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上一篇文章回顧：第8章 化學是美好生活的創(chuàng)建者（1）
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療疾病的藥物，先是取自天然的動植物和一些礦物，以后逐漸發(fā)展人工合成新藥取而代之。
在利用天然藥物治病救人、保護人們身體健康的過程中，要求得到療效顯著、價廉物美的藥物。從煉丹求長生不老藥，到嘗百草、治百病，人類對藥物積累了豐富經驗。在此過程中，為化學學科的建立和發(fā)展奠定了基礎。同時，化學的發(fā)展又使天然藥物化學的研究不斷取得新的成果。當今，天然藥物化學的研究可歸納為下列四個方面的內容：（1）闡明藥用生物的有效成分，獲得具有新結構的化合物或具有生物活性的單體，研究提取分離、結構鑒定、測定活性。（2）對稀少難得的活性化合物及其前體進行半合成及生物轉化研究。（3）以天然活性化合物為先導物，合成一系列結構類似物，研究其構效關系，獲得高效低毒的創(chuàng)新藥物。（4）以化學原理審視藥物配方，分析藥物在不同環(huán)境條件下的變化，發(fā)現其科學性，去除盲目性，將藥物配方提高到新水平。
我國是一個具有五千多年悠久歷史的文明古國，是世界上文明發(fā)達最早的國家之一。伴隨著社會的發(fā)展，一代接一代地繁衍生息，和醫(yī)藥緊密相聯(lián)，不斷地積累醫(yī)藥學知識。許多醫(yī)藥的典籍，就是廣大醫(yī)藥工作者的實踐經驗和樸素認識的總結，其中包含著豐富的化學內容。《黃帝內經》是公元前3世紀戰(zhàn)國時期流傳于世的醫(yī)書，其中共收錄162篇古代醫(yī)學論文。主要論述陰陽、五行的理論體系，不獨為醫(yī)學之宗，亦為人們日常飲食起居的大法。它總結出五味滋育人體、十二器官各司其職、順四時而適寒暑等理論，這些無不與每個人的養(yǎng)生密切相關，也對人們的行為與思維起著解惑、啟迪的作用。
《神農本草經》是東漢時期（1世紀）歸納出版的藥學專著。后來人們常談到神農嘗百草，神農通過親自品嘗，了解各種藥物的性質。《傷寒雜病論》為漢代“中國醫(yī)圣”張仲景（2—3世紀初）所著。他系統(tǒng)地提出辨證施治的原理。《千金方》是《備急千金要方》和《千金翼方》的合稱，是藥王孫思邈（約581—682）所著。據記載藥王活了102歲，70歲時撰成《備急千金要方》30卷，以“人命至重，有貴千金，一方濟之，德逾于此”，故書以“千金”為名。后經三十年努力，又撰成《千金翼方》30卷，以與《備急千金要方》成“羽翼之交飛”。該書對隋朝以前包括唐初的醫(yī)藥學發(fā)展作了較系統(tǒng)而全面的總結整理。
《本草綱目》是明代李時珍（1518—1593）編著的巨著，完成于公元1578年。全書共52卷，約190萬字，收錄藥物1892種，方劑計110960個，附有藥物形態(tài)圖1160幅。李時珍在藥物學上對前人工作“剪繁去復，繩謬補遺，析族區(qū)類，振綱分目”，通過文獻考證和實際考察兩大途徑加以整理。在收載的1892種藥物中，1518種是對前人工作剪繁去復后所得，另374種藥物是他新增。該書是中國傳統(tǒng)醫(yī)藥學的總結性典籍，堪稱藥物化學的經典大全。《本草綱目》發(fā)表至今有540多年。在此期間世界科學得到極大的發(fā)展，特別是化學科學的發(fā)展使人們對自然界物質本質的認識有了質的飛越。先哲們通過親自實踐，嘗百草、治百病，對藥物積累了豐富經驗，后人除繼續(xù)用它指導治病救人外，還需在它們的基礎上按新的認識和新的規(guī)律，不斷深入對其本質的認識和理解，不斷地將它發(fā)揚光大，使之更有效地發(fā)揮藥物的作用。
我國古代的醫(yī)藥書中已有柳樹葉治病的記載?！侗静菥V目》記載著柳樹葉具有清熱、敗火和解毒的作用。有的地方還在春天摘柳樹嫩葉做成涼拌菜食用。19世紀70年代，希臘化學家從柳樹皮中分離出水楊酸（A），制出水楊酸鈉（B），證明它具有退熱、止痛和消炎作用，它是柳樹皮（或葉）能治病的有效成分。![]()
1897年，在拜耳公司工作的德國化學家費利克斯·霍夫曼鑒于水楊酸鈉味道較苦，加以改造，制出純凈的乙酰水楊酸（C），學名為2-乙酰氧基苯甲酸，它是水楊酸的衍生物，藥名為阿司匹林（aspirin）。![]()
