人体矿物的生理病理效应

近年来在生物矿化研究领域，人体内形成的矿物及其生理病理效应的研究较为活跃。它不仅涉及生物与矿化的关系，而且与人类健康密切相关。

从元素化学组成来看，人体内存在的元素超过了60种。人体重量的95％ 以上是所谓的有机元素，如O、C、H 和N 等，构成了人体所必需的DNA、蛋白质、脂肪、葡萄糖、水分以及其他有机分子。大约4％为所谓的无机元素，如Ca、Ｐ、Ｋ、Na、Mg、Fe 等，构成了人体中的盐类物质。此外，还有小于人体重量0.5％ 的微量元素，如Cr、Co、Cu、Mn、Se、Ｖ、Zn 等。从矿物学角度看，人们对这些无机元素所构成的盐类或者化合物的细节了解还很肤浅，对其形成机理以及对人类健康所起的作用也知之甚少。

人体中发现的矿物超过了20种，它们可以出现在人体的各个部位。下表列示了典型人体矿物的名称、化学组成以及在人体中的产出部位。含Ca磷酸盐矿物是人体矿物中数量*多的，依据矿物对人体健康的影响，人体矿物可简单划分为生理性和病理性矿物两大类。前者是指其形成与生长对人体健康无害，是人体内固有的，并具有特定的功能。而病理性矿物则是指并非人体内固有的，其形成和演化与人体的某些疾病有关，例如上面提及的碳羟磷灰石，当其出现在人体骨骼或者牙齿中时，属于生理性的。而当其出现在人体的心脏、血管等部位时，则对人体健康有害，就属于病理性的矿物。

常见的人体矿物及其产出部位

方解石和文石

目前人体内发现的方解石有两种主要产状: 一种是位于内耳的位砂；另一种是位于脑部的松果体。 人体内的方解石颗粒都非常细小，为微米颗粒，粒径为10 ~20μｍ。松果体中方解石晶体的形态有三种类型，分别为六方、立方和圆柱状。内耳位砂中的方解石被认为是生理性的，且表现出一定的压电性。但是，松果体中的方解石的生理效应却没有明确定论。 具有中心对称的方解石晶体应不产生压电效应，或许位砂中方解石的压电性与微晶方解石集合体的复杂结构有关。个别乳腺癌病例中，见有少量病理性方解石和文石沉淀。

磷灰石族矿物

磷灰石族矿物包括氟磷灰石、氯磷灰石、羟磷灰石以及碳氟磷灰石和碳羟磷灰石等。磷灰石族矿物可出现在人体的多个部位，既有生理性的，也有病理性的。

其他磷酸盐矿物

人体中的其他磷酸盐矿物包括磷酸八钙、磷酸三钙、三斜磷钙石、焦磷酸钙、白磷钙矿、透磷钙石、水磷铵镁石、鸟粪石、水磷镁石、无定形磷酸钙等。磷酸八钙既可以作为生理性矿物存在于骨骼中， 也可以作为病理性矿物存在于心血管、肿瘤病灶和泌尿系结石中。 它经常作为前驱体，会水解为磷灰石，产出不如磷灰石广泛，但磷灰石的板状、纤维状等形态被认为是继承了其形态特征。无定形磷酸钙也是磷灰石的前驱体，在骨骼和疾病病灶中都有所发现。焦磷酸钙出现于一种累及关节及其他运动系统的晶体性关节病，也称之为焦磷酸钙关节病。病理上主要表现为关节软骨、半月板、滑膜及关节周围组织的焦磷酸钙沉积。三斜磷钙石主要出现于牙齿结石中。磷酸三钙、白磷钙矿、透磷钙石、水磷铵镁石、鸟粪石和水磷镁石主要出现于不同类型的泌尿系结石和前列腺结石中。这些磷酸盐矿物常呈纳米晶体，与磷灰石、草酸钙及其他有机质等混杂在一起，不易分辨，物相的确认都是通过粉晶Ｘ射线衍射获得。

