微量元素对人体健康的影响

1、微量元素对人体健康的影响医科大学药学院毕小平教授微量元素与人体健康的关系密不可分。近年来，随着社会的进步和人们自我保健意识的不断 提高，微量元素在治疗疾病、人体生长发育方面的作用越来越引起人们的重视。人体是由多种元素构成的，根据元素在体含量不同，可将体元素分为两类：一常量元素，占 体重的99.9%,包括碳、氢、氧、磷、硫、钙、钾、镁、钠、氯等10种，它们构成机体组织，并在体起电解质作用等；二微量元素，占体重的0.05%左右，包括铁、铜、锌、铬、钴、锰、镍、锡、硅、硒、钼、碘、氟、钒等 14种元素，这些微量元素在体含量虽然很微弱，但在人体生长、发育、 疾病、衰老、死亡等过程中却能起到十分重要的生

2、理作用。如果某种元素供给缺乏，就会发生该种 元素缺乏症；如果某种微量元素摄入过多，也可发生中毒。习惯上把含量高于 0.01%的元素，称为常量元素，低于 0.01%的元素，称为微量元素。人体假设 缺乏某种主要元素，会引起人体机能失调， 但这种情况很少发生， 一般的饮食含有丰富的常量元素。 微量元素虽然在体含量很少，但它们在生命过程中的作用不可低估。没有这些必需的微量元素，酶的活性就会降低或完全丧失，激素、蛋白质、维生素的合成和代也就会发生障碍，人类生命过程就 难以继续进行。一、环境对微量元素的影响与人对于微量元素的认识1847年，欧洲人发现铁与血红蛋白的结合，标志着对微量元素生理作用的最早认识。

3、18501854年发现地方性甲状腺肿与环境中的食物缺碘有关。1930年以后，相继发现许多地区由于微量元素铁、钻等的缺少或过多而产生家畜体质衰弱、生长停滞和死亡率增高等。微量元素在生命 过程中的作用，引起了人们的广泛关注。光谱分析法等的出现，使测试生物体微量元素成为可能， 大大推动了微量元素与健康关系的研究工作。人体的化学元素有两种来源：1自然来源。如岩石层中的化学元素与其化合物经过多年风化、淋溶和生物作用变为土壤，通过土壤、水、食物进入机体。生物体以新代的形式与所生存的环境进行不停的物质交换，从而获 得机体所需要的各种化学元素。近年来证实生物体的化学组成与所生存地区的地质环境有密切的关系。微量

4、元素过多或缺少而引起的疾病，往往具有明显的地区性。 如缺碘地区多出现地方性甲状腺肿和地方性克汀病；含氟量过多地区常有地方性氟中毒氟斑牙和氟骨症；土壤含钻量过低的地 区，牲畜多发生地区性干血痨症 消瘦、虚弱，最后死亡等。2 人为来源。如对含汞、镉、铅、砷等矿的开采、冶炼和利用，使这些元素进入人类的的 生存环境，并通过空气、水、土壤和食物进入人体。二、某些微量元素在人体中的主要功能微量元素在人体的含量虽然极微，却具有巨大的生物学作用。其生理功能主要有：一协助常量元素并将其带到各组织中去。如含铁血红蛋白有输氧功能。二充当生物体各种酶的活性中心，促进新代。 酶在生物体是许多化学反响必不可少的催化 剂，

5、微量元素是体各种酶的组成成分和激活剂。 体千余种酶大都含有一个或多个微量金属原子。 如锌与200多种酶的活性或结构有关，锌能激活肠磷酸酶，肝、肾过氧化酶，又是合成胰岛素所必需；锰离子可激活精氨酸酶和胆碱酯酶等；钴是维生素B12的组成成分之一等等。三参与体各种激素的作用，调节重要生理功能。如锌可以促进性激素的功能，铬可促进胰岛的作用，碘是甲状腺激素的重要成分之一，环境缺碘那么机体不能合成甲状腺激素，就会影响机体正常代和儿童的生长发育。四根据体外实验，一些微量元素可影响核酸代。核酸是遗传信息的载体，它含有浓度相当高的微量元素，如铬、钴、铜、锌、镍、钒等。这些元素对核酸的结构、功能和脱氧核糖核酸DN

