——解读雾霾对人体的影响
曹英男，李艳艳，刘迎亚，渠陆陆，李海涛    

江苏师范大学化学化工学院，江苏省徐州市上海路101号，221116
通讯作者：haitao@jsnu.edu.cn   

　　 摘要：近年来，雾霾逐渐走近人们的生活，导致全国很多城市深受其害。雾霾不仅对交通造成了极大的影响，对人体的危害也不容忽视。一时间，雾霾中的PM2.5成为全民热议的焦点，也成为判断空气质量好坏的重要指标之一。本文通过详细调查雾霾天气下人体内元素含量的改变来反映雾霾对人体分子式的影响，从而进一步了解自身健康状况。 
 
　　 雾霾中细颗粒物主要是由灰尘和有机化合物组成，其中有毒物质达20多种，导致空气的可见度极低[1]。这些有毒物质容易引发人体的呼吸道和肺部的疾病，同时对人体心脑血管的影响也很严重，阻碍正常的血液循环。雾霾天气时，空气中PM2.5和其中的36种元素（表1）浓度均升高。PM2.5及其附着的金属污染物会通过PM2.5的传播在人体内富集，诱发炎症或细胞中毒等问题。长时间暴露在雾霾天气下，癌症的病发率也会有大幅度的上升。由此可知，雾霾中的颗粒物是造成人体结构破坏的重要原因之一。但是，我们如何能得知自己的身体结构发生了变化呢？
　　 生命由细胞组成，细胞由无数的分子组成，分子是独立存在的、保持物质化学性质的最小粒子。分子构成物质，例如，水的分子式是H2O，不仅表示了物质的组成元素，更重要的是能表示各原子的数目及质量比。所以，通过物质的分子式，我们能够了解到很多信息。那么，如果将人看做一个庞大的“超分子体”，并知道其分子式，我们能否通过对人的化学分子式的研究来了解雾霾对人体结构的影响呢？
　　 美国生物科学家乔·汉森针对人体化学元素的组成，使用理论化学的方法计算出了一个刚出生婴儿的分子: Co1Mo3Se4Cr7F13Mn13I14Cu76Zn2,110Fe2,680Si38,600Mg40,000Cl127,000K177,000Na183,000S206,000P1,020,000Ca1,500,000 N6,430,000 C85,700,000 O132,000,000 H375,000,000。
　　 乔·汉森计算的人体分子式能够让我们透彻地了解自身元素组成及其含量比，正如他所说 “这是我们看待生命的另一种方式”。他还指出“成年人平均含有60种可探测到的元素，其中大部分来自饮食和环境中痕量元素的日积月累。如果将体内所有元素分离出来，其在市场上的价值约为1~2千美元”。人在几十年的生长过程中，由于食物的摄入、物品的接触以及环境的影响等，体内元素的组成和含量会在一定程度上有所变化。而这些变化往往反应了人体健康与否，因此只要知道自己的化学分子式，自身的健康状况便一目了然。
　　 我们根据他采用的人体分子方程式，并将其进一步推广到成人超分子领域，并对成人的化学分子式展开了研究和计算，发现成人体内的元素有六十多种。由于人体内元素种类多，利用传统方法来表示其分子式不易读写和理解，因此，为使超大分子的表达方式更为简练，我们在得出健康正常人体的传统分子式后，以“元素周期表”的形式表示大分子所包含的元素及原子数(图A，假设人的体重70 Kg，B：Billion， T：Trillion，Q：Quatrillion)。“元素周期表”分子图具有以下优点：一、便于理解该分子；二、有空间提供数字信息；三、方便对比分子图的变化。
　　 然而，在环境污染日益加剧的今天，雾霾逐渐走进我们的视野，并对人体产生巨大的危害。通过查阅资料，我们得知雾霾中元素的含量，见表1。排除日常生活习惯对人体分子式的影响，假设每个人一天平均呼吸空气13立方米，通过计算得雾霾天气下人的分子式结构，见图B。

　　 对比A和B，可以发现，雾霾天气下，人体内含有的很多重金属元素的原子数发生了巨大的变化，如Cd的原子数增加了近450倍，Pb元素的原子数增加了近200倍，Cu元素的原子数增加了近500倍等。这些重金属元素的增加很大程度上破坏了人体的分子结构，从而会给人体带来严重的永久性损伤，进而导致残疾甚至死亡。
　　 现在，随着生活水平的不断提高，人们已经不再为饥饱而担忧，随之而来的便是对健康的极大关注。雾霾对人体健康存在着潜在、持久的威胁，通过对雾霾天气下人体内元素的采集、分析，我们可以判别雾霾导致的人体分子式的改变，从而为人体健康的评判提供一种新的研究依据。此外，人体分子式可作为一种健康指标，将抽象的健康问题具体化，使人类能够实时方便的了解自身健康状况，为人类在迎战疾病的道路上敲响了警钟。
参考文献：
[1] 吴圣姬等, 上海环境科学, 2014, 6, 002.
[2]王秦等, 光谱学与光谱分析, 2013, 6, 1441-1445.
[3] Selden B.S. et al. Annals of Emergency Medicine, 1988, 17, 247-253.
[4] 张小林等, 光谱学与光谱分析, 1992, 12, 99-104.