钒的生物学作用

钒的生物学作用

铜仁市科技局主办

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一、钒的性质

钒（V）位于元素周期表第四周期第VB族。钒的原子序数为23，相对原子量为50.9414，化合价有+5、+4、+3、+2，可以阳离子状态存在，也可以阴离子状态存在，最稳定的是五价钒的化合物。

钒属于高熔点金属，熔点1900±25℃，沸点为3000℃。金属钒呈银白色，很软，可塑，可于冷状锻制成薄片并拉成丝，容易磨光和擦亮。当含有氧、氮或氢时则变得脆、硬。是电的不良导体，在室温条件下，金属钒在空气中是最稳定的，当加热至高温，易于在空气中燃烧，但致密的金属钒在300℃以下不会被氧化，高于660℃时则很快氧化。金属钒不溶于水、碱溶液、稀硫酸及盐酸，但溶于硝酸和王水，浓硫酸和氢氟酸仅在加热时才与钒发生作用。熔融的碱、碳酸钾、硝酸钾可与钒作用生成钒酸盐。钒与氧反应有从+2～+5价的各种化合物，其中最主要的是V2O5（红褐色粉末状物），在650～675℃熔化，熔化后呈红色。V2O5具有酸性，在水中溶解度很小，通常饱和的水溶液只含0.4% V2O5。钒还具有增强合金的强度，降低热膨胀系数的特点。

二、钒的用途

由于钒具有许多宝贵的理化特性和机械特性，因而被广泛地应用于现代化工业技术中，是重要的战略物资。80～85%的钒主要用于黑色冶金工业中作加制剂、作合金元素，以制备特种钢。钒已成为我国发展新钢种所不可缺少的合金元素。我国主要含钒合金钢已达139种，被广泛应用于工程机械、汽车、航空、航天、铁道、轮船、高层建筑、桥梁、输油（气）管道等制造多个领域。在化学工业方面，钒的化合物作为催化剂和裂化剂，已广泛应用于接触法硫酸制造工业、石油炼制和有机合成工业中。此外，在特种玻璃、陶瓷、纺织、橡胶、油漆、照相、电影、医药、电池等行业中也用到钒的化合物。在有色金属合金工业方面，钛工业已成为钒的第二大市场，钒钛合金应用于喷气发动机的压缩机和飞机构件，固体燃料火箭、高速中子反应堆的结构材料等方面。最引人注目的是澳大利亚新兰威尔大学Vnitech

公司开发的钒氧化还原电池专利技术，投入大规模商业生产有可能促使世界钒的需求量提高2倍甚至3倍，引发汔车用能源的革命。在医学方面，哥伦比亚大学的科学家分离出一种钒化合物，即二（malthaco）氧钒（IV），是潜在的胰岛素代用品，可治疗糖尿病。

来源：《微量元素与健康研究》2003年第06期

钒与人体健康

钒是一种微量元素 ,自从 2 0世纪 70年代起人们就把钒看作一种人体必需微量元素 ,虽然发现较晚 ,但是它的重要性越来越受到人们的关注。1 钒的生物学作用1 .1 在体内钒是参与血糖代谢、脂肪和胆固醇代谢过程中酶的辅助因子。最近十几年的研究证明钒对Ⅰ

和Ⅱ型糖尿病的治疗有效 ,可以降低患糖尿病动物的高血糖和血脂 ;增加肝糖原、肌糖原的合成和糖酵解 ;抑制肝糖的分解和糖异生。1 .2 促进骨骼和牙齿的生长和矿化。骨骼是储存钒的最主要组织 ,这可能是由于PO43 - 和VO43 - 结构相似 ,因而促进了骨中磷酸盐与钒的交换作用 ,导致骨骼中钒的沉积增加。1 .3 影响肾脏和膀胱的机能。1 .4 钒还与钠泵、肌肉收缩有关 ;调节能量水平 ,对体内某些生化反应的酶有抑制或激活的作用 ;钒与激素作用也有关联 ,有甲状腺功能 ,因此钒对治疗甲状腺机能不足可能起到一定的作用 ,刺激激素分泌和神经介质的代谢 ;影响机体的免疫力 ,一些动物试验表明钒可以预防肿瘤的发生。

2 吸收和代谢从食物吸收的钒只有 5 %～ 1 0 % ,大部分通过粪便排出体外。钒主要储存在脂肪和骨骼中 ,一般成人体内含有 1 0(本文共

来源：《微量元素与健康研究》2007年第02期作者：李青仁;王月梅;李晓波;

钒是自然界中分布较广的元素,自1830年被发现以来,便逐步引起了人们的重视。钒从1876年就进入了生命科学的研究领域。Priestley和Gamgee报道了钒酸钠对青蛙、鸽子、豚鼠、兔和猫的毒性,并在随后的研究中证实了钒的毒性主要来自于它的氧化态。经过一个多世纪的研究,1978年Cantley等人发现钒酸根对ATP(三磷酸腺苷)酶的抑制作用,引起了大家对钒酸根抑制或促进磷酸根代谢酶的作用的兴趣,从而钒被确定为人和动物的必需微量元素。其后Dubyak等人报道了钒酸根盐具有类胰岛素的作用,该工作开创了研究钒的激素样效应的新领域。上世纪80年代,人们开始用钒的化合物治疗糖尿病、贫血、结核病、神经衰弱和风湿热等疾病,钒越来越受到人们的重视[1]。1钒在人体内的分布成人体内共含钒25 mg左右,约90%贮存在脂肪组织中,其余少量分布于骨、肝、脾、胃等组织中。国际生物组织认为,人体需钒约3μg/d,食物中的微量钒被人体吸收率很低,只有5%左右。因此,成人每天需摄取钒约为60μg/d。正常成人血钒含量为40μg/d,尿钒为0.046μg/d[2]。2钒的食物来源食物中钒含量丰富的有红薯、土豆、山药---