6、A的复制都有影响。微量元素同其他元素一样， 受体平衡机制的调节和控制。摄入量过低，会发生某种元素缺乏症；但摄入量过多，微量元素积聚在生物体也会出现急、慢性中毒，甚至成为潜在的致癌物质。大量流 行病学调查证实，环境中微量元素的含量，对肿瘤的发生和开展有重大影响。微量元素的营养与毒性作用的研究，目前主要集中在：摄入量过多或过少对人体健康会造成什么影响；在人体的分布与其靶器官；在体的含量高限、低限和常见量；各元素的相互 作用；营养对微量元素毒副作用的影响以与微量元素作用剂量从动物外推到人的过程中所存在的 问题等。三、各种微量元素的重要作用一铁Fe铁是人体需要量最多的微量元素，在人体中含量约为45克。

7、每日铁需要量为 1018毫克。其中27%勺铁组成血红蛋白，3%的铁组成肌红蛋白，0.2%的铁构成多种含铁酶。它的功能主要是参 与血红蛋白的形成而促进造血。铁是红细胞中血红蛋白的重要成分，血红蛋白是运输和交换氧气的必须工具，能将氧气送至全身组织，肌红蛋白和氧的结合力很强，能储藏局部氧气，在骨骼肌缺氧 时可以释放这局部氧。人体中如缺少铁，就会使血红蛋白的制造发生困难，容易引起贫血，使细胞 色素和含铁酶的活性减弱，以致氧的运输供给缺乏，使氧化复原、电子传递和能量代过程发生紊乱， 免疫功能降低，影响生长发育。四肢无力，精神卷怠，食欲不振，神志冷淡，容易感冒，吞咽困难、 脸色苍白，头痛心惊，口腔炎，肝癌

8、。二锌Zn锌是仅次于铁的需要量较大的微量元素，是200多种含锌酶的组成成分，也是酶的激活剂，在核酸代和蛋白质合成中发挥重要作用，它在生命活动过程中起着转换物质和交流能量的“生命齿轮作用。1 锌的生物学作用1锌可作为多种酶的功能成分或激活剂：锌是碳酸酐酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶，胸嘧啶核苷激酶、碱性磷酸酶、亮氨酸氨肽酶等含锌酶的组成成分。(2) 促进机体生长发育，促进核酸与蛋白质的生物合成。缺锌后创伤溃疡难愈合，生长发育不良，性器官发育不全或减退，成为缺锌性侏儒或肠原性肢端皮炎。(3) 增强免疫与吞噬细胞的功能。缺锌后免疫功能减退。(4) 抗氧化、抗衰老与抗癌作用。锌亦是超氧化物歧化酶的组成

9、成分，能防止自由基对细胞膜造成的损伤，减少过氧化脂质的生成，某些肿瘤病人与衰老过程中有缺锌的倾向，因此锌可能具 有抗氧化、抗衰老与抗癌作用。2.锌在体的代正常成人体含锌22.5g，平均2.3g。男性比女性稍高，锌以视网膜、前列腺与胰腺中的浓度最高，在肌肉与骨骼中贮存。肌肉储锌占全身锌的62.2 %，骨骼中的锌占全身体锌的28.5 %。正常人每日摄取1015mg锌，吸收率为20% 30%，主要在小肠被小肠上皮细胞吸收。锌进入毛细血 管后由血浆运输至肝与全身。锌主要由粪便、尿、汗、头发与乳汁排泄，每天由尿排泄的锌不超过1mg=婴儿每天需锌量为 35毫克，110岁儿童每天需锌量为 10毫克。婴幼儿锌

