1、微量元素對人體健康的影響山西醫科大學藥學院畢小平教授微量元素與人體健康的關系密不可分.近年來,隨著社會的進步和人們自我保健意識的不斷提升,微量元素在治療疾病、人體生長發育方面的作用越來越引起人們的重視.人體是由多種元素構成的,根據元素在體內含量不同,可將體內元素分為兩類：一常量元素,占體重的99.9%,包括碳、氫、氧、磷、硫、鈣、鉀、鎂、鈉、氯等10種,它們構成機體組織,并在體內起電解質作用等；二微量元素,占體重的0.05%左右,包括鐵、銅、鋅、銘、鉆、鎰、饃、錫、硅、硒、鋁、碘、氟、鈕等14種元素,這些微量元素在體內含量雖然很微弱,但在人體生長、發育、疾病、衰老、死亡等過程中卻能起到十分重要

2、的生理作用.如果某種元素供給缺乏,就會發生該種元素缺乏癥；如果某種微量元素攝入過多,也可發生中毒.習慣上把含量高于0.01%的元素,稱為常量元素,低于0.01%的元素,稱為微量元素.人體假設缺乏某種主要元素,會引起人體機能失調,但這種情況很少發生,一般的飲食含有豐富的常量元素.微量元素雖然在體內含量很少,但它們在生命過程中的作用不可低估.沒有這些必需的微量元素,酶的活性就會降低或完全喪失,激素、蛋白質、維生素的合成和代謝也就會發生障礙,人類生命過程就難以繼續進行.一、環境對微量元素的影響及人對于微量元素的熟悉1847年,歐洲人發現鐵與血紅蛋白的結合,標志著對微量元素生理作用的最早熟悉.1850

3、1854年發現地方性甲狀腺腫與環境中的食物缺碘有關.1930年以后,相繼發現許多地區由于微量元素鐵、鉆等的缺少或過多而產生家畜體質衰弱、生長停滯和死亡率增高等.微量元素在生命過程中的作用,引起了人們的廣泛關注.光譜分析法等的出現,使測試生物體內微量元素成為可能,大大推動了微量元素與健康關系的研究工作.人體內的化學元素有兩種來源：1自然來源.如巖石層中的化學元素及其化合物經過多年風化、淋溶和生物作用變為土壤,通過土壤、水、食物進入機體.生物體以新陳代謝的形式與所生存的環境進行不停的物質交換,從而獲得機體所需要的各種化學元素.近年來證實生物體的化學組成與所生存地區的地質環境有密切的關系.微量元素過

4、多或缺少而引起的疾病,往往具有明顯的地區性.如缺碘地區多出現地方性甲狀腺腫和地方性克汀病；含氟量過多地區常有地方性氟中毒氟斑牙和氟骨癥；土壤含鉆量過低的地區,牲畜多發生地區性干血跨癥消瘦、虛弱,最后死亡等.2人為來源.如對含汞、鎘、鉛、神等礦的開采、冶煉和利用,使這些元素進入人類的的生存環境,并通過空氣、水、土壤和食物進入人體.二、某些微量元素在人體中的主要功能微量元素在人體內的含量雖然極微,卻具有巨大的生物學作用.其生理功能主要有：一協助常量元素并將其帶到各組織中去.如含鐵血紅蛋白有輸氧功能.二充當生物體內各種酶的活性中央,促進新陳代謝.酶在生物體內是許多化學反響必不可少的催化劑,微量元素是

5、體內各種酶的組成成分和激活劑.體內千余種酶大都含有一個或多個微量金屬原子.如鋅與200多種酶的活性或結構有關,鋅能激活腸磷酸酶,肝、腎過氧化酶,又是合成胰島素所必需；鎰離子可激活精氨酸酶和膽堿酯酶等；鉆是維生素B12的組成成分之一等等.三參與體內各種激素的作用,調節重要生理功能.如鋅可以促進性激素的功能,銘可促進胰島的作用,碘是甲狀腺激素的重要成分之一,環境缺碘那么機體不能合成甲狀腺激素,就會影響機體正常代謝和兒童的生長發育.四根據體外實驗,一些微量元素可影響核酸代謝.核酸是遺傳信息的載體,它含有濃度相當高的微量元素,如銘、鉆、銅、鋅、饃、鋰等.這些元素對核酸的結構、功能和脫氧核糖核酸DNA的

