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1、微量元素与人体健康微量元素与人体健康 1、微量元素与生长发育 铁、铜、锌、锰形成的酶和碘形成的甲状腺素，均有促进生长发育的作用， 缺乏，均引起生长发育的停滞，补充，可以加速生长发育和体重的增长，增强体 质。 缺锌：可发生先天性畸形 缺铜：小脑发育不全，大脑萎缩，贫血。 缺碘：先天性可汀病，甲状腺肿，呆小症。 由于微量金属元素在体内缺乏或过量而引起的病症如下表： 元素缺乏时的病症积累过多时病症 铁贫血血色素沉积症，损害基因的氧化作用 铬糖尿病，动脉硬化致肺癌 铜贫血神经失常。动作震荡（威尔逊病） 锌 发育停滞，抑制性成 熟，降低免疫功能 致胃癌 镍 血红蛋白和红细胞减 少 致肺癌及鼻窦癌 钴恶性
2、贫血红血球增多症 锰骨骼变态，关节脆弱运动失调，震颤性麻痹症（帕金森症） 镁 痉挛麻木 钙 骨骼变态胆结石，白内障，影响心脏血液流通 2、微量元素与内分泌、免疫和感染 1)微量元素不足或过多，都会干扰内分泌的功能。 2)缺锌铜降低脑垂体、肾上腺内分泌 3)缺铬影响胰腺的分泌等等 4)微量元素与感染和免疫 微量元素的含量变化既影响着人体也影响着微生物。机体的铁铜 锌等微量元素的不足和过多，均可减弱免疫机制，降低抵抗力，助长 细菌感染。因此，机体需要一个“营养免疫”的适宜的微量元素浓度。 3、微量元素与心血管、血液系统 Zn/Cd 比值增大，抑制高血压的发生 Zn/Cu 比值增大，诱发冠心病 缺
3、Cu 可引起高尿酸血症 Cr、Mn、Se 可防治动脉粥样硬化 Si 可维持动脉内膜完整、通透性、弹性 Li、Sr 等可降低心血管疾病的死亡率 Fe、Cu、Zn 等影响创伤的愈合 4、微量元素与神经系统 缺铁可以引起行为的改变 缺碘可以引起中枢神经的系统的病变 缺锌儿童智力发育不良 缺铜可以引起大脑皮质萎缩，智力降低 缺 Li、Co 会影响智力的发展 铅镉锰量过多干扰智力的发育 5、微量元素与肿瘤 微量元素不能由人体组织合成，环境中微量元素的分布和含量，直接影响人 的摄入量和体内的储存量，不同的摄入量和储存量影响着人的健康状况，同样影 响着人的肿瘤的发生和发展，同时具有地理和地域性的分布特征。
4、6、微量元素协同与拮抗作用 锰能促进铜的利用，铜能加速铁的吸收和利用，铁、锰、铜、钴有生血协同 作用。 镉能减少锌的吸收和生物学功能，锌能拮抗镉的毒性；铜能拮抗钼的毒性； 硒能拮抗镉的毒性，砷能减弱硒的毒性，而钴能增强硒的毒性。铁和锰既能相互 干扰在消化道的吸收过程，又能协同生血效果。 7、微量元素的安全范围 微量元素浓度生物相关图微量元素浓度生物相关图 8、各元素概述 1)人体中的水、蛋白质、酶、核酸 除硅以外的 11 种宏量元素在人体内的质量分数达到 0.9998，其中氧、碳、 氢和氮共为 0.966，它们和磷、硫一起组成了人体最基本的营养物质：水、糖、 蛋白质、脂肪和核酸等。 水：在人体
5、内的质量分数为 0.65，存在于所有组织和器官中。水分子有强 极性，介电常数大，是极好的溶剂，体内许多物质都溶解或悬浮在水中。生物体 通过水从外界吸取养分，并输送到全身，藉以维持生命 蛋白质：体细胞中最重要的有机物质之一。除含有碳、氮、氧、氢外，还有 少量的硫， 有时还含有磷、 铁、 锌、 铜、 锰和碘。 凡是构成生物体的结构物质 （如 ： 肌肉蛋白）、 加速体内化学反应的生物催化剂 酶、 调节生理作用的肽类激素、运 输氧的载体 血红蛋白、 抗体以及病菌、 病毒等， 其本质皆为蛋白质。 可以说， 没有蛋白质就没有生命。金属离子和蛋白质组成生物配合物后，金属离子影响蛋 白质的电子结构和反应能力，
