2. 氢氟酸毒性概述
我们将从以下几个角度介绍氢氟酸的毒性：造成灼伤、细胞毒性、对体内钙离子的影响、引发炎症反应。

1.1 一个误区
在讨论其具体的毒理之前，笔者想首先纠正一个误区。众所周知，稀的氢氟酸是弱酸，而浓的HF则因为产生HF2-、H2F3-等含有对称氢键的稳定阴离子而酸性增强。于是便有了两种常见的论调：“氢氟酸是弱酸，能有什么毒性”“高浓度的氢氟酸是强酸，所以浓氢氟酸有剧毒”。这两种说法都是不准确的。一个物质的毒性、腐蚀性和酸性并不等价。比如，H2S、HCN都是弱酸，但其毒性相当强。与酸性直接相关的毒性有如下所述的两点：改变皮肤黏膜渗透性，引起水肿；破坏人体的血液中的pH环境，引起酸中毒。其中后者需要摄入较多的酸才能发生，这一般不太常见。除了这两点之外，某种酸完全可能有其它的毒性，比如氰离子的细胞毒性等等。因此，酸性和毒性决不能随意划等号。

2.2 细胞毒性
氟离子对细胞有着多种形式的毒性。
我们知道细胞的能量供应依赖于糖代谢，包括柠檬酸循环、糖酵解、戊糖磷酸途径等等。这些途径都需要一些酶的参与。研究发现，氟离子会与这些酶活性中心周围的一些氨基酸结合，破坏这些酶的活性，从而抑制糖代谢，阻断细胞获取能量的途径。
其次，细胞内存在钠钾泵（钠钾ATP酶），它利用ATP，保持膜内高钾，膜外高钠的离子分布。基本的电化学知识（有兴趣的可以用Nernst方程推导一下下面的结论）告诉我们，电极电势和浓度有关。如果钠钾泵保持着膜内高钾，膜外高钠，那么细胞膜内外就会因钠离子浓度差和钾离子浓度差而产生Na+平衡电位ENa和K+平衡电位EK（是不是很像浓差电池？），这个作用叫做极化（注意和化学中的极化并非同一概念）。

我们可以在膜内外测得一个外正内负的电位差，可以看做这两个电位的加权平均。这个电位就叫静息电位，一般都是负值。

这便是生物电产生的基础。而氟离子恰好能抑制钠钾泵，这也就导致静息电位遭到破坏。
此外，氟离子还能促进细胞色素c产生，并诱导活性氧（ROS）的产生，这些都会杀伤细胞，造成细胞坏死或凋亡。

2.3 对体内钙离子的影响
氟离子与钙离子可以形成CaF2沉淀（Ksp=2.7×10^-11）。这就导致氢氟酸的大剂量急性中毒可以导致低钙血症。在静息电位的基础上，细胞接受一定的有效刺激之后会产生一个迅速的可向远处传播的膜电位波动，这个波动就叫动作电位，它是信号传输等过程的基础。然而，并不是所有的刺激都会使细胞产生动作电位。只有当这个刺激使得膜内正电荷增加（去极化），膜电位上升到一个阈值时，细胞才会产生动作电位。这个阈值就叫做阈电位。钙离子带有两个正电荷，比钠离子多，因此内流较钠离子快，也就是说钙离子对钠离子的内流有着竞争性抑制作用。当钙离子多的时候，膜对钠离子的通透性降低，阈电位上升，细胞兴奋度下降。反之，血钙低时，细胞兴奋度就会增大。体现在心肌上，就会出现心力衰竭、心动过快、心室纤颤（室颤）等等症状，是大量接触氢氟酸的常见死因。
另一方面，骨骼中含有大量的钙。长期接触氟化物会导致氟离子与骨骼中的碱式磷酸钙反应，称为氟骨病（该原理也被用于含氟牙膏以保护牙齿）。氟骨病会导致疼痛、骨骼硬化变形（特别是脊柱和骨盆），曾经在部分地区因为饮用水中含氟而相当常见。

2.4 引发炎症反应
吸入氢氟酸会导致严重的炎症反应。当一些免疫细胞，如巨噬细胞、T细胞、B细胞、肥大细胞和嗜碱性粒细胞，以及一些如内皮细胞之类的非免疫细胞检测到某些刺激时，会分泌多种能引起炎症反应的介质，比如细胞因子（肿瘤坏死因子α、白细胞介素等）、类花生酸（前列腺素、白三烯等）。这些物质可以募集效应细胞（白细胞、T细胞等）并诱导炎症反应：血管扩张，并出现红肿热痛。在一次实验中，十名不吸烟的健康志愿者在HF浓度3.3–3.9 mg/m3的房间内停留一小时，随后出现了不同程度的上呼吸道炎症的症状，鼻腔灌洗证实了以上炎症介质的存在，并且发现中性粒细胞增多。在一次氢氟酸泄露事故中，十二人接触氢氟酸而住院，其中出现呼吸道症状的患者多出现呼吸道水肿、充血等典型炎症反应。（btw这十二人最终都健康出院了）

氢氟酸引起炎症的原因仍有争议。一般认为这可能是其酸性导致的，也有理论认为，氟离子引起炎症反应可能是因为其与铝离子形成配合物AlF4- 从而活化G蛋白。不论怎么说，吸入氢氟酸导致的炎症反应不能小觑，它是吸入HF导致死亡的常见原因。

3. 结语
由上可见，氢氟酸的毒性相当强，绝对不能轻易对待，尤其不能在没有做好防护、不知道其危险性的情况下贸然使用。然而，大家也不应该对其过度恐惧：在做好恰当安全措施的情况下，氢氟酸并没有那么危险，至少没有到几滴就需要截肢的地步。总之，大家应理性看待氢氟酸，既不应该轻视，也不应该过度恐慌。

