不可不知的金属毒性——营养金属篇

导读

元素周期表中的元素很大一部分是金属。它们普遍具有良好的导电性和导热性。不少金属形成的阳离子或与非金属结合形成的离子化合物是人类以及所有其他生命体所必需的物质，但其中也有许多具有毒性。早在4000多年前，人类就开始使用金属。希腊人与罗马人最早记载了金属的毒性及可能的治疗作用。

 工业社会对金属的使用，极大改变了金属在自然界中的分布。格陵兰岛冰层忠实记录了我们的进步与莽撞，冰层中的金属含量随着文明社会的兴衰而发生变化。公元前800年，格陵兰岛冰层中铅的含量开始增加，20世纪20年代含铅汽油大行其道之际，冰层中铅的含量也相应地急剧增加。总的来说，由于人类对铅的使用，格陵兰岛冰层中铅的含量比原来增加了 200倍。

 自然界中的金属会改变存在形式，从而使它们的生物学特性与毒性发生改变。比如金属汞可以通过蒸发进人大气，而在全球范围内分布。空气中的汞随着雨水进入土壤或水中，在细菌的作用下转变成甲基汞，再被较大的生物摄取，最终进人金枪鱼等鱼类的体内，这些鱼再被人类或其他动物捕食。

 毒理学的原理，即剂量决定效应和个体敏感性，通过金属可以得 到很好的诠释。历史上，人们主要关注金属毒性引发的可见效应，例如铅引起的腹痛、汞导致的“狂躁症”。现在，人们的关注重心已经转移到较为隐蔽或是长期的效应以及潜在的易感人群。

1营养金属

 以上这些金属是人体必需的元素，摄入不足或过量都会产生不良效应。本章重点关注摄入过量引发的不良效应。在摄入不足方面，有必要特别提醒的一点是体内铁元素的不足会增强铅的毒性。金属接触途径的不同，其毒性差异会很大。像锌、锰等金属通过呼吸系统吸入时毒性极大。跟其他许多化学物质一样，金属的有益或有害，取决于接触途径的不同以及接触剂量的大小。

铬(Cr)

铬在自然界的含量相当丰富，以CP³⁺和Cr⁶⁺的氧化状态存在，其中Cr³⁺具有重要的生物学意义，Cr⁶⁺具有重要的工业意义。Cr³⁺与胰岛素及血糖调节有关，每日推荐摄人量为50?200微克。CP⁶⁺具有广泛的工业应用，包括不锈钢合金及皮革制品，但它具有极高的毒性。工业上最主要的接触方式是经肺吸入，这在铬生产行业及电镀行业中最为突出。急性铬接触会导致肾损伤，皮肤接触会导致接触性皮炎，被吸入时，铬会剌激鼻内膜。它也被看作肺部致癌物。

铜(Cu)

铜参与合成血红素，铜缺乏或过量不太会引发明显的中毒症状。 铜的每日推荐摄入量为1.5?3.0毫克。工业上，铜广泛应用于各种产品，包括管道、电线，食品供应行业中铜也非常常见。铜缺乏常与贫血联系在一起，但其实许多营养方面的问题都与铜缺乏相关。牛等食草动物如果摄人过量的铜，会对肝脏与肾脏造成影响。铜对水生生物的毒性比对哺乳类动物大得多，它是一种主要的水环境污染物。威尔逊病(肝豆状核变性病)是一种因为基因异常而无法代谢铜元素的疾病，可用青霉胺螯合剂进行治疗。

铁（Fe）

人体约含有3?5克铁，其中有三分之二与红细胞内的血红蛋白相关，血红蛋白参与氧的运输与储存。每日推荐摄人量为10?15毫克，怀孕妇女推荐量为30毫克。缺铁是全球最常见的营养缺乏症之一。缺铁会导致贫血或血液载氧能力下降。如果饮食中缺乏铁，其他金属(如铅)就会被吸收，从而导致金属中毒。在防止儿童打开的安全瓶盖问世之前，儿童常因误食铁补充剂，而出现急性中毒，症状包括呕吐、肝损伤、休克、肾衰甚至死亡。慢性过量的铁摄人会导致肠道溃疡，引起呕血及黑便。

