金属元素与人体健康

金属元素与人体健康

随着时代的进步、社会的发展，人类对自身的健康问题越来越关注，其中很重要的一部分就是化学对人体健康的影响。人体是由化学元素组成的，组成人体的元素有60多种。虽然人体中含量最多的金属元素钙元素，也仅占人体体重的1.5%，但是金属元素仍对人体健康起着至关重要的作用，就像一枚硬币有两面一样，任何事物都有它的两面性，金属元素也不例外。适量摄取某些金属元素对人的生命活动不可或缺，而有的金属元素能对人的身体机理造成巨大的伤害。所以，对金属元素的利与弊的有一定的了解，对每一个来说都是必不可少的。

我们首先来看看金属元素有利的一面，在化学中，组成人体的化学元素按体内含量的高低可分为宏量元素（常量元素）和微量元素。宏量元素（常量元素）指含量占生物体总质量0.01%以上的元素。如氧、碳、氢、氮、磷、硫、氯、钾、钠、钙和镁，这些元素在人体中的含量均在0.03%至62.5%之间，这11种元素共占人体总质量的99.95%。微量元素指占生物体总质量0.01%以下的元素。如铁、硅、锌、铜、溴、锡、锰等。这些微量元素占人体总质量的0.05%左右。这些微量元素在体内的含量虽小，但在生命活动过程中的作用是十分重要的。

1宏量元素（常量元素）中的金属元素

宏量元素（常量元素）中的金属元素有钠、钾、钙、镁

（1）钠和钾的主要功能是调节体液的渗透压，电解质的平衡和酸碱平衡，通过钠-钾泵，将钾离子、葡萄糖和氨基酸输入细胞内部，维持核糖体的最大活性，以便有效地合成蛋白质。钾离子也是稳定细胞内酶结构的重要辅因子。同时，钠离子、钾离子还参与神经信息的传递。

（2）钙是骨骼、牙齿和细胞壁形成时的必要结构成分（如磷灰石、碳酸钙等），钙离子还在传送激素影响、触发肌肉收缩和神经信号、诱发血液凝结和稳定蛋白质结构中起着重要的作用。

（3）镁离子参与体内糖代谢及呼吸酶的活性，是糖代谢和呼吸不可缺少的辅因子，与乙酰辅酶A的形成有关，还与脂肪酸的代谢有关。参与蛋白质合成时起催化作用。与钾离子、钙离子、钠离子协同作用共同维持肌肉神经系统的兴奋性，维持心肌的正常结构和功能。另一个有镁参与的重要生物过程是光合作用，在此过程中含镁的叶绿素捕获光子，并利用此能量固定二氧化碳而放出氧。

2微量元素中的金属元素

其中包含铁、铜、锌、锰、钼、钴、铬、钒、锡、镍

因为铁元素关被关注的叫为广泛，所以我们来进行一个详细的介绍。

铁是人体含量的必需微量元素，人体内铁的总量越4—5克，

是血红蛋白的重要部分，人全身都需要它，这种矿物质而已存在于向肌肉供给氧气的红细胞中，还是需多酶和免疫系统化合物的成分，人体从食物中摄取所需的大部分铁，并小心控制着铁含量

人体每日适宜的摄取量

年龄每日摄入量

0—0.5岁0.3mg

0.5岁—1岁10mg

1岁—4岁12mg

4岁—7岁12mg

7岁—11岁12mg

11岁—14岁男16mg 女18mg

14岁—18岁男20mg女25mg

18岁—50岁男15mg女20mg

50岁15mg

铁的生理功能

1、铁是血红蛋白的重要部分，而血红蛋白功能是向细胞输送氧气，并将二氧化碳带出细胞。血红蛋白中4个血红素和4个球蛋白链接的结构提供一种有效机制，即能与氧结合而不被氧化，在从肺输送氧到组织的过程中起着关键作用。

2、肌红蛋白是由一个血红素和一个球蛋白链组成，仅存在于肌肉组织内，基本功能是在肌肉中转运和储存氧

3、细胞色素是一系列血红素的化合物，通过其在线粒体中的电子传导作用，对呼吸和能量代谢有非常重要的影响，如细胞a、b 和c是通过氧化磷酸化作用产生能量所必需的。

4、其它含铁酶中铁可以是非血素铁，台参与能量代谢的NAP脱氢酶和琥珀脱氢酶，也有含血红素铁的对氧代谢副产物分子起反应的氢过氧化物酶，还有多氧酶（参与三羟酸循环），磷酸烯醇丙酮酸羟激酶（糖产生通路限速酶），核苷酸还原酶（DNA合成所需的酶）。

