氟元素的生物效应

氟元素的生物效应
李慧兰 药学系二班 华北煤炭医学院 药学系二班 摘要：本文通过检索本领域相关资料文献并经过深入分析整理和归纳，总结氟元素生物、工业、 环境作用 关键词：微量元素 工业科技 环境影响 综述 氟元素是原子半径很小，电子亲和能大和电负性很大的元素，在自然界中主要以难溶化合物的 形式存在，如萤石、冰晶石等，下面是氟元素的生物效应。
一、 人体不可或缺的微量元素 1、氯的营养机制
1.1 氟在机体中的分布 各种动物软组织中氟的浓度在正常情况下较低， 且不随年龄而增加。 除骨骼和牙齿外，任何组织都不具浓缩氟的作用。畜体内 95％以上的氟集中于骨骼和牙齿。正 常成年放牧动物， 其全部脱脂干骨里氟的浓度是 300～600 mg／kg 之间， 牙齿的氟浓度在 200～ 550mg／kg 之间（无脂干物质基础）。由于氟不易通过胎盘和乳腺屏障，故动物胚胎及新生幼畜 的组织器官含氟量较母体低。正常牛乳中仅含 1～2 mg／kg 氟（干物质基础）。与家畜相反， 禽类若采食高氟日粮，其摄入之氟很易转移至蛋中，尤其是蛋黄中。采食正常含氟量日粮的母 鸡，其蛋黄氟含量为 0．8～0．9 mg／kg，若补饲 2％磷酸盐矿石粉后，则氟可高达 3 mg／kg。 牙齿对血浆氟浓度变化非常敏感，当浓度达 0．5 mg／kg 时，牙齿会出现严重损害，尿中氟含 量基本上能反映动物的日粮氟浓度。 l.2 氯的代谢 饲料中的氟化物很易被胃肠吸收，小肠为氟吸收的主要部 位，吸收的氟都是以氟离子的形式很快地分布于整个机体内。氟离子很易通过细胞膜，骨骼对 氟的摄取主要决定于其生长活性。氟的排泄途径主要通过肾脏随尿排出，少量在汗和粪便中排 出。 1.3 氟的营养机理 氟在骨骼中的贮藏实质上是被组合进入羟基磷灰石的晶体中， F-不能 但 代替骨中的 PO3-4，不过骨的氟化可使其中的碳酸盐降低，即 F-可置换骨中的 CO2-3，而有利于 骨骼组织的成熟，提高骨骼硬度，防止骨骼空洞。氟对牙齿的形成也有类似作用。氟磷灰石结 晶能取代牙齿形成期间一些正常贮存的羟基磷灰石结晶，氟还可以使由碳水化合物产生的酸性 细菌酶失去活性，因此能保持牙齿健康及抑制牙齿表面酶和酸细菌的代谢过程。 关于氟的其他功能，尤其是对动物生长方面的作用，最近有人用鼠进行了饲养研究，饲喂 含氟 0.04 mg／kg 的饲料，发现添加氟可促进鼠的生长，还能降低钙在动物主动脉中的沉积。
2、
氟与各种营养物质代谢的关系
2.1 氟与水 水是生命之源，任何动物每天必需摄入一定量的水分。江河水含氟量在 0．l～ 0．5mg／kg，地下水由于受地理环境的影响含氟量变化较大，在我国含氟低的地区为 0.007～ 0.2 mg／kg，高的地区则达 32～40 mg／kg，一般温泉中含氟较高，有的高达 300 mg／kg。饮 水中的氟一般以游离形式存在，极易被动物吸收，其吸收率大于饲料中的氟。在实际应用中我 们应注意高氟区的水，若不经过脱氟措施，长期摄入高氟水可引起动物慢性中毒和氟骨症、氟 斑牙等，对氟敏感的动物如牛则可直接诱发急性中毒。 2.2 氟与蛋白质 蛋白质对氟起抑制作用，但在动物体内到底以何种方式起抑制作用，还待进 氟与蛋白质 一步研究（Parker，1979；Rao，1984；Carol，1987）。氟的增加也能影响蛋白质在组织器官 中的沉积（Kath－palia，1978）。Kahpalia（1978)等报道，家兔喂以 50mg／kg 体重的氟，软 组织中蛋白质含量降低 10％～46 ％， 胃中蛋白质降低最多， 可能是因为胃是氟最先作用的靶器 官。 2.3 氟与脂类 脂类促进氟的吸收，高氟日粮则降低脂质的吸收（Suttie，1960）氟通过影响