由于阿司匹林化學成分簡單、結構清楚、性質穩(wěn)定、合成的原料易得、操作方便，是一種比較容易大批量生產的藥物。臨床用于治療常見的頭痛、腦熱、發(fā)燒、發(fā)炎等疾病，具有經濟、有效、服用簡單等優(yōu)點，成為醫(yī)藥中的常用藥。藥理學家和醫(yī)生不斷地探討研究阿司匹林的性能和治療其他疾病的功效，發(fā)現阿司匹林還具有阻止血液中血小板粘連的作用，具有防止血液黏稠，預防血栓形成，降低心肌梗塞、中風和腦梗等危險疾病發(fā)病率的功效。
阿司匹林能阻止前列腺腫脹的發(fā)展，降低前列腺癌的發(fā)病概率。1982年英國人約翰·文（John Vane）因這項研究而分享諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。20世紀末，藥物化學家以簡化的合成方法，減少合成過程所消耗的溶劑，減少副產品，更符合綠色化學的反應條件，研制出布洛芬，如下式所示：![]()
布洛芬比阿司匹林具有更高的抗炎性，是一種更好的止痛藥和抗熱藥。由這個實例可見，藥物化學的發(fā)展是無限的。現今瘧疾仍是世界上的主要傳染病之一，尤其是在非洲等熱帶地區(qū)，發(fā)病率較高。據世界衛(wèi)生組織在20世紀90年代統(tǒng)計，世界上每年約有1.6億人感染瘧疾，導致近百萬人死亡。傳統(tǒng)的治療瘧疾藥物奎寧、氯奎等易產生耐受性。青蒿是一種菊科植物，又稱黃花蒿。在中藥中，以青蒿治療發(fā)熱、瘧疾等已經有上千年歷史。20世紀70年代，我國科學家從中藥黃花蒿中分離得到有效成分青蒿素（artemisnin），并且通過晶體的X射線衍射法測定了它的主體結構，如圖8.3.1（a）所示。它是一個具有過氧橋的倍半萜內酯，是結構新穎的抗瘧疾藥物。在此結構中，過氧橋是抗瘧活性必需的基團，若失去過氧橋，抗瘧活性完全消失。
青蒿素的水溶性和脂溶性都較差，吸收不好，生物利用度較低，治療復發(fā)率較高。從青蒿素的結構來看，從簡單的化學試劑通過化學全合成，難度很大。只能從青蒿得到的提取物出發(fā)，在不破壞過氧橋的條件下，進行化學改性。若將結構中的[插圖]基團通過還原作用，變?yōu)閇插圖]基團，所得結構如圖8.3.1（b）所示，則抗瘧活性優(yōu)于青蒿素。若改為蒿甲醚[插圖]，所得結構如圖8.3.1（c）所示，若改為蒿乙醚[插圖]，如圖8.3.1（d）所示。蒿甲醚和蒿乙醚的水溶性和脂溶性都優(yōu)于青蒿素，治瘧活性優(yōu)于青蒿素數倍?，F在蒿甲醚已在世界上多個國家上市銷售，用于治療惡性瘧疾。![]()
圖8.3.1 青蒿素及其衍生物的結構
（a）青蒿素，（b）羥基蒿素，（c）蒿甲醚，（d）蒿乙醚
將蒿甲醚和苯芴醇配制形成的復方蒿甲醚，是一種高效的抗瘧疾復方藥物，它對瘧疾的治愈率高達95％，甚至在多種藥物產生了抗藥性的地區(qū)也有很好的療效，它惠及千萬瘧疾患者，被國際上認為是近半個多世紀人類治療瘧疾的最大進步。2015年，我國科學家屠呦呦獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎，表彰她用青蒿素治療瘧疾的原創(chuàng)思想和她領導的研究集體對青蒿素有效成分的提取和化學改性所取得的巨大成績。這個獎項的頒發(fā)也進一步激勵我國化學家對中藥化學研究的積極性。青蒿素治療瘧疾，在我國有悠久的歷史。在20世紀七八十年代，為了幫助非洲朋友，治病救人，我國有許多化學家參加青蒿素的研究，最后得諾貝爾獎的是代表人物屠呦呦。有人開玩笑說，這是諾貝爾獎的評獎委員們閱讀中國古典詩詞的啟發(fā)?！对娊洝分杏性娋洌骸斑线下锅Q，食野之蒿。”（見《詩經》卷四，“小雅”）句中的蒿指的就是青蒿。
中藥的品種有2000多種，有的成分較簡單，化學家已對它的結構和性質有了詳細的了解。例如，用作藥物的生石膏是一種礦石，成分是二水合硫酸鈣（CaSO4·2H2O），它微溶于水，在沸水中的飽和溶解度為0.1619 g/100 g H2O，溶液中以鈣離子（Ca2＋）和硫酸根離子（![]()
）存在。未溶部分仍以純的結晶體狀態(tài)沉淀在藥液底部。2010年1月至2月間，筆者在觀看BTV科教頻道《養(yǎng)生堂》欄目播放中醫(yī)藥治病養(yǎng)生有關石膏的節(jié)目后，記錄了幾位現場觀眾的討論情況：
主講大夫甲（1月20日） 我們治咳喘病的藥方是“麻杏石甘湯”，即由麻黃、杏仁、石膏和炙甘草四味藥配制而成，麻黃和石膏配伍可以增強藥效。石膏藥性辛寒，可根據病情適當增加石膏用量。有一個病例，開始時一付藥用10克石膏，后來一付藥增加到30克，病人服后取得了較好療效。
