氟元素的生物效應(yīng)

氟元素的生物效應(yīng)李慧蘭

華北煤炭醫(yī)學(xué)院藥學(xué)系二班摘要：本文通過(guò)檢索本領(lǐng)域相關(guān)資料文獻(xiàn)并經(jīng)過(guò)深入分析整理和歸納，總結(jié)氟元素生物、工業(yè)、環(huán)境作用關(guān)鍵詞：微量元素工業(yè)科技環(huán)境影響綜述氟元素是原子半徑很小，電子親和能大和電負(fù)性很大的元素，在自然界中主要以難溶化合物的形式存在，如螢石、冰晶石等，下面是氟元素的生物效應(yīng)。1、人體不可或缺的微量元素1、氟的營(yíng)養(yǎng)機(jī)制1.1氟在機(jī)體中的分布 各種動(dòng)物軟組織中氟的濃度在正常情況下較低，且不隨年齡而增加。除骨骼和牙齒外，任何組織都不具濃縮氟的作用。畜體內(nèi)95%以上的氟集中于骨骼和牙齒。正常成年放牧動(dòng)物，其全部脫脂干骨里氟的濃度是300?600mg/kg之間，牙齒的氟濃度在200?550mg/kg之間（無(wú)脂干物質(zhì)基礎(chǔ)）。由于氟不易通過(guò)胎盤和乳腺屏障，故動(dòng)物胚胎及新生幼畜的組織器官含氟量較母體低。正常牛乳中僅含1?2mg/kg氟（干物質(zhì)基礎(chǔ)）。與家畜相反，禽類若采食高氟日糧，其攝入之氟很易轉(zhuǎn)移至蛋中，尤其是蛋黃中。采食正常含氟量日糧的母雞，其蛋黃氟含量為0.8?0.9mg/kg，若補(bǔ)飼2%磷酸鹽礦石粉后，則氟可高達(dá)3mg/kg。牙齒對(duì)血漿氟濃度變化非常敏感，當(dāng)濃度達(dá)0.5mg/kg時(shí)，牙齒會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p害，尿中氟含量基本上能反映動(dòng)物的日糧氟濃度。1.2氟的代謝飼料中的氟化物很易被胃腸吸收，小腸為氟吸收的主要部位，吸收的氟都是以氟離子的形式很快地分布于整個(gè)機(jī)體內(nèi)。氟離子很易通過(guò)細(xì)胞膜，骨骼對(duì)氟的攝取主要決定于其生長(zhǎng)活性。氟的排泄途徑主要通過(guò)腎臟隨尿排出，少量在汗和糞便中排出。1.3氟的營(yíng)養(yǎng)機(jī)理氟在骨骼中的貯藏實(shí)質(zhì)上是被組合進(jìn)入羥基磷灰石的晶體中，但F-不能代替骨中的PO3-4,不過(guò)骨的氟化可使其中的碳酸鹽降低，即F-可置換骨中的CO2-3，而有利于骨骼組織的成熟，提高骨骼硬度，防止骨骼空洞。氟對(duì)牙齒的形成也有類似作用。氟磷灰石結(jié)晶能取代牙齒形成期間一些正常貯存的羥基磷灰石結(jié)晶，氟還可以使由碳水化合物產(chǎn)生的酸性細(xì)菌酶失去活性，因此能保持牙齒健康及抑制牙齒表面酶和酸細(xì)菌的代謝過(guò)程。于氟的其他功能，尤其是對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)方面的作用，最近有人用鼠進(jìn)行了飼養(yǎng)研究，飼喂含氟0.04mg/kg的飼料，發(fā)現(xiàn)添加氟可促進(jìn)鼠的生長(zhǎng)，還能降低鈣在動(dòng)物主動(dòng)脈中的沉積。2、氟與各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的關(guān)系2.1氟與水水是生命之源，任何動(dòng)物每天必需攝入一定量的水分。江河水含氟量在0.1?0.5mg/kg，地下水由于受地理環(huán)境的影響含氟量變化較大，在我國(guó)含氟低的地區(qū)為0.007?0.2mg/kg，高的地區(qū)則達(dá)32?40mg/kg，一般溫泉中含氟較高，有的高達(dá)300mg/kg。