6、復制都有影響.微量元素同其他元素一樣,受體內平衡機制的調節和限制.攝入量過低,會發生某種元素缺乏癥；但攝入量過多,微量元素積聚在生物體內也會出現急、慢性中毒,甚至成為潛在的致癌物質.大量流行病學調查證實,環境中微量元素的含量,對腫瘤的發生和開展有重大影響.微量元素的營養及毒性作用的研究,目前主要集中在：攝入量過多或過少對人體健康會造成什么影響；在人體內的分布及其靶器官；在體內的含量高限、低限和常見量；各元素的相互作用；營養對微量元素毒副作用的影響以及微量元素作用劑量從動物外推到人的過程中所存在的問題等.三、各種微量元素的重要作用一鐵Fe鐵是人體需要量最多的微量元素,在人體中含量約為45克.每日

7、鐵需要量為1018毫克.其中27%的鐵組成血紅蛋白,3%的鐵組成肌紅蛋白,0.2%的鐵構成多種含鐵酶.它的功能主要是參與血紅蛋白的形成而促進造血.鐵是紅細胞中血紅蛋白的重要成分,血紅蛋白是運輸和交換氧氣的必須工具,能將氧氣送至全身組織,肌紅蛋白和氧的結合力很強,能儲藏局部氧氣,在骨骼肌缺氧時可以釋放這局部氧.人體中如缺少鐵,就會使血紅蛋白的制造發生困難,容易引起貧血,使細胞色素和含鐵酶的活性減弱,以致氧的運輸供給缺乏,使氧化復原、電子傳遞和能量代謝過程發生紊亂,免疫功能降低,影響生長發育.四肢無力,精神卷怠,食欲不振,神志冷淡,容易感冒,吞咽困難、臉色蒼白,頭痛心驚,口腔炎,肝癌.二鋅Zn鋅是

8、僅次于鐵的需要量較大的微量元素,是200多種含鋅酶的組成成分,也是酶的激活劑,在核酸代謝和蛋白質合成中發揮重要作用,它在生命活動過程中起著轉換物質和交流能量的“生命齒輪作用.1 .鋅的生物學作用1鋅可作為多種酶的功能成分或激活劑：鋅是碳酸酊酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶,胸喀咤核昔激酶、堿性磷酸酶、亮氨酸氨肽酶等含鋅酶的組成成分.(2)促進機體生長發育,促進核酸及蛋白質的生物合成.缺鋅后創傷潰瘍難愈合,生長發育不良,性器官發育不全或減退,成為缺鋅性侏儒或腸原性肢端皮炎.(3)增強免疫及吞噬細胞的功能.缺鋅后免疫功能減退.(4)抗氧化、抗衰老及抗癌作用.鋅亦是超氧化物歧化酶的組成成分,能預防自由

9、基對細胞膜造成的損傷,減少過氧化脂質的生成,某些腫瘤病人及衰老過程中有缺鋅的傾向,因此鋅可能具有抗氧化、抗衰老及抗癌作用.2 .鋅在體內的代謝正常成人體內含鋅22.5g,平均2.3go男性比女性稍高,鋅以視網膜、前列腺及胰腺中的濃度最高,在肌肉及骨骼中貯存.肌肉內儲鋅占全身鋅的62.2%,骨骼中的鋅占全身體內鋅的28.5%.正常人每日攝取1075mg鋅,吸收率為20%30%,主要在小腸內被小腸上皮細胞吸收.鋅進入毛細血管后由血漿運輸至肝及全身.鋅主要由糞便、尿、汗、頭發及乳汁排泄,每天由尿排泄的鋅不超過1mg.嬰兒每天需鋅量為35毫克,110歲兒童每天需鋅量為10毫克.嬰幼兒鋅供給缺乏,影響生