主講大夫乙（1月21日） 治療胃病的“白虎湯”是由石膏、知母、甘草和粳米四味藥組成，其中石膏和知母是主要藥物。一付藥中，石膏和知母用量分別為30克和25克，可根據病情適當增加石膏用量。以前有位名醫(yī)將石膏加到60克，后來在一付藥中將石膏加大到250克，治好了疾病。
主講大夫丙（2月26日） 早年名醫(yī)張錫純用生石膏治實熱，富有經驗。他為他女兒的發(fā)燒用生石膏煎水服用治療：第一次用石膏1兩（30克），第二次將石膏加量至2兩（60克），第三次將石膏加量至3兩（90克）。三天治愈。我（大夫丙）近期對感冒發(fā)燒達38℃的病人，開了一配方：生石膏2兩（60克），粳米2.5兩，用水3碗煮至米熟，取其湯趁熱喝下，發(fā)汗，療效很好。生石膏和粳米共煮是將石膏內部治病的精華煮出，藥渣已無效了。
在聽講過程中和聽講以后，幾位觀眾紛紛發(fā)表各自見解：觀眾A 石膏在水中是微溶性的，用500克水煎藥，1克石膏在沸騰的藥液中是溶解不完的。一付藥中石膏用量為1克，或10克，或30克，或250克不會有差別。大夫多次增加石膏用量取得較好療效，只是一種偶然的結果，不是增加石膏用量所致，主講大夫推薦的治療方法是盲目的。
觀眾B 中藥的配伍作用表現在藥物在沸水中煎煮時，相互出現一些化學效應和表面吸附等作用。石膏量大，藥液中懸浮的石膏顆粒多，飲入胃中的石膏數量就多。實踐的經驗是十分寶貴的，不能單從飽和溶解度原理去分析藥物的療效。
觀眾C 在藥方中，石膏顆粒的大小并沒有規(guī)定，通常藥店里出售的石膏顆粒都較大，如果將石膏磨細成粉，1克石膏粉的表面積和懸浮的石膏比30克大粒石膏還要多，是不是不添量只磨細就可以有高療效？
觀眾D 主講大夫還說到有位患者在加大石膏用量時，藥渣中石膏依然很多，他怕石膏沒有充分發(fā)揮作用，請教大夫是否可以將藥渣磨細，混入饅頭中吃進胃里提高藥效。大夫說：“煎中藥煎兩次就可以了，一般第三次煎藥的湯液已經很清淡，沒有作用了?！?/span>
這里存在三個問題：第一，根據文獻資料，人們不要過量服用石膏。將石膏磨細，是否更容易將“精華”煎出；反之，磨細的石膏在藥液中形成懸浮顆粒較多，咽入胃中，在酸性胃液作用下，石膏溶解度加大，胃液中鈣離子的濃度加大，容易引致膽結石和腎結石。第二，究竟藥渣中的石膏和煎煮前的石膏是否有差異？煎藥過程真的把石膏的“精華”煎出？這“精華”是什么？石膏是天然的礦石，經歷地質年代的風霜雨雪的洗禮，還能保住“精華”？第三，在中藥治病的研究中，若不重視化學科學所取得的成果，認為石膏在水中煎煮后，石膏中的“精華”就沒有了，這種盲目性與用“燃素說”解釋燃燒現象的錯誤是相似的。
在《中國：醫(yī)學文化博覽》書中有一篇文章：“清熱瀉火的礦物藥石膏”。文中將石膏（CaSO4·2H2O）的化學性質和治病的機理結合，摘錄一段如下：“石膏是一味清熱瀉火藥，作為礦物的石膏怎么會起到清熱瀉火的作用呢，……石膏是二水合硫酸鈣，微溶于水，但內服進入胃部，在胃酸作用下，一部分轉化為氯化鈣，變成可溶性鈣鹽，……溶于水的物質才能隨著血液的流動，輸送到肌體的各個部位，參與肌體的生理功能。當肌體內的鈣離子遇到肌體代謝，或是致病微生物在肌體內產生的有機酸類，就會使其變?yōu)椴蝗苄遭}鹽，失去毒性。一般高燒病人，大多發(fā)生代謝性酸中毒，如果服用石膏湯，石膏不僅中和了引起中毒的有機酸，而且它跟致病微生物內的氨基酸作用，使其失去營養(yǎng)而被抑制。雖然石膏不是抗生素，可它起到了抗生素抑制致病微生物繁殖發(fā)展的作用——不是抗生素勝似抗生素，而且作用廣譜，對一切致病微生物都有效，且不發(fā)生耐藥性，無副作用；雖然石膏不是退燒藥，可它中和了毒素而使肌體退燒，起到了解熱藥的作用?！?/span>
化學是什么？化學是一門基礎科學，它和醫(yī)學等其他學科一起，將祖先遺留給我們的珍貴的治病經驗和方法進行研究，了解其本質，使中醫(yī)藥的治療水平提高到一個新的高度，而不是簡單盲目地對某一味藥加以增減。
前幾年，筆者查閱新出版的多本中草藥藥典、圖典、圖鑒，它們印刷精美、色彩鮮麗，其中關于石膏的描述，只停留在外形上：“石膏呈纖維狀結晶聚合體，長塊狀或不規(guī)則塊狀?！睕]有一本藥典介紹關于它的化學科學知識，如飽和溶解度數據等，總體內容和幾百年前的藥典相比，沒有質的變化，沒有體現出中醫(yī)藥隨著科學的發(fā)展而更新提高。希望藥物化學家重視這個問題。
