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出品：科普中國

作者：張昊

監製：中國科普博覽

今年3月，一項發表在權威雜誌《美國科學院院刊》的研究指出，含鉛汽油曾經的廣泛使用，讓全美超過一半人口的智力水平受到負麵影響，平均每人的智商指數IQ，下降了2.6分。

今天，我們(men) 就聊聊“鉛”的故事。在正文開始之前，我想再重複一遍大家耳熟能詳的事，那就是我們(men) 用的鉛筆，雖然叫鉛筆，其實和鉛沒關(guan) 係，鉛筆芯的成分是石墨，是碳的一種形態。所以即使小時候喜歡“咬筆頭”，也不必擔心。

回到主題。無獨有偶，2020年一項《美國醫學會(hui) 雜誌》上的研究，科學家掃描了1000餘(yu) 名出生於(yu) 新西蘭(lan) 同一城鎮的45歲成年人的大腦結構，他們(men) 成長的時期正是含鉛汽油的使用高峰期。該研究稱，受試者們(men) 11歲時身體(ti) 中每多攜帶5微克/分升的鉛，到45歲時，他們(men) 的大腦皮質表麵積比對照組減少了1平方厘米，海馬體(ti) 體(ti) 積減少了0.1立方厘米，智商值則平均低2點，有些人還表現出認知能力衰弱。

其中，鉛暴露量最高的參與(yu) 者大腦白質完整性還會(hui) 出現損傷(shang) 。由於(yu) 童年是大腦發育的關(guan) 鍵時期，故這段時間的鉛暴露會(hui) 對大腦造成長期影響，甚至可能在老年帶來退行性疾病。

在曾經的日常生活中，有很多大家習(xi) 以為(wei) 常，實際上卻嚴(yan) 重損傷(shang) 人類大腦的事物。比如一度流行的鉛製水管，以及上麵所說的含鉛汽車尾氣。雖然這些鉛製水管和含鉛尾氣，正在慢慢淡出人類的生活，但它們(men) 造成的危害卻像陰影一樣，長久纏繞在為(wei) 數眾(zhong) 多的受害者身邊。

含鉛汽油能夠在將近100年間大行其道，其中固然有妥協和無奈，但其背後的資本勢力和監管失位同樣難辭其咎。汽油中為(wei) 什麽(me) 要添加鉛，人長期吸入含鉛尾氣又會(hui) 引發怎樣的症狀，人類在未來能夠完全杜絕鉛的汙染，甚至將鉛排除出常用材料嗎？

鉛結晶和加工後的鉛單質塊 （圖片來源：維基百科）

含鉛汽油添加劑如何登上人類的曆史舞台？

人類在不斷改良內(nei) 燃機的過程中，逐漸發現了所謂的“爆震”現象。早期內(nei) 燃機壓縮比低，氣缸內(nei) 溫度不高，隻要火花塞不點火，缸內(nei) 的油氣混合物就不會(hui) 發生燃燒。當我們(men) 追求更高性能內(nei) 燃機的時候，不免要增大壓縮比，提高氣缸工作溫度。此時就可能出現部分油氣混合物在火花塞點火之前就發生自燃的現象，也就是汽油的爆震。

這就好比大家齊心協力賽龍舟時，有人不聽號子劃船自己亂(luan) 來，最終必然會(hui) 影響整個(ge) 團隊。爆震對內(nei) 燃機來說絕對不是好現象，它不僅(jin) 會(hui) 讓內(nei) 燃機的燃效降低，還可能發出噪音甚至損壞氣缸。想要解決(jue) 爆震，當然可以從(cong) 內(nei) 燃機結構和汽油本身兩(liang) 方麵入手，但內(nei) 燃機結構的發展在當時已經陷入瓶頸，且增大壓縮比本來就是內(nei) 燃機發展過程中不可避免的途徑。因此，工程師們(men) 隻能在汽油身上想辦法。

含鉛汽油添加劑的發明人米基利（左）及其產(chan) 品包裝（右）

圖片來源：維基百科

很快，供職於(yu) 美國通用公司的托馬斯·米基利，於(yu) 1921年發現了一種名為(wei) 四乙基鉛的化合物可以很好地抑製汽油爆震。這種物質合成工藝簡單，成本相當低廉，而且隻需少量添加就能有效提高汽油的抗爆震性能。可惜的是，鉛元素和鉛的一些化合物在當時已經是眾(zhong) 所周知的毒物，麵向市場推出含鉛的汽油添加劑很可能會(hui) 引發公眾(zhong) 的擔憂。

