本文選取的13種元素主要包括常見的重金屬元素。其中Pb，Hg，Cd等劇毒致癌金屬對人體危害巨大，Cr，Cu，Ni，Ba，Mn，Co幾種人體微量元素在人體內(nèi)含量過多也會影響健康。Zn，F(xiàn)e兩種元素在人體內(nèi)代謝失衡或缺乏都會造成一些危害。Al，Ti并非人體必需元素，Al對人體健康有害，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、含鉛的金屬廚具等，當(dāng)遇到酸性食物時，它們就會有鉛析出，混入食物。

②農(nóng)作物和水產(chǎn)品。沒有處理的鉛通過被排入河流、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)展時期，交通工具主要還是汽車，雖然已經(jīng)出現(xiàn)了無鉛汽油，但汽車的尾氣依然是空氣中鉛的主要來源。

鉛的毒性機(jī)制

鉛是通過氧化應(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。抗氧化劑存在于細(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+等其他二價陽離子和一價陽離子(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有味液體，加熱時會變成沒有味道的氣體。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)。

汞的來源

金屬汞可以通過采礦和冶煉等過程進(jìn)入空氣中，從而進(jìn)入土壤、水和人體中，還可以通過倉儲過程中的自然侵蝕、工業(yè)排放和垃圾填埋場等方式進(jìn)入水系，通過地表徑流進(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，對人體造成嚴(yán)重危害。自工業(yè)革命以來，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，可以輕松穿過細(xì)胞膜進(jìn)入動物和人體組織器官，其中甲基汞可以通過魚蝦等水生物進(jìn)入人體，而乙基汞則可通過疫苗、防腐劑等進(jìn)入人體。甲基汞會聯(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機(jī)汞鹽，無機(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)的第三級和第四級結(jié)構(gòu)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并通過甲基汞與硫基的結(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，其在潮濕空氣中會緩慢氧化并失去金屬光澤，加熱時表面形成棕色的氧化物層，若加熱至沸點(diǎn)(767℃)以上，則會產(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，人體過度攝入鎘會導(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，會對人類造成嚴(yán)重的健康損害，美國毒物和疾病登記署(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、顏料等的制造過程中排出的“三廢”，含鎘的物質(zhì)通常通過廢水、廢氣排入環(huán)境中，污染水源和土壤，再通過灌溉、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，這對兒童造成了的危害。

鎘的毒性機(jī)制

鎘可以通過影響酶的轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶和DNA-胞嘧啶甲基化來抑制基因表達(dá)，基因組穩(wěn)定性對細(xì)胞功能的正常運(yùn)行是必不可少的，特別是對于染色體復(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，長期攝入低含量的鎘，還會促使女性乳腺癌細(xì)胞的增殖和擴(kuò)散，增強(qiáng)基因的過度表達(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。其存在氧化價態(tài)從+2價到+6價不等，其中+3價和+6價為常見。鉻是人體必需的一種微量元素，是正常生長發(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，然而一旦攝入過量，就會對人體造成危害。鉻的毒性與其價態(tài)有關(guān)，Cr3+對人體幾乎不產(chǎn)生有害作用，但長期攝入會引發(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對農(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，對于土壤-植物系統(tǒng)造成了污染，從而進(jìn)入食物鏈，對人體造成嚴(yán)重危害。

鉻的毒性機(jī)制

Cr3+對細(xì)胞膜的穿透力差，因此通常沒有毒性，而Cr6+可以輕易穿透細(xì)胞膜，并通過吞噬作用被吸收。Cr6+是一種強(qiáng)的氧化物質(zhì)。當(dāng)Cr6+的還原過程遠(yuǎn)離靶細(xì)胞時，被認(rèn)為是一種機(jī)制，而當(dāng)Cr6+的還原臨近靶細(xì)胞時，就會有助于活性鉻的產(chǎn)生，Cr6+生物還原劑如硫醇和抗壞血酸鹽的反應(yīng)會產(chǎn)生活性氧化物，如超氧化物離子、過氧化氫、羥自由基，最終引起細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，同時具有誘發(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僅次于氧和硅，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、水生動物的死亡以及人體和其他動物身體功能的損傷。

鋁的來源

鋁與人們的生活息息相關(guān)，人類可以說是生活在鋁的時代。人類主要通過攝入含鋁食品來攝入鋁元素。如含鋁的食品添加劑，常見的如油條、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，飲用水中通常也會用含鋁的凈水劑。另外，人類還會通過鋁鍋、鋁壺、鋁盆等鋁或鋁合金制品，在燒水、烹飪等活動中攝入鋁元素。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。人類還有可能通過呼吸攝入含有鋁的物質(zhì)，空氣中的鋁主要來源于人類活動，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)移到人體各個部位，在人體內(nèi)，Al3+會取代Mg2+和Fe3+，擾亂許多細(xì)胞間通訊、細(xì)胞生長和分泌功能。鋁可以從胎兒時期到老年整個階段積累在人腦中，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)過多的鋁還會對消化系統(tǒng)、腦、肝、骨、腎、造血系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等產(chǎn)生不良影響，同時也會干擾孕婦體內(nèi)的酸堿平衡，使卵巢萎縮，影響胎兒生長并影響機(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，還可以通過刺激血管內(nèi)皮生長因子、纖維細(xì)胞生長因子和血管生成素的生成來促進(jìn)人體血管的生成。雖然銅作為人體必需的微量元素，對人體健康非常重要，但是其在人體中的含量一旦過量，就會導(dǎo)致人體組織形態(tài)和代謝的非正常變化。
銅的來源

