本文選取的13種元素主要包括常見(jiàn)的重金屬元素。其中Pb，Hg，Cd等劇毒致癌金屬對(duì)人體危害巨大，Cr，Cu，Ni，Ba，Mn，Co幾種人體微量元素在人體內(nèi)含量過(guò)多也會(huì)影響健康。Zn，F(xiàn)e兩種元素在人體內(nèi)代謝失衡或缺乏都會(huì)造成一些危害。Al，Ti并非人體必需元素，Al對(duì)人體健康有害，而Ti則屬于人體友好金屬。

鉛

鉛(Pb)是地球上豐富的物質(zhì)之一，其顏色為明亮的銀白色，在干燥的氣氛中略帶藍(lán)色，與空氣接觸會(huì)變暗。鉛具有低的熔點(diǎn)和高的延展性，在采礦、冶煉、煉油、電池等900多個(gè)工業(yè)行業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。除工業(yè)外，鉛還用于農(nóng)業(yè)的肥料和農(nóng)藥等領(lǐng)域。
鉛的來(lái)源

按照被人類攝取的渠道可分為3類：

① 生活用品。在食品中，皮蛋、爆米花、普通含鉛質(zhì)金屬罐頭、水果皮等；經(jīng)常接觸的彩色包裝袋、油漆、含鉛化妝品、染發(fā)劑、汽油、含鉛的蠟燭；不合格的廚房用具如含鉛的陶瓷釉餐具、含鉛的金屬?gòu)N具等，當(dāng)遇到酸性食物時(shí)，它們就會(huì)有鉛析出，混入食物。

②農(nóng)作物和水產(chǎn)品。沒(méi)有處理的鉛通過(guò)被排入河流、湖泊、海洋等進(jìn)入水系，進(jìn)入土壤中。而鉛不能被生物降解，會(huì)進(jìn)入水產(chǎn)品或農(nóng)作物中，成為人們的“美食”。

③ 大氣環(huán)境。當(dāng)前處于工業(yè)高速發(fā)展時(shí)期，交通工具主要還是汽車，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了無(wú)鉛汽油，但汽車的尾氣依然是空氣中鉛的主要來(lái)源。

鉛的毒性機(jī)制

鉛是通過(guò)氧化應(yīng)激和離子機(jī)制的作用在活細(xì)胞中引起毒性?；钚约?xì)胞中的氧化應(yīng)激會(huì)使自由基和抗氧化劑之間產(chǎn)生不平衡，抗氧化劑可以使中間體所造成的損傷?？寡趸瘎┐嬖谟诩?xì)胞中，使其免受自由基(如H2O2)的影響。但在鉛的影響下，活性氧(reactive oxygen species，ROS)含量升高，從而導(dǎo)致抗氧化劑含量降低。在高濃度下，ROS可能導(dǎo)致細(xì)胞、蛋白質(zhì)、核酸、膜和脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)損傷，加速了細(xì)胞的氧化。鉛毒性的離子機(jī)制，主要是金屬鉛離子可以代替Ca2+、Mg2+、Fe2+等其他二價(jià)陽(yáng)離子和一價(jià)陽(yáng)離子(如Na+)，影響細(xì)胞的代謝，可導(dǎo)致細(xì)胞粘附，影響細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間信號(hào)傳導(dǎo)，蛋白質(zhì)折疊、成熟、凋亡、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、酶調(diào)節(jié)和神經(jīng)遞質(zhì)釋放等各種生物過(guò)程的顯著變化。鉛可以代替鈣，甚至在低摩爾濃度下影響蛋白激酶C的產(chǎn)生，從而影響神經(jīng)興奮調(diào)節(jié)和記憶儲(chǔ)存。另外，鉛在血液中和硫基具有較強(qiáng)的親和力，與硫基結(jié)合可以影響δ-氨基乙酰丙酸脫水酶的功能，催化δ-氨基乙酰丙酸(δ-ALAD)和膽色素原(PBG)的產(chǎn)生，還可以促使Zn2+(而不是Fe2+)與原卟啉結(jié)合導(dǎo)致鋅卟啉(ZPP)的產(chǎn)生，并導(dǎo)致血紅素的生成過(guò)程受阻。鉛的攝入還可以導(dǎo)致膽固醇、甘油三酯和脂蛋白含量升高，引起心血管疾病的產(chǎn)生，同時(shí)鉛還可以擾亂血管內(nèi)皮源性舒張因子的活性，降低血管的收縮性，引起高血壓。