醫(yī)藥水平的提高，延長了人的壽命。據統(tǒng)計，世界人口的平均壽命在20世紀初為45歲，到世紀末增長到65歲。在美國，1900年人口的平均壽命為49歲，而2000年達到79歲。醫(yī)生醫(yī)療水平的提高和藥物化學家合成的藥物為延長人的壽命作出了重大貢獻。醫(yī)生治病的第一步是正確地診斷病人患了什么病。中醫(yī)在幾千年的治病救人實踐中積累了望聞問切的寶貴經驗。隨著化學科學的發(fā)展，化學分析不僅在提高中醫(yī)治病效果上起良好作用，而且在現代醫(yī)學診治疾病過程中，更是處處離不開，醫(yī)生必須要有深厚的化學知識。血液等體液和尿液等排泄物的化驗是不可缺少的診斷疾病的方法。利用氫原子的核磁共振成像技術得到人腦斷層圖像，顯示出腦中病變的性質和部位，指導醫(yī)生進行手術。利用四環(huán)素檢查診斷萎縮性胃炎和胃癌，是將分析化學方法應用于醫(yī)學的很好實例。四環(huán)素是在紫外線照射下能發(fā)射熒光的有機分子，它能與銅離子形成絡（配）合物，這種絡（配）合物不為人體吸收，不能進入血液。胃癌和胃炎患者，其胃液中銅離子比正常人多，血液中四環(huán)素含量明顯地低于正常人?；灂r讓病人空腹口服幾片四環(huán)素，經過一些時間，從病人耳朵或其他部位抽一滴血，用紫外線照射，從四環(huán)素所發(fā)熒光的強弱就可知道四環(huán)素的含量，即可判斷是否有胃病。
好醫(yī)要有好藥。在20世紀通過化學合成創(chuàng)制的數千種藥物中，最有影響和代表性的藥物當首推磺胺類藥和青霉素類藥。
在20世紀30年代以前，一些細菌性傳染病嚴重地危害人類健康，可怕的瘟疫常常造成大量人口死亡。1935年，化學家合成出對氨基苯磺酰胺（SN）抗菌藥物，有效地醫(yī)治好許多細菌感染的疾病。到1945年，藥物化學家合成、篩選過的磺胺類化合物達數千種，應用于臨床的有磺胺嘧啶（SD）、磺胺甲基嘧啶（SM1）和磺胺噻唑（ST）等，其中SD在預防和治療流行性腦膜炎方面有突出作用，至今仍在使用。目前，常用的磺胺藥為磺胺甲噁唑（SMZ），它是1962年首次合成的。磺胺類化合物的化學結構式如下所示：![]()
青霉素用于治療傷口感染具有神奇功效，在第二次世界大戰(zhàn)中拯救了大批傷員，創(chuàng)造了醫(yī)學奇跡。有人評價說：原子彈是第二次世界大戰(zhàn)中殺傷力最強的武器，青霉素是從戰(zhàn)場上拯救生命最多的藥物。原子彈、青霉素和雷達并列為第二次世界大戰(zhàn)期間的三大科學發(fā)明。青霉素的化學結構式如下所示：![]()
迄今，化學家通過以天然抗生素為原料進行化學修飾等方法得到青霉素類化合物達上千種，拯救了數以千萬計的生命。但是隨著青霉素的大規(guī)模使用，越來越多的細菌對它產生了耐藥性，使得一些傳染病又重新開始威脅人類的生命。解決耐藥性問題要依靠創(chuàng)制新藥物，使藥物更新?lián)Q代。人類與疾病的斗爭任重而道遠。
據統(tǒng)計，近30年來市場上出現完全的新藥數量不多，平均一年50個左右，由我國藥物化學家創(chuàng)造的新藥寥寥無幾。新藥品種少的原因主要是人們對藥物的要求越來越高，新藥必須滿足有效、無副作用和質量可靠三個條件。新藥的質量和療效必須比老藥更好，才能在市場上站住腳。
在前面幾個小節(jié)中提到中草藥在我國已有幾千年的歷史，積累了極為豐富的寶貴資料，但是限于當時的科學技術水平，并不能說明它們的化學成分，在醫(yī)治疾病中起什么樣的化學反應。中藥中化學成分極為復雜，究竟是哪些起主要作用，哪些起輔助作用，又有哪些成分不利于治病，應當設法除去？現在藥物化學的認識水平和先進的化學分析儀器，已經到達能夠深入認識中藥的成分和治病機理，并從中制出新藥。
第一，對醫(yī)療中各個科室所治疾病的常用中藥進行篩選，取最常用而又有顯著醫(yī)療效果的幾種中藥，像研究青蒿、柳樹葉、銀杏葉等藥物一樣，深入地了解它的成分并能進一步加以改造，成為能立足于世界的良藥。第二，開拓創(chuàng)新，研究中藥的特效性，例如陳竺院士發(fā)現砒霜可以治療白血病，將“毒藥”變成“良藥”。還應更深入一步了解它的機理，回答這味無機化合物中藥能和病菌所起的化學和生理反應。第三，復方藥物在我國極為盛行，由于中藥成分極為復雜，那些治病的成分常常和不治病甚至起反作用的成分并存。選擇一些復方藥物進行研究，闡明哪一些起主要作用，哪一些起輔助作用。不要像廣告宣傳××藥酒加了65種中藥，可強身健體?，F代的化學已進入很高水平，65種中藥能溶于酒精溶液的成分估計有幾百種，它們對人體有的起促進健康增強抗病能力的作用，有的可能相反。若能對“復方藥物”和“復方飲料”進行化學分析，深入研究，才能打開市場銷路，并長遠地站住腳，造福人民。