10、供给缺乏，影响 生长和智力发育，也影响味觉和免疫功能，缺锌是厌食症的主要原因。老年人缺锌那么加速衰老、引 起缺血症、毒血症、肝硬化等。(三) 铜(Cu)铜元素对于人体也至关重要，它是生物系统中一种独特而极为有效的催化剂。铜是30多种酶的活性成分，对人体的新代起着重要的调节作用。据报道，冠心病与缺铜有关。铜在人体不易保存，故需经常摄入和补充。1、铜的生物学作用(1) 参与造血与铁的代。铜含量在体减少时，会影响铁的吸收，导致铁的利用障碍，最终发生缺铁性贫血。铜促进储存铁进入骨髓，加速血红蛋白与铁卟啉的合成。铜还促进幼稚红细胞的成熟，使成熟红细胞从骨髓释放进入血液循环。(2) 构成体许多含铜的酶(如

11、丁酰辅酶A脱氢酶、酪氨酸氧化酶、尿酸酶、超氧化物歧化酶 等)与含铜的生物活性蛋白质(如血浆铜蓝蛋白、血铜蛋白、肝铜蛋白、乳铜蛋白等)。(3) 与DNA结合，在DNA两条链中形成架桥，形成金属配合物，与维持核酸结构的稳定性有 关。(4) 铜参与赖氨酸氧化酶的组成，促进弹性蛋白与胶原纤维中共价交联的形成，维持组织的 弹性和结缔组织的正常功能。铜缺乏时，会引起皮肤枯燥粗糙、面色苍白、免疫力下降，甚至影响 今后的生育功能。(5) 含铜酶大部属氧化酶类，如细胞色素C氧化酶、酪氨酸酶、多巴胺 -3-羟化酶、胺氧化 酶等，这些酶类参与儿茶酚胺类激素的代、黑色素的生成以与神经递质的代，因而对中枢神经系统 的功

12、能、智力与精神状态、防御功能与分泌功能等均有重要影响。2、铜的代铜主要参与造血与酶的合成。正常人体含铜100mg200mg平均150mg左右，约50% 70%的铜存在于肌肉与骨骼，20%存在于肝。肝是重要的储铜库，5 % 10%的铜分布于血液中，微量的铜以酶的形式存在于组织中。一般成年人每日从食物摄取2mg铜已能满足生理需要，富含铜的食品是贝壳类、动物脏和豆类食品等。正常人每天从各种渠道排泄铜2mg左右，肠管可能通过含铜复合物的上皮细胞的脱落而排泄铜。(四) 硒(Se)1、硒的生物学作用(1) 硒是谷胱甘肽过氧化物酶( GSH-PX的必需组成成分。每摩尔的酶含有4毫摩尔的硒，通过GSH-Px的

13、作用，在去除自由基、分解过多的H2Q,减少过氧化物、保护细胞膜、保护细胞敏感分子(DNA RNA中占有重要地位。(2) 硒参与辅酶 A和辅酶Q的合成，促进 a-酮酸脱氢酶系的活性，在三羧酸循环与呼吸链 电子传递过程中发挥重要作用。(3) 硒与视力和神经传导有密切关系，虹膜与晶状体含硒丰富，视网膜的视力与含硒量有关。硒是光电管根底物质之一，硒在视网膜、运动终板中可能起着整流器与蓄电器的作用。(4 )硒能拮抗某些有毒元素与物质的毒性。硒可在体外减低汞、镉、铊、砷等的毒性作用。(5) 硒能刺激免疫球蛋白与抗体的产生，增强机体对疾病的抵抗力。(6 )硒与心血管结构和功能的关系。硒可防止镉引起的实验性高

