微量元素与健康1

1、碘缺乏病微量元素与健康微量元素与健康一、微量元素的定义和分类一、微量元素的定义和分类（一）（一） 微量元素的定义微量元素的定义在地球表层发现有在地球表层发现有9090多种元素，多种元素，几乎在人体内都能找到几乎在人体内都能找到发现具有重要营养和生理功能、发现具有重要营养和生理功能、得到公认的对于维持生命所必不得到公认的对于维持生命所必不可少的元素仅有可少的元素仅有26282628种。种。 机体内的化学元素可分为机体内的化学元素可分为: :常量元素或常量元素或宏量元素（宏量元素（major element, macro-major element, macro-elementelement）及微

2、量元素（）及微量元素（trace trace elementelement， micro-elementmicro-element）。）。含量大于体重含量大于体重0.01%0.01%，每日需要量大于，每日需要量大于100mg100mg的元素称为的元素称为常量元素常量元素，约占人体，约占人体重量的重量的99.95%99.95%以上，包括：碳、氢、氧、以上，包括：碳、氢、氧、氮、硫、磷、钠、钾、钙、镁、氯等氮、硫、磷、钠、钾、钙、镁、氯等1111种。种。 微量元素微量元素: :小于体重小于体重0.01%0.01%、每日需要、每日需要量小于量小于100mg100mg的元素，包括常量元素的元素，包括常

3、量元素以外的其它各种元素，占人体重量不以外的其它各种元素，占人体重量不足足0.05%0.05%，包括铁、铜、锌、锰、钼、，包括铁、铜、锌、锰、钼、钴、钒、镍、锡、氟、碘、硒、硅、钴、钒、镍、锡、氟、碘、硒、硅、砷、硼、锶、锂、锗、铝、钡、铊、砷、硼、锶、锂、锗、铝、钡、铊、铅、镉、汞以及稀土元素等数十种。铅、镉、汞以及稀土元素等数十种。（二）微量元素的分类（二）微量元素的分类1. 1. 微量元素对维持生命活动的作用微量元素对维持生命活动的作用（ 1 1 ） 必 需 微 量 元 素必 需 微 量 元 素 （ e s s e n t i a l e s s e n t i a l trace el

4、ementtrace element）：指具有明显营养作）：指具有明显营养作用及生理功能，对维持机体生长发育、用及生理功能，对维持机体生长发育、生命活动及繁衍等必不可少的元素。迄生命活动及繁衍等必不可少的元素。迄今公认的对人和哺乳动物必需的微量元今公认的对人和哺乳动物必需的微量元素有素有1414种：铁、铜、锌、锰、铬、钼、种：铁、铜、锌、锰、铬、钼、钴、钒、镍、锡、氟、碘、硒、硅。钴、钒、镍、锡、氟、碘、硒、硅。 “必需必需”的内涵：的内涵： 机体必须从外界饮食中摄取这种元素，当从饮食中去除，机体呈现这种元素的生机体必须从外界饮食中摄取这种元素，当从饮食中去除，机体呈现这种元素的生理性缺乏状态

5、理性缺乏状态 补充这一特异元素后，机体的这种缺乏状态将得到缓解补充这一特异元素后，机体的这种缺乏状态将得到缓解 一种特殊的元素对机体总具有某种特异的生化功能，这种作用不能被其它任何一种特殊的元素对机体总具有某种特异的生化功能，这种作用不能被其它任何元素完全代替元素完全代替 附加条件：附加条件： 这种元素以相似的浓度存在于不同动物的组织内；这种元素以相似的浓度存在于不同动物的组织内； 不论动物（主要指哺乳类高级动物）的种类如何，去除这种元素后会出现相似的生不论动物（主要指哺乳类高级动物）的种类如何，去除这种元素后会出现相似的生理生化异常；理生化异常； 有这种元素存在时能减轻或预防上述异常；有这种

