この普遍的な要素は、ほぼ全人類を愚か者に変えてしまう

制作：中国科学普及協会

著者: 張昊

プロデューサー: 中国科学博覧会

今年3月、権威ある学術誌「米国科学アカデミー紀要」に掲載された研究論文は、有鉛ガソリンの広範な使用が米国の人口の半数以上の知能レベルに悪影響を及ぼし、一人当たりの平均IQが2.6ポイント低下したと指摘した。

今日は「リード」のお話をしましょう。本文に入る前に、皆さんもよくご存知のことをもう一度述べておきたいと思います。つまり、私たちが使っている鉛筆は、鉛筆と呼ばれていますが、鉛とはまったく関係がありません。鉛筆の芯は炭素の一種であるグラファイトで作られています。なので、子どもの頃に「ペン先を噛む」のが好きだったとしても、心配する必要はありません。

話題に戻ります。偶然にも、2020年に米国医師会雑誌に掲載された研究では、科学者らがニュージーランドの同じ町で生まれた45歳の成人1,000人以上の脳の構造をスキャンした。彼らは有鉛ガソリンの使用がピークに達した時期に育ちました。研究によると、被験者が11歳の時に体内に取り込んでいた鉛の濃度が1デシリットルあたり5マイクログラム増えるごとに、45歳までに大脳皮質の表面積は対照群より1平方センチメートル小さくなり、海馬の容積は0.1立方センチメートル小さくなった。IQは平均2ポイント低下し、認知機能低下の兆候が見られた人もいた。

鉛への曝露が最も高かった参加者は、脳の白質の完全性にも損傷が見られました。幼少期は脳の発達にとって非常に重要な時期であるため、この時期に鉛にさらされると脳に長期的な影響が及ぶ可能性があり、老年期には変性疾患を引き起こす可能性もあります。

私たちの日常生活には、当たり前だと思っていることが、実は人間の脳に深刻なダメージを与えることが数多くあります。たとえば、鉛製の水道管はかつては一般的でしたし、前述の鉛入りの自動車の排気ガスもそうです。鉛の水道管や鉛入り排気ガスは徐々に人々の生活から姿を消しつつありますが、それがもたらす害は、多くの被害者の周りに長い間影のようにつきまといます。

有鉛ガソリンが100年近くも人気を博してきたのは、妥協と無力感によるものであることは間違いないが、その背後にある資本の力と監督の欠如にも責任がある。なぜガソリンに鉛が添加されるのですか?鉛を含む排気ガスを長期にわたって吸入するとどのような症状が起こりますか?人類は将来、鉛汚染を完全に排除したり、一般的に使用される材料から鉛を排除したりすることができるでしょうか?

鉛結晶と加工された鉛ブロック（画像出典：Wikipedia）

有鉛ガソリン添加剤はどのようにして人類の歴史の舞台に登場したのでしょうか?

内燃機関を継続的に改良する過程で、人類はいわゆる「デトネーション」現象を徐々に発見しました。初期の内燃機関は圧縮比が低く、シリンダー内の温度は高くありませんでした。点火プラグが点火しない限り、シリンダー内のオイルとガスの混合物は燃焼しません。内燃機関の高性能化を追求する場合、必然的に圧縮比を高め、シリンダーの動作温度を上げる必要があります。このとき、点火プラグが点火する前に、油とガスの混合物の一部が自然発火することがあります。これがガソリン爆発です。

これは、全員が協力してドラゴンボートレースをしているときに、誰かが指示を聞かずに一人で漕ぐと、最終的にチーム全体に影響が出るようなものです。デトネーションは内燃機関にとって決して良いことではありません。内燃機関の燃費が悪くなるだけでなく、騒音が発生したり、シリンダーが損傷したりする可能性もあります。ノック問題を解決するには、もちろん、内燃機関の構造やガソリンそのものから始めることもできますが、当時は内燃機関の構造の発展がボトルネックになっており、圧縮比を高めることは内燃機関の発展において避けられない道でした。したがって、エンジニアはガソリンを使った解決策しか見つけることができません。

有鉛ガソリン添加剤の発明者ミジリー氏（左）と彼の製品パッケージ（右）

画像出典: Wikipedia

1921年、ゼネラルモーターズに勤務していたトーマス・ミジリーは、テトラエチル鉛と呼ばれる化合物がガソリンノックを効果的に抑制できることを発見しました。この物質の合成プロセスは簡単で、コストも非常に低く、少量を添加するだけでガソリンのノック防止性能を効果的に向上させることができます。残念なことに、鉛とその化合物のいくつかは当時すでによく知られた毒物であり、鉛入りガソリン添加剤を市場に投入することは社会の懸念を引き起こす可能性がありました。