環(huán)境中銅的自然來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。銅還可以通過冶金熔煉、火力發(fā)電和垃圾焚燒等人為活動進(jìn)入環(huán)境中，農(nóng)業(yè)活動中農(nóng)藥和殺蟲劑的使用也會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的水會引起胃腸道問題，并伴有惡心、腹瀉和嘔吐癥狀。攝入過量的銅鹽，特別是硫酸銅，會導(dǎo)致肝壞死，最終可導(dǎo)致死亡。然而迄今為止，流行病學(xué)研究并沒有建立銅的攝入與癌癥之間的關(guān)系。另一個研究表明，銅在肝、腎、腦和角膜中的過度積累可導(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，如果長期發(fā)展會演變成慢性肝炎、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，以及新陳代謝過程中都有參與。鎳同時也是常見的致敏性金屬，約有20%的人對鎳離子過敏，會引發(fā)過敏性皮炎。此外，鎳還是一種強(qiáng)烈的致癌金屬，如果吸入過多鎳金屬可導(dǎo)致肺癌和鼻竇癌，人體內(nèi)攝入過多鎳也會導(dǎo)致心血管和腎臟疾病，美國環(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。

鎳的來源

人類攝入鎳的主要方式是吸入。從事鎳礦開采、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，加大對鎳的攝取，同時人們還可以通過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，鋅對人體的毒性相對較小，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，人體缺鋅會影響身體生長，影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，并降低人體免疫。少量鋅攝入對生存是必需的，如果過度補(bǔ)鋅(口服225~400mg)，則會誘發(fā)惡心、嘔吐、腹痛、頭暈、貧血和嗜睡等。

鋅的來源

人體中所需的鋅來源廣泛，存在于多種食物中，但在動植物性食物中，鋅的含量和吸收利用率差別很大，動物性食物含鋅豐富且吸收率高，植物性食物含鋅量相對少、吸收率相對低。動物性鋅元素主要存在于海產(chǎn)品、動物內(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，人們還可以通過含鋅的藥物攝入特定劑量的鋅。從事鋅礦開采、鋅及其合金冶煉以及鋅及其合金焊接的工人會通過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題困擾，然而一但過度補(bǔ)鋅則會對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，細(xì)胞內(nèi)過多或過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，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。鐵同時也是所有生物體生存和成長不可或缺的元素，在10多種人體必需的微量元素中，鐵無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，其對生物體的氧化還原過程非常重要，同時還是許多至關(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，并且人體生長階段對鐵需求的猛增與補(bǔ)鐵的不及時，也會導(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)生活的各個領(lǐng)域，從航空、海洋國防領(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，鍋中的鐵元素會隨著烹飪過程進(jìn)入食物。雖然很多食物中都含有鐵元素，然而我國仍然有許多人嚴(yán)重缺鐵，嚴(yán)重缺鐵的婦女和兒童必要時可以通過口服亞鐵鹽(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，鐵分布在人體各個組織中，并參與了各種各樣的代謝過程，包括氧運(yùn)輸、脫氧(DNA)合成和電子運(yùn)輸。鐵在人體內(nèi)的代謝平衡對人體健康至關(guān)重要，缺鐵仍然是世界上常見和普遍的一種營養(yǎng)失調(diào)，其往往會導(dǎo)致早產(chǎn)、認(rèn)知和精神運(yùn)動發(fā)育缺陷、工作能力受損、生長減弱、骨礦化改變和免疫反應(yīng)減弱。然而，人體攝入鐵過量會導(dǎo)致氧自由基的產(chǎn)生，從而對人體組織產(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)生會導(dǎo)致組織損傷和器官衰竭，此外，過量的游離鐵被認(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。長期接觸鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過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)入放射垃圾填埋場中，工人潛在地也會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其毒性和致癌性影響很大，溶解度高的金屬鈷納米顆?？梢援a(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)胞中長期(數(shù)月甚至幾年)存在，因此可對肺細(xì)胞產(chǎn)生長期的負(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，鈷的過量攝入可以導(dǎo)致新生兒體重降低，并增加死胎的風(fēng)險。

鈦

鈦(Ti)是銀灰色的過渡金屬，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，但其本身沒有毒性，且與人體不產(chǎn)生過敏反應(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，并可增加骨細(xì)胞和肌肉細(xì)胞的粘附力，同時納米水溶鈦處理的醫(yī)用膠帶還具有減輕運(yùn)動員肌腱組織運(yùn)動疲勞的功能。雖然鈦本身對人體并沒有危害，但鈦的化合物如氧化鈦粉(鈦白粉)對人體具有危害，癌癥研究機(jī)構(gòu)已將氧化鈦列為人類2B類致癌物質(zhì)。

鈦的來源

鈦在地球上的儲量十分豐富，主要分布在澳大利亞、南非、加拿大、中國和印度等國，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)險要高于其他人群。人類吸入氧化鈦粉(特別是納米級尺寸的粉末)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，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人體都有毒性，人類通過吸入或誤食鋇鹽，產(chǎn)生急性或慢性鋇中毒癥狀。

鋇的來源

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)其含量超過了美國環(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