临床生物化学检验：第十四章 微量元素和维生素代谢紊乱的生物化学检验

第十四章

微量元素和维生素代谢紊乱的生物化学检验教学目标与要求掌握：微量元素和维生素的基本概念、检测原理熟悉：主要微量元素和维生素的性能评价、临床应用了解：微量元素和维生素的代谢、生物学作用目录微量元素代谢紊乱的生物化学检验1维生素代谢紊乱的生物化学检验2小结与展望3思考生物体生长需要的营养素有……….

5种，它们是：蛋白质、脂肪、糖、维生素、无机盐

7种，它们是：蛋白质、脂肪、糖、无机盐、维生素、水等…什么是微量（痕量）元素？什么是维生素？微量元素和维生素与疾病的关系：

1850年，甲状腺肿与环境碘关系；1869年，锌与生长发育有关；

1915年提出维生素概念；维生素与微量元素相互影响（协同、拮抗）案例：宝安区2010年8～11月儿童保健门诊进行健康体检868例0～3岁的婴幼儿全血锌、铜、钙、铁、镁、铅6种微量元素含量的检测及统计分析。结果:锌缺乏27.19%、钙缺乏11.87%、铁缺乏10.37%、铅中毒5.29%,婴幼儿微量元素缺乏以锌、铁为主,血铅含量随着年龄的增长而升高。

人体由化学元素组成，约25种元素为人体必需，其中11种元素体内含量>0.01%(>0.1g/kg体重)，称宏量元素，即碳、氢、氧、氮、硫、钙、磷、镁、钾、钠和氯。14种元素体内含量<0.01%(<0.1g/kg体重)，为必须微量元素,包括铁、锌、铜、锰、镍、钴、钼、硒、铬、碘、钒、硅、砷、氟等。在元素周期表中大部分位于原子序数23-34之间，硅位于第14位，氟位于第9位，铜42位，碘53位，以铁的含量最高，80mg/kg体重。微量元素过高过低都会引起机体功能紊乱。微量元素的特点1、放大作用：对机体正常功能维持十分重要。作为酶或激素的组成成份，与酶、激素相互作用，通过酶或激素对物质调控作用，产生放大作用.2、特异性：即生理功能不能由化学性质相似的其它元素代替。这种特性也表现在特异的载体蛋白上。如转铁蛋白对铁，铜蓝蛋白对铜。3、微量元素的自稳调节作用：微量元素在体内的分布受该元素在体内的自动调节系统调节，包括吸收、贮存及排泄。4、微量元素的相互作用：某些元素的过多会影响其它元素的利用。如大量锌会干扰铜的吸收，而另一种元素引起的中毒现象可用另一种保护性微量元素来改变，如硒可以拮抗锗、汞的毒性作用。第一节微量元素代谢紊乱的生物化学检验

一、微量元素的分类、代谢及生物学意义微量元素：占人体总重量的1/10000以下，每人每日需要量在100mg以下的元素称为微量元素分类：必需微量元素（人体总重量1/10000以下）非必需微量元素非必需的无害微量元素有害微量元素类别微量元素必需微量元素可能必需微量元素非必需无害微量元素有害微量元素

铁（Fe）、铜(Cu)、锌(Zn)、锰(Mn)、钼(Mo)、钴(Co)、钒(V)、铬(Cr)、锡(Sn)、氟(F)、碘(I)、硒(Se)、镍(Ni)、锶(Sr)硼（B）、铋（Bi）、铷（Rb）、硅（Si）锆（Zr）、钛（Ti）、铌（Nb）、钡（Ba）铍（Be）、镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）、铝（Al）、砷（As）注：该分类只有相对意义，因为某一微量元素，低浓度时是无害的，高浓度时可能是有害的微量元素的分类

（一）必需微量元素

1.铁（ferrum，Fe）铁的代谢体内存在形式：功能铁：血红蛋白、肌红蛋白、含铁酶等。储存铁：铁蛋白、含铁血黄素。主要吸收部位：十二指肠及空肠上段。含量：约为3～5g。主要吸收形式：Fe2+。主要排泄途径：肾脏、粪便和汗腺铁的生物学作用