汞

汞(Hg)在常溫下是一種閃亮的銀白色沒(méi)有味液體，加熱時(shí)會(huì)變成沒(méi)有味道的氣體。汞在自然界中主要以單質(zhì)、鹽類化合物和有機(jī)化合物3種形式存在，每一種都具有不同的毒性。汞被廣泛用于制造溫度計(jì)、氣壓計(jì)、比重計(jì)、汞弧燈、熒光燈，并可應(yīng)用于電池、金屬冶煉、牙科制劑和造紙等行業(yè)。

汞的來(lái)源

金屬汞可以通過(guò)采礦和冶煉等過(guò)程進(jìn)入空氣中，從而進(jìn)入土壤、水和人體中，還可以通過(guò)倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中的自然侵蝕、工業(yè)排放和垃圾填埋場(chǎng)等方式進(jìn)入水系，通過(guò)地表徑流進(jìn)入河流、湖泊、海洋和地下水中，從而污染魚蝦等水生物，積聚于水生物中的汞最終進(jìn)入人體，對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。自工業(yè)革命以來(lái)，汞在土壤、水和空氣中的含量已增加了3倍，工業(yè)排出的含汞廢水中，氯堿行業(yè)占前排，其次是農(nóng)藥、機(jī)械等行業(yè)。

汞的毒性機(jī)制

有機(jī)汞(如甲基汞和乙基汞)具有的親脂性，可以輕松穿過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入動(dòng)物和人體組織器官，其中甲基汞可以通過(guò)魚蝦等水生物進(jìn)入人體，而乙基汞則可通過(guò)疫苗、防腐劑等進(jìn)入人體。甲基汞會(huì)聯(lián)合并加速神經(jīng)毒素分子(天冬氨酸鹽、血清素、谷氨酸鹽)的產(chǎn)生，造成組織微管損傷、脂質(zhì)過(guò)氧化和線粒體損傷。不同于甲基汞，乙基汞能夠迅速代謝成無(wú)機(jī)汞鹽，無(wú)機(jī)汞呈不均勻的分布模式，主要集中在腎臟，可導(dǎo)致急性腎功能衰竭等腎臟疾病。

大腦是汞的主要靶器官，汞還可以損害其它任何器官，導(dǎo)致神經(jīng)、腎臟和肌肉功能障礙。汞還可以擾亂膜電位，并中斷細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，在破壞蛋白質(zhì)的第三級(jí)和第四級(jí)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并通過(guò)甲基汞與硫基的結(jié)合損害細(xì)胞功能。汞還介導(dǎo)了DNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程，可導(dǎo)致核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)消失以及細(xì)胞活性下降。此外，汞在重金屬螯合作用下，和硫醇基結(jié)合，并通過(guò)自由硫醇基，加速了汞在各種配體中的遷移速度，這可以顯著增強(qiáng)汞在基體中的毒性。

鎘

鎘(Cd)是具有銀白色光澤的金屬，具有的韌性和延展性，其在潮濕空氣中會(huì)緩慢氧化并失去金屬光澤，加熱時(shí)表面形成棕色的氧化物層，若加熱至沸點(diǎn)(767℃)以上，則會(huì)產(chǎn)生氧化鎘煙霧。鎘的毒性較大，被鎘污染的空氣和食物對(duì)人體危害嚴(yán)重，且在人體內(nèi)代謝較慢，日本因鎘中毒曾出現(xiàn)“痛痛病”。一般情況下，人體過(guò)度攝入鎘會(huì)導(dǎo)致鎘中毒。世界衛(wèi)生組織將鎘列為研究的食品污染物，癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)將鎘歸類為人類致癌物，會(huì)對(duì)人類造成嚴(yán)重的健康損害，美國(guó)毒物和疾病登記署(ATSDR)將鎘列為第7位危害人體健康的物質(zhì)，我國(guó)也將鎘列為實(shí)施排放總量控制的監(jiān)控指標(biāo)之一。

鎘的來(lái)源

鎘在主要應(yīng)用于制造鎳鎘電池、顏料、涂料、金屬合金、核燃料中子吸收器。食物、吸煙和飲水是鎘進(jìn)入人體的主要方式。植物性食品中的鎘主要來(lái)源于冶金、冶煉、陶瓷、電鍍工業(yè)及化學(xué)工業(yè)如電池、塑料添加劑、食品防腐劑、殺蟲劑、顏料等的制造過(guò)程中排出的“三廢”，含鎘的物質(zhì)通常通過(guò)廢水、廢氣排入環(huán)境中，污染水源和土壤，再通過(guò)灌溉、種植等途徑污染農(nóng)作物。除此之外，許多兒童和成人的玩具和飾品中也含有大量的鎘，兒童喜歡將玩具和飾品含在嘴里，這對(duì)兒童造成了的危害。

