袁詩(shī)璞

【金屬毒理學(xué)知識(shí)講座】

第六講──鋅

袁詩(shī)璞

1 概述

人類在公元前500年就發(fā)現(xiàn)了鋅(Zn)，其使用已超過(guò)2 000年。古羅馬人將鋅與銅混合，以冶煉制取黃銅器。至今，鋅仍是應(yīng)用極廣的主要金屬之一。

主要的鋅礦有閃鋅礦(ZnS)、菱鋅礦(ZnCO3)、硅鋅礦(ZnSiO4)、異極礦(Zn4Si2O7(OH)2·H2O)。鋅常與鐵、鎘、鎵、鍺、鉛等共生。鉛鋅礦在我國(guó)分布很廣。鋅在地殼中的含量為0.005%。

鋅的相對(duì)密度為7.1，熔點(diǎn)419.5 °C，沸點(diǎn)907 °C。其導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性較差，常溫下性脆而延展性差，加熱到110 ～ 150 °C時(shí)延展性較好，可鍛打成板或拉成線。加熱到500 °C時(shí)可形成粒徑小于1 μm的氧化鋅煙塵微粒。

鋅的用途很廣。鋼鐵件上的鋅層由于是陽(yáng)極性鍍層，因而具有電化學(xué)防蝕作用，鍍鋅(包括電鍍、熱鍍、熱噴涂、機(jī)械鍍等)、富鋅涂層(如達(dá)克羅)廣泛用作鋼鐵件的防腐蝕保護(hù)層。電鍍鋅層較薄，對(duì)制件的幾何尺寸改變很?。粺徨冧\層厚，防蝕力強(qiáng)，是電鐵塔件、高速公路護(hù)欄、橋梁件等室外使用應(yīng)用的首選。在電鍍總量中，鍍鋅量占60%以上。

在涂裝行業(yè)中，鋅白(ZnO)、鋅鋇白(硫化鋅ZnS和硫酸鋇BaSO4的混合物)用作白色顏料，鉻酸鋅為黃色顏料。鋁件油漆要用鋅黃底漆打底，才能獲得較好的涂層附著力。

由于鋅是脫氫酶的結(jié)構(gòu)成分及各種酶系的輔助因子，因此鋅是生命必需的微量元素。

不同動(dòng)植物對(duì)鋅的最佳需求量不一致，其利與弊遵循量變–質(zhì)變規(guī)律，生命體中鋅的含量過(guò)少、過(guò)多都有害。對(duì)人體而言，鋅屬毒害性不大的重金屬。

2 缺鋅癥候

2. 1 植物缺鋅

海水和淡水中鋅的質(zhì)量濃度約為10 μg/L。熱鍍鋅鋼管內(nèi)部鍍有鋅層，自來(lái)水通過(guò)其中之后，含鋅量可達(dá)2 mg/L。地殼的平均鋅濃度為40 mg/kg，變動(dòng)范圍在10 ～ 300 mg/kg干重之間。在冶煉鋅的地區(qū)，土壤受鋅污染的情況可能加劇，土壤中鋅含量與緊鄰的對(duì)照區(qū)相比，可高50倍。

人們很早就認(rèn)為鋅是高等植物的必要元素之一。植物的根系從土壤里溶于水的鋅化合物中獲取鋅。農(nóng)作物和牧草的正常鋅水平為10 ～ 100 mg/kg。鋅濃度不足是農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)不足的共同現(xiàn)象。植物缺鋅時(shí)，生長(zhǎng)、發(fā)育受阻而緩慢，農(nóng)作物產(chǎn)量低。將適量可溶性鋅鹽作為肥料添加劑是很普遍的現(xiàn)象，可促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)。

2. 2 動(dòng)物缺鋅

小鼠喂含鋅百萬(wàn)分之0.3的食物、大鼠喂含鋅百萬(wàn)分之1.6的食物，可產(chǎn)生缺鋅癥。其特征是生長(zhǎng)停滯、脫毛、皮膚損害。哺乳小鼠如果停喂初乳，也可出現(xiàn)骨化停滯、杵狀指、趾甲畸形。小鼠喂食稍微缺鋅的食物，葡萄糖耐量曲線延遲，表明胃腸道吸收葡萄糖減慢；蛋白總量也減少，表明蛋白質(zhì)代謝障礙。這兩種改變可能與羧肽酶含鋅有關(guān)。

