属结合，形成水溶性配合物排出体外。它也有副作用，会干扰体内必需金属元素代谢，影响金属酶活性。章金属与人类健康专家讲座第27页

D-青霉胺和N-乙酰-D-青霉胺分子中，含有S、N、O配位原子，能与汞、铅、铜、金