鎘的毒性機(jī)制

鎘可以通過(guò)影響酶的轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶和DNA-胞嘧啶甲基化來(lái)抑制基因表達(dá)，基因組穩(wěn)定性對(duì)細(xì)胞功能的正常運(yùn)行是必不可少的，特別是對(duì)于染色體復(fù)制、基因表達(dá)和蛋白質(zhì)合成極為重要。鎘可以誘導(dǎo)細(xì)胞中的活性氧，降低抗氧化酶的活性，抑制DNA系統(tǒng)，從而可能導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯、基因組不穩(wěn)定、癌癥以及細(xì)胞死亡等。鎘還可以誘導(dǎo)原癌基因(C-FOS、C-MYC、C-JUN)和一些轉(zhuǎn)化因子的過(guò)度表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞的快速增殖，并自發(fā)地使增殖的細(xì)胞產(chǎn)生DNA損傷。研究表明，長(zhǎng)期攝入低含量的鎘，還會(huì)促使女性乳腺癌細(xì)胞的增殖和擴(kuò)散，增強(qiáng)基因的過(guò)度表達(dá)和雌性受體細(xì)胞的活性，增加女性乳腺癌和其它相關(guān)的癌癥發(fā)病率。

鉻

鉻(Cr)是一種銀白色金屬，硬而脆，耐腐蝕。其存在氧化價(jià)態(tài)從+2價(jià)到+6價(jià)不等，其中+3價(jià)和+6價(jià)為常見(jiàn)。鉻是人體必需的一種微量元素，是正常生長(zhǎng)發(fā)育和調(diào)節(jié)血糖的重要元素，具有保護(hù)心血管和控制體重的功能。正常人體內(nèi)只含有6~7mg鉻，其主要分布于骨骼、皮膚、腎上腺、大腦和肌肉之中。雖然鉻是人體必需的微量元素，然而一旦攝入過(guò)量，就會(huì)對(duì)人體造成危害。鉻的毒性與其價(jià)態(tài)有關(guān)，Cr3+對(duì)人體幾乎不產(chǎn)生有害作用，但長(zhǎng)期攝入會(huì)引發(fā)累積中毒，且Cr3+在條件下可以轉(zhuǎn)化為有毒的Cr6+，Cr6+比Cr3+毒性高100倍，并且易被人體吸收、易在體內(nèi)蓄積。

鉻的來(lái)源

含鉻的金屬材料、顏料氧化劑、催化劑、鉻鋼、化肥、石油鉆井、金屬電鍍、皮革廠以及燃油、煤炭、石油燃燒排出的含鉻廢氣、廢水及廢渣等。鉻也可以通過(guò)污水和化肥進(jìn)入環(huán)境中，其中還原態(tài)的Cr3+不溶于水，而氧化態(tài)的Cr6+易溶于水，在自然界擴(kuò)散迅速，且Cr6+毒性大，是鉻污染的主要形式。皮革廠排放數(shù)種重金屬元素和化合物進(jìn)入水中，由于氧氣在環(huán)境中的充足供應(yīng)，還原價(jià)態(tài)的鉻不斷地被氧化為極易溶于水且具有極強(qiáng)毒性的氧化態(tài)形式。在鉻酸鹽的生產(chǎn)中，含鉻殘余物的廢水灌溉會(huì)對(duì)農(nóng)田造成很大程度的污染。伴隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)化的普及，鉻的殘余物、含鉻的灰塵以及含鉻廢水的灌溉，將鉻源源不斷地排入到環(huán)境中，對(duì)于土壤-植物系統(tǒng)造成了污染，從而進(jìn)入食物鏈，對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。

鉻的毒性機(jī)制

Cr3+對(duì)細(xì)胞膜的穿透力差，因此通常沒(méi)有毒性，而Cr6+可以輕易穿透細(xì)胞膜，并通過(guò)吞噬作用被吸收。Cr6+是一種強(qiáng)的氧化物質(zhì)。當(dāng)Cr6+的還原過(guò)程遠(yuǎn)離靶細(xì)胞時(shí)，被認(rèn)為是一種機(jī)制，而當(dāng)Cr6+的還原臨近靶細(xì)胞時(shí)，就會(huì)有助于活性鉻的產(chǎn)生，Cr6+生物還原劑如硫醇和抗壞血酸鹽的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生活性氧化物，如超氧化物離子、過(guò)氧化氫、羥自由基，最終引起細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，同時(shí)具有誘發(fā)基因突變和致癌的作用，因此Cr6+已經(jīng)被癌癥機(jī)構(gòu)列為人類致癌物質(zhì)類別。

