文章來自“科學大院”公眾號
作者：望羲
《紅樓夢》中尤二姐吞金自盡、《甄嬛傳》裡孟靜嫻被鶴頂紅毒殺、帕特森一個人對抗整個美國鉛工業、日本的水俁病……這些古今中外的事兒看似無關，其實元凶都是一種毒藥：重金屬。
金屬大都挺重，連常溫下唯一液態的汞（Hg）都特別重。既然如此，為啥還要多此一舉分出來“重金屬”，難道還有輕金屬？
重金屬原義是指比重大於5的金屬，天然金屬大多滿足這個條件。然而在元素分類的時候，對特定性質的金屬進行了細分，比如把鐵錳鉻釩鈦命名為黑色金屬，把金銀和鉑族命名為貴金屬，凡此種種，最後剩下10個成為工業上俗稱的重金屬：銅、鉛、鋅、錫、鎳、鈷、銻、汞、鎘和鉍。這麽看起來，“重金屬”本身也是個不太明確的泛類稱呼。
常見的幾個重金屬：鉻，砷，鎘，汞（圖片來源：wiki）
其實，重金屬元素裡面，有很多人體必須的微量元素，比如鐵參與氧的運輸、交換及組織呼吸；銅與鐵相互作用形成膠原蛋白，增強血管彈性；鎳促進鐵的吸收，刺激造血；鋅是70多種酶代謝的必需物質……也有很多藥物中含有重金屬，比如相對冷門的鉍（Bi，Bismuth），做成枸櫞酸鉍鉀可以治療胃潰瘍、胃炎等。
但凡事有度，過猶不及。水喝多了都會水中毒，更何況重金屬。再說本來這也都是微量元素，如果攝入過多，那人可就扛不住了。大部分重金屬中毒都有累積性，即使低劑量攝入，也會導致慢性重金屬中毒。今天咱就聊聊幾個著名的重金屬“毒藥”。
“吞金自殺” 其實吞的未必是金？
金的晶體（圖片來源：wiki）
“吞金自殺”，是很多民間和歷史記載中，一類重金屬中毒致死的方式。《紅樓夢》中的尤二姐就是由於無法忍受婚姻的失敗，吞下金塊自盡；還有甲午戰爭清軍將領戴宗騫，也是兵敗後吞金自殺。可我們都知道黃金是非常穩定的金屬單質，輕易不發生反應，也不會被胃酸溶解。少量黃金理應不會致人死亡，要不然怎麽還有不少金箔酒在賣呢？
金箔酒讓人沉醉的不止是瓊漿玉液，而是精神上的尊貴感 （圖片來源：http://finance.sina.com.cn）
金箔冰淇淋，黃金的味道是啥樣的？（圖片來源：https://www.japankuru.com）
難道吞金自殺都系訛傳？這也未必。
首先，咱得先搞清楚吞的是什麽。“金”在古代不一定指黃金，很多時候也指銅，因為在當時低端的冶煉技術下，這倆長得實在太像。如果吞的是銅，再加上裡面有其他離子化合物，那就很容易導致急性重金屬中毒死亡了。
即便吞的是黃金，也未必就一定沒事。《本草綱目》中記載：“毒金即生金，出交廣山石內，赤而有大毒，殺人，煉十餘次，毒乃已。”要知道，古代冶煉技術不發達，黃金的純度並不那麽高，裡面也很可能有其他致人死亡的金屬。
四庫全書本《本草綱目》（圖片來源：wiki）
退一萬步說，一塊純度極高的黃金，一樣能成功讓人上西天——只要足夠大——不過死因多半是“墜死”。黃金質地堅硬，吞下後會造成腸胃堵塞，萬一再劃破消化道，引起出血，那基本是妥妥沒救了。
吞金自殺的可能原因，就解釋到這裡。其實，還有一個最重要的問題，筆者至今沒找到答案：既然有大把黃金，還幹嘛去死啊？！
（圖片來源：pixabay）
原來鶴頂紅竟然是它！
嚴格意義上來說，砷並不是金屬。然而多數時候我們提到重金屬中毒，還是會把砷中毒也包括在內（比如維基就是如此：https://en.wikipedia.org/wiki/Heavy_metal）。日本著名的水俁病事件中，最早也有人懷疑過是否為砷中毒。
砷（圖片來源：wiki）
砷進入人類文明史非常早。在青銅器時代，砷已用來跟銅一起製作合金白銅。而雄黃（AsS）和雌黃（As2S3）則早早引起東西方煉金術士的注意。雄黃是一種硫化物類礦物，其主要成分是硫化砷。雄黃還是中藥裡一味重要的藥材，常用於蛇蟲咬傷，蟲積腹痛等，大概因為蛇不喜歡這玩意，所以一杯雄黃酒才讓白娘子現了原形吧。