1.维持正常造血功能：合成血红蛋白：2.8亿分子Hb/RBC，4Fe/Hb；合成肌红蛋白：亚铁血红素/MYO。2.参与体内氧的转运、交换和组织呼吸过程：参与能量代谢；Cyt、POD等3.增强免疫功能4.对其他微量元素代谢的影响2.锌（zinc,Zn）锌的代谢含锌总量：正常成人2~2.5g分布：50％前列腺、肝脏、肾脏和肌肉血锌：80％存在于红细胞吸收：在十二指肠和空肠被吸收。排泄：主要由粪便、尿、汗、乳汁及头发排泄。锌的生物学作用

1）

可作为多种酶的功能成分或激活剂2）

是DNA聚合酶的必需组成部分3）促进机体生长发育；4）

参与维生素A的代谢调节5）

能增强机体免疫功能3.碘（iodine，I）碘的代谢总碘含量：20～25mg吸收：消化道为主储存利用：70%～80%被摄入甲状腺细胞内贮存、利用排泄：肾脏碘通过甲状腺素发挥其生理作用甲状腺素具有的生物学作用都与碘有关碘是通过甲状腺素发挥其生理作用。通过甲状腺素促进蛋白质的合成；活化多种酶；调节能量代谢；提高中枢神经系统的兴奋性；加速各种物质的氧化过程。碘的生物学作用

4.铜（cuprum，Cu）铜的代谢总铜含量：70mg～100mg吸收：主要在小肠被吸收储存利用：大部分以结合状态存在铜主要存在于肌肉、骨骼和肝排泄：主要随胆汁进入肠道排出，少量随尿排泄铜的生物学作用

构成含铜酶和铜结合蛋白：构成超氧化物歧化酶、赖氨酰氧化酶等多种酶类。2.参与铁代谢和红细胞生成;促进Fe2+吸收等。5.硒（selenium，Se）硒的代谢总硒含量：

14mg～21mg吸收：十二指肠储存利用：以含硒氨基酸即硒半胱氨酸的形式存在排泄：硒大多经尿排出，少量经粪、汗排出硒的生物学作用

1）

以硒半胱氨酸形式参与多种酶的组成2）

参与辅酶A和辅酶Q的合成3）刺激淋巴细胞产生抗体4）抗氧化作用：谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分；是体内抵抗有毒物质的保护剂；5）

银、汞、镉金属中毒时硒可与其形成复合物而起解毒作用6）

调节维生素A、C、E、K的代谢；7）

对肿瘤的影响。元素含量（g）吸收部位转运载体主要生理功能氟2.6小肠上段红细胞，清蛋白防龋齿、促生长、参与氧化还原和钙磷代谢锶0.32未明确红细胞，β-球蛋白维持血管功能和通透性，骨骼和牙齿组成成分锰0.02十二指肠转铁蛋白参与糖代谢，增强蛋白质代谢，合成维生素，防癌钒0.018胃肠道未明确刺激骨髓造血，促生长，参与胆固醇和脂肪代谢锡0.017呼吸道，皮肤未明确促进蛋白质和核酸合成，促进生长，催化氧化还原镍0.01呼吸道清蛋白参与细胞激素和色素的代谢，刺激造血，激活酶铬0.006回肠，十二指肠运铁蛋白，α1-球蛋白增强胰岛素作用，调节胆固醇、糖和脂肪代谢钼0.005呼吸道，消化道红细胞，钼-铜蛋白组成氧化还原酶，抗铜贮铁，维持动脉弹性钴0.003十二指肠，回肠α1-球蛋白造血，维生素B12的成分，促进核酸和蛋白质合成其他微量元素的生理功能（二）有害微量元素