鋁
鋁(Al)元素在地殼中的含量?jī)H次于氧和硅，是地殼中含量豐富的金屬元素，其在自然界通常以氧化物、氟化物、硅化物等形式存在。鋁因含量豐富且具有良好的綜合性能，廣泛應(yīng)用在航空、建筑、汽車、電力、食品包裝、餐飲制品等重要領(lǐng)域。鋁元素不僅非人體所需，而且對(duì)人體的危害十分可怕。研究表明，鋁的毒性受到環(huán)境中有機(jī)物含量和pH值的影響，由于酸雨和空氣中酸度的增加，使水和土壤中鋁的流動(dòng)性和毒性增加，可以造成森林干枯、植物中毒、農(nóng)作物減產(chǎn)甚至死亡、水生動(dòng)物的死亡以及人體和其他動(dòng)物身體功能的損傷。

鋁的來(lái)源

鋁與人們的生活息息相關(guān)，人類可以說(shuō)是生活在鋁的時(shí)代。人類主要通過(guò)攝入含鋁食品來(lái)攝入鋁元素。如含鋁的食品添加劑，常見(jiàn)的如油條、油餅中的明礬和蘇打，粉絲、涼粉中的鋁鹽。含鋁的食品添加劑如發(fā)酵粉和膨松劑常用于蒸饅頭、花卷、糕點(diǎn)、膨化食品，飲用水中通常也會(huì)用含鋁的凈水劑。另外，人類還會(huì)通過(guò)鋁鍋、鋁壺、鋁盆等鋁或鋁合金制品，在燒水、烹飪等活動(dòng)中攝入鋁元素。在醫(yī)藥領(lǐng)域，鋁被用于疫苗(乙肝疫苗、牛痘疫苗、流感疫苗等)制造、藥品(抗酸劑、止疼藥、胃潰瘍藥等)生產(chǎn)以及藥品的包裝中。人類還有可能通過(guò)呼吸攝入含有鋁的物質(zhì)，空氣中的鋁主要來(lái)源于人類活動(dòng)，如汽車尾氣、焚燒垃圾及冶金和水泥工廠排出的廢氣等，另外鋁還可以通過(guò)巖石的風(fēng)化作用進(jìn)入空氣中。

鋁的毒性機(jī)制

食物中任何形式的鋁化合物都可以溶于胃酸，被吸收轉(zhuǎn)移到人體各個(gè)部位，在人體內(nèi)，Al3+會(huì)取代Mg2+和Fe3+，擾亂許多細(xì)胞間通訊、細(xì)胞生長(zhǎng)和分泌功能。鋁可以從胎兒時(shí)期到老年整個(gè)階段積累在人腦中，并替代一些必需元素參與腦中的生化過(guò)程，這增加了腦部額外的能量載荷，促使一些腦病的產(chǎn)生。鋁較復(fù)雜的毒性機(jī)制在于其在神經(jīng)毒性產(chǎn)生中的促進(jìn)作用，其可使藍(lán)斑核、黑質(zhì)和腦部紋狀體神經(jīng)元萎縮，增加老年癡呆癥和兒童自閉癥的發(fā)病率。此外，體內(nèi)過(guò)多的鋁還會(huì)對(duì)消化系統(tǒng)、腦、肝、骨、腎、造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等產(chǎn)生不良影響，同時(shí)也會(huì)干擾孕婦體內(nèi)的酸堿平衡，使卵巢萎縮，影響胎兒生長(zhǎng)并影響機(jī)體磷、鈣的代謝等。

銅

銅(Cu)是一種呈紫紅色光澤的金屬，有很好的延展性，且具有較好的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和耐腐蝕能力，被廣泛應(yīng)用于電氣、機(jī)械制造、建筑工業(yè)等領(lǐng)域。銅是人體健康不可缺少的微量營(yíng)養(yǎng)元素，是人體中第三多的微量元素，僅次于鐵和鋅。銅還是人體酶的重要組成部分，對(duì)細(xì)胞呼吸、神經(jīng)遞質(zhì)和肽類的生成具有促進(jìn)作用，還可以通過(guò)刺激血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子、纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子和血管生成素的生成來(lái)促進(jìn)人體血管的生成。雖然銅作為人體必需的微量元素，對(duì)人體健康非常重要，但是其在人體中的含量一旦過(guò)量，就會(huì)導(dǎo)致人體組織形態(tài)和代謝的非正常變化。
銅的來(lái)源