6、元素存在时能减轻或预防上述异常； 这种异常改变在缺乏得到控制时能被治愈。这种异常改变在缺乏得到控制时能被治愈。 微量元素对健康影响的特征：-必需性-量小作用大（2 2）非必需微量元素（）非必需微量元素（non-non-essential trace elementessential trace element）：无明显）：无明显生理功能的微量元素。这些元素的生物生理功能的微量元素。这些元素的生物学效应或许迄今未被人们认识，或者它学效应或许迄今未被人们认识，或者它们来自外环境的污染，如铅、镉、汞、们来自外环境的污染，如铅、镉、汞、铊等。铊等。又可进一步分为又可进一步分为无毒非必需元素无毒非必需元

7、素和和有害有害非必需元素非必需元素，前者如锂、硼、铷、溴等，前者如锂、硼、铷、溴等，后者如铅、镉、汞、铊、铝、锑等。后者如铅、镉、汞、铊、铝、锑等。2. 2. 按其营养作用特征及生理功能按其营养作用特征及生理功能（1 1）必需微量元素：得到多数国际微）必需微量元素：得到多数国际微量元素学术会议和世界卫生组织（量元素学术会议和世界卫生组织（WHOWHO）公认，在人体或高等动物体内构成细公认，在人体或高等动物体内构成细胞或体液的胞或体液的特定生理成分特定生理成分，具有明显，具有明显营养作用，人体生理过程中必不可少，营养作用，人体生理过程中必不可少，缺乏该元素后产生特征性生化紊乱、缺乏该元素后产生特

8、征性生化紊乱、病理变化及疾病，补充该元素能纠正病理变化及疾病，补充该元素能纠正特征性病理变化或治愈，称为必需微特征性病理变化或治愈，称为必需微量元素。量元素。 （2 2）可能必需的微量元素：具有一）可能必需的微量元素：具有一定有益生物学作用及医疗、预防、保定有益生物学作用及医疗、预防、保健效能，又具有某些必需微量元素的健效能，又具有某些必需微量元素的生物及生化特征（如高度的生物学活生物及生化特征（如高度的生物学活性及催化性能等）的元素。这些元素性及催化性能等）的元素。这些元素目前尚未被目前尚未被WHOWHO和多数国际学术组织和多数国际学术组织认可，如砷、锂、锶、硼等。认可，如砷、锂、锶、硼等。

9、 3无毒微量元素：凡未发现有无毒微量元素：凡未发现有营养作用，又无明显毒害作用营养作用，又无明显毒害作用的元素，称为无毒微量元素，的元素，称为无毒微量元素，如钡、钛、铌、锆等。如钡、钛、铌、锆等。4 4有害微量元素：凡无营养作有害微量元素：凡无营养作用，人体又对其缺乏精密调节机用，人体又对其缺乏精密调节机制，且在体内具有蓄倾向和明显制，且在体内具有蓄倾向和明显毒害作用的微量元素，例如铅、毒害作用的微量元素，例如铅、汞、镉、铊、铝、锑等。汞、镉、铊、铝、锑等。二、微量元素在生命过程中的重要作二、微量元素在生命过程中的重要作用用 （一）环境与机体在微量元素上的统一性（一）环境与机体在微量元素上的统

10、一性 生物体（包括人）通过新陈代谢与外界环境不断进行物质交换和能量流动，使得机体生物体（包括人）通过新陈代谢与外界环境不断进行物质交换和能量流动，使得机体的结构组分（如元素含量）与环境的物质成分（元素）不断保持着动态平衡，并形成的结构组分（如元素含量）与环境的物质成分（元素）不断保持着动态平衡，并形成了生物与环境之间相互依存、相互联系的复杂统一体。这一理论为阐明环境中的微量了生物与环境之间相互依存、相互联系的复杂统一体。这一理论为阐明环境中的微量元素与健康关系的理论基础。元素与健康关系的理论基础。 必需微量金属元素在人体内的含量与地壳、必需微量金属元素在人体内的含量与地壳、海水中的含量呈现明显

