第一章人体中的化学说课材料

化学与健康主讲教师：王玲联系电话子信箱：lwang116@126.com推荐教材：《化学与健康》，江元汝，科学出版社，2009《化学与健康》，潘鸿章，北京师范大学出版社，2011钻石失窃前后在18世纪的时候，欧洲某镇发生过这样一件事：珠宝商考尔太太收藏着一颗罕见的钻石，逢人自夸，作为招揽生意的法宝。一天，三位绅士——查尔、艾伦和贝洛慕名来访。考尔太太把三人迎进珍藏室，主人边介绍，边打开珍宝箱，那闪闪发亮的钻石，使来客们赞不绝口。随后，主人合上珠宝箱，用一张涂满浆糊的白色封条封好，然后邀请绅士们到客厅叙谈。言谈间，考尔太太发现三人的右手指都有点小毛病，查尔的食指稍有发炎，艾伦的拇指曾被毒虫咬过，贝洛的拇指则被划破。看来，三位绅士来访前都用不同的家庭常用药水抹过。宾主谈兴正浓，考尔故友化学家海威来访。经介绍，海威跟三位绅士一一握手寒暄。叙谈的气氛是热烈的。尽管三位绅士先后离席外出上卫生间，但回到客厅，依旧是谈笑风生。钻石失窃前后随后，考尔太太陪同海威博士前往珍宝室参观，当她撕下湿漉漉的白色封条，打开箱盖的时候，突然发现钻石不见了。她只喊了声“上帝”就昏过去了。沉着、机灵的海威唤醒主人，问明经过，安慰她说：“别急！事情总会水落石出的。”海威扶着考尔太太来到客厅，把钻石失踪的事向三位绅士说明，然后风趣地说：“尊敬的先生们，这调皮的钻石，不会飞到你们的手里吧？”三位绅士耸耸肩，双手一摊，异口同声地说：“我的上帝！这绝不可能！”海威那锐利的目光从三人的手掌上一扫而过，然后指着艾伦说：“盗窃钻石的就是你！”亲爱的朋友，海威是根据什么判明是艾伦偷走钻石的呢？鱼池案件的凶手1983年7月20日，沿海某城市鱼品加工厂的工人为了迎接秋季渔汛的到来，正在抓紧消除咸鱼池里的污泥浊水。谁曾想到，正当大家干得热火朝天的时候，一个看不见的恶魔正悄悄地降临：在水池里工作的工人突然感到一阵头晕、胸闷，有的人抱住头直喊头疼，紧接着有人出现了休克、昏迷。尽管有关部门火速组织医务人员全力抢救，结果还是有4名工人因抢救无效而死亡，还有10多名工人严重中毒。凶手是谁？此案经公安局聘请科研部门采用新型化学传感器侦察，终于把鱼池案件的凶手抓了出来：它就是硫化氢。科研人员还对该厂的其余70多个鱼池进行了全面检查，又找出了3个危池，消除了隐患。鱼池案件的凶手原来，水池里的烂鱼死虾体内含有硫化物，在多种厌氧微生物的长期作用下发生分解，释放出硫化氢气体。硫化氢气体密度稍大于空气，不易扩散，有臭鸡蛋气味，是一种极毒的气体。硫化氢的毒性在于它能抑制人体中某些酶的活性，尤其容易和氧化型细胞色素氧化酶中的Fe3+结合，是氧化酶失去活性，引起呼吸障碍，并牵连到对氧不可缺少的中枢神经系统，导致神经细胞兴奋性降低，内窒息作用加剧，从而中毒。中毒者轻者会引起头痛、眩晕，重者会出现惊厥、昏迷不醒等症状，甚至当场发生“触电”似的猝死。工人们为什么没有发现毒气的存在呢？鱼池案件的凶手这是因为在一般情况下，人对硫化氢的嗅觉灵敏度是0.012—0.03mg/m3，当空气中硫化氢的浓度达到1.4mg/m3时，可闻到明显的臭鸡蛋气味。物极必反，硫化氢在空气中达11mg/m3以上时，人的嗅觉神经被麻痹，反而觉察不到硫化氢的特殊臭味。鱼品加工厂的惨案正是因为工人搅动了水池里的污水，使溶解在污水中的硫化氢气体大量外逸，才引起中毒的。所以，平时我们在下水道、粪坑等处工作时，可不能仅根据书上讲的“臭鸡蛋气味”的有无来判断硫化氢是否存在，以免发生不测！自杀还是他杀？1959年11月，日本一位居住在富山县神通川岸边的青年女工自杀了！她的名字叫中村高子。她死后已经整整一年了，可警察仍怀疑她并不是自杀，根据当时的验尸报告，认为中村高子是中毒死亡，于是棺材被重新打开，并请医学专家一起检验。当警察再次看到中村高子时，少女身上竟有70余处骨折裂！是自杀、谋杀？还是……但可想而知，她死前一定十分痛苦。

