铝与人体健康前言:铝,在元素周期表里排第13号的金属元素,是当前应用最广泛的金属材料之一。
铝制品及其化合物不仅在工农业生产中很重要,在日常生活和中也有着重要的用途。
在生活中,我们会用到铝制品或跟铝有接触。
例如家里防盗铁网上常刷一层“银粉”漆,其实“银粉”就是金属铝粉;铝的化合物氢氧化铝[Al(OH)3]是药物胃舒平的有效成分,可用于治疗胃酸过多;盛装饮料的易拉罐和家用高压锅是用铝合金制造的;铝也可用来制导线,这是因为铝具有良好的导电性。
虽然铝与我们的生活有着如此紧密的联系,但许多人都不知道铝对人体健康是有害的。
铝在生活上的应用物质的用途决定于物质的性质。
由于铝有多种优良性能,因而铝有着极为广泛的用途。
(1)铝的密度很小,仅为2.7 g/cm3,虽然它比较软,但可制成各种铝合金,如硬铝、超硬铝;防锈铝、铸铝等。
这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。
此外,宇宙火箭、航天飞机、人造卫星也使用大量的铝及其合金。
例如,一架超音速飞机约由70%的铝及其合金构成。
船舶建造中也大量使用铝,一艘大型客船的用铝量常达几千吨。
(2)铝的导电性仅次于银、铜,虽然它的导电率只有铜的2/3,但密度只有铜的1/3,所以输送同量的电,铝线的质量只有铜线的一半。
铝表面的氧化膜不仅有耐腐蚀的能力,而且有一定的绝缘性,所以铝在电器制造工业、电线电缆工业和无线电工业中有广泛的用途。
(3)铝是热的良导体,它的导热能力比铁大3倍,工业上可用铝制造各种热交换器、散热材料和炊具等。
(4)铝有较好的延展性(它的延展性仅次于金和银),在100 ℃~150 ℃时可制成薄于0.01 mm的铝箔,这些铝箔广泛用于包装香烟、糖果等,还可制成铝丝、铝条,并能轧制各种铝制品。
(5)铝的表面因有致密的氧化物保护膜,不易受到腐蚀,常被用来制造化学反应器,医疗器械,冷冻装置,石油和天然气管道等。
(6)铝粉具有银白色光泽(一般金属在粉末状时的颜色多为黑色),常用来做涂料,俗称银粉、银漆,以保护铁制品不被腐蚀,而且美观。
(7)铝在氧气中燃烧能放出大量的热和耀眼的光,常用于制造爆炸混合物,如铵铝炸药(由硝酸铵、木炭粉、铝粉、烟黑及其它可燃性有机物混合而成)、燃烧混合物(如用铝热剂做的炸弹和炮弹可用来攻击难以着火的目标或坦克、大炮等)和照明混合物(如含硝酸钡68%、铝粉28%、虫胶4%)(8)铝热剂常用来熔炼难熔金属和焊接钢轨等。
铝还用做炼钢过程中的脱氧剂。
铝粉和石墨,二氧化钛(或其它高熔点金属的氧化物)按一定比率均匀混合后,涂在金属上,经高温煅烧而制成耐高温的金属陶瓷,它在火箭及导弹技术上有重要应用。
(9)铝板对光的反射性能也很好,铝越纯,其反射能力越好,因此常用来制造高质量的反射镜,如太阳灶反射镜等。
(10)铝具有吸音性能,音响效果也较好,所以广播室、现代化大型建筑室内的天花板等也常用铝。
人体内铝的来源(1)饮用水中的铝天然水中的铝含量很低,但若使用含铝的混凝剂或明矾来净化水,则会增加水中的铝含量,高水氟地区使用铝盐除氟也可致水中的铝残留。
各个国家及各种组织对水中铝的含量都进行了控制,相继推出了各自的标准,如:世界卫生组织为0.2 mg/L;欧共体为0.05 mg/L(最高允许浓度为0.2 mg/L);美国环保局二级标准为0.05 mg/L~0.2 mg/L;瑞士为0.05 mg/L;我国建设部颁布的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中,首次对饮用水中铝含量做出了“不得高于0.2 mg/L”的明确规定。