14、血压，并可防止冠心病与心 肌梗死。硒参与保护细胞膜的稳定性与正常通透性，抑制脂质的过氧化反响，消除自由基的毒害作 用，从而保护心肌的正常结构、代和功能。投予亚硒酸(每周0.51mg)可有效地防治克山病的发生。(7)硒能调节维生素 A、C E、K的代。(8 )硒的抗肿瘤作用。许多报道说明结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、直肠癌与白血病等的死亡率与其居住地区土壤的硒含量、日摄取量以与血硒水平呈逆相关关系。动物致癌试验中观察到硒对动物的实验性皮肤癌、肝癌、结肠癌、乳癌、肺癌等均有显著的抑制作用，且此种抑癌效果还受食 物中维生素A、C、E等含量的影响。关于硒化合物的抗癌作用机制尚未说明，可能与硒能抑制致癌 物

15、质的致突变性、或改变致癌物的代、或通过抗氧化作用而抗癌。有报道硒化合物能促进肝癌细胞与白血病细胞的再分化，通过促分化而抗癌。2、硒的代1957年Schwarz证明硒是动物体必需的微量元素。人体硒的含量约14mg21mg以肝、胰腺、肾中的含量较多，人类对硒的摄入量受环境与食物含硒量的影响，应不低于40卩g/d。一般认为成人每日从食物中约摄取 60速350速 的硒，每日由尿排泄约 50卩g,由粪排泄 80卩g,由汗排泄 20卩g,在血浆的硒主要与 a与3 -球蛋白结合而运输。(五) 锰(Mn锰参与一些酶的构成，如线粒体中丙酮酸羧化酶、精氨酸酶等。不仅参加糖和脂类代，而且在 蛋白质、DNA和RNA合

16、成中起作用。1、锰的生物学作用1锰的多种酶的组成成分与激活剂：锰是精氨酸酶、脯氨酸酶、丙酮酸羧化酶、RNA聚合酶、超氧化物歧化酶的组成成分，又是磷酸化酶、醛缩酶、半乳糖基转移酶等的激活剂，与蛋白质 生物合成、生长发育有密切关系。2 参与造血、卟啉合成、改善机体对铜的利用。3构成Mn-SOD有抗衰老作用：衰老时Mn-SOD活性降低，肿瘤细胞 Mn-SOD活性亦降低。故Mn具有抗衰老抗肿瘤作用。2、锰的代正常成人体含锰1220mg分布于一切组织，每日摄入锰0.722mg，吸收率为3% 4%。吸收的锰经小肠壁进入血流，与31-球蛋白或“运锰蛋白结合后，迅速运至富含线粒体的细胞中，血锰5-15卩g/L

17、,人体的锰主要由肠道、胆汁、尿液排泄。六钼Me1、钼的生物学作用1 钼是构成黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶、亚硫酸氧化酶等氧化酶的组成成分，可解除有害醛 类的毒性。2 参与电子的传递与铁从铁蛋白的释放与铁的运输。3钼有抗癌作用，缺钼地区食管癌发病率高，钼构成亚硝酸复原酶植物，降低环境中 亚硝酸含量，减少致癌物亚硝胺的生成。4钼与心血管疾病有关，洋地黄类施用钼肥可提高产量与强心甙疗效。2、钼的代钼与铜、含硫氨基酸的代有关；还可增强氟的作用，有助于预防龋齿。成人体含钼9mg左右，分布于全部组织与体液中。成人每日摄入钼300卩g,吸收率为40%-60 %,随食物与饮水进入消化道的钼化物可迅速10分钟被吸收，

18、80 %与蛋白质结合，血清钼 590ng/dl ,而在食管癌高发区 血清钼明显减低为 220ng/dl-290ng/dl ，癌症病人、心律不齐病人均可有血钼降低，白血病与缺铁 性贫血时血清钼增高。高钼地区痛风发病率高，可能与黄嘌呤氧化酶活性增高、尿酸生成增多有关。七氟F1、氟的生物作用氟为骨骼牙齿的必需组分，与牙齿与骨的形成有关，可增加骨硬度与牙齿的耐酸蚀能力。缺氟 易生龋齿，氟过多可引起骨密度增加和斑釉齿，氟在细胞可抑制多种酶的活性，干扰胶原的合成。氟能与羟磷灰石吸附，取代其羟基形成氟磷灰石，能加强对龋齿的抵抗作用。3C&PO42 CaOH2+ 2F3 Ca3PO42 CaF?+ 2

