第17组：卤素

人体内有大量的氟（F, Z = 9，约3克），以氟化物的形式存在,可能是必不可少的。但令人惊讶的是，人们似乎对具体的摄取和运输机制知之甚少。可能存在特定的HF转运蛋白（在酸性条件下，真空下）和F^-/H⁺共转运蛋白或F^-/OH^-反转运蛋白。

氟离子是卤化物离子中最小、碱性最强的。加入氟化物的水对牙齿和骨骼有好处。氟化物对诸如Ca²⁺这样的硬金属离子具有很高的亲和力。它取代羟基磷灰石中的羟基离子（Ca₅(PO4)₃OH），它是牙齿和骨骼的主要成分，使其变成更坚固、更坚硬的氟磷灰石（Ca₅(PO4)₃F）。建议26-35 µM的少量氟化物即可加强搪瓷。全身接触氟化物会改变骨骼稳态和牙齿牙釉质发育。氟斑牙的发生与氟的剂量和暴露时间有关。在世界上许多地方，地下水中的氟化物含量超过了建议的水平会导致氟中毒，然后发展为氟骨症。

氟化物似乎通过丝裂原激活蛋白激酶AMPK调节其信号通路活性，可导致基因表达改变，细胞应激和细胞死亡。我们体内的氟代谢依赖于渗透系数的pH值，脂质双分子膜对氟化氢的影响是氟离子的一百万倍。这就意味着氟化物能够在反应中以HF的形式轻易地穿过细胞膜到体液间的pH值梯度，这就是为什么摄入后，由于胃吸收快，血浆中的氟化物含量迅速上升。氟化铝和氟化铍被用作许多酶的抑制剂。他们作为磷酸盐的模拟物，可激活异三聚体GTP结合蛋白。还有很多含氟药物，如麻醉药、抗生素、抗肿瘤药以及消炎药。氟-18标记的脱氧葡萄糖（电子俘获，半衰期110分钟）是在病理生理过程中的葡萄糖代谢中PET成像检测变化最广泛使用的示踪剂之一。¹⁸F-fluorodeoxyglucose-positron发射断层扫描（¹⁸F-FDG-PET）也用于筛查、定位和随访包括恶性肿瘤、感染和自身免疫过程在内的高代谢过程。

氯（Cl, Z = 17）普遍存在于人体内（约96克）。Cl^-在体液中的浓度很高（血液中约100 mM），并在细胞区室中受到调节（例如，在细胞质中为25 mM，细胞核中4mM）。氯与氟不同，但与溴和碘相同，能以氧化形式存在于体内。

Cl^-的膜转运蛋白已被鉴定。Cl^-(SCN^-) 在包括肠、肺、汗腺和肾脏在内的许多器官中是由囊性纤维化跨膜电导调节因子（CFTR）介导的，CFTR是一个由1480个氨基酸组成的cAMP激活ATP门控阴离子通道糖蛋白。编码CFTR的基因突变可能降低其对氯化物的运输能力或细胞表面表达，从而导致条件囊性纤维化和一种由于先天性输精管缺乏症而导致的男性不育。

氯的高氧化态也在体内发挥作用。白细胞（中性粒细胞）产生的次氯酸是一种强氧化剂（漂白剂），可以根除所有类型细菌。尽管它被我们的免疫系统所利用，但它对我们自己的细胞也可能是致命的，这要取决于剂量。在中性粒细胞中，血红素酶髓过氧化物酶使用过氧化氢将氯转化为HOCl。

人体中（约0.2克）和血液中（3.2-5.6 µg/mL）有大量的溴（Br, Z = 35），每日膳食摄入2-8 mg溴化物（鱼、谷物和坚果），越来越多的证据表明，这是必不可少的。嗜酸性粒细胞过氧化物酶是一种由EPX基因编码并产生HOBr和HOCl卤过氧化物酶。即使在生理浓度下，氯化物含量要高得多，它优先选择溴化物而不是氯化物来生产溴化物剂。

最近一篇论文得出结论，溴是所有动物必需的微量元素，因为Br−（在转化为HOBr时）是过氧化物素催化生成硫亚胺交联的必需辅因子，在体内组织发育基底膜IV型胶原支架翻译后修饰中至关重要。需要更多的研究来证实溴的营养价值。

虽然人体内只有大约16毫克碘，但碘（I, Z = 53）以甲状腺激素的形式对甲状腺是必不可少的，特别是三碘甲状腺原氨酸（T3）和甲状腺素（四碘甲状腺原氨酸，T4），由甲状腺过氧化物酶从甲状腺球蛋白中的碘素（碘）和酪氨酸合成。这些激素在调节成长与发展中起着重要作用。碘缺乏会导致甲状腺肿（德比郡颈），碘酸盐的补充，如食盐中的碘酸盐可以避免此病发生。C-I键的重要性可以与体内较轻的卤素进行对比。