11、的海水中的含量呈现明显的丰度相关丰度相关，而有毒，而有毒元素在海水中的含量相对较低元素在海水中的含量相对较低生物地球化学性疾病生物地球化学性疾病（biogeochemical diseasebiogeochemical disease）：）：碘缺乏病就是由于某地区碘元素碘缺乏病就是由于某地区碘元素含量过低可引起地方性甲状腺肿含量过低可引起地方性甲状腺肿（endemic goiterendemic goiter）或地方性克）或地方性克汀病（汀病（endemic cretinismendemic cretinism）等一）等一系列病症。系列病症。 机体对环境的适应性：机体对环境的适应性： 生物的生

12、存和发展，必须适应外界环境条件的变化，不断从环境中摄入某些元素生物的生存和发展，必须适应外界环境条件的变化，不断从环境中摄入某些元素以满足机体完成自身生命活动过程的需要。以满足机体完成自身生命活动过程的需要。 生物进化过程中，对其生存环境中某些至关重要的元素进行选择，以保证其能够生物进化过程中，对其生存环境中某些至关重要的元素进行选择，以保证其能够顺利向更高级的方向演化，因而这些元素就成了维持生物生存、繁衍等生命过程顺利向更高级的方向演化，因而这些元素就成了维持生物生存、繁衍等生命过程必不可少的物质成分。必不可少的物质成分。 （二）微量元素在维持健康上的重要（二）微量元素在维持健康上的重要性性

13、锌锌铁铁铜铜铬铬碘碘硒硒硅硅（三）（三） 微量元素生物学效应的双重微量元素生物学效应的双重性性有毒物质：有毒物质：S型曲线型曲线微量元素：微量元素：U型曲线型曲线三、微量元素与健康研究的成就和新进展三、微量元素与健康研究的成就和新进展 （一）重要成就（一）重要成就1.1.弄清了一些疾病的发病原因弄清了一些疾病的发病原因 （1 1）碘缺乏病）碘缺乏病 （2 2）微量元素铜引起的疾病）微量元素铜引起的疾病 （3 3）锌缺乏病）锌缺乏病 （4 4）地方性氟病）地方性氟病 （5 5）微量元素硒与健康关系的研）微量元素硒与健康关系的研究究 （二）（二） 微量元素的作用机理微量元素的作用机理 （1 1）碘

14、缺乏病）碘缺乏病 （2 2）MenkeMenke综合征和综合征和WilsonWilson病病 人们对铜缺乏性人们对铜缺乏性MenkeMenke综合征（综合征（MDMD）或铜过量导致的）或铜过量导致的WilsonWilson病（肝病（肝豆状核变性，豆状核变性，WDWD）从分子生物学水平上有了新的）从分子生物学水平上有了新的认识。认识。 这两种疾病：由于两个这两种疾病：由于两个铜转运铜转运ATPATP酶基因突变而引起的两种遗传代谢性疾病酶基因突变而引起的两种遗传代谢性疾病。这两种蛋白酶均使铜从细胞内向外流动。这两种蛋白酶均使铜从细胞内向外流动。MDMD基因和基因和WDWD基因已被分离出来，基因已被

15、分离出来，都是编码一种都是编码一种P P型型ATPATP酶并且有酶并且有67%67%的氨基酸相同。的氨基酸相同。 这两种蛋白在氨基端还含有这两种蛋白在氨基端还含有6 6个铜结合位点，均含有个铜结合位点，均含有8 8个跨膜区域，并通过个跨膜区域，并通过这这8 8个跨膜区域形成的孔道使铜离子泵出细胞。个跨膜区域形成的孔道使铜离子泵出细胞。（3 3）锌缺乏病）锌缺乏病 （4 4）地方性砷中毒）地方性砷中毒 （5 5）硒的健康效应）硒的健康效应 （三）微量元素在疾病防治上成效显著（三）微量元素在疾病防治上成效显著 （1 1）碘缺乏病防治）碘缺乏病防治 （2 2）克山病、大骨节病的防治）克山病、大骨节病