5、铁元素催化促进β-胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成，抗体的产生，脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等。铁与免疫的关系也比较密切，有研究表明，铁可以提高机体的免疫力，增加中性白细胞和吞噬细胞的吞噬功能，同时也可使机体的抗感染能力增强。

铁的主要食物来源

丰富来源：动物血、肝脏、鸡胗、牛肾、大豆、黑木耳、芝麻酱、牛肉、

羊肉、蛤蜊和牡蛎。

良好来源：瘦肉、红糖、蛋黄、猪肾、羊肾、干果（杏干、葡萄干），啤酒酵母菌、海草、赤糖糊及麦。

一般来源：鱼、谷物、菠菜、扁豆、豌豆、芥菜叶、蚕豆、瓜子（南瓜、西葫芦等种子）

微量来源：奶制品、蔬菜各水果

此外用铸铁锅煮番茄或其它酸性食物，也可增添铁质，锅会把有益于健康的铁深入食物内。

其他的有益金属

（1）铜的主要功能与铁相似，起着载氧色素（如血蓝蛋白）和电子载体（如铜蓝蛋白）的作用。另外，铜对调节体内铁的吸收、血红蛋白的合成以及形成皮肤黑色素、影响结缔组织、弹性组织的结构和解毒作用都有关系。

（2）锌离子是许多酶的辅基或酶的击活剂。维持维生素A的正常代谢功能及对黑暗环境的适应能力，维持正常的味觉功能和食欲，维持机体的生长发育特别是对促进儿童的生长和智力发育具有重要的作用。

（3）锰是水解酶和呼吸酶的辅因子。没有含锰酶就不可能进行专一的代谢过程，如尿的形成。锰也是植物光合作用过程中光解水的反应中心。此外，锰还与骨骼的形成和维生素C的合成有关。

（4）钼是固氮酶和某些氧化还原酶的活性组分，参与氮分子的活化和黄嘌呤、硝酸盐以及亚硫酸盐的代谢。阻止致癌物亚硝胺的形成，抑制食管和肾对亚硝胺的吸收，从而防止食道癌和胃癌的发生。

（5）钴是体内重要维生素B-12的组分。维生素B-12参与体内很多重要的生化反应，主要包括脱氧核糖核酸（DNA）和血红蛋白的合成，氨基酸的代谢和甲基的转移反应等，（6）铬（III）是胰岛激素的辅因子，也是胃蛋白酶的重要组分，还经常与核糖核酸（RNA）共存。它的主要功能是调节血糖代谢，帮助维持体内所允许的正常葡萄糖含量，并和核酸脂类、胆固醇的合成以及氨基酸的利用有关。

（7）钒、锡、镍是人体有益元素，钒能降低血液中胆固醇的含量。锡可能与蛋白质的生物合成有关。镍能促进体内铁的吸收、红细胞的增长和氨基酸的合成等。

现状

根据1992年进行的全国第三次营养调查发现，钙、锌、硒等矿物质和微量元素的摄取都低于供给量标准，我国儿童佝偻病与老年人的骨质疏松症等都与钙缺乏有关。据中国儿童发展中心对22个省市1l万婴幼儿的调查，佝偻病的发病率占了32％以上，其中有些省市占50％以上；铁的摄取量虽然已占RDA 的176．5％。但多为植物性铁，吸收率只有5％，妇女及儿童

的铁缺乏与缺铁性贫血状况仍较严重。

据卫生部统计，我国每天约有15000余人死于慢性病大多数的慢性疾病都是由于营养问题所造成的。由营养问题带来的慢性疾病，并非都源于人们的食物与营养缺乏，而主要的原因是人们的营养知识不足，在日常饮食中营养过剩或营养不良不均衡而造成的，无怪乎许多学者说：“中国人最缺的不是营养，而是营养知识。”

中国人目前的营养状况

严重缺乏的营养素钙

钙是中国居民缺乏的严重程度排名第一的营养素。全国人均每天摄入量为405毫克，仅达到RDA（如果人体长期摄入某营养素不足，就会发生缺乏症的危险。当摄入量达到某一数值时，人们就没有发生缺乏症的危险。该数值称为RDA值。）要求的800毫克的49.2％。因缺钙，会有脚抽筋、盗汗、腰酸及骨质疏松等症状。