しかし、ゼネラルモーターズはこの技術に大きな関心を示しました。商品を成功させるために、商品名にはガソリンに鉛が含まれているという事実をわざと隠して「エチルガソリン添加剤」と名付けた。生産ラインの建設以来、多くの労働者が鉛中毒で病気になったり、亡くなったりしています。しかし、ノック防止ガソリン添加剤の莫大な経済的利益にもかかわらず、ゼネラルモーターズはさまざまな安全上の危険性を無視し、その後約100年間、四エチル鉛が最も広く使用されるガソリン添加剤となるよう推進しました。

鉛入り排気ガス

有鉛ガソリン添加剤の有害な影響はすぐに明らかになり始めました。生産工程においては、労働者の間で急性中毒や慢性職業中毒の事故が頻繁に発生します。消費段階では、自動車の排気ガスとともに大量の鉛含有廃棄物が大気中に放出され、道路沿いに蓄積されます。先進国はより早く自動車社会に突入し、自動車の所有率は数十年前は発展途上国をはるかに上回っていました。そのため、彼らはより早く鉛排気汚染の被害者となったのです。

画像出典: veer gallery

四エチル鉛ガソリン添加剤によって引き起こされた急性中毒の事例の中で、最もよく知られ、劇的なのは、その発明者であるミジリーが起こした事例である。 1923年10月30日、この物質の安全性に関する国民の疑念を払拭するために、ミジリーは記者会見を開き、その場で四エチル鉛添加剤の小瓶を取り出した。彼はそれを手に塗りつけ、60秒間ボトルの口を嗅いだ。予想外に、この記者会見は「大交通事故現場」と化した。数日後、ニュージャージー州政府によりゼネラルモーターズ傘下の四エチル鉛工場が閉鎖されただけでなく、ミジリー自身も鉛中毒の重篤な症状を示した。彼は病院に搬送された後、ほぼ回復するまで丸1年間休養した。

1970年には東京・柳町でも深刻な慢性鉛中毒事件が発生した。柳町は、東京都新宿区にある地域です。当時、この場所はいくつかの主要な交通幹線が交差する場所であり、谷底に位置していたため、空気が溜まりやすかった。車の排気ガスが「谷底」の地形にぶつかるため、この地域の空気中の一酸化炭素濃度は年間を通じて東京で最も高い水準にある。このため、地域住民の間で呼吸器疾患の発生率が高く、「柳ヶ地喘息」と呼ばれることもある。

冬の車の排気ガス（写真提供：veer photo gallery）

地域住民の健康状態を徹底的に調査するため、医療機関は地域住民に対して詳細な身体検査を実施した。結果によると、ここで検査を受けた住民の血中鉛含有量は平均47.7 mg/dL、最大138 mg/dLに達し、基本的に国内の他地域の7倍以上でした。当時、厚生労働省は職業上の鉛障害の基準を1デシリットルあたり60mgと定めており、柳町の住民の多くはすでに鉛中毒に苦しんでいた。

しかし、慢性鉛中毒が神経系に与える影響は、結局のところ、数十年にわたってゆっくりと進行するプロセスである可能性があるため、具体的な数値で説明するのは困難です。上記の研究データには、熟考する価値のある細部の欠陥がいくつか含まれていますが、一般的には、鉛中毒が人間の神経系に及ぼす長期的かつ深刻な毒性を反映していると言えます。では、鉛という元素は人体にどのような影響を与えるのでしょうか。なぜ鉛は人体の健康に影響を与えるのでしょうか。また、鉛中毒の症状と治療法は何でしょうか。

鉛とはどのような元素ですか？

鉛は自然界に広く存在する金属元素です。鉛単体は密度が高く、溶けやすく、加工しやすいという特徴があります。産業や日常生活で広く使われています。鉛の密度は鉄の約 1.4 倍であるため、鉛のみを使用してさまざまな形のカウンターウェイトが作られることがよくあります。さまざまな鉛化合物は産業革命以来、人類にとって欠かせない原材料となってきました。鉛の主な工業用途としては、ガソリン添加剤のほか、鉛蓄電池、スズ鉛はんだ、鉛塗料、鉛合金宝飾品などがあります。

