生命科学中的重要微量元素

生命科学中的重要微量元素第1页，课件共40页，创作于2023年2月周次星期理论课的授课内容学时数授课教师35微量元素概述3尚京川45铁的意义生理功能及代谢3尚京川65铜锌的意义生理功能及代谢3母昭德75钴和铬的意义生理功能及代谢3母昭德85氟的意义生理功能及代谢3陈志琼95碘的意义生理功能及代谢3陈志琼第2页，课件共40页，创作于2023年2月微量元素概述

人体内的元素及其分类和分布必需和非必需元素的区分标准微量元素的研究进展

必需微量元素的共同特性

微量元素与生长发育

微量元素与神经系统的结构和功能

微量元素与内分泌

微量元素与感染和免疫

第3页，课件共40页，创作于2023年2月

微量元素与肿瘤

微量元素与心血管疾病

微量元素与创伤愈合

微量元素的检测及研究方法

第4页，课件共40页，创作于2023年2月第5页，课件共40页，创作于2023年2月人体内的元素及其分类和分布

人体中含有自然界中存在的92种元素中的81种，它们在体内的分布和含量均有比较大的差别，发挥着各自不同的生理功能。第6页，课件共40页，创作于2023年2月人体内的元素及其分类和分布

元素依其在人体的含量不同,可分为宏量元素和微量元素宏量元素：凡占人体总重量的1/10000以上者，如碳、氢、氧、氮、钙、磷等，共占人体总重量的99.95%。每人每日需要100mg以上。微量元素：凡占人体总重量的1/10000以下者，如铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘等41种，称为微量元素，共只占人体总重量的0.05%左右。每人每日需要100mg以下。第7页，课件共40页，创作于2023年2月

依其在机体内生物学作用的不同，可分为必需、可能必需及非必需三类。

按其对人体的生物作用性质，也可分为必需、无害及有害三类。第8页，课件共40页，创作于2023年2月宏量元素均为必需元素，其在机体中的主要生理作用是维持细胞内外渗透压的平衡，调节体液的pH,形成骨骼支撑组织，维持神经和肌肉细胞膜的兴奋性，传递信息使肌肉收缩、使血液凝固以及酶活性等。第9页，课件共40页，创作于2023年2月

微量元素在维持人类健康中起基础性作用，主要生理功能是在各种酶系统中起催化作用，以激素或维生素的必需成分或辅助因子而发挥作用，形成具有特殊功能的金属蛋白等。第10页，课件共40页，创作于2023年2月人体内各种元素的标准含量(部分)元素人体含量(g)所占体重的%元素人体含量(g)所占体重的%氧碳氢氮钙磷450001260070002100105070065.0018.0010.003.001.501.00铁锌铜铝碘钴4.02.300.100.100.030＜0.0030.00570.00331.4×10-41.4×10-44.3×10-5＜4.3×10-6第11页，课件共40页，创作于2023年2月必需和非必需元素的区分标准

WHO:“必需”元素主要是指具有明显的营养作用。人体生理中必不可少，缺乏该元素将引起生理功能及结构异常，发生种种病变及疾病。但通常不直接危及生命，并非指离开该元素动物和人就不能生存。

Fe,Cu,Mn,Zn,Co,Mo,Cr,V（钒）,Ni,F,Se,I,Si,Sn等14种。第12页，课件共40页，创作于2023年2月可能必需微量元素:

凡有一定生物学作用或医疗、预防、保健效能，又具有某些必需元素生物及生化特征，目前尚未被WHO认可的微量元素。

Sr（锶）,Ge（锗）,Br等第13页，课件共40页，创作于2023年2月非必需微量元素

凡未发现营养作用，又无明显毒害作用的元素。

Ba,Ti(钛),Nb（铌）,B等。第14页，课件共40页，创作于2023年2月有害微量元素

凡无营养作用，却有蓄积现象，并且有明显毒害作用的元素。

Pb,Bi,Te,Hg,Al等。第15页，课件共40页，创作于2023年2月

认为任何一种参与生命物质组成的元素，必需具备如下的条件①在生命的起源地----海水中的含量丰富。②性质活泼，能与其他元素结合或键合。③能形成正常组织结构的组成成分。④如为金属，应该能够溶于水，能与氧起反应，并能与含碳、氢、氧、氮、硫、磷的有机化合物键合。Schroeder标准第16页，课件共40页，创作于2023年2月Cotzias标准