6、并对蛋白质结构起稳定作用。 酶：由氨基酸组成的一类具有催化性和高专一性的特殊蛋白质，其生物功能 是用作生物催化剂。 有金属离子参加催化反应的酶称为金属酶， 现在已对锌、 铁、 铜、锰、钼、镁、钴、钙、钾和钠等金属离子与酶的作用进行了大量的研究。 核酸：生物遗传的物质基础，是一类重要的生物大分子。在体内它常与蛋白 质结合成为核蛋白。核酸降解可产生多个核苷酸。二价的镁离子、锰离子等可通 过酶的作用影响核酸的复制、转录和翻译过程。 2)以下是一些宏量金属元素的生物功能的初步介绍： 人体中的钾钠钙镁 钠和钾： 钠、钾时肌肉及血液的主要成分，和氯离子的主要生理作用是维 持体液的解离平衡、酸碱平衡和渗透平
7、衡。钠离子和钾离子之间的主要差别是它 们的离子半径和水合能差异很大，这对于生物体系而言是本质的。因此，钠离子 主要存在于细胞间质和外液， 钾离子主要存在于细胞内液。 钠在血液中较钾为多， 而在乳汁中则相反。钠离子的主要功能是调节体液的渗透压，保持细胞内的最适 水平衡。钠、钾离子还能使肌纤维松弛。这一作用与钙的使肌纤维收缩呈拮抗作 用，从而调节肌肉的收缩。 钙：钙是构成植物细胞壁和动物骨骼的重要成分。人体内钙的 99%存在于骨 骼和牙齿中，其余主要分布于体液内，以参与某些重要的酶反应。在维持心脏正 常收缩、神经肌肉兴奋性、凝血和保持细胞膜完整性等方面起重要作用。钙最重 要的生物功能是信使作用，细
8、胞内的信号传递依靠细胞内外钙离子的浓度差。如 细胞兴奋时，钙离子内流，使其浓度升高。当钙离子的转运调节发生异常时，就 产生病理性反应。在研究硅肺病的成因时，就发现巨噬细胞内钙离子升高和硅肺 病的发生有平行关系。 镁：镁半数存在于骨骼中，且调节许多重要生物学过程，虽然其机理目前尚 不完全清楚。镁对蛋白质生物合成的所有阶段是必不可少的，在葡萄糖的氧化过 程和细胞膜的能量转换中都需要有镁离子参加。 另一个有镁参与的重要生物过程 是光合作用，在此过程中含镁的叶绿素捕获光子，并利用此能量固定二氧化碳而 放出氧气，植物结实过程也必须有镁的存在。此外，镁离子还有镇静作用，往血 液中注射镁盐可以引起麻醉。 钙
9、和镁虽然同属碱土金属，又均为宏量元素，但在生物学中仍有较大差别， 如：在血浆和其它体液中，钙离子浓度高，镁离子浓度低，而在细胞内则相反。 又如在蛋白质的生物合成中， 钙离子常常直接与酶分子结合， 并引起其构象变化 （ 如：钙离子激活葡萄球菌核酸酶就是一例），可是镁离子只与底物作用而不与酶 作用。钙离子的半径为 99 pm 比镁离子的 66 pm 大得多，因此钙离子的电荷密度 比镁离子低得多，钙离子的取代反应速率比镁离子快得多。 人体中的 Zn、Cu、Fe、Mo、Co 锌：锌是构成多种蛋白质分子的必需元素。已发现的锌酶有数百种，它们参 与糖类、脂类、蛋白质和核酸的合成与降解等代谢过程。人体内含锌
10、量为 1.4 g2.4 g。锌的生物配合物是良好的缓冲剂，可调节体液的 pH 值。锌能影响细 胞分裂、生长和再生，对儿童有重要营养功能，缺锌影响发育、智力和食欲。侏 儒症也和缺锌有关。 铜：铜化合物有毒，但微量铜是必需元素。一价和二价铜离子存在于十余种 酶中，它的主要功能与铁相似，起着载氧色素和电子载体的作用。铜参与造血过 程及铁的代谢，参与一些酶的合成和黑色素合成。对于脊椎动物在铁的代谢和氧 的输送过程中，铜是必需。高锌低铜的饮食干扰了胆固醇的正常代谢，易诱发冠 心病。铜也影响着植物体内酶的活性和氧化还原过程。禾本作物缺铜，叶尖变白 色，阻碍其生长和结实，并降低产量。 铁：动物体内血红蛋白中