飲水中的氟一般以游離形式存在，極易被動(dòng)物吸收，其吸收率大于飼料中的氟。在實(shí)際應(yīng)用中我們應(yīng)注意高氟區(qū)的水，若不經(jīng)過(guò)脫氟措施，長(zhǎng)期攝入高氟水可引起動(dòng)物慢性中毒和氟骨癥、氟斑牙等，對(duì)氟敏感的動(dòng)物如牛則可直接誘發(fā)急性中毒。2.2氟與蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)對(duì)氟起抑制作用，但在動(dòng)物體內(nèi)到底以何種方式起抑制作用，還待進(jìn)一步研究（Parker，1979；Rao，1984；Carol，1987）。氟的增加也能影響蛋白質(zhì)在組織器官中的沉積（Kath—palia，1978）。Kahpalia（1978）等報(bào)道，家兔喂以50mg/kg體重的氟，軟組織中蛋白質(zhì)含量降低10%?46%，胃中蛋白質(zhì)降低最多，可能是因?yàn)槲甘欠钕茸饔玫陌衅鞴佟?.3氟與脂類脂類促進(jìn)氟的吸收，高氟日糧則降低脂質(zhì)的吸收（Suttie，1960）氟通過(guò)影響一些參與脂類代謝的酶的活性而影響脂類代謝，氟被確認(rèn)為脂酶、骨源性磷酸酶和酯酶等多種酶系統(tǒng)的抑制劑。4氟與維生素多年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)氟骨癥和VC缺乏癥存在相關(guān)性。孩子患氟斑牙最明顯的是VC缺乏地區(qū)。Barnes(1972)等研究證明，VC參與賴氨酸和蛋白質(zhì)合成骨膠原，而氟作用的靶組織也是膠原。VD可促進(jìn)鈣的吸收，鈣和氟在腸道內(nèi)具拮抗作用，當(dāng)過(guò)量氟結(jié)合鈣過(guò)多時(shí)，VD會(huì)促進(jìn)鈣的主動(dòng)運(yùn)輸，誘導(dǎo)小腸內(nèi)膜細(xì)胞中鈣結(jié)合蛋白的形成，從而更利于促進(jìn)氟的排出。近年來(lái)，人們通常添加VD、鈣和氟來(lái)彌補(bǔ)動(dòng)物體的礦化不完全但得出結(jié)果不一致。Aliew等(1981)多個(gè)試驗(yàn)說(shuō)明，VE的攝入能明顯防止氟對(duì)大鼠骨髓細(xì)胞染色體的破壞作用。VE缺乏癥與氟中毒的病癥，如肌肉無(wú)力。血管易脆和血膽紅素升高等癥狀一致。后兩種病在人醫(yī)中用VE已能治愈，其原因可能是VE具有保護(hù)細(xì)胞免受自由基氧化的作用，而氟離子反過(guò)來(lái)影響細(xì)胞氧化過(guò)程，促進(jìn)自由基氧化，因此VE能防止氟中毒引起的某些病癥。5氟與礦物質(zhì)氟與鈣之間具有拮抗作用。Rogler(1972)的研究表明，鈣的添加可降低血漿中和骨灰分中氟的含量，具有減緩氟中毒的作用。通常畜禽飼料中80%的氟能被吸收，如果加入鈣，氟的吸收降至50%。氟與鈣的拮抗機(jī)理主要是鈣通過(guò)影響氟的吸收來(lái)完成的。鎂能拮抗氟化物的毒性。當(dāng)飼料中鎂的含量較低時(shí)，即使氟的含量不高，也會(huì)引起氟中毒，但是加入鎂之后，即使氟的含量較高，也不會(huì)中毒。目前一般認(rèn)為，過(guò)量的氟可抑制體內(nèi)某些酶的活性，而鎂是某些酶的激活劑，添加鎂可使氟對(duì)酶的影響減弱。此外鎂與氟還具有互補(bǔ)作用。有研究表明，氟化物的投入可預(yù)防因缺鎂而產(chǎn)生的軟組織鈣化和大動(dòng)脈損傷。人們?cè)?0世紀(jì)50年代就發(fā)現(xiàn)鋁可以緩解氟中毒。