人體由化學元素組成。各種元素在人體中的含量不完全相同，同一個人也因年齡不同、飲食不同和其他生活條件不同而有差異。根據人的生理和化學成分的分析、統(tǒng)計，平均而言，有11種對成人是常量必需元素，它們是氧、碳、氫、氮、鈣、磷、鉀、硫、鈉、氯、鎂。它們占人體體重的百分數和在人體組織中的分布列于表8.4.1中。表8.4.1 人體必需的常量元素
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人體必需的微量元素有18種，這里所指微量是指在人體中含量低于0.01％（有報道，Si稍高，約0.025％），它們是硅、鐵、氟、鋅、銅、釩、錫、硒、錳、碘、鎳、鉬、鍶、砷、溴、硼、鉻、鈷。它們在人體內起著重要的作用。例如鐵在體內參加血紅蛋白、肌紅蛋白、細胞色素及一些酶的合成，參與呼吸及生物氧化過程，幫助體內氧的運輸。鐵在人體中的分布較廣，以肝和脾含量最高，其次為腎、心和腦。鋅參與很多金屬酶、RNA和DNA等的合成，鋅和胰島素活性有關，鋅促進性器官發(fā)育、維持正常的性功能，促進創(chuàng)傷愈合和組織再生。硒是很強的抗氧化劑，參與輔酶A和輔酶Q的合成，硒可以保護眼睛使視力敏銳，硒還可抑制癌癥的發(fā)生和發(fā)展。錳是許多酶的重要活化劑，增強許多代謝反應，促進生長發(fā)育，增強內分泌功能，調節(jié)神經應激能力。鈷是維生素B12的組成成分，對刺激紅細胞生成有重要作用。據研究，上述這些元素是維持人體正常的生理活動所必需，但切記，不是說它們含量越多越好。
非必需元素有銣、鋁、鋇、鈦、鈮、鋯等，其中鋁、鈦和鋇等在自然界分布甚廣，在人們的生活過程中會進入人體。例如明礬的成分是KAl（SO4）2·12H2O，明礬常用來澄清飲用水，炸油條加少許明礬會更酥脆；日常生活用鋁質炊具，鋁在人體中的生理作用以及允許的適量范圍有待生物化學家精確的研究。有毒元素即對人體健康有害的元素，包括鎘、汞、鉛、鉍、銻、鈹等6種。對這些元素要盡量避免吸入人體。
化學家在了解人體中所含的各類化學元素時，不要只停留在元素的品種和含量上，還要了解這些元素在人體中所起的功能，過多或過少會有什么樣的害處，要了解這些元素以什么樣的化合物通過什么途徑進入人體，在人體中會起什么樣的化學變化等情況。例如，C和O都是人體必需的最大量的元素，從表8.4.1可知，它們共占人體重量的82.3％，人們的飲食、呼吸和排泄就有大量的C和O進出人體，其中CO2在人體的生理活動中占有極重要的地位。但是若空氣中含有CO，被吸入體內，CO分子就會和血紅素中的Fe結合成![]()
結構，阻止它再和氧氣結合成![]()
的結構，血液失去了載氧功能，人體就會因煤氣中毒而死亡。又如，汞是有毒元素，可是牙科醫(yī)生常用汞齊合金補牙，直接將有毒元素放到嘴里，長期和它相處未見中毒。汞的毒性表現在汞蒸氣，當它經呼吸道進入人體，會經過血液到達腦部，損害腦組織；汞的化合物甲基汞（Hg—CH3）、二甲基汞（H3C—Hg—CH3）和乙基汞（Hg—C2H5）等有機汞都是劇毒物質，可經皮膚、消化道和呼吸道進入體內，破壞腦、肝和腎等器官的功能，要切實地防止這類化合物的中毒。汞齊合金不會產生汞蒸氣，不會滲出進入血液，也不會轉化為烷基汞，所以是無毒的、安全的。
碘缺乏癥是人類生存的自然環(huán)境缺少碘而引起的世界性疾病。據世界衛(wèi)生組織（WHO）估計，全世界有118個國家受到碘缺乏癥的危害，約有15億多人生活在缺碘的環(huán)境中。因碘缺乏而造成的疾病主要是甲狀腺增生腫大，即大脖子病和智能發(fā)育出現障礙，形成智力低下的疾病。
通過化學對人體生理活動和化學成分的研究，已知正常成人體內碘的含量約在15～25毫克之間，其中70％～80％存在于甲狀腺。甲狀腺中碘濃度比血漿中高約25倍。人體中的碘主要是通過甲狀腺素參與全身一系列的生理活動，它涉及人體生物氧化、水鹽代謝、維生素吸收和利用、神經系統(tǒng)發(fā)育等100多種酶的活力，對促進新陳代謝、蛋白質合成、調節(jié)能量轉換和加速生長發(fā)育等起著關鍵作用，維持人體的正常生命活動的需要。碘是人體必需的微量元素。