10、長和智力發育,也影響味覺和免疫功能,缺鋅是厭食癥的主要原因.老年人缺鋅那么加速衰老、引起缺血癥、毒血癥、肝硬化等.(三)銅(Cu)銅元素對于人體也至關重要,它是生物系統中一種獨特而極為有效的催化劑.銅是30多種酶的活性成分,對人體的新陳代謝起著重要的調節作用.據報道,冠心病與缺銅有關.銅在人體內不易保存,故需經常攝入和補充.1、銅的生物學作用(1)參與造血及鐵的代謝.銅含量在體內減少時,會影響鐵的吸收,導致鐵的利用障礙,最終發生缺鐵性貧血.銅促進儲存鐵進入骨髓,加速血紅蛋白及鐵嚇咻的合成.銅還促進幼稚紅細胞的成熟,使成熟紅細胞從骨髓釋放進入血液循環.(2)構成體內許多含銅的酶(如丁酰輔酶A脫氫

11、酶、酪氨酸氧化酶、尿酸酶、超氧化物歧化酶等)及含銅的生物活性蛋白質(如血漿銅藍蛋白、血銅蛋白、肝銅蛋白、乳銅蛋白等).(3)與DNA結合,在DNA兩條鏈中形成架橋,形成金屬配合物,與維持核酸結構的穩定性有關.(4)銅參與賴氨酸氧化酶的組成,促進彈性蛋白及膠原纖維中共價交聯的形成,維持組織的彈性和結締組織的正常功能.銅缺乏時,會引起皮膚枯燥粗糙、面色蒼白、免疫力下降,甚至影響今后的生育功能.(5)含銅酶大部屬氧化酶類,如細胞色素C氧化酶、酪氨酸酶、多巴胺-3羥化酶、胺氧化酶等,這些酶類參與兒茶酚胺類激素的代謝、黑色素的生成以及神經遞質的代謝,因而對中樞神經系統的功能、智力及精神狀態、防御功能及內

12、分泌功能等均有重要影響.2、銅的代謝銅主要參與造血及酶的合成.正常人體內含銅100mg200mg,平均150mg左右,約50%70%的銅存在于肌肉及骨骼內,20%存在于肝.肝是重要的儲銅庫,5%10%的銅分布于血液中,微量的銅以酶的形式存在于組織中.一般成年人每日從食物攝取2mg銅已能滿足生理需要,富含銅的食品是貝殼類、動物內臟和豆類食品等.正常人每天從各種渠道排泄銅2mg左右,腸管可能通過含銅復合物的上皮細胞的脫落而排泄銅.(四)硒(Se)1、硒的生物學作用(1)硒是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的必需組成成分.每摩爾的酶含有4毫摩爾的硒,通過GSH-Px的作用,在去除自由基、分解過多的

13、H2O2,減少過氧化物、保護細胞膜、保護細胞敏感分子(DNA、RNA)中占有重要地位.(2)硒參與輔酶A和輔酶Q的合成,促進生酮酸脫氫酶系的活性,在三竣酸循環及呼吸鏈電子傳遞過程中發揮重要作用.(3)硒與視力和神經傳導有密切關系,虹膜及晶狀體含硒豐富,視網膜的視力與含硒量有關.硒是光電管根底物質之一,硒在視網膜、運動終板中可能起著整流器及蓄電器的作用.(4)硒能拮抗某些有毒元素及物質的毒性.硒可在體內外減低汞、鎘、鴕、神等的毒性作用.(5)硒能刺激免疫球蛋白及抗體的產生,增強機體對疾病的反抗力.(6)硒與心血管結構和功能的關系.硒可預防鎘引起的實驗性高血壓,并可預防冠心病及心肌梗死.硒參與保護