一些参与脂类代谢的酶的活性而影响脂类代谢，氟被确认为脂酶、骨源性磷酸酶和酯酶等多种 酶系统的抑制剂。 2．4 氟与维生素 多年来，人们发现氟骨症和 VC 缺乏症存在相关性。孩子患氟斑牙最明显的 是 VC 缺乏地区。Barnes（1972）等研究证明，VC 参与赖氨酸和蛋白质合成骨胶原，而氟作用的 靶组织也是胶原。VD 可促进钙的吸收，钙和氟在肠道内具拮抗作用，当过量氟结合钙过多时， VD 会促进钙的主动运输，诱导小肠内膜细胞中钙结合蛋白的形成，从而更利于促进氟的排出。 近年来， 人们通常添加 VD、 钙和氟来弥补动物体的矿化不完全但得出结果不一致。 Aliew 等 （1981） 多个试验说明，VE 的摄入能明显防止氟对大鼠骨髓细胞染色体的破坏作用。VE 缺乏症与氟中毒 的病症， 如肌肉无力。 血管易脆和血胆红素升高等症状一致。 后两种病在人医中用 VE 已能治愈， 其原因可能是 VE 具有保护细胞免受自由基氧化的作用，而氟离子反过来影响细胞氧化过程，促 进自由基氧化，因此 VE 能防止氟中毒引起的某些病症。 2．5 氟与矿物质 氟与钙之间具有拮抗作用。Rogler（1972）的研究表明，钙的添加可降低血浆中和骨 灰分中氟的含量，具有减缓氟中毒的作用。通常畜禽饲料中 80％的氟能被吸收，如果加入钙， 氟的吸收降至 50％。氟与钙的拮抗机理主要是钙通过影响氟的吸收来完成的。
镁能拮抗氟化物的毒性。当饲料中镁的含量较低时，即使氟的含量不高，也会引起氟 。
中毒，但是加入镁之后，即使氟的含量较高，也不会中毒。目前一般认为，过量的氟可抑制体 内某些酶的活性，而镁是某些酶的激活剂，添加镁可使氟对酶的影响减弱。此外镁与氟还具有 互补作用。有研究表明，氟化物的投入可预防因缺镁而产生的软组织钙化和大动脉损伤。 人们在 20 世纪 50 年代就发现铝可以缓解氟中毒。Weddle 的研究表明，水和食物中铝含量 较高，可干扰氟在肠道内的吸收。Hokbs 等认为，铝和氟强烈络合，抑制氟在肠道内吸收，降低 骨骼中氟的浓度，并可减轻动物氟中毒的病情。因此一般认为铝的抗氟作用在于降低消化道对 氟的吸收。 Elsair 等 （1979） 研究表明， 硼对急性和慢性氟中毒均有缓解作用。 同济大学 （1989)发现， 硼能减轻氟对肾功能和其结构的损伤，促进机体排毒。学者们认为，硼与氟可形成毒性较低的 络合物（BF4），不仅在胃肠道进行该反应，而且在动物机体内其他部位也可能发生，从而减少 氟的生物学毒性。 硒能使血钙升高，血氟排出量增加，促进尿氟排出，胃氟含量降低。杜晓认为饲料中添加 2mg/kg 硒，排氟能力最佳。王俊东等的研究说明，硒可通过细胞膜的完整性与免疫功能来提高 对氟的拮抗能力。边建朝等（1994）报道，低硒高氟地区补硒后，可提高动物机体抗氧化能力， 减轻脂质过氧化对机体的损伤，同时能抬抗其体内的高氟。
3 、氟对免疫功能的影响
3.1 动物体液免疫功能的影响 体液免疫为 B 细胞介导的免疫应答反应。许多试验证明，NaF 能明显抑制小鼠和大白兔的抗体反应。血循环中抑制抗体产生的氟浓度为 0．788 mg／L。丁晓 红等发现，慢性氟中毒大鼠血清中抗绵羊红细胞抗体、脾溶血空斑形成细胞均较对照组显著降 低（P＜0．01），表明慢性氟中毒大鼠合成抗体能力降低，血清抗体水平下降。立端等用小剂 量氟短时间对小鼠免疫功能影响的研究发现，低剂量氟短时间使机体抗体水平升高，高剂量长 时间则使机体抗体水平下降。吴岩等认为，氟可能通过抑制 DNA 和蛋白质合成以及抑制体内多 种酶系的活性，致使 B 淋巴细胞发育受阻，导致能分泌免疫球蛋白的 B 淋巴细胞数量减少，浆 细胞产生抗体过程受到抑制，从而导致体液免疫功能下降。 3．2 氟对细胞免疫的影响 细胞免疫主要是指由 T 淋巴细胞及其淋巴因子介导的免疫应答，以 及吞噬细胞的吞噬作用等。Sein 试验显示，高剂量 NaF（30 mg/kg）组小鼠脾细胞对辅酶 A 诱 导的增殖反应显著增强（P＜0．05），NaF 免疫毒性以细胞免疫功能最为敏感，在 NaF 剂量为 10 mg／kg·d 时，即可引起动物外周血淋巴细胞转化功能下降。Dulac 等（199）研究结果显示，