Weddle的研究表明，水和食物中鋁含量較高，可干擾氟在腸道內(nèi)的吸收。Hokbs等認(rèn)為，鋁和氟強(qiáng)烈絡(luò)合，抑制氟在腸道內(nèi)吸收，降低骨骼中氟的濃度，并可減輕動(dòng)物氟中毒的病情。因此一般認(rèn)為鋁的抗氟作用在于降低消化道對(duì)氟的吸收。Elsair等(1979)研究表明，硼對(duì)急性和慢性氟中毒均有緩解作用。同濟(jì)大學(xué)(1989)發(fā)現(xiàn)，硼能減輕氟對(duì)腎功能和其結(jié)構(gòu)的損傷，促進(jìn)機(jī)體排毒。學(xué)者們認(rèn)為，硼與氟可形成毒性較低的絡(luò)合物(BF4)，不僅在胃腸道進(jìn)行該反應(yīng)，而且在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)其他部位也可能發(fā)生，從而減少氟的生物學(xué)毒性。硒能使血鈣升高，血氟排出量增加，促進(jìn)尿氟排出，胃氟含量降低。杜曉認(rèn)為飼料中添加2mg/kg硒，排氟能力最佳。王俊東等的研究說(shuō)明，硒可通過(guò)細(xì)胞膜的完整性與免疫功能來(lái)提高對(duì)氟的拮抗能力。邊建朝等(1994)報(bào)道，低硒高氟地區(qū)補(bǔ)硒后，可提高動(dòng)物機(jī)體抗氧化能力，減輕脂質(zhì)過(guò)氧化對(duì)機(jī)體的損傷，同時(shí)能抬抗其體內(nèi)的高氟。3、 氟對(duì)免疫功能的影響3.1動(dòng)物體液免疫功能的影響體液免疫為B細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答反應(yīng)。許多試驗(yàn)證明，NaF能明顯抑制小鼠和大白兔的抗體反應(yīng)。血循環(huán)中抑制抗體產(chǎn)生的氟濃度為0.788mg/L0T曉紅等發(fā)現(xiàn)，慢性氟中毒大鼠血清中抗綿羊紅細(xì)胞抗體、脾溶血空斑形成細(xì)胞均較對(duì)照組顯著降低(PV0.01)，表明慢性氟中毒大鼠合成抗體能力降低，血清抗體水平下降。立端等用小劑量氟短時(shí)間對(duì)小鼠免疫功能影響的研究發(fā)現(xiàn)，低劑量氟短時(shí)間使機(jī)體抗體水平升高，高劑量長(zhǎng)時(shí)間則使機(jī)體抗體水平下降。吳巖等認(rèn)為，氟可能通過(guò)抑制DNA和蛋白質(zhì)合成以及抑制體內(nèi)多種酶系的活性，致使B淋巴細(xì)胞發(fā)育受阻，導(dǎo)致能分泌免疫球蛋白的B淋巴細(xì)胞數(shù)量減少，漿細(xì)胞產(chǎn)生抗體過(guò)程受到抑制，從而導(dǎo)致體液免疫功能下降。2氟對(duì)細(xì)胞免疫的影響細(xì)胞免疫主要是指由T淋巴細(xì)胞及其淋巴因子介導(dǎo)的免疫應(yīng)答，以及吞噬細(xì)胞的吞噬作用等。Sein試驗(yàn)顯示，高劑量NaF(30mg/kg)組小鼠脾細(xì)胞對(duì)輔酶A誘導(dǎo)的增殖反應(yīng)顯著增強(qiáng)(PV0.05)，NaF免疫毒性以細(xì)胞免疫功能最為敏感，在NaF劑量為10mg/kg?d時(shí)，即可引起動(dòng)物外周血淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化功能下降。Dulac等(199)研究結(jié)果顯示，氟化物可使T淋巴細(xì)胞數(shù)量降低，酸性a一醋酸萘酯酶(ANAE)活性下降，損害機(jī)體細(xì)胞免疫功能。