1.铅（lead，Pb）代谢：主要来自工业烟尘污染和含铅汽油燃烧后排出的废气。其理想血浓度为零。吸收：主要从消化道、呼吸道和皮肤进入人体分布：主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中排泄：肾脏铅对神经系统的毒害表现

铅中毒者的心理发生变化铅中毒会导致智力下降铅中毒会导致感觉功能障碍中毒机制是导致卟啉代谢紊乱，使血红蛋白的合成受到障碍。中毒临床表现复杂如易激惹、惊厥、反复腹痛、反复呕吐、小细胞低色素性贫血、氨基尿、糖尿等。2.汞（mercury，Hg）代谢：主要以硫化汞的形式存在于岩石中；工业的废渣、废气造成大气、土壤和水源的污染。吸收：呼吸道、消化道、皮肤（以蒸气和粉尘形式）分布：蓄积的部位主要是肾脏，其次是肝脏、脾脏和脑组织排泄：主要通过尿液，但排出缓慢1、与酶的各种活性基团（特别是巯基）有高度亲和力，使酶失活，影响细胞的正常代谢2、其次通过激活Ca2＋介导反应、免疫致病性等造成组织损伤中毒机制：汞中毒的临床表现：主要见于消化道症状和肾脏损伤。中毒临床表现为头晕、头痛、多汗、易兴奋、精神障碍、乏力、口腔炎、牙齿松动等。3.砷（arsenic，As）代谢：广泛分布于环境中，人体吸收的砷来自饮水、燃煤污染、饮食海产品、烟草、含砷化妆品等。砷本身毒性并不大，其化合物如三氧化二砷（As2O3，俗称砒霜）毒性甚大。吸收：呼吸道、消化道及皮肤分布：全身各组织排泄：主要由尿、粪排泄；小部分经毛发、指甲生长等排泄。与人体细胞内酶分子中的巯基相结合，致使酶功能发生障碍，影响细胞的正常代谢中毒机制：引起神经系统、毛细血管和其它系统的功能性和器质性病变。中毒临床表现为咳嗽、头晕、头痛、恶心、呕吐、腹泻、肝区痛、皮肤损伤等。临床表现：4、镉

主要存在于锌、铜和铝矿内，锌矿石含量最高。植物对污染土壤中的镉有富集作用。

吸收途径为呼吸道及消化道，也可经皮肤吸收。主要由粪便、肾脏排出，少量可随胆汁排出。中毒机制为抑制肝细胞线粒体氧化磷酸化；还可直接损伤组织细胞和血管，引起水肿、炎症和组织损伤。中毒临床表现为口干、口内金属味、咽痛、乏力、呼吸困难、蛋白尿、骨变形、肝坏死等，主要累及肺、肾、嗅觉、骨骼、睾丸、肝脏等。

5、铝地壳中含量丰富。摄铝增加主要来自铝食具、炊具、铝尘、食物、饮料、铝制剂等主要由胃肠道吸收。排泄主要经肾由尿排出，部分可由粪便和胆汁排出。铝的毒性可导致机体许多脏器受损。中毒临床主要表现为高铝血症、消化道症状、铝贫血、铝骨病、铝脑病等。二、微量元素的测定与评价（一）样品的采集、保存和预处理

影响准确测定微量元素的关键因素之一是污染严格的防污染措施必须从抽血开始贯彻包括预处理直到分析过程的始终体液标本：全血、血清、尿液原则：针对性、适时性、代表性

血液样品的采集和保存一般在清晨受检查者空腹，取毛细血管血或静脉血。盛血样的试管必须用去离子水清洗、干燥处理，严格按要求制备全血、血浆、血清、红细胞、白细胞或血小板等，最好立即检测。若需放置，要在4℃冰箱中冷藏，在-20℃～-80℃超低温冷冻可保存较长时间。样本样本采集保存影响因素评价血液样品通常为清晨空腹静脉血或毛细血管血立即检测，4℃冷藏或-20℃和-80℃可保存更长时间溶血等影响测定常用，尿液样品根据需要可采集24h尿、晨尿、1h尿等放吸附性能差、能密闭的塑料容器中，2℃～8℃保存或加入苯甲酸尿液标本影响因素较多，且浓度偏低较少用毛发和指甲取材方便样本处理的过程对结果影响较大较局限唾液样品采样应在早晨空腹时进行受个体、年龄、性别、季节和精神等因素影响少用样品的采集与保存样品的采集原则：针对性、适时性、代表性。（1）稀释法：常用、液体为主（2）高温干灰化法；固体（3）常压湿消化法：难消化固体