①这种元素存在于一切健康机体的所有组织之中。②在组织中的浓度相当恒定。③缺乏该元素时，能在不同组织中产生相似的结构及生理功能性异常。④补充该元素能够防止该类异常变化。⑤补充该元素可使失常的功能及结构恢复正常状态。

第17页，课件共40页，创作于2023年2月Davies的标准

对必需微量元素的含义提出七条指标：①该微量元素必须以不同含量广泛地存在于自然界，并且能够被动植物有效地吸收。②该金属的化学性质必须与某些已知的生理功能相适应。③它的原子序数应当排列在已知是人体必需的那些元素之间。④必须能够透过半透膜，即胎盘和乳房屏障供应胎儿和婴儿。第18页，课件共40页，创作于2023年2月⑤在组织中的浓度必须维持不变，其含量应随年龄增长而逐渐降低。⑥以天然形态的该物质给动物或人类服用后，毒性必须极低或无毒害作用。⑦机体对该物质具有平衡和调节机制。第19页，课件共40页，创作于2023年2月微量元素的研究进展

铁是最早发现的必需微量元素，已有2000年的历史。150年前发现了碘，其后以每10年发现2个必需微量元素的速度，至六十年代末和七十年代初，人们已认识了10种对动物和人是必需的微量元素；同时对微量元素在生命过程中的意义、生理功能、代谢过程、缺乏时的表现及其防治、过量时的中毒及其防治等等，有了更详细的了解。第20页，课件共40页，创作于2023年2月高等动物必需的微量元素的发展史元素年代元素年代Fe17世纪F1971I1850Si1972Cu1928Ni1974Mo1953As1975Se1957Mn1981Cr1959Zn1984Sn1970Co1985V1971第21页，课件共40页，创作于2023年2月

由于对微量元素的重视及监测方法的进展，研究进度相当快，氟化物、镍、锡、硒、硅和钒均相继在10年内列为必需之类。目前，一般都承认有14种微量元素是动物和人类必需的，它们是铁、铜、锌、锰、硒、铬、碘、钴、钼、氟、镍、锡、硅、钒。第22页，课件共40页，创作于2023年2月

必需微量元素的共同特性

1.多数微量元素为金属

现代定为必需的14种微量元素中，金属元素占10种，非金属2种，因此，必需微量元素的重要特征为大多数属于金属。第23页，课件共40页，创作于2023年2月2.多数在元素周期表中居于前部位置

在元素周期表里和地壳表层所含有的92种天然元素中，人体或动物需要的必需微量元素，全部处于周期表前布的53个之中。第24页，课件共40页，创作于2023年2月3.具有高度生物学活性及催化生化反应的能力

当人体必需的微量元素与氨基酸、蛋白质或其他有机基团结合，形成各种酶、激素或维生素以后，如含铁、铜、锌、锰和硒的数百种的酶，含碘的甲状腺素，含钴的维生素B12，含铁的细胞色素等，会使金属-有机复合物产生各种各样独特的生物学作用、特殊的生理功能及高度的生化效应。第25页，课件共40页，创作于2023年2月1）能使生化反应的底物成千上万倍地减少；2）使体内生化反应显著加速，甚至会缩短几万到几十万倍；3）使那些本来在自然条件下需要极高温度才能进行的生化反应，能在体温的条件下顺利进行。4）糖和脂肪的氧化，水的生成，都是在各种金属酶及含铁或铜的细胞色素催化下完成的。

第26页，课件共40页，创作于2023年2月钴盐与有机钴化合物——维生素B12的作用就是一个典型的离子。用氯化钴刺激造血活性以增加网织细胞，要用20mg才能发挥这种效能；而用维生素B12则只需0.0004mg就能达到同一生血效果，活性提高达5万倍之多。第27页，课件共40页，创作于2023年2月4.属于同一族的元素（特别是原子量重的）能置换和相互置换这种特性可干扰各元素及其组成物质（特别是酶）的作用及正常性质，甚至使酶灭活，引起生化紊乱、病理变化和种种疾病。镉和铅能置换组织结构及酶中的锌，砷能置换磷，锶能置换钙，钼能置换铜，铑能置换钴，从而引起疾病或病变。第28页，课件共40页，创作于2023年2月5.各微量元素间能相互影响、拮抗或协同其生物学作用