缺乏的营养素锌

全国人均每天摄入锌12.0毫克，比RDA的要求量少20％，属中国人缺乏的营养素。尤其是儿童、青少年缺锌比较严重，已影响部分儿童、青少年智力和身高的正常发育。

缺乏的营养素铁

调查食物摄入数据，中国人每天摄入铁已达到RDA要求，但据调查后分析，中国居民食用的铁，主要来自于大米、坚果、黑叶蔬菜等植物中的非原血红素铁，其利用率较低，吸收率也远远低于动物性食物中所含的铁。另外，中国人食用量最大的谷物中，含有浓度较高的植物酸，植物酸会明显抑制铁的吸收。所以，尽管摄入了一定量的铁，但真正被人体吸收的却很少

虽然金属元素有这么多益处，但也如开头所述，并不是所有的金属元素都有益，有的金属元素能对人的身体机理造成巨大的伤害，震惊世界的公害事件中就有两件是金属污染造成的，一般对人体有害的金属是重金属

重点案例1 ：水俣病

猫也会发疯，甚至跳海自杀。这是本世纪50年代初，在日本熊本县水俣湾附近的小渔村中发生的奇闻。

1953年，也是在水俣湾，有一个人起初口齿不清，面部痴呆，后来耳朵聋了，眼睛失明，全身麻木，最后精神失常，高声嚎叫而死。当时人们不知道这是什么病。直到1956年，又有96人得了同样的病，其中18人死亡。此后，以日本熊本大学为主组成的医学研究所，开展流行病学调查，并把猫死、人病的现象联系起来进行分析，最终找到了致病的根源。

原来，这是由于摄入富集在鱼类被雷中的甲基汞引起的中枢神

经性疾病。因为最早发生在日本熊本县水俣湾附近，所以称为水俣病。如果短时间内摄入甲基汞1000毫克，就可出现急性症状（如痉挛、麻痹等），并很快死亡；如果短时间内摄入500毫克以上的甲基汞，就可相继出现肢端感觉麻木、中心性视野缩小‘语言和听力障碍、运动失调等症状。

那么，甲基汞是从哪里来的呢？原来，建在水俣镇附近的一家氮肥厂，在三四十年代相机采用汞催化剂生产醋酸乙烯和氯乙烯。大龄含有甲基汞的废水废渣排到水俣湾。甲基汞进入水体以后，靠水体自净难以消除，就使鱼、贝类体内富集了甲基汞。人或猫吃了含有甲基汞的鱼、贝类，就生病死亡

据1972年日本环境厅公布，日本前后三次发生水俣病，患者计900人，受威胁的人达2万人以上，

重点案例二：痛痛病

痛痛病是首先发生在日本富山县神通川流域的一种奇病，因为病人患病后全身非常疼痛，终日喊痛不止，因而取名“痛痛病”（亦称骨痛病）。在日本富山县，当地居民同饮一条叫作神通川河的水，并用河水灌溉两岸的庄稼。后来日本三井金属矿业公司在该河上游修建了一座炼锌厂。炼锌厂排放的污水中含有大量的镉，整条河都被炼锌厂的含镉污水污染了，河水、稻米、鱼虾中富集大量的镉，然后又通过食物链，使这些镉进入人体富集下来，使当地的人们得了一种奇怪的骨痛病（又称痛痛病）。镉进入人体，使人体骨骼中的钙大量流失，使病人骨质疏松、骨骼萎缩、关节

疼痛。曾有一个患者，打了一个喷嚏，竟使全身多处发生骨折。另一患者最后全身骨折达73处，身长为此缩短了30厘米，病态十分凄惨。痛痛病在当地流行20多年，造成200多人死亡。

以上两个案例都是由于重金属污染所造成的，这样的严重后果让我们每一个人都为此痛心，然而重金属污染事件还有很多，甚至在我们身边也时常发生，对我们每一个人的身心健康造成巨大的威胁。金属对人体不利的一面一般是重金属对人体的伤害.所以对重金属进行适当了解是非常必要的。

重金属指比重大于4或5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒

重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害，例如，日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染，等公害病，都是由重金属污染引起的。

