都是怎么死掉的砒霜

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文章转载自科学大院公众号，ID：kexuedayuan
《红楼梦》中尤二姐吞金自尽、《甄嬛传》里孟静娴被鹤顶红毒杀、帕特森一个人对抗整个美国铅工业、日本的水俣病……这些古今中外的事儿看似无关，其实元凶都是一种毒药：重金属。
金属大都挺重，连常温下唯一液态的汞（Hg）都特别重。既然如此，为啥还要多此一举分出来“重金属”，难道还有轻金属？
重金属原义是指比重大于5的金属，天然金属大多满足这个条件。然而在元素分类的时候，对特定性质的金属进行了细分，比如把铁锰铬钒钛命名为黑色金属，把金银和铂族命名为贵金属，凡此种种，最后剩下10个成为工业上俗称的重金属：铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。这么看起来，“重金属”本身也是个不太明确的泛类称呼。

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常见的几个重金属：铬，砷，镉，汞（图片来源：wiki）
其实，重金属元素里面，有很多人体必须的微量元素，比如铁参与氧的运输、交换及组织呼吸；铜与铁相互作用形成胶原蛋白，增强血管弹性；镍促进铁的吸收，刺激造血；锌是70多种酶代谢的必需物质……也有很多药物中含有重金属，比如相对冷门的铋（Bi，Bismuth），做成枸橼酸铋钾可以治疗胃溃疡、胃炎等。
但凡事有度，过犹不及。水喝多了都会水中毒，更何况重金属。再说本来这也都是微量元素，如果摄入过多，那人可就扛不住了。大部分重金属中毒都有累积性，即使低剂量摄入，也会导致慢性重金属中毒。今天咱就聊聊几个著名的重金属“毒药” 。
“吞金自杀” 其实吞的未必是金？

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“吞金自杀”，是很多民间和历史记载中，一类重金属中毒致死的方式。《红楼梦》中的尤二姐就是由于无法忍受婚姻的失败，吞下金块自尽；还有甲午战争清军将领戴宗骞，也是兵败后吞金自杀。可我们都知道黄金是非常稳定的金属单质，轻易不发生反应，也不会被胃酸溶解。少量黄金理应不会致人死亡，要不然怎么还有不少金箔酒在卖呢？

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金箔酒让人沉醉的不止是琼浆玉液，而是精神上的尊贵感（图片来源：http://finance.sina.com.cn）

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金箔冰淇淋，黄金的味道是啥样的？（图片来源：https://www.japankuru.com）
难道吞金自杀都系讹传？这也未必。
首先，咱得先搞清楚吞的是什么。“金”在古代不一定指黄金，很多时候也指铜，因为在当时低端的冶炼技术下，这俩长得实在太像。如果吞的是铜，再加上里面有其他离子化合物，那就很容易导致急性重金属中毒死亡了。
即便吞的是黄金，也未必就一定没事。《本草纲目》中记载：“毒金即生金，出交广山石内，赤而有大毒，杀人，炼十余次，毒乃已。”要知道，古代冶炼技术不发达，黄金的纯度并不那么高，里面也很可能有其他致人死亡的金属。

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四库全书本《本草纲目》（图片来源：wiki）
退一万步说，一块纯度极高的黄金，一样能成功让人上西天——只要足够大——不过死因多半是“坠死” 。黄金质地坚硬，吞下后会造成肠胃堵塞，万一再划破消化道，引起出血，那基本是妥妥没救了。
吞金自杀的可能原因，就解释到这里。其实，还有一个最重要的问题，笔者至今没找到答案：既然有大把黄金，还干嘛去死啊？！

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原来鹤顶红竟然是它！
严格意义上来说，砷并不是金属。然而多数时候我们提到重金属中毒，还是会把砷中毒也包括在内（比如维基就是如此：https://en.wikipedia.org/wiki/Heavy_metal）。日本著名的水俣病事件中，最早也有人怀疑过是否为砷中毒。