（4）其它：低温灰化法、水解法及微波消解法等。样本的预处理（1）紫外－可见分光光度法：简便易行，灵敏度低（2）原子吸收光谱法：简便、灵敏、准确（3）电感耦合等离子体发射光谱法：灵敏、准确、快速、干扰少，同时同一样本进行多元素分析；仪器昂贵复杂。（4）中子活化分析法：灵敏最高，同时同一样本进行多元素分析；简便快速，干扰少。中子源放射性强，成本高（5）酶活性恢复法：简便、快速、特异。常用分析方法（二）微量元素的测定方法分类

血清铁测定血清总铁结合力测定铁饱和度铁饱和度=×100%1.血清铁和总铁结合力的测定（三）主要微量元素的测定方法Fe3+Fe2+强还原剂发色剂：亚铁嗪、双联吡啶等有色络合物发色剂测定原理

血清中的铁与合成复合物，在酸性介质中铁从复合物中解离出来，被还原剂还原成二价铁，再运铁蛋白结与亚铁嗪直接作用生成紫红色复合物。【参考区间】血清铁

成年男性：11～30μmol/L（600～1700μg/L）成年女性：9～27μmol/L（500～1500μg/L）血清总铁结合力

成年男性：50～77μmol/L（2800～4300μg/L）成年女性：54～77μmol/L（3000～4300μg/L）

方法学评价

分光光度法：首选方法，可自动化分析，也可手工操作AAS法：仪器设备复杂、费用昂贵，可靠性较差测定注意事项：①标本不能溶血，标本应及时分离血清②所有试管等都应避免铁污染双环己酮草酰二腙比色法测定原理：Cu稀HCl+Cuproteinprotein三氯醋酸Cu(蛋白滤液)双环己酮草酰二腙稳定的蓝色络合物

603.7nm

测定原理

2.铜测定【参考区间】成年男性：

10.99～21.98μmol/L（700～1400μg/L）

女性：

12.56～23.55μmol/L（800～1500μg/L）AAS法灵敏、准确，但仪器昂贵双环己酮草酰二腙比色法选择性较好，灵敏度低，需去蛋白质，不宜自动化

方法学评价

1.缺铁性贫血缺铁程度红细胞生成缺铁期铁减少期缺铁性贫血期三、微量元素测定的临床应用（一）铁

铁缺乏症与缺铁性贫血缺铁是指机体铁量低于正常。根据缺铁的程度可分三个阶段。①铁减少期（ID），贮存铁减少，血清铁蛋白浓度下降；②红细胞生成缺铁期（IDE），又称无贫血缺铁期，血清铁蛋白、血清铁下降，总铁结合力增高；③缺铁性贫血期（IDA），除以上指标异常外，血红蛋白和红细胞比积下降，出现不同程度低色素性贫血。缺铁性贫血：是指体内可用来制造血红蛋白的贮存铁已被用尽，机体铁缺乏，红细胞生成受到障碍时发生的贫血。引起缺铁性贫血的原因：①铁的需要量增加而摄入不足；②铁吸收不良；③失血。缺铁性贫血，一般最常见的症状有面色苍白、倦怠乏力、心悸和心率加快、眼花耳鸣、体力活动后气促等。治疗最常用的制剂为硫酸亚铁。2.铁中毒急性铁中毒：常见于儿童，过量误服亚铁盐类食用铁器煮的食物如山里红静脉注射铁剂过量等慢性铁中毒：继发性血色病见于长期过量服用或注射铁剂摄入含铁量高的特殊食品慢性酒精中毒多次大量输血等锌缺乏锌治疗后1.锌缺乏症（二）锌