19、OH。此外，氟还可直接刺激细胞膜中 G蛋白，激活腺苷酸环化酶或磷脂酶 C,启动细胞cAMP或磷 脂酰肌醇信号系统，引起广泛生物效应。氟过多亦可对机体产生损伤、如长期饮用高氟2mg/L水。牙釉质受损出现斑纹、牙变脆易破碎等。2、氟的代在成人体氟含量约为 2-3g,主要在骨骼、牙、指甲、毛发中，其中90液存于骨与牙中。每日需要量为2.4mg。氟主要经胃部吸收，氟易吸收且吸收较迅速。氟主要经尿和粪便排泄、体氟约 80%从尿排出。八碘I 1碘的生物学作用碘是1850年即已发现的必需微量元素，主要参与合成甲状腺激素三碘甲腺原氨酸 T3和四碘甲腺原氨酸 T4。甲状腺激素维持正常生长发育与智力发育，调节能量

20、代。成人缺碘可引起甲状 腺肿大，称甲状腺肿。胎儿与新生儿缺碘那么可引起呆小症、智力迟钝、体力不佳等严重发育不良。 碘过多可造成碘中毒，刺激甲状腺功能亢进。2、碘的代正常成人体碘含量 25-50mg,。成人每日需要量为 0.15mg。碘主要由食物中摄取，碘的吸收快 而且完全，吸收率可高达100%吸收入血的碘与蛋白结合而送输，主浓集于甲状腺被利用。体碘主要由肾排泄，约 90%随尿排出，约10%随粪便排出。为防治地方性甲状腺肿，应普遍食用加碘食 盐。九、钴Co自1934年，人们开始认识到钴对生物的营养作用。在丹麦、美国、奥大利亚、新西兰等国， 牛、羊患一怪病，体重减轻、奶量减少、流产甚至死亡。在这一

21、年，研究人员弄清了其原因是因为 饲料中缺乏钴，在饲料中补充钴，就可以防止或治愈，从而认识到钴是生物体的必需微量元素之一。1 钴的生物化学作用钴的作用主要以维生素 B12和B12辅酶形式储存于肝脏发挥其生物学作用。研究证实，钴能够与氨基酸结合，这种结合是通过氮原子或SH进行的。前者钴是与组氨酸的咪唑环反响，产生一种非常稳定的配合物。后者钴能和SH基不可逆地结合形成配合物，钴还与半胱氨酸和胱氨酸形成配合物。钴也能够与蛋白质结合，但受到pH值的变化的影响。如与胰岛素在pH=8时亲和力最大，而对复原角蛋白，那么 pH=9时适宜。在人体心肌中的钴是与心肌蛋白结合在一起的，也可与血浆蛋白、血纤维蛋白原结合

22、。在体外，溶解了的钴离子与蛋白质和一些弥散的小分子可能是氨基酸和肽结合。钴能与肌肉和其它组织匀浆中的小分子牢固地结合，90%钻离子可以在这个组分中发现。在血清中，钴也能与蛋白质结合。体液中小分子与钴结合的倾向可能影响着钴对细胞膜的渗透性。2.钴离子对酶活性和酶促反响的影响。钴可激活很多酶，如能增加人体唾液中淀粉酶的活性，能增加胰淀粉酶和脂肪酶的活性。钴对酶活性的影响与其浓度有很大关系。例如，0.01mg/L浓度的钴可使脱氢酶的活性增加40%但当浓度到达0.150mg/L时，对酶的活性有抑制作用。在兔子的小肠中注入少量钴可使B-碱性磷酸脂酶的活性增加90%但当钴的浓度到达0.2540mg/kg时