通過化學研究了解碘主要不是以離子形式（I-）起生化作用，而是和其他元素組成甲狀腺素參與生理活動。甲狀腺素有兩種：
T4：四碘甲腺原氨酸
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T3：三碘甲腺原氨酸
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從上述分析得知，生活在缺碘地區(qū)的人，要設法加碘，現在主要用加碘鹽的方式防治。但是攝入碘過量會引起甲亢、甲狀腺結節(jié)和甲狀腺腫瘤，所以碘鹽的推廣也要有針對性。
在食鹽（NaCl）中加碘，通常不是加碘化鈉（NaI），而是加人體更容易吸收的碘酸鉀（KIO3）。加碘的數量是使每千克食鹽中達到含碘40～50毫克之間。正常人每天約需0.1～0.3毫克碘。
由于碘鹽中的碘遇熱容易揮發(fā)而散失，使用時應注意以下幾點：（1）不宜大量購買，屯積久放；要用玻璃瓶裝，用后蓋嚴。工業(yè)用鹽中常添加一些亞鐵氰化鉀（抗結劑），這種鹽對人體健康影響很大，不能作為食用鹽。
化學是什么？化學是一門指導人們正確地理解日常生活細節(jié)中的道理，促進其健康生活的基礎科學。
牛奶中的主要營養(yǎng)成分是蛋白質。鮮牛奶中蛋白質含量的國家標準是每100毫升牛奶中含蛋白質的量不少于2.95克。食品工業(yè)中檢測蛋白質的含量是用定氮法，即用強酸處理牛奶樣品，讓奶所含蛋白質中的氮變?yōu)榈獨猓∟2）釋放出來，測定氮的量，以此計算出蛋白質的含量。牛奶中的蛋白質的含氮率約為16％，國家標準規(guī)定把測出的氮含量乘以6.3，就是牛奶中蛋白質的含量。
牛奶中含氮的物質只有蛋白質。不法商家和奶牛養(yǎng)殖戶為了多賺錢，在奶中加水。兌水導致牛奶含蛋白質量降低了，為了騙過檢測標準，加含氮量高的三聚氰胺或尿素，作為蛋白質的冒充物，嚴重影響牛奶的質量。2008年，三鹿奶粉中添加三聚氰胺事件，鬧得全國沸沸揚揚，上萬名嬰幼兒住院治療腎結石，數以萬噸計的奶制品先后下架，國外禁止進口中國奶制品等等，經濟損失數以十億元計，對人民的身體健康造成了巨大的損害，并產生了極壞的國際影響。三聚氰胺又稱蜜胺，英文名稱為cyanuramide或melamine，分子式為C3H6N6。它是無色無味的晶體，熔點354℃，密度1.573 g·cm-3。含氮量達66.6％。它的用途廣泛，是基本有機化工的中間產品。![]()
尿素的英文名稱為urea，分子式為CO（NH2）2。它是無色無味晶體，熔點為132.7℃，密度1.335 g·cm-3，含氮量達46.7％，大量用作化肥和化工原料。尿素在高溫環(huán)境下會變成三聚氰胺。長期飲用含有三聚氰胺的牛奶或奶粉，會引發(fā)腎結石。腎結石患兒有排尿困難、排尿疼痛、尿潴留、遺尿、血尿、發(fā)熱等癥狀，嚴重影響患兒健康。這一事件說明：在食品化學中如果只是簡單地檢測食品中所含化學元素的成分，就會使不法商販鉆空子；還要注意它是什么樣的化合物，制定出切合實際的食品檢驗標準，并嚴格遵照執(zhí)行。從事相關工作的科技人員要以此事件為教訓，亡羊補牢，研究解決食品添加劑問題、食品質量檢測問題，為廣大人民提供健康的食品。
食物中所含的各種礦物元素在人體內經過代謝消化后，氧化生成的氧化物，有的是酸性氧化物，如磷、氯、硫、碘等非金屬元素，通常稱它們?yōu)樗嵝缘V物元素；有的是堿性氧化物，如鈣、鎂、鈉、鉀等金屬元素，通常稱它們?yōu)閴A性礦物元素。有些食品含酸性礦物元素較多，灰分呈酸性反應；有些食品含堿性礦物元素較多，灰分呈堿性反應。由于灰分的酸堿性反應，一般與體內氧化的結果相同，據此將食品分為酸性食品和堿性食品。注意，這種對食品的分類與食品本身是否呈酸味無關，而是食品中兩類元素氧化后的綜合結果。常見的酸性食品有米、面、蛋、魚和肉等；常見的堿性食品有蔬菜、水果、薯類、海帶等。在日常膳食中，要注意酸性食品和堿性食品的合理搭配，維持人體體液的pH在7.35～7.45之間，稍偏堿性。若攝入酸性食品過多，會引起各種酸中毒和鈣缺乏癥。
食品的酸堿性問題也可從人體血液的酸堿性和食物的代謝角度分析。人體血液正常的pH為7.35～7.45，略呈堿性。（1）導致血液酸化的食物，簡稱酸性食物。如肉、蛋黃、動物內臟，這些食品的代謝產物含![]()
結構類型的分子較多，它們在血液中略呈酸性，對人體健康不利。
（2）導致血液呈微堿性的食物，簡稱堿性食物。如水果、紅薯、海帶、山楂等，它們有些口味呈酸性，代謝時放出CO2，留在血液中的K＋、Na＋等較多，略呈堿性，對健康有利。