大多數(shù)家畜等動(dòng)物缺鋅時(shí)，都會(huì)發(fā)生皮炎、瘦弱、睪丸萎縮、惡心厭食等癥。組織學(xué)檢查可見(jiàn)食道有極度角化不全、皮膚角化過(guò)度、毛囊消失。豬對(duì)鋅的需要量較大，當(dāng)飼料中缺鋅時(shí)，產(chǎn)生所謂豬角化不全癥，高鈣可使癥狀加重。該病的特點(diǎn)是皮炎、腹瀉、嘔吐、食欲不振、體重明顯減輕。

2. 3 人體缺鋅

鋅是人體必需的元素。推薦成人每天攝入鋅15 mg，喂養(yǎng)嬰兒的母親為25 mg。

2. 3. 1 人體攝入鋅的途徑

人體主要從食物中攝入鋅，從飲水中攝入很少，從空氣攝入無(wú)意義(空氣中鋅的質(zhì)量濃度僅 0.01 ～0.84 μg/m3)。

一般來(lái)說(shuō)，富含蛋白的食物，如肉和海產(chǎn)品，特別是牡蠣，都含有較高濃度的鋅(10 ～ 50 mg/kg濕重)。而谷物、蔬菜和水果中鋅的含量低，一般低于5 mg/kg，人奶中鋅含量約為3 mg/L。

植酸存在于所有的種子中，它能與游離鋅配位而使腸吸收減少。鈣，特別是在植酸存在的情況下，可降低對(duì)鋅的吸收。依地酸(乙底酸，即乙二胺四乙酸，EDTA)是常用的食品添加劑，可增加含植酸食品中鋅的吸收和利用。

精制食品中鋅含量可能減少。

2. 3. 2 人體中鋅的生理學(xué)功能

2. 3. 2. 1 鋅與酶

鋅是很多酶的成分之一。牛紅細(xì)胞碳酸酐酶、牛胰腺羧酸肽酶、牛馬肝臟乙醇脫氫酶、豬腎堿性磷酸酶等都含有鋅。鋅的主要作用與碳酸酐酶有關(guān)，而它又是人和多數(shù)動(dòng)物的呼吸酶，廣泛分布于所有組織內(nèi)，對(duì)吸收氧氣呼出二氧化碳十分重要。鋅是其活性成分，沒(méi)有鋅，碳酸酐酶就失去活性而不能恢復(fù)。牛肝乙醇脫氫酶有氧化維生素A而減少視黃醛的作用，這可解釋為什么肝和視網(wǎng)膜中鋅的濃度較高。

2. 3. 2. 2 鋅與激素

胰島素結(jié)晶是鋅鹽。鋅是腎上腺皮質(zhì)激素的固有成分和功能成分。腎上腺皮質(zhì)激素是腎上腺皮質(zhì)所產(chǎn)生激素的總稱，為類固醇化合物。其中鹽皮質(zhì)激素(如醛固酮)具有調(diào)節(jié)體內(nèi)電解質(zhì)平衡和水的平衡的功能；而糖皮質(zhì)激素(如皮質(zhì)醇和皮質(zhì)酮)則對(duì)糖和蛋白質(zhì)的代謝有調(diào)節(jié)作用，是維持生命所必需的。

2. 3. 2. 3 鋅與卟啉

卟啉是一類多雜環(huán)化合物，其分子中的 4個(gè)氮原子易與許多金屬原子配位而形成配合物。例如，鐵血紅素與鋁葉綠素即為卟啉類物質(zhì)。盡管目前對(duì)鋅與卟啉的關(guān)系還不清楚，但醫(yī)學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，急性間歇性血卟啉患者的肝臟內(nèi)有尿卟啉鋅和糞卟啉鋅。風(fēng)濕病患者 的尿中也出現(xiàn)糞卟啉鋅。鋅可加強(qiáng)金屬酶復(fù)合物的活力。

2. 3. 3 鋅的吸收與代謝

目前對(duì)鋅的吸收機(jī)制還不太明確。人從胃腸道吸收的鋅很少。動(dòng)物試驗(yàn)表明，影響鋅吸收的因素很多。人體對(duì)鋅的吸收和排出可能發(fā)生在腸道黏膜。若鋅的吸收增加，則從糞便中的排泄也增加，似乎表現(xiàn)出動(dòng)力學(xué)平衡機(jī)制。患腎炎、肝硬化時(shí)，尿鋅排出量顯著增加(肝硬化患者24 h尿鋅排出量可超過(guò)10 mg)，而正常人從尿中排鋅很少(平均每日約0.5 mg)。