14、細胞膜的穩定性及正常通透性,抑制脂質的過氧化反響,消除自由基的毒害作用,從而保護心肌的正常結構、代謝和功能.投予亞硒酸(每周0.51mg)可有效地防治克山病的發生.(7)硒能調節維生素A、C、E、K的代謝.(8)硒的抗腫瘤作用.許多報道說明結腸癌、乳腺癌、前列腺癌、直腸癌及白血病等的死亡率與其居住地區土壤的硒含量、日攝取量以及血硒水平呈逆相關關系.動物致癌試驗中觀察到硒對動物的實驗性皮膚癌、肝癌、結腸癌、乳癌、肺癌等均有顯著的抑制作用,且此種抑癌效果還受食物中維生素A、C、E等含量的影響.關于硒化合物的抗癌作用機制尚未說明,可能與硒能抑制致癌物質的致突變性、或改變致癌物的代謝、或通過抗氧化作用

15、而抗癌.有報道硒化合物能促進肝癌細胞及白血病細胞的再分化,通過促分化而抗癌.2、硒的代謝1957年Schwarz證實硒是動物體內必需的微量元素.人體內硒的含量約14mg21mg,以肝、胰腺、腎中的含量較多,人類對硒的攝入量受環境及食物含硒量的影響,應不低于40g/d一般認為成人每日從食物中約攝取60科350dg的硒,每日由尿排泄約50W自由糞排泄80g,由汗排泄20dg在血漿內的硒主要與“及3球蛋白結合而運輸.(五)鎰(Mn)鎰參與一些酶的構成,如線粒體中丙酮酸竣化酶、精氨酸酶等.不僅參加糖和脂類代謝,而且在蛋白質、DNA和RNA合成中起作用.1、鎰的生物學作用(1)鎰的多種酶的組成成分及激活

16、劑：鎰是精氨酸酶、脯氨酸酶、丙酮酸竣化酶、RNA聚合酶、超氧化物歧化酶的組成成分,又是磷酸化酶、醛縮酶、半乳糖基轉移酶等的激活劑,與蛋白質生物合成、生長發育有密切關系.(2)參與造血、嚇咻合成、改善機體對銅的利用.(3)構成Mn-SOD,有抗衰老作用：衰老時Mn-SOD活性降低,腫瘤細胞內Mn-SOD活性亦降低.故Mn具有抗衰老抗腫瘤作用.2、鎰的代謝正常成人體內含鎰1220mg,分布于一切組織,每日攝入鎰0.722mg,吸收率為3%4%.吸收的鎰經小腸壁進入血流,與3-球蛋白或“運鎰蛋白結合后,迅速運至富含線粒體的細胞中,血鎰5-15g/L人體內的鎰主要由腸道、膽汁、尿液排泄.(六)電目(M

17、o)1、鋁的生物學作用(1)鋁是構成黃喋吟氧化酶、醛氧化酶、亞硫酸氧化酶等氧化酶的組成成分,可解除有害醛類的毒性.(2)參與電子的傳遞及鐵從鐵蛋白的釋放及鐵的運輸.(3)鋁有抗癌作用,缺鋁地區食管癌發病率高,鋁構成亞硝酸復原酶(植物),降低環境中亞硝酸含量,減少致癌物亞硝胺的生成.(4)鋁與心血管疾病有關,洋地黃類施用鋁肥可提升產量及強心其療效.2、鋁的代謝鋁與銅、含硫氨基酸的代謝有關；還可增強氟的作用,有助于預防齦齒.成人體內含鋁9mg左右,分布于全部組織及體液中.成人每日攝入鋁300吸收率為40%-60%,隨食物及飲水進入消化道的鋁化物可迅速(10分鐘)被吸收,80%與蛋白質結合,血清鋁5

18、90ng/dl,而在食管癌高發區血清鋁明顯減低為220ng/dl-290ng/dl,癌癥病人、心律不齊病人均可有血鋁降低,白血病及缺鐵性貧血時血清鋁增高.高鋁地區痛風發病率高,可能與黃喋吟氧化酶活性增高、尿酸生成增多有關.(七)氟(F)1、氟的生物作用氟為骨骼牙齒的必需組分,與牙齒及骨的形成有關,可增加骨硬度及牙齒的耐酸蝕水平.缺氟易生齦齒,氟過多可引起骨密度增加和斑釉齒,氟在細胞內可抑制多種酶的活性,干擾膠原的合成.氟能與羥磷灰石吸附,取代其羥基形成氟磷灰石,能增強對齦齒的反抗作用.3Ca3(PO4)2Ca(OH)2+2F-3Ca3(PO4)2CaFz+2OH.此外,氟還可直接刺激細胞膜中G