11、的铁具有固定氧和输送氧的功能，亚铁离子是血红 蛋白的中心，它除与卟啉环的四个氮原子结合外，第五个位置为蛋白质中组氨酸 的一个咪唑氮原子所占，第六个位置可逆地与氧分子或水分子配位，铁离子周围 蛋白质的排列及强场配体氧分子的作用， 使血红蛋白氧合后形成亚铁离子的低自 旋配合物，以保证亚铁离子与氧气配位后而不被氧化。在过氧化氢酶和氧化酶中 铁保持正三价态。 钴 ： 钴对铁的代谢、 血红蛋白的合成和红细胞的发育成熟等有着重要的作用。 钴的主要功用是作为维生素 B12 的必需组分。 维生素 B12 及其衍生物参与 DNA 和 血红蛋白的合成、氨基酸的代谢等生化反应，在体内可形成一价、二价、三价钴 配合物
12、，并起电子传递的作用。 人体中的 Cr、Mn、Se、Si 铬：三价铬离子是胰岛素参与作用的糖代谢和脂肪代谢过程所必需的元素， 也是正常胆固醇代谢的必需元素。精制食物造成铬的损失，缺铬后，血脂和胆固 醇含量增加， 糖耐受量受损， 严重时出现糖尿病和动脉粥样硬化。 若补充三价铬， 可以使病情缓解，但必须指出，六价铬，如：铬酸根是有毒的，是一种公认的致 癌物。 锰：锰是丙酮酸氢化酶、超氧化物歧化酶、精氨酸酶等的组成成分。它还能 激活羧化酶、磷酸化酶等，对动物的生长、发育、繁殖和内分泌有影响。锰也参 与造血过程，改善机体对铜的利用。在土壤中含锰量高的地区癌症发病率低。遗 传性疾病、骨畸形、智力呆滞和癫
13、痫等疾病均和缺锰有关 硒：硒是人体红细胞谷胱甘肽的组成成分。现已发现许多疾病与自由基对机 体的损伤有关。自由基毒性通过引发脂质过氧化，导致生物膜损伤，还可损伤蛋 白质、酶等，甚至使 DNA 链断裂。硒能保护细胞，它具有清除自由基作用。已知 缺硒地区的克山病、大骨节病和某些癌症都和脂质过氧化有关，故实施补硒能防 治这些病也就不足为怪了。 硅：在哺乳动物和高等有机体中，硅是正常生长和骨骼钙化不可缺少的。硅 在人的主动脉壁内含量较高，主要存在于胶原和弹性蛋白质中，其在主动脉壁内 的含量随年龄增长而减。看来硅的缺乏和动脉粥样硬化相伴随，补硅可使实验动 物动脉粥样硬化恢复正常。鸟的羽毛和动物毛发、皮肤以
14、及原生动物、硅藻类、 地衣、稻谷、小米、大麦、竹、芦苇、落叶松和棕榈中都含有硅化合物。硅对于 甘蔗的生长有明显的增产和增糖作用。烟草烟尘中发现有挥发性有机硅化合物。 植物中有特殊酶，能把无机硅转化为有机硅化合物。 9.人体中微量元素的生物功能 随着人类社会的发展，人类的自然环境也发生了变化，其中之一是人类自己 开采出来的一些金属污染了食物、水和空气，使人类健康受损，最为有害的金属 是铅、镉和汞。这些污染金属进入有机体的途径和对细胞代谢过程的影响，正是 现今国内外研究的重点之一。通常认为可能的过程是：有毒金属穿过细胞膜进入 细胞，干扰生物酶的功能，破坏了正常系统，影响了代谢，于是造成毒害。值得 注意的是，这些有毒害的金属元素通常总是占有周期表右下角的位置。 目前对于非金属元素的研究较少， 因为它不像金属元素那样易于作为中心离 子去和生物配体发生作用，且对它们的分析工作也困难些，所以对于非金属元素 的了解较少。但是注意到我国患有各种地方病的病人有约六千万，这些地方病常 和缺乏非金属元素有关。如克山病和大骨节病与环境低硒有关；流行的氟中毒是 饮水或食物中高氟所引起的；甲状腺肿大是缺碘的缘故等等。