在血液中，鋅是血清、紅細(xì)胞、白細(xì)胞的固定成分。血清和血漿中鋅的正常水平約1 mg/L，但全血的鋅濃度要高5倍：紅細(xì)胞占85%，白細(xì)胞占3%，血清占12%。而白細(xì)胞的鋅含量比紅細(xì)胞多20倍。

人體吸收的鋅，總量為1.36 ～ 2.32 g。一種說(shuō)法是肝、隨意肌、骨骼含鋅較高，為60 ～ 180 μg/g，胰腺含鋅量?jī)H20 ～ 30 μg/g，眼組織(尤其是肉食動(dòng)物的脈絡(luò)膜)含鋅量最高，達(dá)500 ～ 1 000 μg/g。另一種說(shuō)法是前列腺的含鋅量最高，其次為骨和肌肉。鋅在人體內(nèi)的生物半減期很長(zhǎng)，達(dá)200 ～ 500 d。鋅在骨與肌肉中的衰減比在肝中慢。肝內(nèi)鋅與蛋白質(zhì)結(jié)合為鋅硫蛋白，它是鋅的貯存地，供給機(jī)體反應(yīng)所必需的鋅。

2. 3. 4 人體鋅缺乏癥

鋅為生命所必需，人體缺鋅必然影響正常生理功能。

有報(bào)告指，在伊朗和埃及的年青男性中，由于其主食為未發(fā)酵的全粉面包，其中大量的植酸影響了對(duì)鋅的吸收，因缺鋅而出現(xiàn)一種侏儒、肝脾腫大、性腺功能減退綜合癥。主要表現(xiàn)為生長(zhǎng)停滯、嬰兒隱性睪丸、性成熟延遲、貧血、肝脾長(zhǎng)大和色素沉著過(guò)度。補(bǔ)充鋅后，這些癥狀和體征有明顯的改善。

腸病性肌皮炎是一種家族性疾病，其特征為皮疹、胃腸紊亂和低血清鋅。若每天經(jīng)口給鋅135 mg(相當(dāng)于硫酸鋅600 mg/d)，則可治愈。

大量研究工作指出，低鋅與傷口修復(fù)不良呈正相關(guān)。還有報(bào)告指出，口服鋅后可加速靜脈性和缺血性大腿潰瘍傷口的愈合。

3 鋅過(guò)量的危害

3. 1 植物

植物對(duì)鋅的耐受能力略高于動(dòng)物。在一定的范圍內(nèi)，植物能富集土壤中的鋅，而其含量超過(guò)平均值(不同植物允許富集的量不同)。這對(duì)草食性的動(dòng)物或雜食性動(dòng)物(包括人類)而言是一把雙刃劍：當(dāng)動(dòng)物缺鋅時(shí)，食用后有補(bǔ)鋅作用；對(duì)鋅本已超量者，食用后則會(huì)加劇過(guò)量鋅所造成的危害。

當(dāng)植物從土壤中攝取的鋅量超過(guò)所能承受的限量時(shí)，植物也同樣受到危害。例如，用含鋅污水灌溉農(nóng)田，對(duì)農(nóng)作物的影響很大，特別是小麥，會(huì)出現(xiàn)出苗不齊、分蘗少、植株矮小、葉片萎黃，而造成減產(chǎn)。過(guò)量的鋅使土壤中產(chǎn)生腐殖質(zhì)的微生物作用減弱甚至將其毒害致死，導(dǎo)致土壤失去肥力與活性，對(duì)多種植物生長(zhǎng)造成危害。

我國(guó)當(dāng)年在推廣銨鹽鍍鋅時(shí)，曾鼓吹其優(yōu)點(diǎn)之一是廢水可不經(jīng)處理而直接用于灌溉。其原因是：(1)鋅是農(nóng)作物生長(zhǎng)所需元素；(2)廢水中的銨是一種化肥，可省用氮肥。然而上述說(shuō)法根本不科學(xué)。我國(guó)曾規(guī)定農(nóng)業(yè)灌溉用水中鋅的最高限值為3.0 mg/L。

3. 2 動(dòng)物

鋅對(duì)魚(yú)類與水生物的毒害性比對(duì)人和溫血?jiǎng)游锎笤S多倍。我國(guó)規(guī)定漁業(yè)養(yǎng)殖用水中鋅的最高允許濃度為0.1 mg/L，是電鍍廢水中最嚴(yán)格的排放限值1.0 mg/L的1/10。若將電鍍含鋅廢水排入魚(yú)塘，必定出事。