经检验还发现，中村高子的肾脏内聚集有22400毫克的镉！而镉在肾脏内聚集，可造成钙和磷的大量损失，最后造成骨质疏松与骨质软化。镉，正是杀死姑娘的凶手！它使姑娘的骨头变得非常脆弱，即使她轻微咳嗽一下，都会因振动而使她的胸骨断裂，由于无法仍受长期病痛的折磨被迫自杀了！

那么镉是怎样钻进少女体内的呢？

原来少女是炼锌厂的女工，在锌矿中夹杂有镉的化合物，长期处在被镉污染的的环境中工作，造成了镉在姑娘体内的大量积累，使她难以仍受镉中毒的极度痛苦。严重的是这样患病的人还有很多，病症表现为腰、手、脚等关节疼痛。病症持续几年后，患者全身各部位会发生神经痛、骨痛现象，行动困难，甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。到了患病后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，有的成人竟缩成了32cm的小人。这种病由此得名为“骨癌病”或“痛痛病”。据统计，富山县350个镉中毒的人短期内就有119人死亡。

日本医学界从事综合临床、病理、流行病学、动物实验和分析化学的人员经过长期研究后发现，“骨痛病”正是由于神通川上游的神冈矿山废水引起的镉（Cd）中毒。自杀还是他杀？“龙王泉”的传说在巍峨苍翠的鹿鸣山腰，有个小村子叫龙王泉。很早以前，这里只有几户狩猎为生的人家定居，由于偏僻闭塞，外面很少有人对它问津，只不过影影绰绰知道它的存在，因而给它取名叫旮旯村。有一天，这个村庄突然沸腾了，崎岖的山路上急匆匆奔走着前来看“稀罕”的人们。旮旯村究竟发生了什么令人诧异的事情的呢？原来是这么回事。村里有位唐老汉，曾把家里一只破罐随手扔到村边的小溪里。可是几年之后，一个晴朗的中午，太阳照在淙淙流淌的溪水，老汉信步走到溪边，掬一捧清凉的泉水抹一把脸，当他转身正欲回转的时候，突然，一道从水中反射出的赭光，引起了他的注意。他再度定睛察看，只见一只隐约可辨的暗红色罐儿静立在水中。“这不是我扔掉的破铁罐吗？怎么变样了啊？”老汉好生纳闷。这时，邻居杨公公路过，看见唐老汉在发愣，问明根由后跳进溪水捞起那个铁罐。果真灰褐色的锈铁罐此时竟变成了紫红色的“铜”罐儿。很快，这件事传遍了旮旯村方圆百里内外，而且越传越神，开始说唐老汉把铁罐放进溪水中，一夜间变成了铜罐；继而又说：龙王爷给旮旯村送来神水，能使铁变金。于是，来看神水、看“金”罐的人群结队。在这期间竟又发生了一件怪事。“龙王泉”的传说

“龙王泉”的传说远路来的人，一路风尘仆仆，少不了要用清澈心肌的泉水洗一洗。其中一位老汉，患眼疾多年，视力模糊，他用溪水洗了几次眼、脸之后，顿然觉得视物轻松了很多。于是，老汉把水带回家洗，每洗几天就觉得眼疾有所减轻。水用完了，就叫儿孙来取，几个月以后，老汉的眼疾竟全好了。这件事又被添枝加叶地传开了，说龙王泉的水不仅能变铁为金，还能医治百病。久而久之，“龙王泉”的名声越来越响了。“龙王泉”的传说谜底：之一：山石中渗出的泉水含有可溶性铜盐（即含有Cu2+），它能与铁发生置换反应，在铁器上镀一层铜。之二：含有重金属可溶性盐的水，能医治眼病，现在已成为普通医学常识，眼药水中常配有硫酸锌、硫酸铜之类。主讲专题食品化学与健康医药化学与健康环境化学与健康日用化学品与健康现代生活化学与健康