鈣是人體必需的大量元素。據統(tǒng)計，一個體重70千克的成人，含鈣約1.42千克，其中99％以磷酸鹽、碳酸鹽、氫氧化物的形式存在于骨骼、牙齒以及軟組織中。這些骨骼，除了保護大腦、脊髓等各種器官外，還司掌身體的運動，同時還兼具鈣質儲存庫的功能。另外1％存在于體液之中，鈣以離子Ca2＋的形式存在，細胞外Ca2＋的濃度高于細胞內的濃度，其生理功能是起調節(jié)和信使作用，在肌肉收縮、心臟搏動、神經傳導和出血時血液的凝固過程中起重要作用。Ca2＋的正常濃度對維持細胞膜的完整性和肌肉的興奮極為重要，許多激素在和靶細胞發(fā)揮作用時必須有Ca2＋參加。
在人體各組織之間，不斷地發(fā)生著鈣的交換。骨組織與細胞外液也如是，新骨不斷形成，舊骨不斷萎縮，形成骨鈣的新陳代謝。當飲食中鈣不足或腸鈣吸收不良時，骨骼會釋放鈣以維持正常血鈣水平，使各組織細胞維持正常生理功能；反之，飲食鈣過多或腸鈣吸收過多時，大部分鈣被儲存于骨組織中，避免血鈣過度升高。但骨鈣的儲存量是有限的，當達到飽和時，多余部分通過腎臟隨糞便排出。維生素D對腸鈣的吸收很重要，它在皮膚受日照后被激活才能變?yōu)榫S生素D3，吸收人體所必需的鈣。
骨質疏松是一種因骨量降低、骨組織顯微結構受損，導致骨的脆性增加，容易骨折的疾病。骨骼由蛋白質形成的膠原纖維加上由鈣離子和磷酸鹽離子形成的羥基磷酸鈣共同組成。骨骼在生命過程中處于不斷更新狀態(tài)，即血液中的鈣離子不斷地沉積于骨骼中，稱為“骨形成”；骨骼中的鈣離子不斷地釋放到血液中，稱為“骨萎縮”。在青少年發(fā)育期，骨形成較骨萎縮旺盛，骨骼逐漸增長；成年后，兩者相對平衡；到達老年，骨形成弱于骨萎縮，骨量呈逐漸減少，容易導致重度骨質疏松，引發(fā)骨折，其中髖骨骨折危害最大，椎骨被壓碎、大腿關節(jié)骨折、手腕骨折等較常見。
要使骨骼正常生長，維持健康水平，需要醫(yī)生治療、引導。從化學知識來分析，應注意以下幾點：（1）選用含鈣豐富的食品，增加食物中的鈣含量。牛奶、豆類、水產品等食品含鈣較多。蛋類中的鈣、磷元素以及維生素D多集中于蛋黃中。適當服用維生素D，注意多曬太陽，使鈣容易吸收。（2）注意各種元素搭配。骨骼的形成除了依靠鈣元素外，磷是重要元素，鎂、鉀和氟也對骨形成起重要促進作用。單一的補鈣對治骨質疏松不會有好效果。所以飲食中要注意鈣和磷的比例，注意補充鉀、鎂等元素。利用營養(yǎng)化學的知識適當選料和改善烹飪方法。例如燉肉骨頭湯，加適量的醋，促進鈣和磷溶解，營養(yǎng)比較全面。（3）防止血鈣過高。人體對各種元素的含量都有一定要求，過多或過高導致失衡會影響健康，血鈣高會導致腎結石。
下面舉一實例以供生活中遇到相似問題時思考、探索。菠菜中含草酸較多，有人認為由于草酸會和鈣在胃中形成草酸鈣不溶性鹽而排出，不宜食用，更不要和豆腐合煮，認為這是食物搭配中的禁忌。另外有人認為只要注意烹調方法，即可去弊存利。方法是先將菠菜在沸水中焯2～3分鐘，大部分草酸溶于水中除去，這焯過的菠菜中草酸含量和一般蔬菜差不多，用它和豆腐一起烹炒，剩余草酸和豆腐中游離的鈣（石膏點豆?jié){形成豆腐留下的鈣）結合成草酸鈣，減少患結石概率。綠色菠菜中富含鎂、鐵、鉀等元素，對補骨、補血都很有效，這道菜不是食物搭配中的禁忌，而是營養(yǎng)豐富、色香味俱佳的食品。
茶是我國的傳統(tǒng)飲料，歷史悠久、資源豐富、品種眾多、名茶迭出。有人考證中國飲茶已有2700多年歷史，唐代陸羽首著《茶經》，把茶文化和養(yǎng)生之道總結提高到新水平。茶之所以受到重視，原因在于它對人的養(yǎng)生保健之功。
新鮮的茶葉含水75％～80％，干物質20％～25％。在不計算水分的干茶葉中，含茶多酚（又稱茶單寧、鞣酸、鞣質）20％～35％，蛋白質20％～30％，糖類35％～40％，茶堿3％～5％，脂類化合物4％～7％，有機酸3％，礦物質4％～7％，維生素0.6％～1％。上述成分中，最有特色的是茶多酚和茶堿。
茶多酚是一類多酚化合物的總稱，包括兒茶酚、黃酮和花青素等，其中以兒茶酚最多，它是自然界中最強的抗氧化劑之一，飲茶的功效許多和它有關。它可使致癌物失去活性，阻斷亞硝酸胺的形成，抑制癌細胞生長；它對脂肪代謝有重要作用，也對抑制心血管疾病和動脈硬化、增強毛細血管的彈性起良好作用；它能抑制和抵抗病菌、消炎和抗病毒。
兒茶酚也是一類具有下式所示的化學結構化合物的總稱。茶葉生長的條件不同，取代基R1和R2都可能會有差異，但上述茶葉的生理功能基本相同。![]()