19、蛋白,激活腺甘酸環化酶或磷脂酶C,啟動細胞內cAMP或磷脂酰肌醇信號系統,引起廣泛生物效應.氟過多亦可對機體產生損傷、如長期飲用高氟(>2mg/L)水.牙釉質受損出現斑紋、牙變脆易破碎等.2、氟的代謝在成人體內氟含量約為23g,主要在骨骼、牙、指甲、毛發中,其中90%積存于骨及牙中.每日需要量為2.4mg.氟主要經胃部吸收,氟易吸收且吸收較迅速.氟主要經尿和糞便排泄、體內氟名80%從尿排出.八碘I1、碘的生物學作用碘是1850年即已發現的必需微量元素,主要參與合成甲狀腺激素三碘甲腺原氨酸T3和四碘甲腺原氨酸T4.甲狀腺激素維持正常生長發育及智力發育,調節能量代謝.成人缺碘可引起甲狀腺腫大

20、,稱甲狀腺腫.胎兒及新生兒缺碘那么可引起呆小癥、智力遲鈍、體力不佳等嚴重發育不良.碘過多可造成碘中毒,刺激甲狀腺功能亢進.2、碘的代謝正常成人體內碘含量25-50mg,.成人每日需要量為0.15mg.碘主要由食物中攝取,碘的吸收快而且完全,吸收率可高達100%.吸收入血的碘與蛋白結合而送輸,主濃集于甲狀腺被利用.體內碘主要由腎排泄,約90%隨尿排出,約10%隨糞便排出.為防治地方性甲狀腺腫,應普遍食用加碘食鹽.九、鉆Co自1934年,人們開始熟悉到鉆對生物的營養作用.在丹麥、美國、奧大利亞、新西蘭等國,牛、羊患一怪病,體重減輕、奶量減少、流產甚至死亡.在這一年,研究人員弄清了其原因是由于飼料中

21、缺乏鉆,在飼料中補充鉆,就可以預防或治愈,從而熟悉到鉆是生物體的必需微量元素之一.1 .鉆的生物化學作用鉆的作用主要以維生素B12和B12輔酶形式儲存于肝臟發揮其生物學作用.研究證實,鉆能夠與氨基酸結合,這種結合是通過氮原子或SH進行的.前者鉆是與組氨酸的咪吵環反響,產生一種非常穩定的配合物.后者鉆能和SH基不可逆地結合形成配合物,鉆還與半胱氨酸和胱氨酸形成配合物.鉆也能夠與蛋白質結合,但受到pH值的變化的影響.如與胰島素在pH=8時親和力最大,而對復原角蛋白,那么pH=9時適宜.在人體心肌中的鉆是與心肌蛋白結合在一起的,也可與血漿蛋白、血纖維蛋白原結合.在體外,溶解了的鉆離子與蛋白質和一些彌

22、散的小分子可能是氨基酸和肽結合.鉆能與肌肉和其它組織勻漿中的小分子牢固地結合,90%鉆離子可以在這個組分中發現.在血清中,鉆也能與蛋白質結合.體液中小分子與鉆結合的傾向可能影響著鉆對細胞膜的滲透性.2 .鉆離子對酶活性和酶促反響的影響.鉆可激活很多酶,如能增加人體唾液中淀粉酶的活性,能增加胰淀粉酶和脂肪酶的活性.鉆對酶活性的影響與其濃度有很大關系.例如,0.01mg/L濃度的鉆可使脫氫酶的活性增加40%,但當濃度到達0.150mg/L時,對酶的活性有抑制作用.在兔子的小腸中注入少量鉆可使3-堿性磷酸脂酶的活性增加90%.但當鉆的濃度到達0.2540mg/kg時,就可以局部或全部抑制葡聚糖酶的生