狗被喂食葡萄糖酸鋅4 mg/kg時(shí)(可耐受2 mg/kg)，可出現(xiàn)倦怠、腸炎、后腿輕癱，心電圖出現(xiàn)與鉀中毒相似的改變?？诜然\，對(duì)大鼠的半致死劑量LD50為350 mg/kg(小鼠相同)，豚鼠為200 mg/kg。皮下注射乳酸鋅、纈草鋅(纈草為一種植物，根莖可入藥)，劑量達(dá)57 mg/kg時(shí)，可引起震顫和癱瘓，甚至死亡。飼料中鋅的最大耐受量為0.5 ～ 1.0%，超量可抑制生殖機(jī)能，并產(chǎn)生貧血。從飲水中給小鼠喂食500 mg/L的硫酸鋅，可見(jiàn)腎上腺皮質(zhì)和胰島肥大。

給剛斷奶的豬喂超量的、含鋅1 g/kg的食物1個(gè)多月，可引起生長(zhǎng)抑制和食物攝入減少。此外，還可見(jiàn)關(guān)節(jié)炎、跛行和胃腸道炎癥。類似的慢性癥狀還可見(jiàn)于攝入高鋅食料的馬。

值得注意的是，動(dòng)物鋅中毒的表現(xiàn)與鋅缺乏癥相似。

4 鋅對(duì)人體的毒害性

4. 1 非職業(yè)性中毒

非從事鋅冶煉、鋅合金制造及直接長(zhǎng)期接觸鋅化合物的一般人員，口服小劑量鋅及其化合物，不會(huì)產(chǎn)生毒性。至今未有慢性鋅中毒事件的報(bào)道。這可能與前述人體對(duì)鋅的吸收與排泄具有動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制有關(guān)。

非職業(yè)性中毒多因口服大量可溶性鋅鹽，對(duì)消化道黏膜造成腐蝕而引起。例如，意外口服氯化鋅，因其腐蝕性強(qiáng)，出現(xiàn)胃痛和胸骨后疼痛，流涎、唇腫脹、喉頭水腫、嘔吐、劇烈腹痛、血便、脈率增快、血壓下降。嚴(yán)重者由于胃腸穿孔引起腹膜炎、休克而死亡。

過(guò)去，用鍍鋅鐵制容器(如白鐵皮)盛裝酸性飲料(如酸梅湯、檸檬汁等)，鋅在果酸作用下溶出，人食用后有發(fā)生鋅中毒的危險(xiǎn)?；颊叻眠@類飲品后，一般在十幾分鐘后出現(xiàn)急性胃腸道炎癥，如惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉，偶爾腹部絞痛，同時(shí)伴有頭暈、周身乏力，但不發(fā)熱，腹瀉后癥狀迅速消失。

4. 2 職業(yè)性中毒

職業(yè)性中毒多見(jiàn)于鋅冶煉及不當(dāng)?shù)匿\化合物使用。分析認(rèn)為，其中毒原因與鋅礦中含有多種比鋅的毒害性大得多的砷、鎘、鉛、錳等雜質(zhì)有關(guān)。如砷可在鋅溶于酸時(shí)產(chǎn)生劇毒的砷化氫(AsH3)而引起中毒。

4. 2. 1 氧化鋅微粒引起的金屬煙塵熱

金屬煙塵熱多見(jiàn)于鑄造黃銅的工人，故又稱鑄造熱，是因從呼吸道吸入金屬或其氧化物微粒引起的發(fā)熱反應(yīng)。鋅、銻、銅、鈷、鎳、鐵、鉛、鎂、錳、汞等都會(huì)引起鑄造熱。這些微粒大量吸入肺中，可直接穿透肺泡被中性分葉核粒細(xì)胞吞噬，粒細(xì)胞變性、崩解會(huì)釋放出內(nèi)生性致熱原，導(dǎo)致發(fā)熱反應(yīng)。

吸入尚未凝聚成較大顆粒的細(xì)微氧化鋅粒，工作后口中微有甜味，口渴、咽癢、食欲不振、疲乏、胸部發(fā)緊，有時(shí)干咳。3 ～ 6 h發(fā)病，先發(fā)冷、寒戰(zhàn)；1 ～ 1.5 h后寒戰(zhàn)消退，發(fā)高熱，體溫升到38 ～ 39 °C。同時(shí)伴有頭痛、耳鳴、疲乏無(wú)力、四肢肌肉酸痛，有時(shí)惡心、嘔吐、腹痛，脈搏、呼吸增快，胸部可聽(tīng)到干性羅音。發(fā)作時(shí)血糖暫時(shí)上升，白細(xì)胞可增多，淋巴細(xì)胞增多。尿中有卟啉、尿膽素。發(fā)熱持續(xù)3 ～ 6 h，少數(shù)可達(dá)12 h以上。體溫下降時(shí)大汗，癥狀逐漸消退。疲乏無(wú)力、胸悶、食欲不振往往在2 ～ 3 d后才恢復(fù)。