茶堿是一類生物堿，主要為咖啡因，它使茶具有苦味，有提神強心、利尿和醒酒等作用。茶葉中包含的其他物質具有護眼明目、護牙固齒、促進消化、降低血脂等功能。茶的品種很多，主要有綠茶、紅茶和烏龍茶。綠茶是不發(fā)酵茶，將采摘的新鮮茶葉，炒烤（或蒸）、干燥，破壞其中的發(fā)酵酶，防止酸化變色。綠茶中保持原茶成分最多，所含各種醇、糖和膠質為茶賦味添香，茶水清湯綠葉，鮮醇爽口，清熱提神。紅茶是經揉制發(fā)酵，使茶中的酶促進氧化、發(fā)生化學反應，茶多酚減少約90％，產生茶黃素、茶紅素等新成分，顏色轉變?yōu)榧t棕色，香氣物質明顯增加，香濃味純，去寒暖胃。烏龍茶是半發(fā)酵茶，品質介于綠茶和紅茶之間，對分解脂肪、減肥健美作用較好。茶中的芳香油使茶具有特殊香味，但它易揮發(fā)，所以茶飲料宜泡不宜煮。現代藥理試驗證明，因茶含茶多酚及茶堿等成分，對中樞神經、循環(huán)系統(tǒng)、代謝功能等有興奮作用，并具有利尿、抑菌、抗癌、減少心肌梗塞等功效，因而茶得到“健康飲料”“安全興奮劑”“美容飲料”等美稱。其實我國的茶葉除泡水作飲料外，還作為蔬菜原料加入菜肴中。以茶入烹的菜肴品種不少，例如：龍井魚片、祁門雞丁、鐵觀音燉鴨、碧螺（春）蝦仁、五香茶葉蛋等等。居家燒菜烹紅燒肉、清燉魚、燉豆腐，適當加些茶葉，既有茶香，又養(yǎng)生保健。注意燒菜以綠茶為上，茶葉蛋以紅茶為宜。對茶葉的養(yǎng)生保健功能的認識，并非一帆風順。有人根據茶中含有茶堿和茶多酚成分，發(fā)表一些見解，載于報刊，說“茶葉蛋是一種于人體健康有損的食品”?！安枞~中除生物堿外，還有酸化物質，這些化合物與雞蛋中鐵元素結合，對胃起刺激作用，不利于消化吸收?！眹鈧€別報刊甚至曾發(fā)表過“茶是致癌物”的觀點。長期的實踐證明，茶葉蛋加工方便、美味養(yǎng)生、食用簡便、適于旅游攜帶，并未見有實際損害健康的報道。鞣酸與鐵作用幾乎遍及眾多的蔬菜和水果。茶葉泡水作飲料和茶菜肴中茶的用量相對于其他蔬菜的量要少很多。至于茶是致癌物之說，更是錯誤。不少化學家曾就此作了細致實驗，證明茶對人體起抗癌治癌作用，而否定了茶是致癌物之說。化學是什么？化學是一門幫助人們準確地分析食品的化學成分，并了解其在人體中作用的基礎科學。由于人體是一個極為復雜的化學反應器，在試管或燒瓶中的化學反應條件下進行反應所得的結果，和胃、腸、血液中的結果是不盡相同的，其差異正是現代化學所要研究的課題。所以，對食品中的化學問題要特別注意：一是不能簡單機械地進行推論，而要辯證地考慮復雜因素的作用。二是要有數量的觀點，對于像汞、鎘等金屬毒物，在體內起累積作用，要細心檢驗出它的精確含量，幫助衛(wèi)生部門嚴格把關控制；對鞣酸和茶堿等，在喝茶時進入體內的量不多，是否就和鐵離子結合而影響健康，則要慎重地思考其利弊。三是要重視社會歷史的實踐結果，例如說飲茶致癌，這和我國的情況截然不同。以前我國人民主要喝茶飲料，癌癥發(fā)病率較低（個別地域水質中含氟高等因素除外），近幾十年來城市中癌癥發(fā)病率增高，是否和飲用較多的碳酸型飲料及其他飲料有關？另外，食品的化學成分還和施加的飼料和肥料有關，化學可以在其中起重要作用，現以雞蛋為例說明。從20世紀50年代起，日本人注意在飼料中添加海藻，發(fā)現蛋中含碘量和某些維生素增加，這種蛋除了補碘外，還有利于治療哮喘、皮炎和高血壓。美國在飼料中增加多種植物成分，包括葵花籽，發(fā)現蛋中含膽固醇較低。飼料中加含鋅化合物，蛋變成了“高鋅蛋”，大大提高市場銷售量和價值。其實這種做法，早在清朝乾隆年間就有記載：淮揚大鹽商黃冠太用人參、白術等藥研末加在飼料中喂養(yǎng)蛋雞，生出的蛋“味美無比，最為養(yǎng)人”，價值“每枚紋銀一兩”。通過對食品化學成分的分析，安全合理地組織生產和烹調，提高食品的品位，為人民的健康養(yǎng)生服務，是化學的重要內容。民以食為天，食以安為先。隨著我國人民生活水平的提高，食品的質量和安全問題也越來越引起全社會的關注。要全面地提高食品的安全性，需要以了解和研究，進而掌控食品原料中的化學成分及食品加工和儲存中可能發(fā)生的變化和被污染的情況為前提，通過化學方法保障食品的質量和安全，是堅持以人為本，全面、協(xié)調、可持續(xù)發(fā)展的核心內容之一。下一篇為大家?guī)恚旱?章化學是自然科學的探索者
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