(2)食物中的铝铝广泛存在于食物中,但一般食物中含铝较少。
铝含量较高的食物主要是一些面制加工食品,如油条、粉丝、糕点、挂面等,其中油条和粉丝中含量最高,这主要是由于在加工过程中使用了含铝添加剂(钾明矾和铵明矾、发酵粉等)作为膨松剂的缘故。
另外,人体中的铝来源还与人们的食物消费结构有很大的关系。
表明我国的成人铝摄入量明显高于发达国家,约是发达国家的5倍~9倍,这主要是因为我国含铝添加剂较高的面制食品消费量高于发达国家。
因此,严格控制食品中添加剂的使用,可有效地降低我国居民的铝摄入量。
(3)铝制炊具、容器铝制炊具、容器也是人体摄入铝的重要来源之一。
铝制炊具溶入水中的铝随使用温度的升高和时间延长溶出量增加,随锅的使用次数增加,溶出量减小。
在有酸、碱、盐的条件下,铝的溶出量增加。
另外,铝、铁炊具混用(如铁炒锅与铝铲或相反),软质铝与硬质铁相互摩擦,也会增加铝的溶出量。
因此,为减少铝的摄入量,应尽量少用或不用铝制炊具和容器,即便使用也应避免用钢丝球等擦刷,致使铝炊具表面的氧化膜保护层受损。
附:粮食类12.6 mg/kg,蔬菜、水果类4.9 mg/kg,鱼、肉类1.7 mg/kg,酒及饮料类1.1 mg/kg,调味品1.2 mg/kg。
测定发现茶叶中铝含量最高,为400 mg/kg~1400 mg/kg,平均值(940.5±356.1) mg/kg,但铝的浸出率相对较低,约占总铝量的3.5%~61.1%,所以若每日饮茶1 mg~5 mg,则从茶水中摄入的铝量约为0.2 mg~1.1 mg。
油条中铝的平均含量为495.6 mg/kg,最大值达到1538.7 mg/kg,平均超过标准5倍,最高达15倍。
蒸制面食中平均铝含量为149 mg/kg,最大值为930.7 mg/kg,烘烤面食平均含量为86 mg/kg。
人体对铝的吸收和代谢铝的吸收:(1)胃肠道吸收:含铝的食品或药物经消化道,98%以上经粪便排除,1-2%被吸收。
一般认为小于1%(Lion,1985)。
很多因素影响其吸收,如pH、甲状旁腺素及铝盐的种类。
吸收部位是胃及十二指肠的酸性环境中。
吸收可溶性形式铝,吸收量取决于离子程度、胃内pH值,胃内的环境为铝化合物提供了离子化作用,如Al(OH)3及其凝胶在胃内pH值从6.5变化至5.5时,其溶解度增加10万倍,吸收率约0.3-0.5%(约15µg)。
血液中铝离子与白蛋白、运铁蛋白结合,没有结合的铝很快分布到各组织器官中。
组织中的铝浓度相对恒定,大约2mg/kg干重,铝浓度在机体组织的浓度分布为:以呼吸道者依次是肺、肺门淋巴结、脾、肾上腺、肝和脑等;经消化道者依次是:骨、脑、睾丸、甲状旁腺、皮肤、肌肉、毛发、血液,其中骨组织含量占总量的34.4%;经血液者依次是:骨、肾脏、肝脏、睾丸、骨骼肌、心脏、脑。
人体部分组织灰分测定,其含量顺次为:脑、睾丸、肝。
若进行心内注射,则40%的铝进入肝脏。
常规摄入时,牙釉铝含量为1.5-5.4,毛发含量4.5-5.5,肝8.0,血液1.1-1.8mg/kg,脊髓液含量甚微。
正常机体组织铝含量均值为:肝脏4.1mg/kg/1.7(标准差)、脾脏2.5/2.1、骨胳3.3/2.9、心脏1.0/0.8、肌肉1.2/1.2、肺脏4.3/4.3、大脑灰质2.2/1.3新近报道,婴幼儿服用磷酸铝结合剂后,其铝的吸收可以是成人的4倍。
甲状旁腺激素能促进铝的吸收。
食物中的磷酸盐,氟离子都可与铝结合成难溶性复合物,影响铝的吸收。
乙醇、维生素D可增加铝的吸收。