環(huán)境中銅的自然來(lái)源主要包括大氣中塵埃、火山爆發(fā)、植被腐爛和森林火災(zāi)等自然活動(dòng)。銅還可以通過(guò)冶金熔煉、火力發(fā)電和垃圾焚燒等人為活動(dòng)進(jìn)入環(huán)境中，農(nóng)業(yè)活動(dòng)中農(nóng)藥和殺蟲劑的使用也會(huì)將一部分銅排入到土壤中。另外銅可以用于制造廚房用具、輸水管道，并可摻雜于化肥、殺菌劑、殺蟲劑、除藻劑和防污涂料中，這會(huì)很大程度上增加人體攝入銅的概率。

銅的毒性機(jī)制

試管細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)表明，銅的慢性中毒會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的氧化損傷，這些氧化損傷可以導(dǎo)致細(xì)胞神經(jīng)紊亂和銅的異常代謝。飲用銅濃度為3mg/L的水會(huì)引起胃腸道問(wèn)題，并伴有惡心、腹瀉和嘔吐癥狀。攝入過(guò)量的銅鹽，特別是硫酸銅，會(huì)導(dǎo)致肝壞死，最終可導(dǎo)致死亡。然而迄今為止，流行病學(xué)研究并沒(méi)有建立銅的攝入與癌癥之間的關(guān)系。另一個(gè)研究表明，銅在肝、腎、腦和角膜中的過(guò)度積累可導(dǎo)致威爾森病，該疾病的早期發(fā)病者是以肝臟的癥狀為主，例如倦怠、腹痛、肝腫大和黃膽，如果長(zhǎng)期發(fā)展會(huì)演變成慢性肝炎、肝硬化，甚至肝衰竭，正常人肝臟中含銅的范圍是15~55μg/g，而在威爾森病人肝臟中，它可能高達(dá)300μg/g。在西方發(fā)達(dá)地區(qū)，特別是奧地利蒂羅爾地區(qū)，曾報(bào)道了大量由銅中毒引起的肝硬化病例，當(dāng)?shù)厝讼矚g用銅制器皿喝牛奶，導(dǎo)致其自身攝入銅含量過(guò)多，改用不含銅的器皿后肝硬化的發(fā)病率急劇下降。

鎳

鎳是一種銀白色金屬，具有很好的塑性、耐蝕性和磁性，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、合金冶煉、電鍍、電池等領(lǐng)域。同時(shí)鎳也是人體必需的微量元素，正常情況下，成人體內(nèi)含鎳約10mg，血液中正常濃度為0.11μg/mL，鎳在作用和生物大分子的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上，以及新陳代謝過(guò)程中都有參與。鎳同時(shí)也是常見(jiàn)的致敏性金屬，約有20%的人對(duì)鎳離子過(guò)敏，會(huì)引發(fā)過(guò)敏性皮炎。此外，鎳還是一種強(qiáng)烈的致癌金屬，如果吸入過(guò)多鎳金屬可導(dǎo)致肺癌和鼻竇癌，人體內(nèi)攝入過(guò)多鎳也會(huì)導(dǎo)致心血管和腎臟疾病，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署已將鎳精煉廠粉塵和鎳亞硫化物列為A類人類致癌物。

鎳的來(lái)源

人類攝入鎳的主要方式是吸入。從事鎳礦開(kāi)采、含鎳合金冶煉和合金精煉的工人，在高鎳含量塵埃多的空氣中吸入大量的鎳及其化合物。吸入鎳及其化合物的類別對(duì)其毒性和致癌性影響很大，鎳的毒性和致癌性取決于鎳化合物的細(xì)胞內(nèi)溶解量和其理化特性，水溶性鎳化合物由于能夠被呼吸道快速清除，其致癌性和毒性遠(yuǎn)小于半溶性的鎳化合物(如亞硫酸鎳鹽)。除此之外，人們還可以通過(guò)不銹鋼餐具，在加熱烹飪特別是盛放酸性物質(zhì)的情況下，加大對(duì)鎳的攝取，同時(shí)人們還可以通過(guò)皮膚接觸含鎳金屬手環(huán)、耳環(huán)、手表、硬幣和兒童玩具的方式，攝入量的鎳。

