您的分子式是什么?——解讀霧霾對(duì)人體的影響

曹英男，李艷艷，劉迎亞，渠陸陸，李海濤*

江蘇師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江蘇省徐州市上海路101號(hào)，221116通訊作者：haitao@jsnu.edu.cn

霧霾中細(xì)顆粒物主要是由灰塵和有機(jī)化合物組成，其中有毒物質(zhì)達(dá)20多種，導(dǎo)致空氣的可見度極低[1]。這些有毒物質(zhì)容易引發(fā)人體的呼吸道和肺部的疾病，同時(shí)對(duì)人體心腦血管的影響也很嚴(yán)重，阻礙正常的血液循環(huán)。霧霾天氣時(shí)，空氣中PM2.5和其中的36種元素（表1）濃度均升高。PM2.5及其附著的金屬污染物會(huì)通過PM2.5的傳播在人體內(nèi)富集，誘發(fā)炎癥或細(xì)胞中毒等問題。長時(shí)間暴露在霧霾天氣下，癌癥的病發(fā)率也會(huì)有大幅度的上升。由此可知，霧霾中的顆粒物是造成人體結(jié)構(gòu)破壞的重要原因之一。但是，我們?nèi)绾文艿弥约旱纳眢w結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化呢？

生命由細(xì)胞組成，細(xì)胞由無數(shù)的分子組成，分子是獨(dú)立存在的、保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子。分子構(gòu)成物質(zhì)，例如，水的分子式是H2O，不僅表示了物質(zhì)的組成元素，更重要的是能表示各原子的數(shù)目及質(zhì)量比。所以，通過物質(zhì)的分子式，我們能夠了解到很多信息。那么，如果將人看做一個(gè)龐大的“超分子體”，并知道其分子式，我們能否通過對(duì)人的化學(xué)分子式的研究來了解霧霾對(duì)人體結(jié)構(gòu)的影響呢？

喬·漢森計(jì)算的人體分子式能夠讓我們透徹地了解自身元素組成及其含量比，正如他所說 “這是我們看待生命的另一種方式”。他還指出“成年人平均含有60種可探測(cè)到的元素，其中大部分來自飲食和環(huán)境中痕量元素的日積月累。如果將體內(nèi)所有元素分離出來，其在市場(chǎng)上的價(jià)值約為1~2千美元”。人在幾十年的生長過程中，由于食物的攝入、物品的接觸以及環(huán)境的影響等，體內(nèi)元素的組成和含量會(huì)在一定程度上有所變化。而這些變化往往反應(yīng)了人體健康與否，因此只要知道自己的化學(xué)分子式，自身的健康狀況便一目了然。

我們根據(jù)他采用的人體分子方程式，并將其進(jìn)一步推廣到成人超分子領(lǐng)域，并對(duì)成人的化學(xué)分子式展開了研究和計(jì)算，發(fā)現(xiàn)成人體內(nèi)的元素有六十多種。由于人體內(nèi)元素種類多，利用傳統(tǒng)方法來表示其分子式不易讀寫和理解，因此，為使超大分子的表達(dá)方式更為簡(jiǎn)練，我們?cè)诘贸鼋】嫡Ｈ梭w的傳統(tǒng)分子式后，以“元素周期表”的形式表示大分子所包含的元素及原子數(shù)(圖A，假設(shè)人的體重70 Kg，B：Billion， T：Trillion，Q：Quatrillion)。“元素周期表”分子圖具有以下優(yōu)點(diǎn)：一、便于理解該分子；二、有空間提供數(shù)字信息；三、方便對(duì)比分子圖的變化。

然而，在環(huán)境污染日益加劇的今天，霧霾逐漸走進(jìn)我們的視野，并對(duì)人體產(chǎn)生巨大的危害。通過查閱資料，我們得知霧霾中元素的含量，見表1。排除日常生活習(xí)慣對(duì)人體分子式的影響，假設(shè)每個(gè)人一天平均呼吸空氣13立方米，通過計(jì)算得霧霾天氣下人的分子式結(jié)構(gòu)，見圖B。

表1. 霧霾中元素的含量[2]

對(duì)比A和B，可以發(fā)現(xiàn)，霧霾天氣下，人體內(nèi)含有的很多重金屬元素的原子數(shù)發(fā)生了巨大的變化，如Cd的原子數(shù)增加了近450倍，Pb元素的原子數(shù)增加了近200倍，Cu元素的原子數(shù)增加了近500倍等。這些重金屬元素的增加很大程度上破壞了人體的分子結(jié)構(gòu)，從而會(huì)給人體帶來嚴(yán)重的永久性損傷，進(jìn)而導(dǎo)致殘疾甚至死亡。

現(xiàn)在，隨著生活水平的不斷提高，人們已經(jīng)不再為饑飽而擔(dān)憂，隨之而來的便是對(duì)健康的極大關(guān)注。霧霾對(duì)人體健康存在著潛在、持久的威脅，通過對(duì)霧霾天氣下人體內(nèi)元素的采集、分析，我們可以判別霧霾導(dǎo)致的人體分子式的改變，從而為人體健康的評(píng)判提供一種新的研究依據(jù)。此外，人體分子式可作為一種健康指標(biāo)，將抽象的健康問題具體化，使人類能夠?qū)崟r(shí)方便的了解自身健康狀況，為人類在迎戰(zhàn)疾病的道路上敲響了警鐘。

[1] 吳圣姬等, 上海環(huán)境科學(xué), 2014, 6, 002.

[2]王秦等, 光譜學(xué)與光譜分析, 2013, 6, 1441-1445.

[3] Selden B.S. et al. Annals of Emergency Medicine, 1988, 17, 247-253.

[4] 張小林等, 光譜學(xué)與光譜分析, 1992, 12, 99-104.