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探索铬的奥秘

时间:2023-02-13


  1798年,人类第一次揭开铬的面纱,Vaquelin发现了以PbCrO4形式存在的铬元素(Cr6+),而铬真正引起人们大量关注,则用了接近一百年。

  19世纪末,因为染色剂中含有大量六价铬(Cr6+),苏格兰印染行业的许多工人正饱受着鼻癌的困扰,六价铬(Cr6+)则被认为是罪魁祸首。

  20世纪三十年代,德国又发现了六价铬能够导致肺癌,接下来的时间,人们谈铬色变,彷佛铬元素等待的,只能是不断被“妖魔化”,人类对于它的全面认知,还得“让子弹飞一会”。

  1954年,科学家发现铬会增强老鼠肝脏将乙酸合成胆固醇和脂肪酸的速率。

  1959年,Schwarz 和Mertz发现,三价铬可以增强老鼠对葡萄糖的耐受。

  Jeejebhoy在1977年宣布,通过对一名妇女注射三价铬缓解了其葡萄糖不耐受的症状!

  接着到来的1990年代,人们发现其实牛、羊、马,猪和家禽都需要铬。

  等等,难道铬是被人类冤枉了上百年吗?

  这其实不能完全责怪人类,因为铬元素实在是太容易变身了!

  从-2价到+6价,铬元素能给你整出一套葫芦娃或者俄罗斯套娃,不同价的铬性格差异很大,套用一句流行语,总有惊喜等着你!


  铬最常见的形态主要是+2,+3和+6三种(Pechova, 2007),Cr2+具有很强的还原性,与空气接触就能直接被氧化成Cr3+。

  Cr6+则是铬中第二稳定形态,具有很强的氧化特性,尤其在酸性介质中非常容易伪装成CrO42-或Cr2O72-的离子基团形式,由于其良好的溶解性,非常容易通过细胞的生物膜,从而与胞内的蛋白质和核酸发生反应,生成更加稳定的Cr3+,当然细胞就被伤害啦,这也就是为什么Cr6+具有致癌性的缘由。

  大家应该也看出来了,不论是不堪大用的Cr2+,还是“作恶多端”的Cr6+,最终都会被“改造”成Cr3+,也就是机体内存在的形式(机体必需元素Cr3+),为何Cr3+会成为人和动物机体最终的宠儿呢?

  这就跟它温和的“脾气”有很大关联了。

  

  Cr3+通过细胞膜的难度较大(Mertz, 1992),化学稳定性强(不容易发生氧化或者还原反应),无机形式的Cr3+甚至难以被机体吸收,例如人体摄入10μg时的吸收率仅2%,摄入量高于40μg后则降至约0.5%(Anderson,1985)。

  当然,最重要的还是Cr3+独特的生理学功能,Cr3+作为葡萄糖耐量因子(GTF)的重要组成部分,能够促进胰岛素与细胞的胰岛素受体结合,进而提高胰岛素的生物学效价,并通过胰岛素调节机体对葡萄糖、脂类、蛋白质以及核酸代谢等生物功能。

  3.1

  通过胰岛素调节葡萄糖代谢


  Cr3+能够提高胰岛素受体的敏感性。

  当4个Cr3+与一个胰岛素受体结合之后,胰岛素对葡萄糖的运输能力将增强8倍,促进机体对葡萄糖的吸收和利用,从而达到快速降低血糖的功效

  3.2

  调节脂质代谢


  大量的研究表明,Cr3+是参与脂质代谢必不可少的元素,日粮中补充Cr3+可以帮助降低胆固醇和低密度脂肪酸含量,提高高密度脂蛋白的含量,胰岛素对葡萄糖的高效利用也将减少葡萄糖转化成脂肪的比例。

  Untea(2017)就报道,日粮中补充有机铬可以提高肌肉沉积比例,减少脂肪沉积。

  3.3

  增强蛋白质合成

  Cr3+通过胰岛素提高了机体对葡萄糖的利用后,Evans(1992)发现,老鼠骨骼肌细胞对氨基酸的吸收作用也随之增强,从而增加了骨骼肌的合成,提高了蛋白质在体内的沉积。

  3.4

  调节核酸代谢


  Cr3+有着比其他金属离子更强的核酸结合能力,在调节动物核酸代谢中起着重要作用(Okada, 1982)。

  Cr3+可以与染色体结合,提高RNA的合成,从而促进基因表达(Okada, 1989)。

  3.5

  调节皮质醇


  当动物处于应激时,血液中的皮质醇含量增加,皮质醇有增加血糖浓度、降低外周细胞利用血糖的功效,这与胰岛素的功能完全相反。

  血糖浓度增加后,不可避免的会影响胰岛素水平,作为胰岛素协同因子的Cr3+耗用随之增加。

  Pechova(2002)研究表明,日粮中补充有机铬有助于降低血液皮质醇浓度。

 

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