矿物与人类健康

　　矿物与人类健康

　　人类所处的环境由地球经过长期的地质过程演化分异而来，生物与环境之间也进行着不间断的能量与化学物质交换。矿物与人类生命活动密不可分。追溯至亿万年前，矿物不仅为地球早期生命提供了基本物质，而且也为早期生命活动和进化提供了食物；时至今日，多种矿物的开发与利用范围广泛，如医疗、建筑、化工、冶金等，是人类赖以生存的重要能源来源。随着现代科技的迅猛发展，硅、锗等矿物资源的大规模开发，生产出内容丰富多彩的信息产品，人类进入信息时代。信息时代的推进、矿物的应用，必将在众多领域产生变革性的影响。

　　矿物是怎么形成的？

　　说到矿物，大家对这个概念可能不太清晰，但是说到云母和石英，很多人应该听说过。其实，它们都是存在于自然界的天然矿物。目前，地球上已知的矿物有5900多种，最常见的却只有100多种。矿物是在一定的物理化学条件下形成的，当外界条件变化后，原来的矿物可变化形成新矿物。矿物的形成和转化包括气态变为固态、液态变为固态和固态变为固态3种形式。气态变为固态，如火山喷出的硫化氢气体形成硫单质；液态变为固态，如盐湖中因蒸发结晶而形成盐类矿物；固态变为固态，如硬石膏转变为石膏。

　　矿物形态可谓是千姿百态，就其单体而言，它们的大小悬殊，有的肉眼或用一般的放大镜可见（显晶），有的需借助显微镜或电子显微镜辨认（隐晶）；有的晶形完好，呈规则的几何多面体形态；有的呈不规则的颗粒。矿物单体按结晶习性可分为三向等长（如粒状）、二向延展（如板状、片状）和一向伸长（如柱状、针状、纤维状）等3种类型。矿物单体间有时可以产生规则的连生，同种矿物晶体可以彼此平行连生，也可以按一定对称规律形成双晶，非同种晶体间的规则连生称浮生或交生，如结核状（如磷灰石结核）、豆状或蛳状（如鲫状赤铁矿）、树枝状（如树枝状自然铜）、晶腺状（如玛瑙）、土状（如高岭石）等。

　　哪些矿物可以入药

　　矿物作为药用材料在我国已有悠久的历史，秦汉时期的《神农本草经》记载矿物药46种；“医圣”张仲景所著的《伤寒杂病论》中记载矿物类药物21味；南北朝时期陶弘景所著的《本草经集注》记载玉石一类，包含滑石、石膏、芒硝等数+种天然非金属矿物；明代李时珍的本草纲目“金石部”论述了161种矿物药，其中包含大量的非金属矿物药。目前比较常见的非金属矿物药有石膏、滑石、蒙脱石、电气石、高岭土等，能够辅助人体健康。

　　石膏是一种单斜晶系的硫酸盐矿物，其主要化学成分为硫酸钙的水合物。石膏对体温调节中枢和发汗中枢有一定的抑制作用，因此可以作为解热药。石膏中的钙离子能抑制神经肌肉兴奋，具有镇痉、抗渗、抗过敏、抗炎的作用。此外，石膏内服，经胃酸作用，一部分变成可溶性钙盐，至肠道吸收入血能增加血清内钙离子浓度，可抑制神经应激能力（包括中枢神经的体温调节功能），降低骨骼肌的兴奋度，缓解肌肉痉挛，又能减少血管通透性。因此，中医经常将石膏与其他中药材进行配伍，可提高临床药效。因石膏具有良好的胶凝性，还常用于骨科治疗的固定材料。

　　滑石为层状三八面体结构镁硅酸盐矿物，晶体结构属单斜晶系。滑石入药由来己久，在古代很多的医书资料上均有记载。滑石具有清热、渗湿、利窍的作用，用于治疗暑热烦渴、小便不利、水泻、热痢、淋病、黄疸、水肿等病症，效果甚佳。李时珍在《本草纲目》里对滑石的评价是“滑石利窍，不独小便也，上能利毛腠之窍，下能利精溺之窍。”

　　蒙脱石是由颗粒极细的层状结构含水铝硅酸盐矿物组成，颗粒细小，约0.2微米～1微米，具胶体分散特性以及很强的吸附力和阳离子交换性能。在生物医药领域有成熟产品蒙脱石散，常用来治疗腹泻。