16、的防治 （3 3）微量元素硒的抗癌作用）微量元素硒的抗癌作用 （4 4）微量元素硅、钒、砷在癌症治疗上的作用）微量元素硅、钒、砷在癌症治疗上的作用 （5 5）微量元素在保健品中的应用）微量元素在保健品中的应用 四、微量元素与健康的研究方法四、微量元素与健康的研究方法（一）微量元素的定量检测（一）微量元素的定量检测 （1 1）原子吸收光谱法（）原子吸收光谱法（AASAAS），具有简便、），具有简便、灵敏等优点，但样品前处理程序复杂、易受灵敏等优点，但样品前处理程序复杂、易受污染；污染； （2 2）电感耦合等离子体原子发射光谱法）电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP/AESICP/AES），其最

17、大的优点是可同时测定多），其最大的优点是可同时测定多种元素，种元素， （3 3）质子激发）质子激发X X射线荧光光谱法（射线荧光光谱法（PIXEPIXE），可同时），可同时测定多种元素，其灵敏度较高，可同时测定血浆、测定多种元素，其灵敏度较高，可同时测定血浆、毛发中含量为毛发中含量为0.11g/g0.11g/g的多种微量元素；的多种微量元素； （4 4）火花源质谱法（）火花源质谱法（SSMSSSMS），具有灵敏度高和多），具有灵敏度高和多种元素同时测定的优点，在测定生物样品的微量元种元素同时测定的优点，在测定生物样品的微量元素过程中，样品的制备处理耗时较多；素过程中，样品的制备处理耗时较多；

18、（5 5）中子活化法（）中子活化法（NAANAA），能进行各种生物组织），能进行各种生物组织中多种元素的测定，已用于测定心、肝、肾、肺、中多种元素的测定，已用于测定心、肝、肾、肺、脾组织中脾组织中2020多种微量元素，灵敏度高，检测范围为多种微量元素，灵敏度高，检测范围为10ng100g/g10ng100g/g； （6 6）阳极溶出伏安法（）阳极溶出伏安法（ASVASV），主要），主要优点是对铅最灵敏，这是优点是对铅最灵敏，这是AASAAS和和NAANAA检检测方法不能相比的，该方法还可用于测方法不能相比的，该方法还可用于测定生物样品中的镉、锌、铜，浓度测定生物样品中的镉、锌、铜，浓度可低至可

19、低至0.1g/L0.1g/L； （7 7）离子选择性电极法（）离子选择性电极法（ISEISE），为），为微量元素测定提供了简便、廉价、灵微量元素测定提供了简便、廉价、灵敏的方法，不能同时测定多种元素。敏的方法，不能同时测定多种元素。（二）微量元素在生物大分子中作（二）微量元素在生物大分子中作用的研究用的研究 生物大分子的活性和正常功能需要微量元素的参与，一些有毒金属元素对机体的毒生物大分子的活性和正常功能需要微量元素的参与，一些有毒金属元素对机体的毒作用也是以其对生物大分子影响为基础的。作用也是以其对生物大分子影响为基础的。 对具有复杂结构的生物大分子来说，最直接的检测方法是对具有复杂结构的生

20、物大分子来说，最直接的检测方法是X X射线晶体衍射射线晶体衍射分析，但分析，但核核磁共振、圆二色性、拉曼光谱磁共振、圆二色性、拉曼光谱等对研究生物大分子在溶液中的结构和构象特征都是等对研究生物大分子在溶液中的结构和构象特征都是重要手段。重要手段。 测定金属酶或金属蛋白中金属离子氧化态的方法有氧化还原滴定、磁化率测定、电测定金属酶或金属蛋白中金属离子氧化态的方法有氧化还原滴定、磁化率测定、电子顺磁共振谱和穆斯堡尔谱等。子顺磁共振谱和穆斯堡尔谱等。 微量元素生物学效应研究中常用的放射性示踪元素有微量元素生物学效应研究中常用的放射性示踪元素有5151CrCr、5555、5757、5858、6060C