鋅
鋅(Zn)是一種淺灰色的過(guò)渡金屬，能與多種有色金屬形成合金，主要用于鋼鐵、冶金、機(jī)械、電氣、化工、輕工、軍事和醫(yī)藥等領(lǐng)域。與其它有毒重金屬相比，鋅對(duì)人體的毒性相對(duì)較小，是人體必需元素之一，參與人體內(nèi)200多種酶的組成，被譽(yù)為“生命之花”。通常人體內(nèi)含有2~3g鋅，其中骨骼和肌肉含有近90%，此外其它器官如胰腺、心臟、腦、肺、皮膚、腎臟、肝臟、前列腺和胃腸道中也可測(cè)量到鋅濃度。約有1/3的人群存在不同程度的鋅缺乏，人體缺鋅會(huì)影響身體生長(zhǎng)，影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，并降低人體免疫。少量鋅攝入對(duì)生存是必需的，如果過(guò)度補(bǔ)鋅(口服225~400mg)，則會(huì)誘發(fā)惡心、嘔吐、腹痛、頭暈、貧血和嗜睡等。

鋅的來(lái)源

人體中所需的鋅來(lái)源廣泛，存在于多種食物中，但在動(dòng)植物性食物中，鋅的含量和吸收利用率差別很大，動(dòng)物性食物含鋅豐富且吸收率高，植物性食物含鋅量相對(duì)少、吸收率相對(duì)低。動(dòng)物性鋅元素主要存在于海產(chǎn)品、動(dòng)物內(nèi)臟中，而植物性鋅元素主要存在于大白菜、黃豆、白蘿卜、稻米(糙)、小麥和馬鈴薯中。此外，人們還可以通過(guò)含鋅的藥物攝入特定劑量的鋅。從事鋅礦開(kāi)采、鋅及其合金冶煉以及鋅及其合金焊接的工人會(huì)通過(guò)從空氣中吸入和皮膚接觸的方式攝入鋅。

鋅的毒性機(jī)制

鋅是人體必需的元素，且人類常常受缺鋅問(wèn)題困擾，然而一但過(guò)度補(bǔ)鋅則會(huì)對(duì)身體造成某種程度的危害。從事鋅合金冶煉及鍍鋅鋼板焊接的工人，會(huì)從空氣中吸入大量的金屬煙霧(如氧化鋅)，從而患有一種金屬煙霧熱的病，這種病的臨床表現(xiàn)為發(fā)熱、呼吸困難和咳嗽，通常在遠(yuǎn)離其工作環(huán)境后消失。在細(xì)胞水平上，鋅可以決定細(xì)胞的死亡或生長(zhǎng)，細(xì)胞內(nèi)過(guò)多或過(guò)少的鋅含量都將促使細(xì)胞凋亡，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)鋅釋放時(shí)，可以導(dǎo)致細(xì)胞神經(jīng)系統(tǒng)衰退，體內(nèi)鋅的平衡失調(diào)會(huì)導(dǎo)致阿爾茨海默病的發(fā)作。

鐵

鐵(Fe)是地球上分布廣、常用的金屬之一，是地殼中第二豐富的金屬元素。鐵同時(shí)也是所有生物體生存和成長(zhǎng)不可或缺的元素，在10多種人體必需的微量元素中，鐵無(wú)論是在重要性上還是在數(shù)量上都屬于。由于鐵易在Fe+2和Fe+3之間相互轉(zhuǎn)換，其對(duì)生物體的氧化還原過(guò)程非常重要，同時(shí)還是許多至關(guān)重要的蛋白質(zhì)和酶的輔因子，有鐵參與的反應(yīng)支持了絕大多數(shù)好氧微生物的呼吸過(guò)程。雖然地球上鐵資源豐富，然而大多數(shù)鐵的化合物并不能被人體吸收，并且人體生長(zhǎng)階段對(duì)鐵需求的猛增與補(bǔ)鐵的不及時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)缺乏鐵元素，甚至導(dǎo)致缺鐵性貧血。

鐵的來(lái)源

鐵與人類的生活息息相關(guān)，鐵及其合金被廣泛應(yīng)用于人類生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，從航空、海洋國(guó)防領(lǐng)域到建筑、裝飾、餐飲領(lǐng)域，處處可以看到鐵及其合金的使用。人類主要從食物和藥品中攝取鐵元素，動(dòng)物血、肝臟、雞胗、牛腎、大豆、黑木耳、芝麻醬、牛肉、羊肉、蛤蜊和牡蠣等食物中含有豐富的鐵，此外還可以利用鑄鐵鍋煮番茄或其它酸性食物，鍋中的鐵元素會(huì)隨著烹飪過(guò)程進(jìn)入食物。雖然很多食物中都含有鐵元素，然而我國(guó)仍然有許多人嚴(yán)重缺鐵，嚴(yán)重缺鐵的婦女和兒童必要時(shí)可以通過(guò)口服亞鐵鹽(硫酸亞鐵、葡萄糖酸亞鐵)補(bǔ)充劑量的鐵元素。