　　电气石属环状结构硅酸盐矿物，具有自发电极性，当晶体所处环境温度与压力变化时，晶体中带电粒子之间会发生相对位移，正负电荷中心发生分离，晶体的总电矩发生变化，从而导致极化电荷产生；同时电气石还具有压电、热电效应，当周围环境发生变化，温度或压力改变时，电气石晶格内晶键发生扭转，电子发生转移，使得电气石一端带正电，另一端带负电，能够产生负离子，促进人类健康。因此，电气石粉可以做成电气石膏药，在膏药的膏料中加入超细电气石复合的负离子粉，既保留了膏药原有的功能，又具备了发射远红外线、释放负离子、释放微量元素以及显著的生物电特征。它所释放的超高压微电流静电可以刺激患部肌肉和神经，改善局部血液循环，缓解疼痛，并且可以促进肌肉细胞的新陈代谢。

　　高岭土是一种以高岭石族黏土矿物为主的黏土岩，具有典型的二维层状结构，粒径较小（约为300纳米～500纳米），具有良好的触变性、悬浮性、吸附性以及较好的生物相容性，作为一种非金属矿功能生物材料，在生物医学领域也有广泛的应用。《本草纲目》就记载了以高岭土为主要成分的白石脂，可用来吸收有毒物质、收敛固涩、止血、制泌等功效。目前已有专家将高岭土制成一种纳米氧化物一高岭土复合止血抗菌材料，可有效提升材料的止血性能、抗菌性能，并能够提升伤口愈合的速率。

　　哪些矿物可以致病

　　矿物的开采会加大环境污染风险，当人类呼吸了被矿物微粒污染的空气，矿物微粒会在呼吸道中沉积，可能引起许多病原性紊乱，从而导致肺泡病、纤肺病、癌症等。此外，矿物的组成非常丰富，其所含元素较为多样，不乏一些有害元素。如在矿物的开采以及冶炼过程中，人体过多摄入有害元素，同样会有健康风险。下面介绍几种常见的矿物致毒情况。

　　氟中毒居民长期使用含氟量较高的煤取暖、做饭或烘烤食物，可导致人体摄入过多氟而引起一种全身性病变，临床表现为氟斑牙、氟骨症。患病率和严重程度同居住年限和每日氟摄入量成正比。

　　汞中毒汞矿停产之后对矿区周围的土壤、水体和植物样品调查分析发现，土壤中的汞污染严重，大米中总汞和甲基汞含量较高。汞在自然界中以单质、无机汞和有机汞的形态存在，不同形态的汞之间的毒性相差甚大，无机汞相对较弱，而无机汞转化成的甲基汞具有高神经毒性、致癌性、心血管毒性、生殖毒性、免疫系统效应和肾脏毒性等。

　　钼中毒自然界中的钼主要来自辉钼矿、钼钙矿、钼铁矿和钼铅矿等。土壤中钼含量与pH值呈现负相关，酸性土壤的钼总量高，但是有效态钼较低。硅质页岩发育的土壤有效钼含量最高，湖积物发育的土壤次之，河流沉积物及碳酸岩母质发育的土壤有效钼处于中等水平，黄土沉积物、黄土古河（湖）沉积物及紫色砂岩发育的土壤有效钼属于极低水平。钼吸收过多会影响铜和磷的骨骼代谢，出现佝偻病和软骨病。同时在临床中发现贫血和白血病患者的血钼水平会增高。

　　钼中毒可以通过铜盐和硫酸钠治疗。

　　吸入石棉石棉是一种具有纤维状结构的硅酸盐矿物，同时也是一种易碎的材料。这意味着当它干燥时，可以被粉碎、粉化。石棉小纤维和纤维块可能会像灰尘一样释放到空气中。在石棉矿开采或者石棉的制造及使用过程中，吸入石棉会威胁人体健康。长期接触石棉，会罹患石棉肺和胸膜异常，严重的会导致肺癌和间皮瘤。

　　总之，矿物与人类生活息息相关，对人类健康影响深远，我们不仅要有效开发利用矿物，以推进人类社会发展，同时也要注重规避其相关风险。

　　摘自《地球》2024年1期