放射線遮蔽材として使用される鉛レンガ（左）と小型鉛蓄電池（右）

画像出典: Wikipedia

鉛は有毒元素ですが、体内に取り込まれない限り、元素の形で存在する限り中毒の危険はありません。塊状の鉛は触れても非常に安全であり、あまり心配する必要はありませんが、誤って摂取すると非常に危険です。元素鉛は胃酸の作用により鉛イオンに溶解します。これらのイオンは血液に入るとすぐに体全体に広がり、複数の臓器に損傷を与えます。

2006年、米国で4歳の子どもが純鉛の宝飾品を誤って摂取し死亡しました。軽度の知的障害を持つ４歳の男児が突然の嘔吐のため病院に搬送された。当初、医師は少年が誤って毒物を摂取したとは疑っていなかった。医師は制吐剤を処方し、両親に息子を家に連れて帰るよう頼んだだけだった。予想外に、2日後、少年の容態は突然悪化し、激しい腹痛と手足の衰弱がみられました。病院に搬送された後、少年は興奮、呼吸困難、脳浮腫などの一連の神経症状を呈し、X線検査で胃の中に異物があることが判明した。

入院から4日後、少年の血液中の鉛濃度は1デシリットルあたり180mgに達し、医師は急性鉛中毒の可能性を疑った。しかし結論を出すには遅すぎた。少年はその夜脳死の症状を示し、入院から5日後に死亡した。死後の解剖結果によると、少年の胃の中にあった異物はブーツに付いていたハート型の装飾品で、99.1％の鉛が含まれていた。

この悲劇の後、多くの国が市場に出回っている安価な金属製宝飾品に対して複数回の検査を実施しました。結論として、鉛と鉛合金は、その低価格と堅牢な質感のため、今でも一部のメーカーによって低価格のジュエリーの製造に使用されていることがわかりました。これらのアクセサリーは、日常的に着用しても健康に影響はありませんが、子供が誤って摂取した場合、中毒の大きなリスクがあります。

鉛中毒の例: (左) 鉛配管システム、(右) 腐食動物は鉛弾で撃たれた獲物を食べた後に中毒を起こしやすい

画像出典: Wikipedia

鉛化合物は環境汚染を引き起こす可能性が高い

鉛という元素についてお話しした後は、鉛水道管に溶けている鉛イオンを含むさまざまな鉛化合物が人体に及ぼす健康リスクについて見ていきましょう。鉛の各種無機化合物は体外では安定して存在できますが、呼吸器や消化管から体内に入ると徐々に沈着し、ゆっくりと分解されます。分解された鉛イオンは、血液、軟組織、骨組織に最も集中します。すべての内臓の中で、腎臓と肝臓は鉛の代謝に関与しているため鉛含有量が多く、一方、脳内の鉛含有量は比較的低いです。

自動車の排気ガスから放出されるガス状の有機鉛化合物は、主に呼吸器を通じて人体に入り込みます。脂溶性のため、皮膚も人体に入り込む経路の 1 つとなります。鉛は人体に入った後は蓄積されますが、ある程度は排泄されることもあります。排泄物、尿、呼吸などはすべて鉛が体外に排出される手段です。無機鉛化合物とは異なり、有機鉛化合物を吸入すると脳内の鉛濃度が大幅に増加します。これが、鉛を含む排気ガスが神経系に容易に影響を及ぼす重要な理由の 1 つです。

鉛が体に与える影響：（左）幼少期に鉛にさらされた経験のある人は、成人期に前頭葉（赤い部分）が著しく小さくなる、（中央）鉛中毒後の特殊な骨端線、（右）鉛中毒後の好塩基性点状赤血球

画像出典: Wikipedia

鉛が人体に入ると異常を引き起こす主な理由は、鉛がヘモグロビンの合成を妨げる可能性があるためです。血液中の鉛の濃度が1デシリットルあたり40マイクログラム以上に達すると、造血に関連する生化学的プロセスが乱れ始めますが、体内の異常状態は、短期間で検出できる明らかな症状に発展するほどではありません。血中鉛濃度が1デシリットルあたり60マイクログラム以上になると、肝臓や腎臓など体内の複数の臓器の指標に異常が生じる可能性があります。血中鉛濃度がさらに上昇して 1 デシリットルあたり 80 マイクログラムに達すると、全身症状が現れ始め、主な症状は貧血と独特の灰色がかった顔色です。神経系にも頭痛、過敏症、躁病などのさまざまな症状が現れます。