雄黃（圖片來源：wiki）
有雄黃就有雌黃。雌黃也是一味中藥……和塗改劑。有個成語叫“信口雌黃”，古代常用雌黃來修改錯字，其實就是當塗改液一樣蓋住墨跡，於是“信口雌黃”也就用來形容一個人胡說八道，妄加評論。
雌黃（圖片來源：wiki）
雄黃和雌黃在空氣中加熱氧化，揮發而出白煙冷凝下來就是出鏡率超高的毒藥——砒霜（As2O3）。小說裡常常出現的“鶴頂紅”，就是因純度不夠而含有雄黃和雌黃的砒霜，毒死武大郎的也是砒霜。
“心形”砒霜，最為致命啊~（圖片來源：wiki）
砷的毒性主要來自兩個方面。砷跟磷是同族的鄰居，性質相似，所以會在很多生理生化反應中替代磷的位置，比如佔據ATP中的磷，導致高能化學鍵斷裂。天然礦物中砷都是跟硫結合，說明兩者成鍵穩定。在人體的蛋白中，有很多含硫的巰基（SH）和二硫鍵（SS）鍵，砷也能與其結合，破壞相對應的酶促反應。
ATP（圖片來源：wiki）
離開劑量談毒性就是耍流氓。砒霜可作為這個觀點的絕佳例子，因為砒霜不僅是毒，還是藥。最近，砒霜作為藥物來治療急性早幼粒細胞白血病（APL）已成為主流療法。中科院院士、原衛生部部長陳竺團隊開展的研究，利用全反式維甲酸和砒霜對APL進行靶向治療，使得這一疾病的五年無病生存率躍升至90%以上，達到基本“治愈”的標準。
它曾經是對人類健康危害最大的重金屬
鉛的熔點很低，只有327℃，加之分布廣，易提取，延展性又特別好，易於加工，所以很早就被人類利用了。
鉛（圖片來源：wiki）
但對於鉛毒性的完整認識，也就是最近一個世紀的事情。說起來很恐怖，在一百年前，罐頭、顏料、牙膏皮、化妝品中都含有大量的鉛。
18世紀的法國，幾乎所有貴族女性都化妝。最常用的粉底通常是含鉛的，有時也會是鉍與醋的混合物。因此有不少女性會鉛中毒。（ 圖片來源：wiki）
在上個世紀，鉛一度是對人類健康威脅最大的重金屬——罪魁禍首居然是汽車的普及。當時的汽油中普遍添加一種防爆劑四乙基鉛，這種略帶水果香甜味的具有高揮發性的液體金屬有機化合物，成為最臭名昭著的鉛汙染源，毒害了幾代人。
四乙基鉛（圖片來源：wiki）
美國地球科學家帕特森（Clair Cameron Patterson）幾乎是孤身一人與手握大量資源的石油和汽車大亨抗爭。直到80年代，鉛才在消費品中被禁止使用，逐漸退出歷史舞台。到帕特森逝世的1995年，人們已經普遍意識到鉛的危害，帕特森堅持的真理，成為學界和公眾的共識。
Clair Cameron Patterson（圖片來源：十五言）
咱們的老祖宗，特別喜歡鉛。除了用氧化鉛美白之外，還拿鉛來煉丹。比如道教張三豐祖師在《參禪歌》中寫到：有人識得真鉛汞，便是長生不老仙。
李連傑飾演的張三豐（圖片來源：《太極張三豐》劇照）
高純度的鉛（真鉛）是銀白色的固體，比重為11.3，非常大；汞是銀白色的液體，比重13.6，比鉛大，能浮起鉛，剛好符合下陰上陽，所以古代方士把這兩樣金屬看作陰陽的代表：鉛為命，是天地之間的靈氣；汞為性，是人本身的元神，鉛汞結合成丹，就是靈氣與元神的結合，服用後自然得到飛升——當然誰相信，誰就死得早。
那麽，鉛到底是怎麽破壞人體健康的呢？
鉛在人體中造成損害的第一個襲擊目標是人體內功能各異的蛋白酶，基本上只要你能想得到的跟酶有關的生化反應，鉛都能插一杠子搞破壞。而這些反應，正是人每天生理活動、新陳代謝的基礎。
蛋白酶中存在很多活性位點，這些活性位點經常與過渡金屬結合，共同完成必要的生化反應。活性位點有大量巰基，鉛與硫原子的結合能力很強，會佔據這些活性位點。而鉛自身的反應性質差，佔據後無法完成原來的生化反應，鉛中毒的全身毒性就是這麽來的。這大概也是為什麽所有地球生命在進化中，都沒有選擇鉛來幫助蛋白酶完成生化反應的原因。