第一章人体中的化学化学与健康教学目的了解人体中的化学元素1了解人体中的化学反应2了解人体中的化学平衡3了解化学平衡与健康的关系4人体中的化学元素常量元素（宏量元素）微量元素必需元素非必需元素污染元素（有毒有害元素）常量元素都是必需的哦！常量元素（宏量元素）含量大于体重0.01%的元素；每人每日需要量在100mg以上的元素；约占人体重量的99.95%以上；包括：碳、氢、氧、氮、硫、磷、钠、钾、钙、镁、氯等11种。常量元素均为必需元素。人体必需的常量元素元素名称元素符号质量分数/%氧O65碳C18.0氢H10.0氮N3.0钙Ca2.0磷P1.0钾K0.35硫S0.25钠Na0.15氯Cl0.15镁Mg0.05人体中含有的元素81种，其中含量较多的元素有11种。必需元素在周期表中的位置图中白色部分为常量元素位置微量元素微量元素通常是指含量小于体重的0.01%；每人每日需要量在100mg以下；仅占人体元素总量的0.05%；包括铁、铜、锌、锰、钼、钴、钒、镍、铬、锡、氟、碘、硒、硅、砷、硼、锶等数十种。

表1—2人体中的微量元素Thetraceelementinhumanbody

地壳中化学元素和

人体中化学元素含量的一致性地壳中化学元素和

人体中化学元素含量的一致性“天人合一”表层92种元素人体81种元素的循环作用人体微量元素的分类与含量

Contentandclassificationofthetraceelementofhumanbody

★⒈必需微量元素Necessarytraceelements

人体必需微量元素确定的有14种（还有几种处于争议之中）必需的微量元素14种铁、铜、锌、锰、钼、钴、钒、镍、铬、锡、氟、碘、硒、硅元素周期表中的集中区域必需微量元素在周期表中的位置d区9个p区5个必需微量元素在周期表中的位置都在第一过渡周期，是较轻的元素人体必需元素在周期表中的位置图中蓝色空白区域必需元素“含义”1必须从外界饮食中摄取这种元素，当从饮食中去除这一元素后，机体就会出现这种元素的生理性缺乏状态。2补充这一特异元素后，机体的这种缺乏状态将得到缓解。3特定元素对机体具有某种特异的生化功能，这种作用不能被其他任何元素完全代替。⑴必需微量元素数量少而作用大。⑵多数微量元素为金属元素。⑶多数必需元素在元素周期表中居于前部位置。⑷微量元素存在相互作用，高度的生物学作用。⑸超过生理需要量（过低过高）能产生毒副作用必需微量元素共同特点非必需元素非必需微量元素：无明显生理功能的微量元素；元素的生物学效应或许迄今未被人们认识，或者它们来自外环境的污染，如铅、镉、汞、铊等。非必需的微量元素

nonnecessarytraceelement

⒊有害元素Harmfulelement

表1—5对人体有害的微量元素表1—4人体非必需的微量元素人体中主要元素的主要功能结构材料运载作用组成金属酶或作为酶的激活剂调节体液的物理、化学特性“信使”作用必需化学元素主要功能

人体中主要元素的生理作用人体中的元素人体中元素的作用Fe、Cu、Zn、Mo、Se、Mn参与人体各种酶的组成I、Cu、Ca、Mn、Cr、Co、Ni具有催化作用Zn、I、Se、Ti增强肌体免疫功能提高抗病能力K、Na、Li、Ca、Mg、Ti、V、Se、Fe、Cu、Zn、Ni、Co保护心脑血管表1-4

元素的生物化学作用总览

元素生物功能过渡金属电子传递、氧化—还原、催化作用碱土金属信使作用、酶激活因子、结构调节作用金属保持电荷平衡、电位闸门、结构稳定作用主族元素生命物质的基本构筑材料、触发构像变化人体中化学元素的周期性营养作用减弱毒 性增强营养作用增强毒性减弱1/IA2/IIA3/IIIA4/IVA5/VA6/VIAKCaGaGeAsSe(IV)RbSrInSnSbTe(IV)CsBaTl(I)Pb(II)Bi(III)人体中化学元素的营养周期性研究结果表明：周期表的主族元素，从上到下，元素对细胞的营养促进作用减弱，毒性作用增强；同周期从左至右元素的营养促进作用增强。人体内化学元素的浓度平衡酸碱平衡沉淀溶解平衡浓度平衡与生物效应平衡=健康其他还有电荷平衡沉淀-溶解平衡等水平衡人体化学平衡——酸碱平衡体液、酶受酸度影响细胞结构和功能受酸度影响心脏功能受酸度影响人体酸碱平衡人体酸碱平衡低于pH7.35酸中毒心肌收缩力减弱