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砷进入人类文明史非常早。在青铜器时代，砷已用来跟铜一起制作合金白铜。而雄黄（AsS）和雌黄（As2S3）则早早引起东西方炼金术士的注意。雄黄是一种硫化物类矿物，其主要成分是硫化砷。雄黄还是中药里一味重要的药材，常用于蛇虫咬伤，虫积腹痛等，大概因为蛇不喜欢这玩意，所以一杯雄黄酒才让白娘子现了原形吧。

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有雄黄就有雌黄。雌黄也是一味中药……和涂改剂。有个成语叫“信口雌黄”，古代常用雌黄来修改错字，其实就是当涂改液一样盖住墨迹，于是“信口雌黄”也就用来形容一个人胡说八道，妄加评论。

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雄黄和雌黄在空气中加热氧化，挥发而出白烟冷凝下来就是出镜率超高的毒药——砒霜（As2O3）。小说里常常出现的“鹤顶红”，就是因纯度不够而含有雄黄和雌黄的砒霜，毒死武大郎的也是砒霜。

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“心形”砒霜，最为致命啊~（图片来源：wiki）
砷的毒性主要来自两个方面。砷跟磷是同族的邻居，性质相似，所以会在很多生理生化反应中替代磷的位置，比如占据ATP中的磷，导致高能化学键断裂。天然矿物中砷都是跟硫结合，说明两者成键稳定。在人体的蛋白中，有很多含硫的巯基（SH）和二硫键（SS）键，砷也能与其结合，破坏相对应的酶促反应。

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离开剂量谈毒性就是耍流氓。砒霜可作为这个观点的绝佳例子，因为砒霜不仅是毒，还是药。最近，砒霜作为药物来治疗急性早幼粒细胞白血病（APL）已成为主流疗法。中科院院士、原卫生部部长陈竺团队开展的研究，利用全反式维甲酸和砒霜对APL进行靶向治疗，使得这一疾病的五年无病生存率跃升至90%以上，达到基本“治愈”的标准。
它曾经是对人类健康危害最大的重金属
铅的熔点很低，只有327℃，加之分布广，易提取，延展性又特别好，易于加工，所以很早就被人类利用了。

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但对于铅毒性的完整认识，也就是最近一个世纪的事情。说起来很恐怖，在一百年前，罐头、颜料、牙膏皮、化妆品中都含有大量的铅。

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18世纪的法国，几乎所有贵族女性都化妆。最常用的粉底通常是含铅的，有时也会是铋与醋的混合物。因此有不少女性会铅中毒。
在上个世纪，铅一度是对人类健康威胁最大的重金属——罪魁祸首居然是汽车的普及。当时的汽油中普遍添加一种防爆剂四乙基铅，这种略带水果香甜味的具有高挥发性的液体金属有机化合物，成为最臭名昭著的铅污染源，毒害了几代人。

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美国地球科学家帕特森（Clair Cameron Patterson）几乎是孤身一人与手握大量资源的石油和汽车大亨抗争。直到80年代，铅才在消费品中被禁止使用，逐渐退出历史舞台。到帕特森逝世的1995年，人们已经普遍意识到铅的危害，帕特森坚持的真理，成为学界和公众的共识。

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Clair Cameron Patterson（图片来源：十五言）
咱们的老祖宗，特别喜欢铅。除了用氧化铅美白之外，还拿铅来炼丹。比如道教张三丰祖师在《参禅歌》中写到：有人识得真铅汞，便是长生不老仙。

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李连杰饰演的张三丰（图片来源：《太极张三丰》剧照）
高纯度的铅（真铅）是银白色的固体，比重为11.3，非常大；汞是银白色的液体，比重13.6，比铅大，能浮起铅，刚好符合下阴上阳，所以古代方士把这两样金属看作阴阳的代表：铅为命，是天地之间的灵气；汞为性，是人本身的元神，铅汞结合成丹，就是灵气与元神的结合，服用后自然得到飞升——当然谁相信，谁就死得早。
那么，铅到底是怎么破坏人体健康的呢？
铅在人体中造成损害的第一个袭击目标是人体内功能各异的蛋白酶，基本上只要你能想得到的跟酶有关的生化反应，铅都能插一杠子搞破坏。而这些反应，正是人每天生理活动、新陈代谢的基础。
蛋白酶中存在很多活性位点，这些活性位点经常与过渡金属结合，共同完成必要的生化反应。活性位点有大量巯基，铅与硫原子的结合能力很强，会占据这些活性位点。而铅自身的反应性质差，占据后无法完成原来的生化反应，铅中毒的全身毒性就是这么来的。这大概也是为什么所有地球生命在进化中，都没有选择铅来帮助蛋白酶完成生化反应的原因。