鐵的毒性機(jī)制

如下圖所示，鐵分布在人體各個(gè)組織中，并參與了各種各樣的代謝過(guò)程，包括氧運(yùn)輸、脫氧(DNA)合成和電子運(yùn)輸。鐵在人體內(nèi)的代謝平衡對(duì)人體健康至關(guān)重要，缺鐵仍然是世界上常見(jiàn)和普遍的一種營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，其往往會(huì)導(dǎo)致早產(chǎn)、認(rèn)知和精神運(yùn)動(dòng)發(fā)育缺陷、工作能力受損、生長(zhǎng)減弱、骨礦化改變和免疫反應(yīng)減弱。然而，人體攝入鐵過(guò)量會(huì)導(dǎo)致氧自由基的產(chǎn)生，從而對(duì)人體組織產(chǎn)生毒性。在鐵超載的疾病中(如遺傳性血色素沉著癥)，自由基的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致組織損傷和器官衰竭，此外，過(guò)量的游離鐵被認(rèn)為是致癌的，并且其產(chǎn)生的大量自由基可以導(dǎo)致DNA鏈斷裂，致癌基因和腫瘤基因的復(fù)制。長(zhǎng)期接觸鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)30%的石棉的工人，患“石棉肺”幾率大增。

鈷

鈷(Co)是一種具有銀灰色光澤的金屬，具有延展性和鐵磁性。鈷是人體必需的微量元素，是b12的重要組成部分，人體中大約有1~2mg的鈷，在肝臟、腎臟、心臟和脾臟中含量較多，而在血清、腦和胰腺中也發(fā)現(xiàn)了低濃度的鈷。研究發(fā)現(xiàn)，人體吸入大劑量的鈷及其化合物，會(huì)導(dǎo)致牙槽炎、哮喘、心肌炎和肺癌等病癥，癌癥研究機(jī)構(gòu)已將鈷列為2B類致癌物質(zhì)，致癌物報(bào)告也將硫化鈷和鈷鎢硬質(zhì)合金列入“合理預(yù)期為人類致癌物質(zhì)”。

鈷的來(lái)源

由于鈷具有高的熔點(diǎn)、強(qiáng)度和抗氧化性，主要用于超級(jí)耐熱合金、工具鋼、硬質(zhì)合金、磁性材料及鋰電池領(lǐng)域。此外，鈷的化合物也被用于制作催化劑、干燥劑、顏料與染料等，鈷的同位素Co60和Co58具有很強(qiáng)的放射性，因此被用于核工業(yè)中。人類主要通過(guò)吸入的方式攝取鈷，主要發(fā)生在鈷相關(guān)合金熔煉、焊接的工業(yè)場(chǎng)所。普通城市空氣中鈷含量約為1~2ng/cm3，而在重工業(yè)城市中其濃度達(dá)到10ng/cm3，在從事鈷及其合金熔煉工廠空氣中其濃度甚至高達(dá)1100μg/cm3。在核工業(yè)中，放射性的鈷顆粒會(huì)被當(dāng)作放射垃圾排放到海洋或是進(jìn)入放射垃圾填埋場(chǎng)中，工人潛在地也會(huì)吸入或攝入一部分鈷。此外，一部分含鈷合金還被用作人體臀骨和假肢的植入材料。然而近期研究表明，這些含鈷合金會(huì)造成移植者甲狀腺、心臟和神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，這些含鈷合金植入材料也有被公司召回的例子。

鈷的毒性機(jī)制

可吸入鈷及其化合物自身在水中的溶解性對(duì)其毒性和致癌性影響很大，溶解度高的金屬鈷納米顆粒可以產(chǎn)生更強(qiáng)的細(xì)胞毒性，刺激細(xì)胞氧化應(yīng)激，產(chǎn)生基因毒性。而低溶解度的鈷氧化物(CoO、Co3O4)雖然產(chǎn)生的細(xì)胞毒性較低，但其可以刺激細(xì)胞產(chǎn)生更強(qiáng)的氧化應(yīng)激，且由于其可以在肺細(xì)胞中長(zhǎng)期(數(shù)月甚至幾年)存在，因此可對(duì)肺細(xì)胞產(chǎn)生長(zhǎng)期的負(fù)面影響。此外，鈷可以抑制DNA，產(chǎn)生活性氧和氮，改變基因表達(dá)方式，促使細(xì)胞癌變。研究發(fā)現(xiàn)，由鈷引起的毒性影響還可以由父母遺傳給子女，鈷的過(guò)量攝入可以導(dǎo)致新生兒體重降低，并增加死胎的風(fēng)險(xiǎn)。