23、，就可以局部或全部抑制葡聚糖酶的生物合成。注入0.051mg/kg的钴并不影响兔子的血清脂肪酶的活性，但浓度为25mg/kg的钴可使酶活性增加 10%另一研究说明，0.30.5mg/L的钴能微弱增加面包酵母中的酸性磷酸脂酶的活性，但碱性磷 酸脂酶的活性增加达 3555%3钴的药物作用某些钴的催化剂在亚细胞水平参与(同化作用)哺乳动物的线粒体和微生物的载色体中的电子传递，钴催化剂在氧化复原链中以醌式的组分(辅酶Q)进行生化反响，从中获得电子。在此过程中与酶存在竞争。此外，研究说明：钴螯合物作为催化剂产生活性氧自由基，它们的靶分子是DNA和RNA故钴化合物有可能成为抗肿瘤、抗炎药物。因此，研究新的

24、具有较高生物活性的钴化合物 是很有意义的。AndersHammershai等提出了一类新的含钴药物的模型。作者从抗癌药物顺铂能特异地与DNA结合这一点推论，有些金属配合物如能与DNA结合，也可能具有抗癌活性。他们合成了Co(H3CsarNHCH2PyRiU NH) 5) ( PFe) 5 (CoRi)这个化合物，并用吸收光谱研究了它与 DNA和脂多 糖的作用。从242和420nm的吸收说明它们之间发生反响， CoRu/DNA-P的摩尔比为1.16，据此推 测，这种CoRu的配合物可能成为药物。钴很容易被小肠粘膜吸收。考虑到钴和铁为同一副族元素，它们的电子层结构相似，钴可能与铁为同一吸收途径，它

25、们在小肠中被吸收时可能存在着某种关联性。动物实验和人体观察说明，铁的吸收率增加时，常伴随着钴吸收的增加，缺铁人体中钴的吸收率比正常人高一倍(分别为40呀口80%。即缺铁时钴吸收也增多。此外，将钴和铁同时给药时，它们的摄入存在着一种相互制约的作用，钴对铁的抑制作用往往大于铁对钴的抑制作用，这一发现很有意义，在治疗某种贫血症时，医生常常采用铁-钴联合治疗手段。4钴的吸收与排泄平衡原子吸收和原子发射光谱分析结果说明，一般人每天摄入无机钴的量为140580卩g。通常只要每天摄入钴300卩g就能维持代的正常平衡。较早报道为525卩g,这种差异可能与测定方法和地区不同有关。摄入消化道的钴主要在小肠上端被吸

26、收，尿液是排泄的主要途径，也有少量钴由肠道、汗腺、 头发等途径排出。钴一般不在人体积累。给大鼠注射放射性Co, 24h由尿收回30% 6天收回63%而粪便收回的钴仅为 12%无机钴主要通过尿液排泄。5.钴的毒性作用主要表现红细胞增多症、甲状腺肿、心肌病与胰腺、神经系统损害。氧化钴或硫化钴摄入过多 有致癌作用。小儿对钴的毒性作用更加敏感，因此摄入量必须控制在1mg/kg体重以下，并且治疗婴幼儿贫血时应慎用含钴制剂。乙醇可增强钴的毒性作用，所以酗酒者钴中毒较其他人群多见且症 状重。硫胺(VitB1 )与蛋白质可降低钴的毒性，摄入含硫蛋白质可减轻钴的毒性病症。动物的毒理试验还说明， 钴过量会对动物的蛋白质、氨基酸、辅酶和脂蛋白的合成产生有害的 影响。例如，施用氯化钴后，动物生长发育停滞、体重减轻、血糖增加、肾上腺皮质增生，导致卟 啉尿症并损伤胰腺上皮细胞。有人研究了动物吸入含钴灰尘后的反响。仓鼠吸入2160卩g/L氧化钴后，只有1%停留在肺,而且6天后全部消失。动物长期吸入 0.1mg/m3的钴尘，肺功能并未受到影响。当仔猪吸入0.11.0mg