產(chǎn)生金屬煙塵熱的鋅量是1 mg/kg，吸入40 mg鋅即可發(fā)病，吸入80 mg后明顯發(fā)作。空氣中氧化鋅無(wú)危害的最高濃度是15 mg/m3。

表面處理作業(yè)中，使用氧化鋅細(xì)粉、熱鍍鋅、磨拋光作業(yè)，尤應(yīng)防止金屬煙塵熱。多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)拋光不設(shè)抽風(fēng)，這是危險(xiǎn)的。金屬煙塵熱是可自愈并在一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生免疫能力，但肺塵埃沉著癥(塵肺)是一種職業(yè)病。

4. 2. 2 氯化鋅中毒

氯化鋅對(duì)皮膚有刺激作用，接觸后出現(xiàn)潮紅、瘙癢、丘疹、毛囊炎、皮炎，濃度較高時(shí)對(duì)皮膚有腐蝕作用。接觸時(shí)發(fā)生化學(xué)性燒傷，病損組織發(fā)白、充血、中心結(jié)痂，有時(shí)疼痛劇烈。

從呼吸道吸入高濃度氯化鋅煙霧有強(qiáng)烈的毒性，甚至可以致死。軍用煙霧彈所發(fā)之煙霧，主要由細(xì)微的氯化鋅微粒和二氧化碳所組成。E. H. Evans曾報(bào)道，1945年馬爾他發(fā)生過(guò)一次生產(chǎn)煙霧發(fā)生器事故造成嚴(yán)重氯化鋅中毒的事件：70名接觸煙霧的人都感覺(jué)呼吸困難，胸部有緊壓感，胸骨后痛、上腹痛。大多數(shù)人咳嗽、咯痰、血痰，在第一周末痰中帶脫落的呼吸道粘膜。其中10人死亡：一名在發(fā)生事故后幾分鐘內(nèi)死亡；另外幾人在中毒后幾天內(nèi)死亡。檢查發(fā)現(xiàn)有支氣管炎。26名工人表現(xiàn)出嚴(yán)重的呼吸道炎癥。有2例喉、氣管內(nèi)膜壞死和水腫性支氣管炎。有 1例在事故性接觸氯化鋅煙后18 d出現(xiàn)肺纖維化。推測(cè)ZnCl2毒性較高的原因是形成了鹽酸。

4. 2. 3 其他

與CuSO4·5H2O類似，ZnSO4·7H2O或ZnSO4·10H2O具有收斂性與殺菌作用，口服后會(huì)發(fā)生嘔吐而被用作醫(yī)用催吐劑。鋅的催吐劑量為225 ～ 450 mg，相當(dāng)于硫酸鹽1 ～ 2 g。

有一例急性鋅中毒的報(bào)告：因處方錯(cuò)誤，72歲病者在60 h內(nèi)從鎖骨下導(dǎo)管接受了硫酸鋅，總量達(dá)7.4 g鋅。病人在47 d后死亡。中毒癥狀為非特異性嘔吐、腹瀉，后期出現(xiàn)黃疸和少尿，可見(jiàn)顯著的腎小管壞死，肺胞細(xì)胞的玻璃樣變和肝臟的毒性變化。

有人報(bào)告了1例男孩因誤服12 g金屬鋅，出現(xiàn)頭痛和昏睡，血液檢查發(fā)現(xiàn)血清淀粉酶增高。這說(shuō)明鋅對(duì)胰腺有一定的影響。

另外，金屬鋅以大比表面積與空氣接觸時(shí)，可發(fā)生自燃現(xiàn)象。例如，滾鍍鋅塑料滾筒上因鋅粗糙沉積，干燥后會(huì)發(fā)生自燃。鋅粉過(guò)快加入鍍液中，可能出現(xiàn)爆發(fā)現(xiàn)象。

至今未見(jiàn)鋅對(duì)人體會(huì)否具有致癌與致畸效應(yīng)的報(bào)道。

[ 編輯：溫靖邦 ]