重金属在大气、水体、土壤、生物体中广泛分布，而底泥往往是重金属的储存库和最后的归宿。当环境变化时，底泥中的重金属形态将发生转化并释放造成污染。重金属不能被生物降解，但具有生物累积性，可以直接威胁高等生物包括人类，有关

专家指出，重金属对土壤的污染具有不可逆转性，已受污染土壤没有治理价值，只能调整种植品种来加以回避。因此，底泥重金属污染问题日益受到人们的重视。

重金属毒性机理

汞、铅等重金属，即使在体内含量很低，仍会出现中毒性作用。重金属进入人体有食道、呼吸道、皮肤三种途径。进入人体的重金属不再以离子的形式存在，而是与体内有机成分结合成金属络合物或金属螯合物，从而对人体产生危害，机体内蛋白质、核酸能与重金属反应,维生素、激素等微量活性物质和磷酸、糖也能与重金属反应。由于产生化学反应使上述物质丧失或改变了原来的生理化学功能而产生病变。另外重金属还可能通过与酶的非活性部位结合而改变活性部位的构象，或与起辅酶作用的金属发生置换反应，致使酶的活性减弱甚至丧失，从而表现出毒性。

下面对几种重金属的危害给予具体的列举：

镉污染对人体健康的危害

镉是人体非必需元素，在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，在正常环境状态下不会影响人体健康。镉与锌是同族元素，在自然界中镉常与锌、铅等共生。当环境受到镉污染后镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体，引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内

形成镉蛋白。选择性地蓄积于肾、肝,其中肾脏可吸收进入体内近1/3的镉，是镉中毒的“靶器官”。其它脏器如脾、胰、甲状腺和毛发等也有一定量的蓄积，镉在体内可与含羟基、氨基、硫基的蛋白质分子结合，使许多酶系统受到抑制，影响肝、肾器官中的酶系统的正常功能。由于镉损伤肾小管,患者出现糖尿、蛋白尿和氨基酸尿。特别是使骨骼的代谢受阻，造成骨质疏松、萎缩、变形等一系列症状。在镉污染地区，诊断镉中毒的要点一般是：患者尿镉、血镉的浓度高，反映人体内镉负荷高;患者有镉中毒的自觉症状及它觉症状。其主要症状为全身性疼痛，发生多发性病理骨折，从而引起骨骼变形，身躯显著萎缩。同时，也出现头痛、头晕、流涎、恶心、呕吐、呼吸受限、睡眠不安等症状；患者尿中氨基酸及低分子蛋白浓度较高，说明有肾小管性肾病。

汞污染对人体健康的危害

汞在自然或人工条件下均能以单质或汞的化合物两种形态存在，单质汞即元素汞亦称金属汞。汞的化合物又可分为无机汞化合物和有机汞化合物两大类。金属汞中毒常以汞蒸气的形式引起，由于汞蒸气具有高度的扩散性和较大的脂溶性，通过呼吸道进入肺泡，经血液循环运至全身。血液中的金属汞进入脑组织后，被氧化成汞离子，逐渐在脑组织中积累，达到一定的量就会对脑组织造成损害。另外一部分汞离子转移到肾脏。因此，慢性汞中毒临床表现主要是神经系统症状如头

痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌体震颤、运动失调等。甲基汞在人体肠道内极易被吸收并分布到全身，大部分蓄积在肝和肾中，分布于脑组织中的甲基汞约占15% ，但脑组织受损害则先于其它各组织，主要损害部位为大脑皮层、小脑和末梢神经。因此，甲基汞中毒主要是神经系统症状。其症状出现的顺序为：感觉障碍→运动失调→语言障碍→视野缩小→听力障碍。日本著名的公害病———水俣病即为甲基汞慢性中毒症。

铅污染对人体健康的危害

铅是对人体有害的元素，引起末梢神经炎，引起运动和感觉障碍。此外，铅随血流入脑组织，损害小脑和大脑皮质细胞。干扰代谢活动，使营养物质和氧气供应不足，引起脑内小毛细血管内皮细胞肿胀，进而发展成为弥漫性的脑损伤。经常接触低浓度铅的人，当血铅浓度达到60ug/mL～80ug/mL时，就会出现头痛、头晕、疲乏、记亿力减退和失眠、食欲不振、便秘、腹痛等消化系统的症状。铅含量达到一定量时可使鱼类致死，还可破坏水体自净作用。