镉和锌有显著的拮抗作用，镉能减少锌的吸收和生物学功能，锌能拮抗镉的毒性。镉与铁也有镉与锌同样的相互拮抗作用；钼能阻碍铜的吸收，铜能对抗钼的毒性；硒能拮抗镉的毒性；第29页，课件共40页，创作于2023年2月砷能减弱硒的毒性，钴能增强硒的毒性。铁和锰既能相互干扰在消化道的吸收过程，又协同生血效果。可见微量元素间的作用是相当复杂，而且又是相当重要的。第30页，课件共40页，创作于2023年2月6.元素周期表里同一族元素多数有相似的生物学作用

Ⅱ族的元素均能影响胰岛素的作用；ⅡA族对骨骼多有较特殊的亲和力；ⅡB族和ⅥB族对肾和肝组织有特殊亲和力；ⅦA族对甲状腺有亲和力；Ⅳ族具有生血刺激作用，其作用强度如下：钛<钒<合<锰<铁、钴、镍、铜<锌<镓<锗<砷，虽然作用环节不同，但可相互促进、补充和制约，以维持最适宜的造血条件。第31页，课件共40页，创作于2023年2月7.在超过生理需要或改变氧化形态和存在形式时能产生毒害作用

任何一种必需的微量元素，当超过正常摄入量及含量就会引起毒害作用。像铁、铜、钴、锰等对机体如此重要的必需微量元素，进入体内过多时也会引起急或慢性中毒。

第32页，课件共40页，创作于2023年2月

微量元素与生长发育

铁、铜、锌、锰、钴形成的酶及碘形成的甲状腺素，均有促进生长发育的作用。缺乏这些元素或其中一种，均可引起生长发育停滞。第33页，课件共40页，创作于2023年2月微量元素与神经系统的结构和功能微量元素代谢不平衡对中枢神经系统能产生种种不利影响及病变。

第34页，课件共40页，创作于2023年2月微量元素与内分泌

种种实验及临床研究显示和证明，微量元素能影响内分泌腺的功能、靶组织的活性及激素的生物学作用。微量元素过多和过少都会引起各种疾病。

第35页，课件共40页，创作于2023年2月铅过多可直接损伤人和动物的甲状腺功能，降低人和鼠类甲状腺摄取碘及血浆蛋白结合碘，降低垂体激素的分泌及肾上腺皮质的技能，还可损伤生殖细胞及性机能。铁过多对胰腺有不利影响，血色病的主要特征之一就是胰腺的纤维化和功能不良，出现糖尿病；色素代谢紊乱出现皮肤黑棕色。镍过多可加速催乳激素抑制因子的释放，通过下丘脑和垂体，使催乳激素分泌两减少；还能影响垂体其他激素的释放及生殖机能，使动物产仔少。第36页，课件共40页，创作于2023年2月缺锌影响垂体分泌促性腺激素，性腺机能减退，睾丸缩小，重量减轻，精子数目减少，晚期可使精子的生成陷于停顿。缺铜可使豚鼠及大鼠产生不孕，影响肾上腺皮质类固醇胰孕酮的合成。缺铜能降低多巴胺羟化酶的活性，使多巴胺合成障碍；而多巴胺一方面是合成去甲肾上腺素的前体，又是重要的神经传导介质。缺锰和锰中毒影响性机能，可使豚鼠胰腺发育不全、细胞及胰岛素数目减少，糖耐量受损，多巴及多巴胺合成量减少，引起脑底各神经节及脑干的病变。

第37页，课件共40页，创作于2023年2月

微量元素与感染和免疫

微量元素是人体、细菌及其他微生物都必需的营养要素。微量元素的变化既可影响人体，也能影响微生物的生长、繁殖、代谢及毒素的产生。机体含铁、铜、锌总量减少，均可减弱免疫机制，降低抵抗力，助长细菌感染，感染后的死亡率亦较高。微生物生长和繁殖也需要铁、锌等微量元素的适宜浓度，机体正是根据微生物的这种特点，逐渐形成了一个自然的免疫过程，Weiburg称