鈦

鈦(Ti)是銀灰色的過(guò)渡金屬，其特征是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐蝕性強(qiáng)、生物相容性好，廣泛應(yīng)用于航空航天、武器裝備、冶金化工、生物醫(yī)療、體育器械和生活用品等領(lǐng)域。鈦并不是人體必需的微量元素，但其本身沒(méi)有毒性，且與人體不產(chǎn)生過(guò)敏反應(yīng)，能抵抗人體分泌物的腐蝕，常用作人工關(guān)節(jié)、種植牙、血管支架和心臟瓣膜等醫(yī)療植入領(lǐng)域。此外，經(jīng)納米水溶鈦處理過(guò)的鈦及其合金植入材料可以增強(qiáng)基因表達(dá)、蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞生長(zhǎng)，并可增加骨細(xì)胞和肌肉細(xì)胞的粘附力，同時(shí)納米水溶鈦處理的醫(yī)用膠帶還具有減輕運(yùn)動(dòng)員肌腱組織運(yùn)動(dòng)疲勞的功能。雖然鈦本身對(duì)人體并沒(méi)有危害，但鈦的化合物如氧化鈦粉(鈦白粉)對(duì)人體具有危害，癌癥研究機(jī)構(gòu)已將氧化鈦列為人類2B類致癌物質(zhì)。

鈦的來(lái)源

鈦在地球上的儲(chǔ)量十分豐富，主要分布在澳大利亞、南非、加拿大、中國(guó)和印度等國(guó)，已知的鈦礦物約有140種，但工業(yè)應(yīng)用的主要是鈦鐵礦(Fe-TiO3)和金紅石(TiO2)。氧化鈦?zhàn)鳛殁伝衔锏囊环N，被廣泛應(yīng)用于涂料、化妝品和食品保藏領(lǐng)域中，且隨著納米科技的進(jìn)步，直徑微納米級(jí)別的氧化鈦粉應(yīng)用更加廣泛，然而納米氧化鈦粉被認(rèn)為與人體肺癌的發(fā)生有關(guān)。人類主要通過(guò)皮膚接觸和吸入的方式攝入鈦及氧化鈦，而吸入是鈦進(jìn)入人體的主要方式，特別是對(duì)于從事鈦及氧化鈦生產(chǎn)和制造的工人，從空氣中吸入的劑量更大。

鈦的毒性機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)，從事氧化鈦生產(chǎn)的工人患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)要高于其他人群。人類吸入氧化鈦粉(特別是納米級(jí)尺寸的粉末)后，納米氧化鈦粉可以損傷肺、肝、腎等組織器官，其中肺是納米氧化鈦攻擊的主要目標(biāo)，納米氧化鈦由于尺寸小、比表面積大等特性，可以迅速滲透進(jìn)入靶細(xì)胞中，程度上刺激了細(xì)胞的氧化應(yīng)激，并損傷細(xì)胞線粒體。然而目前關(guān)于氧化鈦對(duì)肺細(xì)胞的攻擊及致癌機(jī)制還并不清楚，而將氧化鈦列為可能致癌物質(zhì)，也得到了許多組織和機(jī)構(gòu)的反對(duì)，因此關(guān)于氧化鈦的毒性機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

鋇

鋇(Ba)是一種具有銀白色光澤的堿土金屬，在自然界中并不以單質(zhì)形式存在，而多以重晶石(硫酸鋇)的和毒重石(碳酸鋇)的形式存在于礦物中。鋇的化合物如鋇鎳合金通常被用于制造火花塞電極，也被用于真空管中的干燥和除氣元件，不溶的硫酸鋇則可被用作人體X射線檢測(cè)輔助造影劑。碳酸鋇、硝酸鋇和氯化鋇被用于制造陶瓷釉料和殺蟲劑。鋇并不是人體必需的微量元素，除硫酸鋇外幾乎所有的鋇化合物對(duì)人體都有毒性，人類通過(guò)吸入或誤食鋇鹽，產(chǎn)生急性或慢性鋇中毒癥狀。

鋇的來(lái)源

鋇在地殼中的含量為0.05%(質(zhì)量百分比)，屬于地殼中第十四豐富的元素，主要以重晶石和毒重石的形式存在。大部分飲用水中約含有0.03mg/L的鋇元素，而在一些重污染地區(qū)其含量超過(guò)了美國(guó)環(huán)境保護(hù)屬所規(guī)定的的2mg/L限定標(biāo)準(zhǔn)，一些食物如