1．锌缺乏症缺锌常见食物含锌量低，吸收障碍；锌需要量增加（如妊娠、哺乳、生长期）等。临床表现食欲减退、消化功能减退、免疫力降低、厌食、异食癖（嗜土）、生长发育迟缓、性发育障碍、毛发枯黄等。防治可采用饮食及锌剂治疗，饮食需多吃瘦肉、禽蛋、猪肝、鱼类等。锌剂如硫酸锌、葡萄糖酸锌等。锌中毒可能发生于：大量口服、外用锌制剂长期使用锌剂治疗以及空气、水源、食品被锌污染临床表现为：腹痛、呕吐、腹泻、厌食、昏睡、倦怠、消化道出血等症状2.锌中毒地方性甲状腺肿（三）碘

1.碘缺乏与地方病地方性甲状腺肿：甲状腺代谢性肿大，不伴有明显甲状腺功能改变地方性克汀病：全身性碘缺乏疾病，生长发育迟缓、身材矮小、智力低下、聋哑、神经运动障碍及甲状腺功能低下等碘缺乏病是指由于长期碘摄入不足所引起的一类疾病。

2.碘过量与高碘性甲状腺肿高碘性甲状腺肿：过量无机碘在甲状腺内抑制激素合成，以致引起甲状腺滤泡胶质潴留，引起高碘性甲状腺肿。

碘性甲状腺功能亢进：长期大量摄碘诱发的甲状腺功能亢进。元素主要缺乏症主要过多症氟龋齿，骨质疏松，贫血氟斑牙，氟骨症、骨质增生锶骨质疏松，抽搐症，龋齿关节痛，大骨节病，肌肉萎缩锰软骨，神经紊乱，生殖受抑乏力，帕金森症，心肌梗塞钒固醇高，生殖低下，贫血，冠心病结膜炎，鼻咽炎，心肾受损锡抑制生长贫血，胃肠炎，影响寿命镍生长慢，肾衰，磷脂代谢异常咽痛，皮肤炎，白血病，肺癌铬糖尿病，心血管病，高血脂损伤肝肾，皮肤炎，致癌钼心血管病，克山病，生长慢，龋齿脱毛，痛风，贫血，侏儒症钴心血管病，贫血，脊髓炎，气喘心肌病变，心力衰竭，高血脂其他微量元素的缺乏症、过多症第二节

维生素代谢紊乱的生物化学检验

维生素：维持正常生命活动所必需的一类小分子有机化合物。特点：既不供给能量，也不构成组织成分；体内不能合成或合成甚微，必须由食物供给；需要很少（

g/d

mg/d），但不可缺少。功能：参体内物质代谢与调节；参与辅酶组成，调节物质代谢（VitB族）。脂溶性维生素：维生素A、D、E、K水溶性维生素：维生素B1、B2、B6、C、B12第二节

