私たちは何を知っていて、それは身体のどこにあるのか？

硫黄について私たちは何を知っているのだろうか？

硫黄は重要な無機元素であり、大気中、水中、土壌中など、私たちの環境中に普通に存在する。 また、植物、動物、人間といった生物学的システムの重要な構成要素でもある。

ラテン語の硫黄に由来する化学記号Sで知られている。

硫黄は化学元素周期表の第16族に属し、第3周期にある元素である。

名前はギリシャ語のchalkos（鉱石）とgennaó（形成する）に由来する。

したがって、その名前は鉱石を形成し、主に鉱石の形で存在することを示している。

元素状硫黄は室温で脆い結晶性固体であり、淡黄色、無臭、無味である。

硫黄は非金属元素で、電流を流すことはできず、水に溶けないが有機溶媒には溶ける。

非常に反応性が高く、多くの元素と結合する。 特徴的な青い炎で燃えて二酸化硫黄を形成し、この二酸化硫黄はすでに刺激臭と窒息臭を持つ。

硫黄は固体、液体、気体中で多くの多原子分子を形成することができる。

硫黄に関する基本的な化学的・物理的情報を表にまとめた。

宇宙で10番目に多く存在する元素である。

天然の元素の形ではあまり存在せず、主に硫化物（S2-）または硫酸塩（SO42-）として存在する化合物中に多く含まれる。

硫化鉱石（純粋な形）、様々な鉱物、温泉や間欠泉の一部、化石燃料（石油、天然ガス、石炭）など、地下鉱床の成分である。

また、硫化鉱物は火山地帯で元素の形で発見されることも多い。

最もよく知られている硫化鉱物は、黄鉄鉱（FeS2）、辰砂（HgS）、ガレナ（PbS）、閃亜鉛鉱（ZnS）、アンチモン鉱（Sb2S3）である。 最もよく知られている硫酸塩鉱物は、石膏（CaSO4）、セレスタイト（SrSO4）、バライト（BaSO4）である。

硫黄は純粋な形で存在するため、有史以前から知られていた。 有史以前の人々は洞窟壁画の顔料として硫黄を使用し、エジプトの宗教では儀式に使用された。 聖書にも、硫黄が燃料となる地獄の火に関連して言及されている。

硫黄の実用化はエジプトで綿花の漂白に使われ、中国では火薬の一部として使われた。

硫黄は1777年、フランスの化学者アントワーヌ・ラヴォアジエによって元素として発見された。

今日、硫黄は主に（総量の85％まで）硫酸の製造に使用され、その後、例えば肥料、顔料、火薬、石油製品、電池、蓄圧器の製造に使用される。

硫黄はまた、製紙、染料、マッチ、殺虫・殺カビ剤、漂白剤、防腐剤、酸化防止剤、医薬品の成分（抗生物質、麻酔薬、鎮痛剤、制吐剤、催吐剤、心臓病治療薬など）としても使用される。

体内での硫黄の役割は？

硫黄はほとんどの場合、より複雑な分子の一部として人体に存在する。 自由な形では存在しない。

これらの分子は、硫黄がかけがえのない一部であり、多くの生理学的プロセスにおいて重要な役割を果たしている。 硫黄は、身体の健康と適切な機能にとって不可欠である。

硫黄の大部分は、アミノ酸、タンパク質、酵素、ビタミンなどの複雑な有機化合物中に存在する。 硫黄は、これらの化合物中に多くの形態で存在する。

構造中に硫黄を含む最も一般的なアミノ酸は、メチオニン、システイン、ホモシステイン、タウリンであり、その他にシスチン、シスタチオン、システイン酸などがある。

体内の硫黄の総量のうち、硫黄の割合が最も高いのはタンパク質で、その構成要素は硫黄を含むアミノ酸である。

ビタミンの中で最も重要なのは、チアミン（ビタミンB1）とビオチン（ビタミンB7）である。 硫黄は、リポ酸、コエンザイムA、グルタチオン、コンドロイチン硫酸、ヘパリン、エストロゲン、フィブリノゲンなどの有機化合物にも含まれている。

硫黄の基本的な生物学的機能には、硫黄単体であれ、より複 雑な分子の一部であれ、次のようなものがある：

• アミノ酸、ビタミン、その他の重要な有機化合物の構成 要素となる。
• 硫黄は、アミノ酸、ビタミン、その他の重要な有機 化合物の構成要素であり、タンパク質の構造と機能に関与し ている（タンパク質の基本構成要素であるアミノ酸を介して）。
• 酵素機能と代謝プロセスに影響を与える。
• 髪、爪、皮膚、軟骨の強度と抵抗力を促進する。
• 抗酸化作用
• 抗菌・抗真菌作用がある。
• 脳と神経の発達と機能に有益な作用がある。
• ホルモン機能に作用する。
• 外用すると、皮膚細胞の形成と増殖を遅らせる（この効果はさまざまな皮膚病の治療に利用されている）。