然而，通用公司對這一技術表現出了極大的興(xing) 趣，為(wei) 了產(chan) 品能夠順利上市，他們(men) 在產(chan) 品命名時刻意隱瞞了汽油含鉛的事實，將其稱為(wei) “乙基汽油添加劑”。從(cong) 生產(chan) 線建設開始，就已經有多名工人因鉛中毒而患病甚至死亡。但是，在抗爆汽油添加劑巨大的經濟利益麵前，通用公司仍然不顧各種安全隱患，推動四乙基鉛成為(wei) 後來近100年使用最為(wei) 廣泛的汽油添加劑。

劣跡斑斑的含鉛尾氣

含鉛汽油添加劑的危害很快開始顯現。生產(chan) 環節中，工人急性中毒以及慢性職業(ye) 性中毒的事件頻發。在消費環節，大量含鉛廢物隨著汽車尾氣的排放進入大氣，並在道路沿線地區富集。發達國家較早進入汽車社會(hui) ，機動車保有量在數十年前曾遙遙領先於(yu) 發展中國家，因此更早成為(wei) 鉛尾氣汙染的受害者。

圖片來源：veer圖庫

由四乙基鉛汽油添加劑造成的急性中毒事件中，最為(wei) 知名且最富有戲劇性的便是其發明人米基利的以身試法。1923年10月30日，為(wei) 了打消公眾(zhong) 對這種物質安全性的疑慮，米基利專(zhuan) 門召開了發布會(hui) ，並在現場取出一小瓶四乙基鉛添加劑，並將其塗抹在手上，同時還對著瓶口嗅聞了60秒。誰知這場發布會(hui) 竟成了“大型車禍現場”，幾天後，不僅(jin) 通用旗下的一所四乙基鉛工廠遭遇新澤西州政府關(guan) 停，米基利本人也出現了嚴(yan) 重的鉛中毒症狀。他被送入醫院後，休養(yang) 了整整一年時間才基本恢複。

而在1970年的東(dong) 京柳町，也發生了嚴(yan) 重的慢性鉛中毒事件。柳町是東(dong) 京新宿區的一個(ge) 街區，在當時是幾條交通幹道的交匯處，而且地形上位於(yu) 穀底，空氣容易發生蓄積。汽車尾氣遇上“穀底”地形，使得該地區空氣中一氧化碳含量常年位於(yu) 東(dong) 京前列。這導致當地居民呼吸道疾病的發病率居高不下，甚至有“柳町哮喘”這樣的說法。

冬天的汽車尾氣 （圖片來源：veer圖庫）

為(wei) 了對當地居民的健康狀況進行摸底排查，醫療機構對當地居民進行了內(nei) 容詳細的體(ti) 檢。結果發現，此地受檢居民身體(ti) 中的血鉛含量達到了平均47.7毫克每分升，最高138毫克每分升的水平，基本是國內(nei) 其餘(yu) 地區的7倍以上。而當時日本厚生勞動省規定的鉛職業(ye) 傷(shang) 害認定標準為(wei) 60毫克每分升，柳町的很多居民已經處於(yu) 鉛中毒的狀態。

不過，慢性鉛中毒對神經係統的影響很難用具體(ti) 數值進行描述，畢竟這可能是持續數十年的緩慢進程。上麵的研究數據雖然存在一係列細節上值得推敲的紕漏，但總體(ti) 上還是能夠反映出鉛中毒對人體(ti) 神經係統長久而深遠的毒害性。那麽(me) ，鉛這種元素和人體(ti) 到底會(hui) 發生怎樣的作用，它為(wei) 什麽(me) 會(hui) 影響人的身體(ti) 健康，鉛中毒後的症狀和治療方法又是怎樣的呢？

鉛到底是一種怎樣的元素？

鉛是自然界中廣泛存在的金屬元素，鉛的單質具有密度大、易熔煉、易加工等特點，在工業(ye) 界和日常生活中用途廣泛。鉛的密度大約是鐵的1.4倍，因此鉛的單質常用來製作各種形式的配重。鉛的各種化合物更是從(cong) 工業(ye) 革命時代起就成為(wei) 了人類不可或缺的重要原料，除了汽油添加劑，鉛較大的工業(ye) 用途還包括鉛蓄電池、錫鉛焊料、鉛塗料、鉛合金飾品等等。