维生素代谢紊乱的生物化学检验

一、维生素的分类与功能脂溶性维生素英文名称活性形式主要生理功能维生素A（抗干眼病维生素）vitaminA，retinol11-顺视黄醛、视黄醇、视黄酸参与视紫质的合成，维持视觉；维持上皮生长与分化；促进生长发育；抑癌作用；维持机体免疫功能维生素D（抗佝偻病维生素）vitaminD，calciferol1,25-(OH)2D3促进钙磷吸收，调节钙磷代谢；促进骨盐代谢与骨的正常生长；调节基因转录；对骨细胞具多种作用维生素E（生育酚）vitaminE，tocopherol生育酚抗氧化，维持生物膜结构与功能；维持生育功能；促进蛋白质更新合成；调节血小板粘附和聚集作用维生素K（凝血维生素）vitaminK，phylloquinone2-甲基-1,4-萘醌参与凝血因子Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ的合成；参与骨钙代谢重要的脂溶性维生素的活性形式和生理功能水溶性维生素英文名称活性形式主要生理功能维生素B1（硫胺素）vitaminB1,thiaminTPP是α-酮戊二酸氧化脱羧酶和磷酸戊糖途径转酮醇酶的辅酶；抑制胆碱酯酶；维持神经、肌肉功能维生素B2（核黄素）vitaminB2,riboflavinFMNFAD构成黄素酶的辅酶成分；参与体内氧化-还原反应过程;抗氧化活性维生素PP（烟酸+烟酰胺）Niacin,nicotinicacid,niaciamideNAD+NADP+构成以NAD和NADP为辅基的脱氢酶类的成分，参与细胞生物氧化过程；增强胰岛素的效能维生系B6（吡哆醇、吡哆醛、吡哆胺）pyridoxinepyridoxa,pyridoxamine磷酸吡哆醛及其胺参与多种酶反应；构成氨基酸脱羧酶、ALA合酶和转氨酶的辅酶，参与氨基酸分解、血红素合成

重要水溶性维生素的活性形式和生理功能名称以化学结构或功能命名常见缺乏症水溶性维生素维生素B1维生素B2维生素PP维生素B6维生素M维生素B12维生素C硫胺素抗脚气病维生素核黄素烟酸尼克酸抗癞皮病维生素吡哆醇吡哆醛吡哆胺叶酸蝶酰谷氨酸钴胺素抗恶性贫血维生素抗坏血酸抗坏血病维生素脚气病口角炎癞皮病动脉粥样硬化巨幼红细胞性贫血恶性贫血坏血症维生素的命名及常见缺乏症水溶性维生素英文名称活性形式主要生理功能泛酸（遍多酸）vitaminB3,pantothenicacidCoA构成辅酶A的组成成分，参与体内酰基的转移作用生物素vitaminH,biotin羧化酶辅酶构成羧化酶的辅酶，参与体内CO2的固定和羧化过程叶酸Folacin,folicacid,folateFH4以FH4的形式参与一碳单位的代谢，与蛋白质和核酸合成、红细胞和白细胞成熟有关维生素B12（钴胺素）vitaminB12,cobalamin甲基钴胺素5’-脱氧腺苷钴胺素与THFA协同参与甲基的转移；作为甲基丙二醛单酰辅酶A变位酶的成分维生素C（抗坏血酸）vitaminC,ascorbicacid抗坏血酸参与羟化反应，促进胶原合成、类固醇的羟化、氨基酸的代谢及神经递质的合成；参与解毒和造血作用;促进抗体的合成、抗病毒和防癌作用二、维生素的测定与评价1、样品处理

水溶性维生素检测样品：溶剂提取、酶处理、酶提取等 脂溶性维生素检测样品：萃取、皂化、提取、初纯化2、

测定方法①分光光度法；②荧光分光光度法；③高效液相色谱法；④微生物定量法；⑤其他方法（一）维生素测定的样品及分析方法

检测名称测定方法方法评价维生素A分光光度法；荧光测定法HPLC法HPLC法特异，不受β-胡萝卜素和六氢番茄红素的干扰是目前测定视黄醇的推荐方法25-羟基维生素D3放射竞争性蛋白结合法(RBP)、放射受体结合法、放射免疫法(RIA)、化学发光法、电化学发光法、HPLC法等放射竞争性蛋白结合法快速、灵敏、准确、标本用量少，是实验室广泛采用的方法维生素E荧光测定法；HPLC法荧光法迅速、灵敏、精密胆固醇、胡萝卜素和维生素A无干扰HPLC法比荧光法更精密、更准确维生素B1血清用HPLC法；尿液用荧光测定法荧光测定法简单、快捷，但铁氰化钾有剧毒维生素B12微生物法、放射配体法、化学发光法、电化学发光法和HPLC等微生物法麻烦费时、需无菌技术放射配体法敏感、准确、技术简单，适宜于常规使用