体にとって最も重要な硫黄の供給源

人間にとって最も重要な硫黄の供給源は食物である。 硫黄は食物を通して、より複雑な化合物（主にアミノ酸とビタミン）の形で、あるいはより単純な形（亜硫酸塩や硫酸塩）で取り込まれる。

多くの硫黄化合物（硫化水素など）は経口摂取だけでなく、吸入しても人体に有毒である。

したがって、人体にとって安全で必要な硫黄化合物は限られている。

食事から摂取される硫黄の中で最も大きな割合を占めるのは、メチオニンとシステインという2種類のアミノ酸である。 これらのアミノ酸は、植物性と動物性の両方のタンパク質に含まれている。

メチオニンは体内で作ることができない必須アミノ酸であるため、食事からの摂取に頼っている。

システインはメチオニン代謝の過程で体内で生成されるため、必須アミノ酸ではない。

システインに対する生理的な必要性は、食事からのシステイン摂取だけでなく、メチオニンの摂取量の増加によっても満たされ、メチオニンはその後システインに代謝される。

人間の1日の硫黄必要量は、食事から約13mg/kgのアミノ酸が摂取されれば十分に満たされる。

栄養学的な観点からは、メチオニンだけでも体に必要なすべての硫黄を供給することができる。

硫黄は食事に含まれる無機化合物、すなわち硫酸塩や亜硫酸塩を通しても体内に入るが、これらは体にとってごくわずかな硫黄源にすぎない。

消化管での吸収率が低いため、1日に必要な硫黄摂取量に含まれることはほとんどない。

硫黄を多く含む動物性食品は、動物性タンパク質、卵、乳製品、肉、魚、魚介類である。

植物性食品では、野菜（タマネギ、ニンニク、ネギ、ニラ、キャベツ、ケール、カリフラワー、ブロッコリー、クレソン、マスタード、ワサビ、大根）、果物（ラズベリー）、ナッツ類、小麦胚芽が最も重要である。

硫黄はミネラルウォーターや水道水にも少量含まれている。

硫黄は、一部のタンパク質食品において、腐った卵に似た特徴的な臭いを発することがある。

硫黄の推奨量や1日の最適摂取量は定められていないが、十分な量の硫黄含有アミノ酸を摂取することで、身体の適切な機能に必要な量の硫黄が確保される。

食品業界では、加工時に食品に意図的に硫黄を添加することも見られる。

これは亜硫酸塩の添加であり、食品の保存料、酸化防止剤、漂白剤として機能する。

通常、亜硫酸塩は以下のような食品に添加される：

• 生、加工、冷凍、乾燥、缶詰の果物や野菜、ジュース、ジャム、マーマレード、スプレッド類
• 菓子、シロップ、甘味料
• シリアルおよびシリアル製品、ナッツ類
• 肉製品
• 魚介類
• ハーブ、スパイス
• ビール、ワイン、アルコール、フレーバー飲料

許可された食品添加物の一覧表

亜硫酸塩は、多くの医薬品や食品サプリメントにも含まれています。

硫黄-摂取から排泄まで

吸収

すでに述べたように、ほとんどすべての硫黄は、メチオニンまたはシステインという2つのアミノ酸を介して体内に入る。

メチオニンの場合、主な吸収部位は小腸であり、ここでメチオニンは特異的なトランスポーターによって吸収される。

メチオニンは、消化管での吸収率が最も高いアミノ酸のひとつである。

吸収されるメチオニンの割合は比較的高いが、吸収の過程で約20～30％が直接代謝され、硫酸塩になる。

システインは小腸の環境で吸収されるほか、特定のエネルギー依存性輸送体を介して吸収される。

消化管における無機硫黄化合物、すなわち食事から取り込まれた硫酸塩や亜硫酸塩、あるいはアミノ酸代謝によって形成された硫酸塩の吸収率は低い。

1グラムまでの硫酸塩のほとんどは小腸および大腸で吸収される。 吸収は硫酸ナトリウム輸送体を介して行われる。

分布

硫酸塩はヒトの血液中に最も多く含まれる陰イオンの第4位である。

硫酸塩や含硫アミノ酸を食事から摂取すると、その濃度が2倍になることもある。

血液中の亜硫酸塩濃度は通常5µmol/lだが、基準範囲である0～10µmol/lの場合もある。

標準的な血液検査では、硫黄やその化合物の濃度は測定されない。

硫黄は、血液から数種類の担体を介して体内の組織や細胞に輸送される。

硫黄を含む硫酸塩やアミノ酸は、胎盤を両方向に通過することができる。 この両方向に通過する能力は、胎児への硫黄の十分な供給を維持し、有害な過剰摂取を防ぐために不可欠である。