镁(Mg)

镁是人体必需的金属元素，存在于谷物、海产品、坚果、肉类和饮用水。成年女性与成年男性的每日推荐摄人量分别为280毫克和350毫克。镁也大量用于抗酸剂及泻药。镁乳(或氢氧化镁)是一种用途广泛的解毒剂。它还作为辅助因子存在于多个人体必需的酶，并且参与多个关键的代谢反应。镁主要在小肠中吸收，并以约12毫克/天的速率从尿中排出。人体会不断调节血镁水平，使其保持稳定。体内缺镁主要是因为吸收减少或排出过多，缺镁会引起神经性肌无力及抽搐。排泄不畅或抗酸剂使用过量会造成镁中毒，出现恶心、呕吐、低血压及中枢神经系统反应。 

锰（Mn)

锰是人体必需的金属元素，参与多种酶反应，尤其是与脂肪酸有关的反应。锰的肠道吸收率很低(低于5%)，但人们可以很容易地从谷物、水果、坚果和茶等食物中摄入锰。锰的每日推荐摄入量为2?5 毫克。锰用作汽油添加剂（如甲基环戊二烯三羰基锰，MMT)之后，锰盐随着汽车排放出的尾气扩散到环境中，锰的毒性开始获得越来越多的关注。锰也是钢铁中一种重要的合金元素。釆矿及钢铁生产时产生的锰尘会导致呼吸道疾病。接触锰会引发严重的神经系统疾病，该病类似于帕金森疾病，以行走困难、易兴奋、言语困难为特征。研究人员正在研究锰作为燃料添加剂时可能引起的不良效应。

硒(Se)

人们可以从虾、肉类、乳制品及谷物等食品中获取硒，硒的每日推荐摄入量为55?70微克。硒有多种形式，Se+6具有最重要的生物学意义。硒能够在肠道快速被人体吸收，并广泛地在人体各组织中分布，其中肝脏与肾脏内的砸含量最高。硒参与很多细胞功能的发挥，并与维生素E互相作用。硒似乎可以减轻镉、汞等金属的毒性，又具有抗癌性。体内硒缺乏或过量都会产生明显的有害效应。成人每日推荐摄人量大约为70微克，不可超过200微克。在土壤含硒量过高的地区中生活的人与动物会发生砸摄入过量。绝大部分的青草及谷物不会蓄积硒，但动物食用植物后会在体内蓄积硒（有时摄入量会高达 10000毫克/千克），并出现一种叫“晕倒症（特指牛马等）”的疾病。该病症状包括胃口下降、视力受损和蹒跚绕圈，最终会导致瘫痪或死亡。人群也会出现类似症状，并伴有神经性反应。缺硒还会引发心脏病、骨骼肌效应及肝损伤。 

锌(Zn)

锌在人体中扮演多种重要角色，体内缺锌会导致严重后果。每日推荐摄入量为12?15毫克。环境中的锌含量丰富，从谷物、坚果、豆 类、肉类、海产品及乳制品等食品中可以轻易获取。很多种酶需要锌元素，比如调节基因表达的蛋白质。锌对免疫系统及在神经系统运作与发育过程中起到了重要作用。胎儿与婴儿在发育阶段缺锌会导致生长异常、疾病多发、治愈不良、头发脱落以及中枢神经系统失调。另有一些研究表明，成人缺锌可能会引发神经障碍，如阿兹海默病。酗酒引发的肝损伤也与缺锌有关。很多种药物（特别是螯合剂及一些抗生素)会影响人体内锌元素的动态平衡。焊接时接触锌和其他金属会引起金属烟热症，该症以打冷颤、发热、体虚和出汗为特征。