(2)非肠道给铝:非肠道给铝可干扰肾功能,减少铝的排泄,有利于铝在体内蓄积。
实验和临床研究表明,数月和数年非肠道低剂量给予肾功能者正常者,引起铝在组织中蓄积。
人体血浆浓度<0.37µmol/L(10µg/L),当铝蓄积时,可达295mg。
人体血浆铝浓度有昼夜变化规律,上午9时最高,下午6时最低。
铝的排泄:吸入人体的铝,大部分由肾脏排除,正常尿铝浓度仅为0.56µmol/L(15µg/L),由于铝和血浆蛋白结合,铝的扩清率只占肾小球滤过率的5%,有时高达50%。
正常情况下,肾脏可排除吸收的全部铝。
但大量口服铝或胃肠道外长期给铝,即使肾功能正常,会超过其排除能力,部分被吸收的铝则蓄积在体内。
长期接触铝焊烟的工人,工作20年尿铝达11.12µmol/L。
吸入焊烟6个月后停止2周,尿铝量下降到吸入焊烟时的10-20%,但不消失。
长期静注含铝营养液的病人,换用无铝液后,最初几天血浆及尿的含量下降,但高出正常值达2年。
Klein等(1982)对一组病人进行铝动力学评估,输铝后,每隔10小时测血浆铝,按2µg/min速度输铝,发现血浆铝并不增加,提示铝很快分布到组织中去。
若输入为3µg/min,血浆铝升高,尿铝平均1264µg/d,比对照组(15µg)高。
可超滤铝是总血浆铝的5.5%。
推算铝排泄率为10.6ml/min,其尿的排泄不会超过负荷。
体内蓄积的铝,以尿排除为主。
胆汁可排除少量的铝。
有人观察胆道手术置入T形引流管病人,无服抗酸铝制剂的既往史,肝、胆、肾功能正常,共摄入铝7.2g。
24、48小时分别取胆汁检测,发现仅有0.1%的铝从胆汁排除。
胆汁不是铝排除的主要途径。
乳汁能排除少量铝。
给哺乳母兔注铝,产乳量减少,乳排铝量不超过注入总量的。
慢性肾功能不全病人,长期采用含铝透析治疗,因肾的原因不能排除进入体内的铝,血浆、器官和组织的铝浓度含量增高,从而产生毒性作用,引起中毒性铝病。
当铝日摄入量超过40mg时,将会对人体力劳动健康产生严重影响(刘风贞等[89],1991)。
机体内有大量铝时,发铝含量增高,发铝可作为机体铝负荷指标(Yokel,1982)。
Takagi等(1986)报道,美国人发铝量为 5.0mg/kg,日本13.3mg/kg,波兰7.29mg/kg,加拿大17.4mg/kg,印度32.0mg/kg。
发铝含量差异很大,与其他组织中含量无相关关系。
并受诸多因素的影响,如发的洗涤方法,使用洗发剂种类,洗发次数等[3]。
刘风贞等[89](1991)对天津城乡人发铝检测,城区人发铝含量3.84±1.64mg/kg,乡村人发铝(6.86±1.50mg/kg)高于城区人。
南京男、女性发铝分别为19.28±10.24mg/kg和25.97±14.49mg/kg(钟才云等[88],1996),明显高于天津人发铝含量,是否与地区差异、环境因素、生活习惯等因素有关,值得研究。
发铝大于60ppm,表示体铝显著增高。
小于10ppm时,表示无毒性,10-20ppm表示可疑,大于20ppm时则表示中毒。
对于高铝负荷者,可以将发铝含量作为监测参考,虽然发铝不是诊断铝中毒较好的指标(Lion,1985)。
骨可作为机体负荷指标,但不易获得(Alfrey,1986)。
血铝量也可作为机体铝负荷值,血清铝大于200µg/L,机体会出现症状。
一般认为,超过100µg/L时,应密切注视[5]。
铝对人体的伤害及造成的症状铝是一种低毒金属元素,它并非人体需要的微量元素,不会导致急性中毒,但食品中含有的铝超过国家标准就会对人体造成危害。