体内の血中鉛含有量が1デシリットルあたり150マイクログラムを超えると、人体はすでに急性鉛中毒に相当する状態になり、すべての主要な体組織、特に神経系に深刻な異常が発生します。人体の脳の正常な機能を維持することが難しく、運動神経と感覚神経に異常が生じ、神経麻痺の影響を受けて、患者は手が垂れるという独特の症状を示すことが多い。

児童殺人犯にご注意を（写真提供：長沙イブニングニュース）

近年の研究により、たとえ血中鉛濃度が従来の疾病を引き起こすリスク値に達していなくても、鉛含有量が過剰な環境に長期間さらされると、人体、特に神経系に損傷を与える可能性があることが繰り返し明らかにされています。したがって、この研究は新たな結論を提示するものではなく、長年の見解に新たな証拠を追加するだけです。銅や鉄などの他の金属元素とは異なり、鉛は人体に影響を与えることは知られておらず、純粋に有毒で有害な物質です。しかし、鉛は自然界に広く分布しているため、人間は主に食事を通じてさまざまな経路で鉛を摂取せざるを得ません。

中国住民の毎日の鉛摂取量は地域によって異なります。杭州市民を例にとると、2014年の調査では、杭州市民の鉛摂取量は1日あたり約80マイクログラムであることがわかった。この数値は、1日当たり200マイクログラムという許容摂取量からは程遠いが、鉛汚染の包括的な規制をいち早く実施した日本（約20マイクログラム）などの近隣諸国と比べると、依然として大幅に高い。

より厳しいさまざまな環境保護対策が導入されることにより、中国住民の鉛摂取量は徐々に世界の先進レベルに追いつくと信じています。したがって、さまざまな産業分野でより包括的な「鉛禁止」対策を採用することがさらに重要になります。

鉛の存在が環境に有害かどうかを決定する

実際、鉛が人体や環境に及ぼす毒性の程度を決定するのは鉛の存在と分布であり、それが鉛含有物質の普及と大規模な適用の可否を直接決定するのです。例えば、工業用鉛の約 90% は鉛蓄電池に使用されていますが、鉛化合物が外界に放出されて環境を汚染する可能性は非常に低いです。そのため、自動車用バッテリーや UPS バックアップ電源の製造では、鉛蓄電池が常に第一の選択肢となってきました。しかし、ノック防止ガソリン添加剤として使用される四エチル鉛や、電子産業で使用されるスズ鉛はんだは、大きな環境リスクをもたらします。

スズ鉛はんだは優れた性能と低コストを誇りますが、回路基板上にはんだ接合部が多数存在するため、廃棄回路基板上の鉛合金は実際にはリサイクルできません。電子製品の消費と廃棄が膨大であるため、それらを無害に中央で処分することは不可能です。最終的には、自然埋立地に積み上げられた回路基板から、自然条件下で土壌や地下水に鉛が放出される可能性があります。この鉛は最終的に植物や水生動物によって濃縮され、食物連鎖を通じて人体に入り込みます。

廃棄された回路基板（写真提供：veer gallery）

鉛の不適切な使用による潜在的な環境被害を考慮すると、たとえ四エチル鉛とスズ鉛はんだが比較にならないほどの性能上の利点を持っていたとしても、人類はこれらに別れを告げなければなりません。現在、有鉛ガソリンを販売しているのは世界でも数カ国と地域のみです。約30年にわたる努力の結果、電子業界では民生用電子機器の分野でのスズ鉛はんだの使用が基本的に廃止されました。これらの対策により、環境中の鉛含有量の増加傾向が効果的に抑制され、呼吸や食事を通じて人間が摂取する鉛の総量も削減されました。

地球の進化と発展の歴史を振り返ると、あらゆる要素は自然が人類に与えた宝であり、いつかは必ず人類の発展の機会を生み出していることがわかります。鉛や鉛化合物のいくつかの形態は人体に対して一定の毒性を持っていますが、多くの場合、それらはかけがえのない重要な材料であり続けます。さらに、これらの鉛含有物質は、科学的方法で使用される限り、人体や環境に害を及ぼすことはありません。将来、人類は環境に拡散した鉛の流入をより厳しく管理する必要があり、同時に、これらの資源が真に人類の利益となるように、鉛をより合理的に開発し、利用する必要がある。

参考文献:

米国の人口の半数が幼少期に有害な鉛レベルにさらされている

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

過去1世紀で最悪の公衆衛生上の危険の一つがついに根絶された

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

研究によると、前世紀の鉛曝露によりアメリカ人の半数のIQスコアが低下した

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/03/220307162011.htm