23、物合成.注入0.051mg/kg的鉆并不影響兔子的血清脂肪酶的活性,但濃度為25mg/kg的鉆可使酶活性增加10%.另一研究說明,0.30.5mg/L的鉆能微弱增加面包酵母中的酸性磷酸脂酶的活性,但堿性磷酸脂酶的活性增加達3555%.3 .鉆的藥物作用某些鉆的催化劑在亞細胞水平參與(同化作用)哺乳動物的線粒體和微生物的載色體中的電子傳遞,鉆催化劑在氧化復原鏈中以醍式的組分(輔酶Q)進行生化反響,從中獲得電子.在此過程中與酶存在競爭.此外,研究說明：鉆螯合物作為催化劑產生活性氧自由基,它們的靶分子是DNA和RNA,故鉆化合物有可能成為抗腫瘤、抗炎藥物.因此,研究新的具有較高生物活性的鉆化合物是很

24、有意義的.AndersHammershai等提出了一類新的含鉆藥物的模型.作者從抗癌藥物順鉗能特異地與DNA結合這一點推論,有些金屬配合物如能與DNA結合,也可能具有抗癌活性.他們合成了Co(H3CsarNHCH2PyRu(NH3)5)(PF6)5(CoRu)這個化合物,并用吸收光譜研究了它與DNA和脂多糖的作用.從242和420nm的吸收說明它們之間發生反響,CoRu/DNA-P的摩爾比為1.16,據此推測,這種CoRu的配合物可能成為藥物.鉆很容易被小腸粘膜吸收.考慮到鉆和鐵為同一副族元素,它們的電子層結構相似,鉆可能與鐵為同一吸收途徑,它們在小腸中被吸收時可能存在著某種關聯性.動物實驗和

25、人體觀察說明,鐵的吸收率增加時,常伴隨著鉆吸收的增加,缺鐵人體中鉆的吸收率比正常人高一倍(分別為40%和80%).即缺鐵時鉆吸收也增多.此外,將鉆和鐵同時給藥時,它們的攝入存在著一種相互制約的作用,鉆對鐵的抑制作用往往大于鐵對鉆的抑制作用,這一發現很有意義,在治療某種貧血癥時,醫生常常采用鐵-鉆聯合治療手段.4 .鉆的吸收與排泄平衡原子吸收和原子發射光譜分析結果說明,一般人每天攝入無機鉆的量為140580go通常只要每天攝入鉆300科g就能維持代謝的正常平衡.較早報道為525科g,這種差異可能與測定方法和地區不同有關.攝入消化道的鉆主要在小腸上端被吸收,尿液是排泄的主要途徑,也有少量鉆由腸道、

26、汗腺、頭發等途徑排出.鉆一般不在人體內積累.給大鼠注射放射性Co,24h由尿內收回30%,6天內收回63%,而糞便內收回的鉆僅為12%.無機鉆主要通過尿液排泄.5 .鉆的毒性作用主要表現紅細胞增多癥、甲狀腺腫、心肌病及胰腺、神經系統損害.氧化鉆或硫化鉆攝入過多有致癌作用.小兒對鉆的毒性作用更加敏感,因此攝入量必須限制在1mg/kg體重以下,并且治療嬰幼兒貧血時應慎用含鉆制劑.乙醇可增強鉆的毒性作用,所以酗酒者鉆中毒較其他人群多見且病癥重.硫胺(VitB1)及蛋白質可降低鉆的毒性,攝入含硫蛋白質可減輕鉆的毒性病癥.動物的毒理試驗還說明,鉆過量會對動物的蛋白質、氨基酸、輔酶和脂蛋白的合成產生有害的影響.例如,施用氯化鉆后,動物生長發育停滯、體重減輕、血糖增加、腎上腺皮質增生,導致嚇咻尿癥并損傷胰腺上皮細胞.有人研究了動物吸入含鉆灰塵后的反響.倉鼠吸入2160g/L氧化鉆后,只有1%停留在肺內,而且6天后全部消失.動物長期吸入0.1mg/m3的鉆塵,肺功能并未受到影響.當仔豬吸入0.1