磁铁矿和磁赤铁矿

如磁性物质存在于信鸽脑部一样，人的脑组织中也发现存在磁性物质。Kirschvink等(1992) 利用超灵敏超导测磁技术观察到了人脑皮质、小脑和脑膜中存在亚磁性物质。高分辨透射电镜和电子衍射分析表明，这些物质为磁铁矿和磁赤铁矿，且其形态和结构与趋磁细菌和鱼类的生物磁性物质很相似。这些磁性物质颗粒细小，多数脑组织可含*少每克500万个单晶体畴，对于软脑膜和硬脑膜，每克有1亿个以上的单晶体。研究表明，磁性物质的含量不随年龄的变化而出现明显增加或降低的趋势。但是，对男性而言， 磁性物质含量随年龄有少许增加的趋势，对女性则没有观察到这种现象。有学者还对这些磁性物质与神经紊乱性疾病(癫痫病、阿尔茨海默病、亨廷顿病、帕金森病) 的关系进行了研究， 但未发现患者脑部的磁性颗粒浓度和磁性有异常变化。 到目前为止，还无确切证据表明这些磁性物质是病理性的矿物，它们对人体健康的影响如何，还需要进行大量的研究。

石膏和石盐

文献报道中仅在肾结石中发现含有少量石膏和石盐。结石中石膏和石盐的鉴定是通过粉晶Ｘ 射线衍射获得的，由于含量很少，其形态和结构细节还不是很清楚。

钙的草酸盐矿物

钙的草酸盐矿物，包括草酸钙石、水草酸钙石、三水草酸钙，是人体中常见的病理性矿物，伴随着多种疾病的出现。分布*广泛的草酸钙石，常见于肾结石和泌尿系结石以及乳腺肿瘤和甲状腺肿瘤的钙化。统计结果显示，泌尿系结石草酸钙石的含量可大于70％，晶体颗粒细小，形态不可识别；而在乳腺肿瘤中发现的草酸钙石可具有很好的四方双锥形态，颗粒大小可达200 ~300μｍ 。水草酸钙石也是泌尿系结石的主要物相之一， 在个别卵巢浆液性癌中的砂粒体核心部位也发现有水草酸钙石，这种产状的水草酸钙石颗粒大小为十几纳米，结晶程度比外围的磷灰石高，透射电镜下显示出明显的电子衍射斑点。目前鲜见有关草酸盐对卵巢致癌作用的文献，卵巢癌中水草酸钙石的发现， 意味着草酸对卵巢细胞有毒性作用，这可为病理学上研究卵巢癌的发病原因提供参考。 三水草酸钙分布有限，主要出现于泌尿系结石中，与其他草酸钙矿物混杂在一起，不易分辨。

单水尿酸钠

痛风是一类典型的晶体沉淀型疾病，是由于嘌呤代谢异常，导致单水尿酸钠晶体沉淀在关节囊、滑囊、软骨、骨质和其他组织引起的病变。呈放射状排列长针状晶体刺激组织引起发炎、水肿。这种病患往往是由于体内尿酸含量过高或者肾脏分解尿酸的能力过低所致。

人体是一个庞大而复杂的有机系统。人体内的矿化作用普遍存在。人体中的矿化产物，即人体矿物， 是人体本身与周围环境共同作用下的产物，具有重要的生理病理效应，对人类健康具有重要影响。 当前，人们对人体矿物的了解还比较肤浅，对多数人体矿物，尤其是病理性矿物的形成、生长机理以及与疾病的关系尚不十分清楚。深入研究人体矿物的特征和矿化机理，不仅有助于了解这些矿物在人体中的健康作用及其与疾病的关系，而且可以为与矿化有关的人体疾病的诊疗提供新方法和新技术。人体矿物的研究涉及矿物学和生物医学两大学科，对其深入探究需要矿物学界和生物医学界密切配合，开展交叉研究。 相信通过矿物学家、医学家以及其他相关领域科学家的协同努力，在不远的将来，人体矿物的研究会迈上一个新的台阶。

本文由安静摘编自鲁安怀、王长秋、李艳等著《矿物学环境属性概论》。

978-7-03-043729-7

《矿物学环境属性概论》是作者在多年从事环境矿物学研究和教学工作基础上撰写而成。全书共分３篇。**篇系统介绍了矿物学环境属性主要内容、无机界矿物天然自净化功能、矿物与微生物协同作用的环境效应以及生物矿化作用的生理生态效应。第二篇重点介绍了硫化物大类中黄铁矿、磁黄铁矿和闪锌矿、氧化物大类中金红石和锰钾矿、含氧盐大类中硅酸盐矿物纤蛇纹石和钾长石、硫酸盐矿物黄钾铁矾等典型矿物环境属性特征，详细阐述了半导体矿物与微生物协同效应，初步探讨了人体心血管和几种肿瘤病灶中病理性矿物特征。第三篇具体介绍了环境污染防治第四类方法——矿物法，包括矿物在处理无机污染物、降解有机污染物、净化烟尘型污染物、评价土壤环境质量、防治垃圾污染物以及处置矿山尾矿砂方面的应用实例。

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