吳巖等(1995)認(rèn)為，氟對(duì)細(xì)胞免疫毒性的作用可通過(guò)以下途徑實(shí)現(xiàn)：1)通過(guò)抑制DNA和蛋白質(zhì)合成，使淋巴細(xì)胞代謝和增殖受到抑制，從而使機(jī)體淋巴細(xì)胞產(chǎn)生減少；2)氟能誘發(fā)淋巴細(xì)胞染色體發(fā)生形態(tài)上的改變，從而影響細(xì)胞正常增殖，導(dǎo)致淋巴細(xì)胞減少；3)通過(guò)氟對(duì)機(jī)體多種酶的抑制作用，使淋巴細(xì)胞免疫活性降低。3.3對(duì)細(xì)胞因子產(chǎn)生的影響 細(xì)胞因子是指由細(xì)胞分泌的、能調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的多肽。在免疫應(yīng)答中，細(xì)胞因子對(duì)細(xì)胞間的相互作用、細(xì)胞生長(zhǎng)和分化起重要調(diào)節(jié)作用。白細(xì)胞介素(InterLeukins，IL)在細(xì)胞因子的研究中占重要地位，在免疫系統(tǒng)中起重要調(diào)控作用。白細(xì)胞介素-2(IL—2)由T細(xì)胞產(chǎn)生，可促進(jìn)T細(xì)胞和B細(xì)胞的增殖和分化，加強(qiáng)T細(xì)胞抗病毒活性。IL—2在免疫缺損狀態(tài)下可增進(jìn)免疫功能，目前已被應(yīng)用于腫瘤免疫治療中。白細(xì)胞介素-6(IL—6)可作為B細(xì)胞分化因子促進(jìn)B細(xì)胞分化，產(chǎn)生抗體IgG、IgI、IgM等。丁曉紅(1995)等研究表明，慢性氟中毒大鼠脾臟細(xì)胞分泌IL—2和IL—6活性均顯著下降(PV0.01)，進(jìn)一步加重抗體免疫功能受損害的程度。二、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究上的作用元素氟的直接利用和原子能工業(yè)的發(fā)展有著密切的關(guān)系。自從發(fā)現(xiàn)U-235的原子核具有裂變性質(zhì)之后，科學(xué)家們立即研究分離U-235和U-238兩種同位素的方法，在鈾化物中UF6具有揮發(fā)性，因而可以用F2將UF4氧化成UF6,然后用氣體擴(kuò)散法將兩種鈾的同位素分離。SF6是很穩(wěn)定的材料，在高溫下也不分解，是理想的氣體絕緣材料。許多機(jī)氟新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)引人注目，由于氟元素和氟基團(tuán)導(dǎo)入分子后許多有機(jī)氟新使其電子效應(yīng)加強(qiáng)，在有機(jī)體內(nèi)的脂溶性和滲透性大大增強(qiáng)、生物活性往往有很大改進(jìn)。例如氟酰胺是優(yōu)良的殺鼠劑，氟氯氰菊酯是一種新殺螨劑、CC13F是很好的殺蟲劑。蘭索拉唑?yàn)橐恍滦鸵种莆杆岱置谒幬铮浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)是側(cè)鏈中導(dǎo)入氟元素的取代苯并咪唑化合物，使其生物利用度較奧美拉唑提高了30%以上，而對(duì)幽門螺桿菌的抑菌活性比奧美拉唑提高了4倍。CBr2F2是高效的滅火劑，聚四氟乙烯是塑料王，液態(tài)氟也是火箭、導(dǎo)彈和發(fā)射人造衛(wèi)星所用的高效燃料。3、環(huán)境的影響因氟利昂穩(wěn)定，不易燃燒也無(wú)毒，比熱相對(duì)較高，被廣泛用作冰箱和空調(diào)的冷卻劑，當(dāng)氟利昂從產(chǎn)品中釋放到大地，并上升到平流層，氟利昂被紫外線分解，生成氯原子，氯原子會(huì)催化臭氧，而臭氧量減少，使射入地表的輻射劑量增加，對(duì)地球上的生命造成極大危害，如破壞人體內(nèi)的脫氧核糖核酸，是人類患皮膚癌、白內(nèi)障和免疫系統(tǒng)疾病的危害。