血液pH7.35-7.45高于7.45碱中毒心脏收缩力过强极限值是7.0~7.8人体体液的pH值体液pH体液pH唾液6.40~6.90血液7.35~7.45胃液1.2~3.0脑脊液7.4肠液7.70尿4.8~8.0胰液7.8~8.0乳6.8胆液7.80眼球内水样7.2表1-5人体各种体液的pH值人体中的酸碱平衡1人体的生命活动，很多是属于酸碱反应，H3O+浓度的微小变化就能对正常细胞的功能产生很大的影响。2机体内组织细胞必须处于合适的氢离子浓度下，才能完成它的正常生理活动。3人体中存在3个主要的缓冲体系。人体的酸碱缓冲体系系统解离反应pKa蛋白质HPr=H+

+Pr-7.4碳酸氢盐H2CO3=H+

+HCO3-6.1磷酸盐H2PO4-=H++HPO42-7.2食物酸碱性食物的酸碱性指食物在人体内代谢的结果，产生酸性性质的为酸性食品，产生碱性的为碱性食品。食物的酸碱性质与原来食物本身的性质(酸碱性)无关。如橘子是酸的，但却是碱性食品。食物的酸碱性与人体健康酸性食物含P、S、Cl元素较多的食物（在人体内易形成酸）精米、白糖、肉类、鱼类、蛋黄、硬果及酒类。食物的酸碱性碱性食物含K、Na、Mg、Ca元素较多的食物（在人体内易形成碱）蔬菜、水果、奶类、蛋清、海带、紫菜、豆类、茶叶、咖啡。食物的酸碱性与人体健康酸性食物酸性食物在肾脏中与氨生成铵盐而排出酸碱食物的代谢碱性食物

碱性食物与CO2反应形成碳酸盐，由尿排出；体液保持中性食物的酸碱性对人体酸碱平衡影响如果食入的酸性食物过多，致使血液本身的缓冲作用无法承受而变成酸性，就需消耗钙等碱性元素，而使血液粘度增加、血压增高。体液偏酸体液偏酸后果青少年易产生皮肤干燥、胃酸过多、便秘、蛀牙、抑郁、困乏、情绪不稳等病症；中老年则易产生神经痛、血压亢进、动脉硬化、脑出血、胃溃疡等症状。

病态酸性体质诱发近视、龋齿、软骨病、神经衰弱、胃酸过多；导致动脉硬化、脂肪肝、肥胖症、高血压、糖尿病、冠心病易疲劳、情绪急噪、胃肠闷胀消化不良、呼吸加快智力减退体液酸碱性与性格相反精神愉快、性格开朗的人血液呈弱碱性易怒和时常忧郁的人体液多为酸性碱性食物碱性食物一般为：蔬菜、水果类；海藻类；坚果类；发过芽的谷类、豆类。

碱性食物表食物灰分％灰分碱度食物灰分％灰分碱度豆腐大豆四季豆菠菜莴苣胡萝卜土豆藕洋葱海带0.644.643.621.301.140.770.931.130.702.78+0.20+2.20+5.20+12.00+6.33+8.32+4.60+3.40+2.40+14.40黄瓜橘汁西瓜香蕉梨苹果柿子牛乳蛋白茶(5g/L)0.470.360.221.050.310.420.430.730.670.18+4.60+10.00+9.40+8.40+8.40+8.20+6.20+0.30+4.80+8.89碱性食物

强碱性食品：葡萄、茶叶、葡萄酒、海带、柑橘类、柿子、黄瓜、胡萝卜。

中碱性食品：大豆、蕃茄、香蕉、草莓、蛋白、梅干、柠檬、菠菜等。

弱碱性食品：红豆、苹果、甘蓝菜、豆腐、卷心菜、油菜、梨、马铃薯。

酸性食物酸性食物一般为：淀粉类；动物性食物；甜食；精制加工食品(如白面包等)；油炸食物或奶油类；豆类(如花生等)

酸性食物表食物灰分％灰分酸度食物灰分％灰分酸度鸡肉猪肉牛肉蛋黄鲤鱼虾白米糙米1.371.101.001.021.371.770.371.46-7.60-5.60-5.00-18.80-6.40-18.0-11.67-10.60面粉面包蚕豆花生紫菜啤酒0.530.743.1l1.808.750.23-6.50-0.80-1.40-3.00-0.60-4.80酸性食品强酸性食品：蛋黄、乳酪、甜点、白糖、金枪鱼、比目鱼。