鉛的全身毒性（圖片來源：wiki）
除了酶之外，鉛對神經細胞還具有額外的毒性。鉛能通過鈣離子泵穿過血腦屏障，直接進入腦部。由於原子半徑跟鎂離子接近，鉛直接代替鎂離子與NMDA（N-methyl-D-aspartic acid receptor，N-甲基-D-天冬氨酸受體）受體結合，將其毒化。
NMDA受體，是細胞膜上一類特殊的雙控門離子通道，能讓鈣離子進入細胞，把鉀離子排出細胞。有著特殊能力的NMDA受體可以調節神經元的存活，調節神經元的樹突、軸突結構發育及參與突觸可塑性的形成等，而且對神經元回路的形成亦起著關鍵的作用。尤其對於大腦處於發育期的兒童，鉛的毒害更大。
NMDA受體作用機理（圖片來源：wiki）
因為認識到鉛對人體廣泛的毒性，所以人類在隔絕鉛源的行動中非常迅猛。對於今天的大多數年輕人來說，鉛中毒已經是個很久遠的詞匯了。
水俁病的元凶
汞就是水銀，相信每個人應該都見過——就在體溫計裡。
水銀體溫計（圖片來源：wiki）
雖然咱們中國古代方士對汞無比熱愛——除了用於煉丹之外，還用來煉金——但談起汞中毒，最著名的恐怕還是上世紀50年代發生在日本的“水俁病（Minamata disease）”事件。其實那時候日本的工廠大都這麽做，爆發汞中毒的地方也很多，但是水俁的智索株式會社（Chisso Corporation）的化工廠最大，中毒事件最嚴重，死了600多人，所以引起全球廣泛的關注。
灰色色塊，就是智索株式會社在水俁市的位置（圖片來源：wiki）
化工廠在生產乙醛的時候採用乙炔加水的工藝，催化劑為汞鹽。反應結束後，大量含汞廢水直接排入當地海域。事件爆發時，近海水域汙泥的含汞量高達2Kg每噸，趕得上汞礦的富集度了。
這些轉移到水體和水底的汞，本身是無機汞，毒性並不大，但在微生物的作用下可轉化為甲基汞。甲基汞是一種常溫下穩定的劇毒有機汞化合物，成人的急性致死量只有1-4克。更可怕的是，甲基汞本身還是累積毒素：水生生物攝入甲基汞並蓄積在體內，通過食物鏈逐級富集，人們因食用汙染的魚、貝而中毒。
甲基汞陽離子（圖片來源：wiki）
甲基汞主要的毒性來自對神經細胞的傷害。甲基汞脂溶性非常好，分子也不大，輕鬆穿過血腦屏障。來到神經系統後，甲基汞會迅速找到含硒的硫氧還原蛋白還原酶（thioredoxin reductase，TrxR）。這種酶是目前已知唯一可以還原二硫鍵蛋白，是人類神經系統天然的守護神。
TrxR的結構（圖片來源：wiki）
大腦耗血量為人體的約1/6，耗氧量更高達1/4。這麽多具有還原性的結構，怎麽在如此高的氧化條件下還不被氧化呢？就是靠著TrxR勤勤懇懇地還原。TrxR受損後，神經細胞全都處於高氧化態，功能喪失，造成損傷，嚴重者直接引發腦死亡。
所以“水俁病”的表觀症狀都是由神經系統崩潰導致的，患者要麽口齒不清，手足麻痹，視覺喪失；要麽神經失常，高聲喊叫。在水俁病的折磨下，全日本有1300多人相繼死去。該事件也被列為世界八大環境公害之一。
結語
如果發生重金屬中毒，第一時間應該如何做？很多人可能會說喝牛奶。但牛奶能起到的作用相當有限，甚至有時候根本起不了什麽作用。所以，最穩妥的辦法還是盡快就醫，讓醫生來處理。
（圖片來源：pixabay）
而我們所能做的最好的防止重金屬中毒的方式，就是多掌握知識，遠離可能中毒的物質源頭。
知識不光是力量，知識就是生命啊。同志們！
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