21、oCo、6464、6767CuCu、1818F F、5959FeFe、123123I I、125125I I、131131I I、7575SeSe等。等。 放射免疫分析就是利用放射示踪技术，通过定量标记抗原和质量控制，可测定生物放射免疫分析就是利用放射示踪技术，通过定量标记抗原和质量控制，可测定生物体内多种物质，从而获取有关微量元素的信息。体内多种物质，从而获取有关微量元素的信息。 分子生物学技术分子生物学技术:揭示某些微量元素相关疾病的发病揭示某些微量元素相关疾病的发病原因、微量元素的作用机理、一些原因、微量元素的作用机理、一些生物大分子如生物大分子如金属硫蛋白金属硫蛋白、重要的、重要的金属

22、酶金属酶等的结构及其特征的方面起等的结构及其特征的方面起着极其重要的作用。着极其重要的作用。 （五）微量元素与健康研究的动态与展望（五）微量元素与健康研究的动态与展望 随着科学技术的进步、随着科学技术的进步、分子生物学分子生物学和和痕量分析技术痕量分析技术的发展及人们对微量元素生物的发展及人们对微量元素生物学效应认识的深化，将会在学效应认识的深化，将会在蛋白质和分子水平上蛋白质和分子水平上揭示出微量元素生物学效应的更揭示出微量元素生物学效应的更多奥秘，对多奥秘，对微量元素间的相互作用微量元素间的相互作用机制也将会有更加深入的了解。机制也将会有更加深入的了解。 1.1.分子生物学技术对微量元素生

23、物分子生物学技术对微量元素生物学效应研究的推动作用学效应研究的推动作用对对MenkeMenke病（病（MDMD）和）和WilsonWilson病（病（WDWD）的发病机理研究发现，的发病机理研究发现，MDMD基因和基因和WDWD基因都编码一种基因都编码一种P P型型ATPATP酶，且有酶，且有67%67%的氨基酸相同。的氨基酸相同。MDMD基因被精确基因被精确定位于定位于Xq13.3Xq13.3，而且是处于一个仅，而且是处于一个仅100kb100kb的狭窄区域内。的狭窄区域内。 MDMD基因全长基因全长8kb8kb，有，有2323个外显子，受个外显子，受其控制而编码的产物是一种其控制而编码的产

24、物是一种P P型型ATPATP酶酶铜转移膜蛋白，由铜转移膜蛋白，由15001500个氨基酸组成，个氨基酸组成，称为称为ATP7AATP7A。WDWD基因位于位于基因位于位于1313号染色体长臂号染色体长臂1 1区区4 4带带3 3亚带（亚带（13q14.313q14.3），编码），编码14111411个个氨基酸的产物也是一种氨基酸的产物也是一种P P型铜转运型铜转运ATPATP酶，称为酶，称为ATP7BATP7B。 硒蛋白的研究硒蛋白的研究: :已克隆并测定了已克隆并测定了cDNAcDNA序列的哺乳动物硒序列的哺乳动物硒蛋白有蛋白有9 9种，分别是：细胞内谷胱甘肽种，分别是：细胞内谷胱甘肽过氧化物酶（过氧化物酶（cGPxcGPx）、细胞外谷胱甘肽）、细胞外谷胱甘肽过氧化物酶（过氧化物酶（eGPxeGPx）、磷脂氢谷胱甘肽）、磷脂氢谷胱甘肽过氧化物酶（过氧化物酶（PHGPxPHGPx）、胃肠谷胱甘肽）、胃肠谷胱甘肽过氧化物酶（过氧化物酶（GIGPxGIGPx）、）、型碘甲腺原型碘甲腺原氨酸氨酸-5-5- -脱碘酶（脱碘酶（ID-ID-）