全氟烴和六氟化硫會(huì)引起溫室效應(yīng)。綜述：氟元素作為人體不可缺少的微量元素使人體必不可少的元素，我們?cè)谌粘Ｉ钪斜仨氉⒁夥氐牧康膯?wèn)題，少了多了均會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生有害影響，同時(shí)氟元素科學(xué)前景是相當(dāng)廣泛的，但它所造成的環(huán)境污染也不可忽略。參考文獻(xiàn)：【1】吳晴齋.微量元素與人體健康.北京:人民衛(wèi)生出版社,1989【2】張繼割，毛淑賢.人體必需微量元素與人類健康.甘肅科技,2005(3)【3】嘉義；基礎(chǔ)化學(xué)，人民衛(wèi)生出版社，2000【4】［韓］李鐘鎬著李婷婷譯；漫游諾貝爾獎(jiǎng)創(chuàng)造的世界化學(xué)之旅，：接力出版社，2004【5】劉新錦，朱亞先,高飛:無(wú)機(jī)元素化學(xué)，人民衛(wèi)生出版，2000【6】劉國(guó)艷；雞氟中毒的毒理學(xué)研究［D］;東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2000年【7】郭曉英；氟對(duì)大鼠肝臟功能和形態(tài)的影響及與氧化應(yīng)激關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究［D］;中國(guó)醫(yī)科大學(xué);2003年【8】張傳強(qiáng);抗氟復(fù)方當(dāng)歸散最佳組方的篩選及其作用機(jī)理研究［D］;內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué);2007年【9】焦有,楊占平，付慶，王留好.氟的危害及控制.生態(tài)學(xué)雜志,2000年第5期【10】張維東；氟誘發(fā)甲狀腺腫的分子病理學(xué)研究[D];甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年相似外文相似會(huì)議【11】李雨民，李玉坤，張宇光,孫元明，邱明才；氟化鈉對(duì)大鼠破骨樣細(xì)胞及其凋亡的影響[J];中國(guó)骨質(zhì)疏松雜志;2001年04期【12】王振剛.環(huán)境衛(wèi)生學(xué).北京:人民衛(wèi)生出版社,2000【13】何英華，馮志民，姚曉玲.飲水中氟含量對(duì)人體健康影響的調(diào)查報(bào)告.中國(guó)衛(wèi)生工程學(xué),2000(1)【14】鄭華，安志華.氟及其化合物的污染與人體健康.職業(yè)技術(shù)(上半月),2003【15】胡曉春，王萬(wàn)成，于維先,申玉芹.鋅硼鋇錳與氟在脫涎鼠齲病形成過(guò)程中的作用.口腔醫(yī)學(xué)研究,2004年第4期【16】何漢.氟對(duì)人胎兒的影響.中國(guó)地方病防治雜志,1989(3)【17】白云,劉鳳貞.鎂與氟相互作用的研究近況.環(huán)境與健康雜志,2001(1)【18】郄文娟，黃鴻雁，李素娟,王希軍.兩種必需微量非金屬元素的生物功能.微量元素與健康研究,2001(3)【19】曹學(xué)義.地方病學(xué)導(dǎo)論.烏魯木齊:新疆人民出版社,1987【20】曹靜祥，嚴(yán)本武,張淑蘭，方欽，孫淑莊.高硒高氟環(huán)境與人體健康關(guān)系的研究.衛(wèi)生研究,1996(5)【21】曾昭華，曾雪萍.氟、氯、漠、碘等鹵族元素與人體健康的關(guān)系.湖南地質(zhì),2002(3)【