氟化物可使 T 淋巴细胞数量降低，酸性 α 一醋酸萘酯酶（ANAE）活性下降，损害机体细胞免疫 功能。吴岩等（1995）认为，氟对细胞免疫毒性的作用可通过以下途径实现：1）通过抑制 DNA 和蛋白质合成，使淋巴细胞代谢和增殖受到抑制，从而使机体淋巴细胞产生减少；2）氟能诱发 淋巴细胞染色体发生形态上的改变，从而影响细胞正常增殖，导致淋巴细胞减少；3）通过氟对 机体多种酶的抑制作用，使淋巴细胞免疫活性降低。 细胞因子是指由细胞分泌的、能调节细胞功能的多肽。在免疫 3．3 对细胞因子产生的影响 应答中，细胞因子对细胞间的相互作用、细胞生长和分化起重要调节作用。白细胞介素 （InterLeukins，IL）在细胞因子的研究中占重要地位，在免疫系统中起重要调控作用。白细 胞介素-2（IL－2）由 T 细胞产生，可促进 T 细胞和 B 细胞的增殖和分化，加强 T 细胞抗病毒活 性。IL－2 在免疫缺损状态下可增进免疫功能，目前已被应用于肿瘤免疫治疗中。白细胞介素-6 （IL－6）可作为 B 细胞分化因子促进 B 细胞分化，产生抗体 IgG、IgI、IgM 等。丁晓红（1995） 等研究表明，慢性氟中毒大鼠脾脏细胞分泌 IL－2 和 IL－6 活性均显著下降（P＜0．01），进 一步加重抗体免疫功能受损害的程度。
二、工业生产、科学研究上的作用 工业生产、
元素氟的直接利用和原子能工业的发展有着密切的关系。自从发现 U-235 的原子核具有裂 变性质之后，科学家们立即研究分离 U-235 和 U-238 两种同位素的方法，在铀化物中 UF6 具有 挥发性，因而可以用 F2 将 UF4 氧化成 UF6，然后用气体扩散法将两种铀的同位素分离 。 SF6 是很稳定的材料，在高温下也不分解，是理想的气体绝缘材料。许多机氟新结构的出现 引人注目，由于氟元素和氟基团导入分子后许多有机氟新使其电子效应加强，在有机体内的脂 溶性和渗透性大大增强、生物活性往往有很大改进。例如氟酰胺是优良的杀鼠剂，氟氯氰菊酯 是一种新杀螨剂、CCl3F 是很好的杀虫剂。兰索拉唑为一新型抑制胃酸分泌药物，其结构特点 是侧链中导入氟元素的取代苯并咪唑化合物，使其生物利用度较奥美拉唑提高了 30%以上，而 对幽门螺杆菌的抑菌活性比奥美拉唑提高了 4 倍。CBr2F2 是高效的灭火剂，聚四氟乙烯是塑料 王，液态氟也是火箭、导弹和发射人造卫星所用的高效燃料。
三、
环境的影响
因氟利昂稳定，不易燃烧也无毒，比热相对较高，被广泛用作冰箱和空调的冷却剂，当氟 利昂从产品中释放到大地，并上升到平流层，氟利昂被紫外线分解，生成氯原子，氯原子会催 化臭氧，而臭氧量减少，使射入地表的辐射剂量增加，对地球上的生命造成极大危害，如破坏 人体内的脱氧核糖核酸，是人类患皮肤癌、白内障和免疫系统疾病的危害。 全氟烃和六氟化硫会引起温室效应。 综述：氟元素作为人体不可缺少的微量元素使人体必不可少的元素，我们在日常生活中必 须注意氟元素的量的问题，少了多了均会对人体产生有害影响，同时氟元素科学前景是相 当广泛的，但它所造成的环境污染也不可忽略。 参考文献： 【1】吴晴斋. 微量元素与人体健康.北京:人民卫生出版社,1989 【2】张继剀,毛淑贤.人体必需微量元素与人类健康.甘肃科技,2005(3) 【3】嘉义；基础化学，人民卫生出版社，2000 【4】 ［韩］李钟镐著李婷婷译；漫游诺贝尔奖创造的世界 化学之旅， ：接力出版社，2004 【5】刘新锦,朱亚先,高飞:无机元素化学，人民卫生出版，2000 【6】刘国艳；鸡氟中毒的毒理学研究 [D];东北农业大学;2000 年 【7】郭晓英; 氟对大鼠肝脏功能和形态的影响及与氧化应激关系的实验研究 [D];中国医科大 学;2003 年 【8】张传强;抗氟复方当归散最佳组方的筛选及其作用机理研究 [D];内蒙古农业大学;2007 年

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