硫黄はまた、シスチンの形で血液脳関門を通過し、その後脳内環境で硫酸塩に分解される。

硫黄の代謝と貯蔵

硫黄は通常、より複雑な分子の形で食事から摂取されるため、体内で代謝され、より単純な分子に分解される。

一般に、硫黄は硫化物S2-（この形態ではより複雑な有機化合物中に存在する）の形態の硫黄を亜硫酸塩SO32-に酸化し、さらに硫酸塩SO42-に酸化することによって代謝される。

硫酸塩はアスコルビン酸塩と結合して組織に貯蔵され、硫黄貯蔵庫を形成するが、この硫黄貯蔵庫は非常に小さい。 その後、硫黄は生体の必要に応じて酵素によってアスコルビン酸塩との結合から解放される。

メチオニンの代謝は、酵素によって制御される一連の過程を経て行われ、代謝の最終結果は硫酸塩の生成である。

これらはメチオニンの代謝産物である。

システインは必須アミノ酸ではないため、システインの供給源は食物そのものだけでなく、メチオニンによって体内で生成されることもある。

システインとメチオニンの分子自体は体内に蓄積されず、酸化されて無機硫酸塩になるか、グルタチオン（3つのアミノ酸からなるトリペプチドで、強い抗酸化作用を持つ）と結合するのが運命である。

排泄

硫黄とその化合物は主に尿として体外に排泄される。

食事からの硫黄摂取量が多ければ、排泄される硫黄の割合は増加する。

硫黄は有機エステルの形で尿中に排泄され（約15％）、残りの体積損失は硫酸塩の形である。

肺からの硫黄排泄率は、体内のビタミンDレベルにも影響される。

その他の硫黄排泄経路、例えば糞便はごくわずかである（＜0.5mmol/日）。

生理的な硫黄レベルから逸脱した場合、どのような影響があるか？

他のミネラルや微量元素と同様に、硫黄を身体にとって有益で安全なレベルに維持することが重要である。

人体における硫黄の欠乏のみによる病理学的な結果は定義されておらず、不明である。

特定の硫黄キャリアーに欠陥のある患者では、脳障害や結合組織障害が起こったという報告もある。

体内の硫黄濃度が高すぎると、骨からミネラルが失われ、骨粗鬆症のリスクが高まる。

大量の硫黄にさらされると、喘息発作やじんましんなどの皮膚アレルギー反応を引き起こす可能性がある。

硫黄には人体に有毒な化合物も多く、二酸化硫黄がその一例である。

大気汚染などの形でこれらの化合物に体がさらされると、上気道の炎症、気道の狭窄、肺疾患を引き起こす。

硫黄の主要かつ最大の供給源は、硫黄含有アミノ酸であるメチオニンとシステインの形で食事から摂取することである。

したがって、これらの欠乏または過剰による症状は、部分的に硫黄に起因する。

メチオニンとシステインが体内で欠乏する主な原因は、食事からのタンパク質摂取量が著しく少ないことである。 これら2つのアミノ酸の吸収や代謝に関連した問題がなければ、摂取量を増やすことで欠乏に対処できる。

しかし、これらのアミノ酸の吸収や代謝における先天性の欠陥も知られている。 したがって、体内のこれらのアミノ酸レベルの過不足は、食事からの摂取量に直接依存するものではない。

先天性の吸収障害には、たとえばさまざまな吸収不良がある。

代謝障害には、メチオニンおよびシステインの代謝に関与する各種酵素の機能障害があり、最終的にこれらの代謝産物の体内蓄積または欠乏につながる。

一般に、これらの障害は主に以下のような症状で現れる：

• 精神機能の低下
• 発育遅延
• 発作性障害
• 運動障害
• 赤血球や血小板の欠乏などの血液障害
• 尿中の特定の代謝産物の過剰蓄積
• 腎臓結石および尿路結石の形成

含硫アミノ酸の代謝障害に関連する重要な障害は、ホモシスチン尿症と呼ばれる疾患である。

これは、ホモシステインの硫黄への変換を促進するシスタチオニン合成酵素の機能不全の結果として生じる。

ホモシステインは血液中に多量に蓄積し、健康障害を引き起こすが、尿中にも多量に排泄される。

ホモシステインはシステイン生成の前駆体であるため、この病気ではその生成が減少する。

ホモシスチン尿症は、眼障害（近視、水晶体の混濁や変位）、骨障害（骨粗鬆症、側弯症、骨折）、神経系障害（発育遅延、知的障害、精神障害）を引き起こす。

ホモシステインはまた、心血管系疾患、特に深部静脈血栓症、肺塞栓症、脳卒中の重要な要因でもある。

また、メチオニンとある種の癌の発生を関連づけた研究もある。 これは、ある種の癌細胞の増殖がこのアミノ酸に依存していることを示すためである。