中酸性食品：火腿、培根、鸡肉、猪肉、鳗鱼、牛肉、面包、小麦。

弱酸性食品：白米、花生、啤酒、海苔、章鱼、巧克力、空心粉、葱。人体中的浓度平衡与生物效应人体中必需元素在一定的浓度范围不同元素适量范围不同过量和缺乏都会造成健康隐患许多疾病往往与微量元素不平衡有关过量的危害往往大于缺乏的影响人体必需元素适量区：1、与元素有关（碘较宽，硒较窄）2、与年龄有关；3、与个人体质有关；1、缺什么补什么；2、缺乏与过量都对健康不利，过量的危害大于缺乏；3、全营养素的概念是不科学的。4、食补胜于药补（不易蓄积）。不可能都缺哦！人体生物效应与浓度关系可得到以下健康理念：元素元素缺乏的影响元素过量的影响钙畸形骨骼、手足抽搐、诱发高血压、佝偻病、软骨病、骨质疏松动脉粥样硬化、白内障、胆结石、缺血性心脏病、引起呕吐、肾脏钙化镁生长停滞、发育障碍、骨质簌松、牙齿生长不良、骨痛、精神抑郁、心动过速、肌肉痉挛引起神经系统作用抑制、降低动脉压力、麻木钾精神疲惫、心脏麻痹、肌肉松弛、无力中毒、肾上腺皮质机能减退，表现为手足麻木、知觉异常、四肢疼痛、恶心呕吐、心率不齐、心动过缓，直至死亡钠肾上腺皮质机能减退高血压平衡如果向右移动，会导致骨质疏松哦！人体中的沉淀-溶解平衡

水平衡水是机体的主要成分，约占体重的2/3.它是生命最重要的组成物质，体内严重缺水或水过剩都会给人体健康带来极大损害。水参与了人体中所有的化学反应和化学平衡。人体失去10%的水就好产生酸中毒，失去20-30%的水就会死亡。人体中的化学反应反应类型酸碱反应配位反应催化反应生物氧化反应电化学反应酶促化学反应人体中的化学反应特点反应特点常温常压接近中性效率高选择性好速度快人体中的化学反应都是在常温常压、接近中性温和条件下进行的，大脑化学反应的速度特别快，选择性、效率很高，这是人体中化学反应的特点。

反应类型主要有：催化反应（催化剂主要是酶）、配位反应、酸碱反应、电化学反应等。人体中的化学反应喜、怒、哀、乐等情绪属于人的精神生活，正如人的视觉等生理现象基于化学一样，人的精神生活也以化学为基础。如当某种愿望满足时就感到愉快欣喜，这种感受主要与体内儿茶酚（去甲肾上腺素、多巴胺等）这种精神递质的含量有关。我们知道的摇头丸的主要成分是苯丙胺，它是多巴胺的前体，所以食用摇头丸有兴奋之感。当人体缺乏或多余某些和精神生活有关的化学物质时，可能会造成精神生活的混乱，因此根据医嘱服用对应的药物使他们恢复到正常含量，进入正常的生活状态。化学与人的精神生活

有人说：爱是缘分的轮回、因果循环。所谓百年修来同船渡，千年方得共枕眠。爱情是我们生命中最奇特最强烈的情感经历。然而，在相当长的时间里，人们无法解释它为什么于千万人中于千万年间，我们遇到的是这个而不是那个人？最近几年，由于神经科学的进步，人们才注意到：事实上，人类的种种激动和情绪，来源于我们体内一些确切的生物化学反应，而这些反应的产生都有赖于我们身体中存在的一些神经介质，它们使得神经细胞，即神经元之间可以互相交流，于是，就有了爱情来临时的种种征候。

爱是一种

绝妙的

分子

我们的生命中，只有那么一次，我们不知道为什么就陷入了对一个人的迷恋，不可挽回，无可救药，像一个奇迹－－在熙熙攘攘人流中，那个人出现了，也许仅是偶然的一瞥，我们却马上开始心跳加速，呼吸急促，瞳孔放大，心里仿佛装满了发了疯的蝴蝶，我们将这种反应称之为“来电”。米兰内分泌学院的卢齐阿诺马蒂尼解释说：“这些都是肾上腺素作用的结果。而手心出汗、口干舌燥则是肾上腺素分泌的其他激素作用的结果。”实际上，一对男女之间的一见钟