钒在人体内含量极低，体内总量不足1mg。微量元素分析仪主要分布于内脏，尤其是肝、肾、甲状腺等部位，骨组织中含量也较高。人体对钒的正常需要量为100μg/d。钒在胃肠吸收率仅5%，其吸收部位主要在上消化道。此外环境中的钒可经皮肤和肺吸收入体中。血液中约95%的钒以离子状态(VO2＋)与转铁蛋白结合而送输，因此钒与铁在体内可相互影响。

钒对骨和牙齿正常发育及钙化有关，能增强牙对龋牙的抵抗力。钒还可以促进糖代谢，刺激钒酸盐依赖性NADPH氧化反应，增强脂蛋白脂酶活性，加快腺苷酸环化酶活化和氨基酸转化及促进红细胞生长等作用。因此钒缺乏时可出现牙齿、骨和软骨发育受阻。肝内磷脂含量少、营养不良性水肿及甲状腺代谢异常等。

钒的生物学及毒理学研究始于1876年，并在20世纪的70、80年代得到了迅速发展。研究发现，钒的化学性质是决定钒生物效应的基础。钒化合物毒性及生命效应的大小除同钒的总量有关外，更重要的是受钒的化合特性及赋存形态的影响。

金属钒的毒性很低，但其化合物对动植物体有中等毒性，且毒性随钒化合态升高而增大，五价钒的毒性最大；VO2+为生物无效，而VO3-却容易被吸收。可见，不同的化学存在形式呈现出不同的生物效应。在环境体系中，钒可以以(-1)~(+5)的氧化态存在并通常形成许多的聚合物。在组织外流体和细胞内，钒的主要形式分别为钒酸盐(VO3-, V5+)和钒氧阳离子（VO2+,V4+），钒酸盐进入细胞后，被谷胱甘肽（C10H17O6N3S）及其它物质还原成钒氧阳离子，并同蛋白质、磷酸盐、柠檬酸、乳酸等配位体结合而稳定存在。

不管是钒酸盐还是钒氧阳离子，在适量时均对动物体的生理机能起促进作用，如维持生物体的生长；维持心血管系统的正常工作；抑制胆固醇的合成；促进造血功能；影响组织中的胰岛素，促进葡萄糖的吸收、氧化和合成，呈现出类胰岛素的作用；促进蛋白酪氨酸磷酸化；促进钾的吸收；降低甘油三酯的水解作用和蛋白质的降解等。

由于近年来钒环境污染的加剧，人们对钒生物效应的研究主要还是聚焦于钒的毒理学方面。哺乳动物的肺、肝等器官对钒有明显的累积作用，如美国Alaskan鲸（Cetaceans）肝脏中钒的浓度从0.1ug/g升高到1ug/g，发生了明显的生物累积，累积浓度与动物的年龄和体形大小呈正相关关系。这个结果在老鼠的肾脏素性实验中也得到了验证。钒的累积对动物具有中~高等毒性，可引起呼吸系统、神经系统、肠胃系统、造血系统的损害及新陈代谢的改变，降低对食物的摄入、引起腹泻并使体重减轻；改变新陈代谢及生化机能；抑制繁殖能力和生长发育；降低动物的抗外界压力、毒素及致癌物的能力；甚至致死。如鼠的毒性实验表明，鼠对钒的中毒浓度为0.25 mg/L，致死浓度为6 mg/L。

在70年代早期，钒被认定为鸡和老鼠等动物不可缺少的微量元素的同时, 也引发了钒是否也是人类不可缺少的微量元素的思考。Nielsen认为钒是高等动物及人体的必需元素，但此时对高含量钒（1或2 ug/g）可能产生的影响仍然未知，所以仍然认为有关人类对钒的必需性问题没有得到解决。

研究表明，正常成年人体内含钒共约25 mg，血液钒含量甚微，约为0.00078 mol/L。钒进入人体的途径主要有两条：一是每日饮食摄入，这也是其他许多微量必须元素进入人体的主要途径。由饮食摄入的钒为10~20 ug/d[，人及动物体最多需要的钒约为20 ug/d，但

有报道称美国由饮食撮入的钒已达到10~60 ug/d。二是环境中的钒经皮肤吸收和肺吸收进入人体，这种途径在其他大多数必需元素中是较少见的。

进入人体内的钒主要是在胃、肾、肝和肺中累积，也能在脂肪和血浆类脂类中贮存。此时尽管对钒的生物化学效应和功能有重要的认识，但对钒的新陈代谢过程仍缺乏了解，并且缺少数据来说明。为此，Sabbioni等采用RNAA法对人体血液、血清和尿中钒的浓度进行了测量，认为血液、血清中钒的含量约为1 nmol/L，而尿液中钒的含量约为10 nmol/L，且钒含量的多少同性别没有关系。但同时也认为由于尚缺少适当的文献参考值，所以以上的数据仅为试验条件下的正常值。

研究同时也表明，当元素钒在人体内的累积达一定浓度时，将对人体产生毒性作用。钒可刺激眼睛、鼻、咽喉、呼吸道，导致咳嗽；与钙竞争使钙呈游离状态，易发生脱钙；钒也是一种能被全身吸收的毒物，能影响胃肠、神经系统和心脏，中毒时肾、脾、肠道出现严重的血管痉挛、胃肠蠕动亢进等症状。