微量元素的作用及其与疾病的关系

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1、微量元素的作用及其与疾病的关系微量元素在当代以其广泛的生物学作用、生理功能及临床诊断治疗价值吸引了地球化学、医学地理、农业、环境保护、分子生物学、生物化学、营养学、免疫学、遗传学、药理学、地方病学、老年医学、肿瘤学等许多基础医学及临床医学领域的学者，并取得许多令人瞩目的进展。微量元素在许多疾病的病因学、发病学、诊断学、防治学方面具有重要的意义。人体内必需的微量元素有铁、锌、铜、锰、铬、钼、钴、硒、镍、钒、锡、氟、碘、硅；非必需的微量元素中属于可能必需的有铷、砷、锶、硼、锗；属于无害的则有钡、钛、铌、锆等；有害的微量元素有铋、锑、铍、镉、汞、铅、铝等。上述微量元素（占人体总重量的 1/10000

2、 以下者）与宏量元素（占人体总重量 1/10000 以上者，包括碳、氢、氧、氮、钙、磷、镁、钠、钾、氯、硫）相比，只占人体总重量的 0.05左右。 一、微量元素的分布及其生理功用 （一）人体内微量元素的含量（表 6-14） 表 6-14人体内微量元素的含量 微量元素 体内存在量 微量元素 体内存在量 锰（Mn） 12-20mg 铝（Al） 60mg 砷（As） 1-2mg 汞（Hg） 13mg 钡（Ba） 20mg 钼（Mo） 10mg 镉（Cd） 50mg 镍（Ni） 10mg 铬（Cr） 6mg 铷（Rb） 320mg 钴（Co） 1.5mg 硒（Se） 6-12mg铜（Cu） 80-10

3、0mg 硅（Si） 2-3g氟（F） 3g 锶（Sr） 320mg 碘（I） 11mg 锡（Sn） 17mg铁（Fe） 3-5g 钒（V） 1.5mg铅（Pb） 120mg 锌（Zn） 2-3g （二）微量无素的生理功用微量元素与酶的关系 酶是一种生命现象及生物化学反应的基础。人体内发现的近 1000 种酶中有 50-70的酶含有微量元素或以微量元素的离子作为激活剂。已知锌与上百种酶有关，铁与数十种酶有关，锰和铜亦与数十种酶有关。钼与黄嘌呤氧化酶等有关，硒与谷胱甘肽过氧化物酶等有关。因此微量元素常作为酶的组成成分或激活剂。微量元素构成体内重要的载体及电子传递系统 铁参与组成血红蛋白、肌红蛋白，

4、运输和储存氧；铁构成的细胞色素系统（细胞色素b、C1、C、aa3，b5、P450 等）是重要的电子传递物质；铁硫蛋白作为呼吸链中的电子传递体。参与激素和维生素的合成钴组成维生素 B12，碘构成甲状腺激素T3、T4，因而微量元素与代谢的调控有密切关系。微量元素影响免疫系统的功能，影响生长及发育 锌影响生长发育，能增强免疫功能，硒能刺激抗体的生成，增强机体的抵抗力。 二、微量元素与疾病的关系不论必需微量元素缺乏或过多，有害微量元素接触、吸收、贮积过多或干扰了必需微量元素的生理功能和营养作用，都会引起一定的生理及生物化学过程的紊乱而发生疾病。反之，在各种疾病情况下，会对微量元素的吸收、运输、利用、储

5、存和排泄产生一定的影响。微量元素缺乏或过多，可导致某些地方病的发生。例如缺碘与地方性甲状腺肿及呆小病有关；低硒与克山病和大骨节病有关；缺锌与伊朗乡村病和肠原性肢端皮炎有关。接触或吸收过量的有害微量元素还可引起种种职业病，即使是必需微量元素，像铁、铜、钴、锰等进入机体过多也会引起急性或慢性中毒。如接触六价铬可引起特征鹰眼状铬溃疡及鼻中隔穿孔；砷过多引起砷性皮肤癌及中毒；还有锰中毒、铁中毒、锌中毒等。 微量元素的检测还可用作某些疾病的诊断指标，对于某些微量元素缺乏症还可用补充微量元素的方法进行治疗。（一）微量元素的缺乏症与过多症微量元素的缺乏症 微量元素的缺乏可导致缺乏症的出现，现将重要的微量元素

6、缺乏症列于表 6-15 表 6-15微量元素的功能与缺乏症 微量元素 功能 缺乏症锌（Zn） 细胞分裂，核酸代谢，生长，辅助因子 伊朗乡村病，肠原性肢端皮炎铁（Fe） 造血原料，构成细胞色素类 缺铁性贫血铜（Cu） Hb 合成，结缔组织代谢 贫血，毛发异常，脑功能障碍铬（Cr） 构成葡萄糖耐量因子 耐糖能力， 糖尿病，动脉硬化碘（I） 构成 T3、T4，促进生长、发育 地方性 甲状腺肿，呆小病钴（Co） 构成维生素 B12，造血 恶性贫血，甲基丙二酸尿症硒（Se） 抗氧化 克山病，大骨节病锰（Mn） 多种酶的激活剂 生长发育迟缓，中枢神经系异常氟（F） 骨、牙齿形成 龋齿微量元素的过多症例如铁