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除了酶之外，铅对神经细胞还具有额外的毒性。铅能通过钙离子泵穿过血脑屏障，直接进入脑部。由于原子半径跟镁离子接近，铅直接代替镁离子与NMDA（N-methyl-D-aspartic acid receptor，N-甲基-D-天冬氨酸受体）受体结合，将其毒化。
NMDA受体，是细胞膜上一类特殊的双控门离子通道，能让钙离子进入细胞，把钾离子排出细胞。有着特殊能力的NMDA受体可以调节神经元的存活，调节神经元的树突、轴突结构发育及参与突触可塑性的形成等，而且对神经元回路的形成亦起着关键的作用。尤其对于大脑处于发育期的儿童，铅的毒害更大。

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NMDA受体作用机理（图片来源：wiki）
因为认识到铅对人体广泛的毒性，所以人类在隔绝铅源的行动中非常迅猛。对于今天的大多数年轻人来说，铅中毒已经是个很久远的词汇了。
水俣病的元凶
汞就是水银，相信每个人应该都见过——就在体温计里。

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虽然咱们中国古代方士对汞无比热爱——除了用于炼丹之外，还用来炼金——但谈起汞中毒，最著名的恐怕还是上世纪50年代发生在日本的“水俣病（Minamata disease）”事件。其实那时候日本的工厂大都这么做，爆发汞中毒的地方也很多，但是水俣的智索株式会社（Chisso Corporation）的化工厂最大，中毒事件最严重，死了600多人，所以引起全球广泛的关注。

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灰色色块，就是智索株式会社在水俣市的位置（图片来源：wiki）
【都是怎么死掉的砒霜】化工厂在生产乙醛的时候采用乙炔加水的工艺，催化剂为汞盐。反应结束后，大量含汞废水直接排入当地海域。事件爆发时，近海水域污泥的含汞量高达2Kg每吨，赶得上汞矿的富集度了。
这些转移到水体和水底的汞，本身是无机汞，毒性并不大，但在微生物的作用下可转化为甲基汞。甲基汞是一种常温下稳定的剧毒有机汞化合物，成人的急性致死量只有1-4克。更可怕的是，甲基汞本身还是累积毒素：水生生物摄入甲基汞并蓄积在体内，通过食物链逐级富集，人们因食用污染的鱼、贝而中毒。

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甲基汞主要的毒性来自对神经细胞的伤害。甲基汞脂溶性非常好，分子也不大，轻松穿过血脑屏障。来到神经系统后，甲基汞会迅速找到含硒的硫氧还原蛋白还原酶（thioredoxin reductase，TrxR）。这种酶是目前已知唯一可以还原二硫键蛋白，是人类神经系统天然的守护神。

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大脑耗血量为人体的约1/6，耗氧量更高达1/4 。这么多具有还原性的结构，怎么在如此高的氧化条件下还不被氧化呢？就是靠着TrxR勤勤恳恳地还原。TrxR受损后，神经细胞全都处于高氧化态，功能丧失，造成损伤，严重者直接引发脑死亡。
所以“水俣病”的表观症状都是由神经系统崩溃导致的，患者要么口齿不清，手足麻痹，视觉丧失；要么神经失常，高声喊叫。在水俣病的折磨下，全日本有1300多人相继死去。该事件也被列为世界八大环境公害之一。
结语
如果发生重金属中毒，第一时间应该如何做？很多人可能会说喝牛奶。但牛奶能起到的作用相当有限，甚至有时候根本起不了什么作用。所以，最稳妥的办法还是尽快就医，让医生来处理。