Na⁺/I−转运体（NIS）在碘代谢和甲状腺功能中起重要作用。NIS是一种整合的质膜糖蛋白，甲状腺I−从血液中转移运可能通过选择性地将NIS靶向到基底外侧膜。它还调节I−在其他组织中的运输，包括唾液腺，胃粘膜和哺乳期的乳腺，其中I−被转移到乳汁中用于哺乳期新生儿的甲状腺激素生物合成。NIS是一个理想的使用放射性碘化物诊断和治疗甲状腺癌及其转移的基础。将NIS转导到各种癌细胞中，使其易于被破坏已有报道。值得注意的是，超过80%的人类乳腺癌样本表达内源性NIS，使放射性碘化物的诊断和治疗有可能有潜在用途。

砹-211（At, Z = 85）是一种半衰期为7.2小时的α发射体，是理想的消除主要位于中枢神经系统正常组织中的肿瘤细胞的放射性药物。例如，它们可以用于靶向治疗，而没有邻近正常组织毒性的风险，而这种风险有时会发生在β发射器上。这个特性适用于中枢神经系统等敏感部位。一项试点临床研究评估了其可行性，以²¹¹At标记的抗腱霉素嵌合单抗81 C6治疗复发性恶性脑肿瘤的安全性和有效性。放射治疗剂²¹¹At-MX35 F(ab(2))2也有在卵巢癌复发完全临床缓解的妇女中完成I期药代动力学研究。

第18组：惰性气体

氦（He, Z = 2）在医学上的探索是有限的，虽然考虑辅助治疗呼吸道疾病，如哮喘，臀部和细支气管炎。它也显示出保护心肌缺血的功效，尽管保护机制尚不清楚。使用氦气在手术室代替CO₂来给正在进行腹腔镜腹部手术的病人的腹部充气正在进行评估。氦是一个更好的选择，因为它可以防止呼吸酸中毒患者的共同疾病导致CO₂潴留。氦离子显微镜提供器官非常精细的成像和超极化氦（HP ³He）肺MRI可用于正常和病变肺的成像。

我们呼吸的空气中约1%是氩气（Ar, Z = 18），主要来自于地壳中⁴⁰K放射性衰变。氩已被应用于电外科；气体放电可对组织诱发非接触方式的浅表热效应（氩等离子体凝固）。20世纪70年代，它首次用于开放手术，后来又用于内窥镜检查。其使用的例子包括修复手术中可能发生的出血或溃疡，血管损伤，静脉曲张和肿瘤，以及失活和收缩肿瘤和阻塞组织。

氪（Kr, Z = 36）气体，为四极同位素83Kr（核自旋I = 9/2，自然丰度11.5%）可用于气道成像（MRI），特别是区分疏水和亲水表面。

氙（Xe, Z = 54）用作全身麻醉。它对甘氨酸位点有很高的亲和力n -甲基- d -天冬氨酸（NMDA）受体，不同于大多数其他临床NMDA受体拮抗剂，它没有神经毒性。特别值得注意的是使用氙作为一种添加在新生婴儿的通风混合物中，以防止脑损伤。氙-133（半衰期5.2天，β−衰变）用于SPECT对肺部的放射成像，并测量血流量。超极化129Xe（核自旋I = 1/2，丰度26%）是一种MRI造影剂用于肺内气体流动的成像。

氡（Rn, Z = 86）是一种有毒的放射性（致密）气体，由长寿命气体分解而产生（数十亿年）放射性铀（和钍）通过²²⁶Ra在土壤、岩石和水中。衰变氡产生放射性固体（氡子），它们是辐射源，附着在灰尘上微粒，然后被吸入。这种吸入物与肺癌有关。氡接触也可能导致产生有毒的活性氧。溶解的氡孕妇的血液循环可能会有不利的后果，包括发育迟缓大脑发育甚至死亡。氡在家中积聚是一个潜在的问题。常见的同位素是²²²Rn（来自²³⁸U），半衰期为3.8天的α-发射体和²²⁰Rn（α-发射体，半衰期56 s）由²²⁴Ra的α-衰变得到。

系列小结

我们已经非常简单地回顾了元素周期表中的元素在人类生活中的作用。特别是，我们试图确定哪些要素是人所必需的，并指出其他要素用于或可用于诊断和治疗的要素。药用无机物质很多化学仍有待探索。与药用有机化学相比，该领域尚处于起步阶段。更详细地介绍了生物化学的背景，包括元素的影响环境对自然元素的选择可以在最近的动物中找到Williams等人的出版物。要编制一份决定性元素的必需品清单并不容易。现在添加到矿物质补充剂中的元素主要是受多年前的营养实验结果的影响。这样在规定的营养条件下的实验研究，动物的生长是昂贵的和相互依赖的元素的生物化学和各种有机辅助因子会使解释复杂化。此外，我们不仅想知道哪些因素是正常生长所必需的，而且还想知道它们的生化功能是什么，哪些特定种类（元素的化学形式）是至关重要的。