4. 习题（可能与正文关系不大……）
4-1 写出硫酸与液态HF发生反应的离子方程式。
4-2 试使用恰当的理论分析H2F-中的对称氢键的成键情况，解释其特别稳定的原因。
4-3 使用Nernst方程导出钠离子平衡电位和钾离子平衡电位的表达式。人体发高烧对该电位会有何影响？可能引起怎样的症状？
4-4 写出氟离子与碱式磷酸钙的反应方程式，比较碱式磷酸钙与氟磷酸钙的溶解度。
4-5 查阅有关资料，写出白三烯的生物合成途径。

参考资料：
[1] Barbier O, Arreola-Mendoza L, Del Razo L M. Molecular mechanisms of fluoride toxicity[J]. Chemico-biological interactions, 2010, 188(2): 319-333.
[2] Meldrum M. Toxicology of hydrogen fluoride in relation to major accident hazards[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology, 1999, 30(2): 110-116.
[3] Na J Y, Woo K H, Yoon S Y, et al. Acute symptoms after a community hydrogen fluoride spill[J]. Annals of occupational and environmental medicine, 2013, 25(1): 1-12.
[4] Poklis A. A review of toxicological findings in fatal hydrogen fluoride exposures and a report of two cases[J]. Canadian Society of Forensic Science Journal, 1995, 28(4): 271-276.
[5] Lund K, Refsnes M, Ramis I, et al. Human exposure to hydrogen fluoride induces acute neutrophilic, eicosanoid, and antioxidant changes in nasal lavage fluid[J]. Inhalation toxicology, 2002, 14(2): 119-132.
[6] Srivastava S, Flora S J S. Fluoride in drinking water and skeletal fluorosis: a review of the global impact[J]. Current environmental health reports, 2020, 7(2): 140-146.
[7] 王庭槐等. 生理学[M]. 人民卫生出版社, 2018.
[8] 李春艳. 免疫学基础[M]. 科学出版社, 2012.

有关计量问题：因为浓度、处理方式、时间等等不同，很难说皮肤接触多少会造成严重后果。氟化物的致死量用血液浓度衡量，最小致死血浓度为0.3mg/dl，但是自己很难测定。至于多少要截肢，如果已经开始腐蚀了可能就是腐蚀多少截多少……

来写点实用的吧！
首先看几个案例：
案例一，男，37岁，使用氢氟酸处理矿石样品时不慎将70%氢氟酸约100-200mL洒在双侧大腿上，造成全身面积9%的烧伤。他仅对手和手臂做了保护，并未对大腿进行保护。他先使用6L min-1的水龙头冲洗，并未使用葡萄糖酸钙软膏或局部注射葡萄糖酸钙，也未脱去污染衣物。冲洗一段时间后，他疼痛难忍，情急之下跳进旁边的游泳池试图冲掉创面的氢氟酸，并且在救护车到达之前在游泳池内停留35分钟。进入ICU时，他体温过低（可能是游泳池里泡着的原因）并且出现低钙血症。尽管医生在其皮下注射葡萄糖酸钙，静脉补充钙镁离子，并且截去了他的右腿，他仍然因多器官衰竭死亡。
案例二，男，30岁，工作中被氢氟酸烧伤总面积达全身表面积15%（其中III度8%，深II度7%），伤后立即用清水冲洗30min，在单位卫生所静脉滴注等渗盐水400mL。18时送医后进入浸浴室浸浴20min，测得血压80/50 mmHg，脉搏122次每分，尿液为酱油色。入院后静脉推注葡萄糖酸钙溶液，滴注葡萄糖溶液、碳酸氢钠溶液，创面下注射葡萄糖酸钙，截止19时补液2300mL，血压120/80，脉搏104次每分。随后手术切除部分创面组织，用葡萄糖酸钙纱布包扎，术后出现抽搐（由于低钙血症），再次静脉推注葡萄糖酸钙后好转。随后几天在血钙检测下不断补钙，并在术后第四天再次手术，进行简单清创后植皮。伤后3周创面愈合，2个月后瘢痕愈合。
案例三，男，24岁，右手拇指氢氟酸III度IV度烧伤1%，伤后用大量自来水冲洗创面5min，因累积在甲沟内反复冲洗30min，局部创面注射10%葡萄糖酸钙。入院后血检显示血钙正常，X光显示骨质正常。伤后7天行皮瓣修补术，2周后行皮瓣断蒂术，伤后44天愈合，愈合后手指功能良好。
讨论：
在皮肤接触的情况下，全身面积2.5%的氢氟酸烧伤如没有进行适当的处理就可能导致致命的低钙血症。氢氟酸烧伤的全身毒性，正如30楼所介绍，取决于血液中氟离子浓度。这又取决于暴露时长、暴露面积和氢氟酸浓度。因此，皮肤接触时，要做的是：迅速脱去污染衣物，同时用大量清水冲洗至少5min并拨打120，随后使用葡萄糖酸钙软膏。如果5分钟内未取得葡萄糖酸钙，则应继续冲洗。同时要防止吸入氢氟酸造成进一步伤害。
如果氢氟酸不慎入眼，应立即用大量清水冲洗直到救护车赶到。如果戴着隐形眼镜，不要摘下。不要使用葡萄糖酸钙滴眼。
如果吸入氢氟酸，立刻将伤者带离现场，给吸纯氧，并迅速就医。
如果不慎饮用氢氟酸（真是太不慎了……）迅速就医，如果患者清醒用水冲洗口腔和嘴唇。禁止服用中和剂或催吐。

@Leiem 斗胆申精