用作射線屏蔽材料的鉛磚（左）和小型鉛蓄電池（右）

圖片來源：維基百科

作為(wei) 一種有毒元素，鉛在單質形式下存在時隻要不進入身體(ti) 就完全沒有中毒風險。觸摸鉛的塊體(ti) 材料非常安全，無需過多疑慮，但誤食鉛則非常危險。單質鉛在胃酸作用下會(hui) 溶解出鉛離子，這些離子進入血液後會(hui) 很快流向全身，在多個(ge) 器官造成損害。

2006年，美國曾發生過一起誤食純鉛飾品造成4歲兒(er) 童死亡的事件。一名患有輕微智力障礙的4歲男童由於(yu) 突發嘔吐而前往醫院，醫生起初並未懷疑男童誤食毒物，隻開了止吐藥後便讓家長帶男童回家。豈料兩(liang) 天後男童情況突然惡化，腹痛嚴(yan) 重並伴隨四肢無力。送往醫院後，男童相繼出現亢奮、呼吸困難、腦部水腫等一係列神經係統症狀、X光透視檢查顯示男童胃部存在異物。

入院4天後，男童血液中鉛濃度達到180毫克每分升，醫生這才懷疑急性鉛中毒的可能。但結論為(wei) 時已晚，男童當晚出現腦死亡症狀，並在入院5天後不治身亡。死後的解剖結果顯示，男童胃部的異物為(wei) 靴子上的心形裝飾物，其含鉛量達到了99.1%。

這起悲劇發生後，許多國家對市麵上的廉價(jia) 金屬飾品進行了多次檢查，結論顯示鉛和鉛合金由於(yu) 價(jia) 格低廉且質感紮實，直到現在仍然被某些廠商用來製作低成本飾品。這些飾品在日常佩戴過程中並不會(hui) 對健康造成影響，但若被兒(er) 童誤食則有很大的中毒風險。

（單質）鉛中毒實例：（左）鉛水管係統，（右）食腐動物食用中鉛彈獵物後容易中毒

圖片來源：維基百科

鉛的化合物更有可能產(chan) 生環境公害

說完了鉛的單質，我們(men) 再來看看鉛的各種化合物（包括鉛水管中溶解出的鉛離子）對人體(ti) 有哪些健康風險。鉛的各種無機化合物雖然能夠在體(ti) 外穩定存在，但它們(men) 一旦通過呼吸道和消化道進入身體(ti) 就會(hui) 逐漸沉積並緩慢分解，分解後的鉛離子在血液、軟組織和骨組織中含量最大。各髒器中，腎髒和肝髒因為(wei) 參與(yu) 鉛的代謝，因此鉛含量更高，腦中鉛含量相對就低得多。

汽車尾氣中釋放出的氣態有機鉛化合物，進入人體(ti) 主要是通過呼吸道途徑，由於(yu) 具有脂溶性，皮膚也是其進入人體(ti) 的可能途徑之一。進入人體(ti) 後的鉛雖然也會(hui) 蓄積，但一定程度上也能排出體(ti) 外，糞便、尿液甚至呼吸都是鉛排出身體(ti) 的途徑。與(yu) 無機鉛化合物不同的是，吸入有機鉛化合物後腦中的鉛濃度會(hui) 顯著增高，這也是含鉛尾氣容易對神經係統造成影響的重要原因之一。

鉛對身體(ti) 的影響：（左）幼年時期有鉛暴露史者成年後大腦前額葉體(ti) 積明顯變小（紅色部分），（中）鉛中毒後特殊的幹骺端線，（右）鉛中毒後的嗜堿性點彩紅細胞

圖片來源：維基百科

鉛進入人體(ti) 後誘發異常的主要原因在於(yu) 鉛能夠幹擾血紅蛋白的合成。當鉛在血液中的濃度達到40微克每分升以上時，與(yu) 造血相關(guan) 的生化過程就會(hui) 開始受到幹擾，但此時體(ti) 內(nei) 的異常狀況還不足以發展為(wei) 短期內(nei) 能夠察覺的明顯症狀。當血鉛濃度達到60微克每分升以上時，身體(ti) 中的肝、腎等多個(ge) 髒器的指標就可能出現異常。血鉛濃度進一步上升到80微克每分升時，全身症狀開始顯現，首要的表現為(wei) 貧血及特有的灰白麵容，神經係統也將出現頭痛、敏感、躁鬱等各種表現。

當體(ti) 內(nei) 血鉛含量升高到150微克每分升以上時，人體(ti) 已經處於(yu) 與(yu) 急性鉛中毒相當的狀態，此時身體(ti) 各大係統特別是神經係統將出現嚴(yan) 重異常。人腦的正常功能難以維持，運動和知覺神經異常，在神經麻痹作用下，患者常表現出特有的垂手症狀。