侵入体内的铅，还随血流进脑组织，损伤小脑和大脑皮质细胞、干扰代谢活动，导致营养物质和氧气供应不足。由于能量缺乏，脑内小毛细血管内皮细胞肿胀，管腔变窄，血流淤滞，血管痉挛，造成脑贫血和脑水肿，发展成为高血压脑病。值得注意的是四乙基铅对脑组织的

毒性作用很大。在生产环境中，如空气中含有四乙基铅浓度达

100mg/m3时，人吸入1小时即可中毒。它是一种强烈的神经毒物，并且有很强的脂溶性，主要侵犯脑视丘和视丘下部，使大脑皮质的代谢过程发生紊乱，因此中毒时出现交感和副交感神经系统的明显障碍，并因大脑皮质病理性功能亢进而出现神经症状。由于四乙基铅对巯基无亲合力，因此常用的无机铅解毒剂EDTA等对烷基铅中毒并无缓解作用。目前对有机铅的中毒尚无合理的处理与治疗手段。

重金属的浓度、化学形态、人体对其选择吸收能力和浓缩能力等诸多因素都会影响到人类的身体健康，我们应加强防范措对于正确的摄取金属元素，来利用好的一面，避免坏的一面，例如不挑食、吃的东西营养比较均衡，炒菜、烧水时不用铝锅，用铁锅。自觉使用无铅汽油等。

更重要的是，什么东西都要适量，只有适量摄取才能对人有益，铁是人体重要的微元素之一，假如机体摄入的铁质不足、数次出血或者胃酸缺少，均会引起缺铁性贫血。然而铁质也并不是越多越好，假如身体内铁质太多，也会引起很多危害，甚至有发生肿瘤的危险。比如说

（1）有一些铁剂食物里含二价铁离子，当一回大量摄入后，可以使血清里铁离子浓度明显升高，如果超过血浆蛋白质的结合能力时，血液里的游离铁离子便会增多，可造成小儿心肌受损，甚至心力衰竭的可能。

（2）过多的铁被吸收之后，还会沉积在胰腺，造成胰腺功能异常，

不仅影响消化，并且还能够引起糖尿病。

1929年，斯特拉查首先报道，南非约翰内斯堡30岁以上的居民里，有81%的人体中的含铁血黄素增多，其中10%以上的人发生肝硬化，而肝硬化的病人中又有3%转变成肝癌。在美国和英国等地，同样是抽烟者，铁矿工人的肺癌发病率比非矿工要高，据研究就是铁颗粒和粉尘等协同作用的结果。在身体内铁含量太高引起的血色病患者里，早期就可以发生肝硬化，有5%至20%的硬肝化病人转变成肝癌。

另外，乙型肝炎与肝癌关系紧密，而血清铁蛋白太多，则有助于乙型肝炎病毒的复制与持续感染。

总结

中国现在的重金属污染现状实在不容乐观，有多令人痛心的例子，比如浏阳镉污染事件、四川内江铅污染事件、闹得沸沸扬扬的陕西凤翔、河南济源儿童血铅超标事件等等，特别是中国我国铅锌资源丰富，铅企众多，而国人环保意识又不高，所以重金属污染屡禁不止，采矿和冶炼为铅污染“重灾区”

所以对于对人体有益的金属我们要加强认识，恰当摄取，而对于重金属污染我们还有许多需要去注意和防范，治理重金属污染是一项长期和全面性的工作，涉及面宽，影响因素较多。目前我国对于重金属污染防治工作刚刚处于起步阶段，开展与实施需要全社会共同支持和拥护，以保护环境合理利用资源为目地，最终实现

经济发展与资源利用良性循环，经济效益和环境效益双赢。

研究小组成员：高二（18）班范子皙、萧晋良、郑皓洋、

潘沛克、甘润立、李培炎、孙强、李弘希注：有什么意见直接在文章上修改，用（例如）

所以对于对人体有益的金属我们要加强认识，恰当摄取，而对于重金属污染我们还有许多需要去注意和防范，治理重金属污染是一项长期和全面性的工作，涉及面宽，影响因素较多。目前我国对于重金属污染防治工作刚刚处于起步阶段，开展与实施需要全社会共同支持和拥护，以保护环境合理利用资源为目地，最终实现经济发展与资源利用良性循环，经济效益和环境效益双赢。

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