警惕兒(er) 童殺手 （圖片來源：長沙晚報）

近年來，不斷有研究發現，長期暴露在鉛含量超標的環境中，即便血鉛濃度沒有達到傳(chuan) 統意義(yi) 上的致病危險值，人體(ti) 內(nei) 的損害、特別是神經係統的損害也已經產(chan) 生。因此，本次研究也並非提出了新結論，而不過是給長期存在的觀點增加了一些新的佐證。與(yu) 銅、鐵等其它金屬元素不同，鉛在人體(ti) 內(nei) 沒有任何已知的作用，屬於(yu) 純粹的有毒有害物質。但由於(yu) 鉛在自然界中的分布極為(wei) 廣泛，人類將不可避免地通過各種途徑攝入鉛，這其中又以飲食為(wei) 主。

我國居民日常的鉛攝入量依地區有所不同，以杭州居民為(wei) 例，2014年的調查顯示，杭州居民的鉛攝入量約在每日80微克，這一數據與(yu) 每日200微克的可耐受攝入量有不小的距離，但仍然顯著高於(yu) 鄰國日本（約20微克）等較早對鉛汙染進行全麵控製的國家。

隨著各類更加嚴(yan) 格的環保措施的出台，相信我國居民的鉛攝入量將會(hui) 逐漸向世界先進水平看齊。因此，在各工業(ye) 門類中采取更加全麵的“禁鉛”舉(ju) 措，顯得更加重要。

鉛的存在狀態決(jue) 定是否對環境有害

其實，決(jue) 定鉛對人體(ti) 和環境毒害作用大小的，是鉛的存在以及分布形態，後者則直接決(jue) 定了含鉛材料能否大規模推廣應用。例如，雖然工業(ye) 用鉛的接近9成都用於(yu) 鉛蓄電池，但其中的含鉛化合物釋放到外界汙染環境的可能性很低，因此鉛蓄電池一直是製造車用電瓶和UPS備用電源的首選。而作為(wei) 抗爆汽油添加劑的四乙基鉛以及電子工業(ye) 中所用的錫鉛焊料則存在著很大的環境風險。

錫鉛焊料雖然性能優(you) 異成本低廉，但由於(yu) 電路基板上存在諸多焊點，因此廢舊電路板上的含鉛合金事實上無法進行回收，而電子產(chan) 品巨大和消費量和廢棄量又使得它們(men) 不可能被集中進行無害化處理。最終，堆積在野外垃圾處理場的電路板在自然條件下可能會(hui) 源源不斷地向土壤和地下水中釋放鉛，這些鉛最終會(hui) 被植物和水生動物富集，再通過食物鏈進入人體(ti) 。

廢舊電路板 （圖片來源：veer圖庫）

考慮到鉛使用不當後潛在的環境危害性，即便四乙基鉛和錫鉛焊料有著不可比擬的性能優(you) 勢，人類也必須向它們(men) 揮手告別。目前，世界上僅(jin) 有數個(ge) 國家和地區仍在售賣含鉛汽油，電子工業(ye) 經過將近30年的努力，也基本在民用消費電子領域杜絕了錫鉛焊料的使用。這些舉(ju) 措很好地抑製了環境中鉛含量的上升趨勢，也使得總體(ti) 上人類通過呼吸和飲食攝入體(ti) 內(nei) 的鉛含量降低。

縱觀地球演化發展的曆史，可以窺見每一種元素都是自然界賦予人類的寶藏，它們(men) 總是在某個(ge) 時候為(wei) 人類的發展創造機會(hui) 。雖然某些形式的鉛和鉛化合物具有一定的人體(ti) 毒性，它們(men) 仍然是很多場合下不可替代的關(guan) 鍵材料。而且，隻要按照科學的方式加以使用，這些含鉛材料並不會(hui) 對人體(ti) 和環境造成損害。未來，人類仍然需要更加嚴(yan) 格地控製彌散形式的鉛進入環境，同時也需要更合理地開發、利用鉛，讓這些資源真正為(wei) 人類造福。

參考文獻：

Half of US population exposed to adverse lead levels in early childhood

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2118631119

One of the worst public health dangers of the past century has finally been eradicated

https://www.vox.com/future-perfect/22650920/leaded-gasoline-eradicated-public-health

Lead exposure in last century shrank IQ scores of half of Americans, study finds

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