7、过剩的血色沉着病（hemochromatosis）时，铁吸收过多，在心、胰腺、睾丸、肝内沉积，导致纤维化，造成心肌损害、糖尿病、性腺功能不全及肝硬化。先天性铜代谢异常的 Wilson 病时由于转运铜的铜蓝蛋白生成减少，使过剩的铜在脑的基底核和肝中沉积，出现神经症状及肝硬化。锌过多可引起发热；锰过多可导致中枢神经障碍、运动失调；钴过多可造成心脏病、甲状腺功能异常、听觉障碍等；锡过多可造成呕吐、腹泻、腹痛及肝脏损伤；汞中毒时发生“水俣病” ；镉中毒造成疼痛、肾损伤及骨折的“疼痛病” 。三、重要微量元素的生物学作用及代谢 （一）锌（Zn） 锌的生物学作用 锌是当代微量元素研究中非常活跃的课题之一。锌

8、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。促进机体生长发育，促进核酸及蛋白质的生物合成：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。增强免疫及吞噬细胞的功能：缺锌后免疫功能减退。 抗氧化、抗衰老及抗癌作用：锌亦是超氧化物歧化酶的组成成分，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，某些肿瘤病人及衰老过程中有缺锌的倾向，因此锌可能具有抗氧化、抗衰老及抗癌作用。锌在体内的代谢正常成人体内含锌 2-2.5g，平均 2.3g。男性比女性稍高，锌以视网膜、

9、前列腺及胰腺中的浓度最高，在肌肉及骨骼中贮存。肌肉内储锌全身锌的 62.2，骨中的锌占全身体内锌的 28.5。正常人从普通膳食中每日摄取 10-15mg 锌，吸收率为 20-30，主要在小肠内和胰腺分泌的小分子量配体前列腺素 E2 结合后，经小肠上皮细胞吸收。锌进入毛细血管后由血浆运输至肝及全身。锌主要由粪便、尿、汗、头发及乳汁排泄，每天由尿排泄的锌不超过 1mg。含锌丰富的食物有谷类、粗粮、蛋黄、瘦肉、鱼、牡蛎和坚果等。（二）铜（Cu）铜的生物学作用参与造血及铁的代谢：铜主要影响铁的吸收，促进储存铁进入骨髓，加速血红蛋白及铁卟啉的合成。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

10、循环。构成体内许多含铜的酶（如丁酰辅酶 A 脱氢酶、酪氨酸氧化酶、尿酸酶、超氧化物歧化酶等）及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） 。与 DNA 结合，在 DNA 两条链中形成架桥，形成金属络合物，与维持核酸结构的稳定性有关。铜参与赖氨酸氧化酶的组成，促进弹性蛋白及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。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-羟化酶、胺氧化酶等，这些酶类参与儿茶酚胺类激素的代谢、黑色素的生成以及神经递质的代谢，因而对中枢神经系统的功能、智力及精神状态、防御功能及内分泌功能等均有重要影响。临床上可测

11、定血浆铜蓝蛋白的氧化酶活性，亦可测定血浆铜蓝蛋白，还可测血清铜。血浆铜蓝蛋白：正常成人在 25-43mg/dl 之间，在肝豆状核变性（Wilson病，为铜在肝、脑等组织中沉积的慢性内源性铜中毒，为常染色体性隐性遗传性疾病）和 Menke 综合征（以中枢神经病变为主的、头发卷曲色浅为特征的婴幼儿缺铜性遗传疾病）时明显减低。血浆铜蓝蛋白氧化酶活性：正常人在 66-140 单位/L 之间。心肌梗死、传染病、肝癌及转移性肿瘤患者明显升高，Menke 综合征及 Wilson 病时显著降低。血清铜：成人在 105-114mg/dl 之间，女性稍高于男性。尿铜：24 小时在 70g 以下，肝豆状核变性、肾病

12、综合征、急性铜中毒、急性病毒性肝炎、肝硬化时尿铜增加。毛发铜含量较为恒定，能反映机体营养状态，正常成人平均值 9.5-23g/g。铜的代谢 铜主要参与造血及酶的合成。正常人体内含铜 100mg-200mg，平均 150mg 左右，约 50-70的铜存在于肌肉及骨骼内，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，富含铜的食品是牡蛎、蛤类、小虾及动物肝肾等。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。（三）硒（Se）硒的生物学作用硒是谷胱甘肽过氧化物酶（

13、GSH-Px）的必需组成成分：每摩尔的酶含有4 毫摩尔的硒，该酶催化的反应为： 2GSHH2O2GSSG2H2O 2GSHROOHROHGSSGH2O 通过 GSH-Px 的作用，在清除自由基、分解过多的 H2O2，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。硒参与辅酶 A 和辅酶 Q 的合成，促进 -酮酸脱氢酶系的活性，在三羧酸循环及呼吸链电子传递过程中发挥重要作用。硒与视力和神经传导有密切关系，虹膜及晶状体含硒丰富，视网膜的视力与含硒量有关。硒是光电管基础物质之一，硒在视网膜、运动终板中可能起着整流器及蓄电器的作用。 硒能拮抗某些有毒元素及物质的毒性：硒可在

14、体内外减低汞、镉、铊、砷等的毒性作用。硒能刺激免疫球蛋白及抗体的产生，增强机体对疾病的抵抗力。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血压，并可防止冠心病及心肌梗死。硒参与保护细胞膜的稳定性及正常通透性，抑制脂质的过氧化反应，消除自由基的毒害作用，从而保护心肌的正常结构、代谢和功能。投予亚硒酸（每周 0.5-1mg）可有效地防治克山病的发生。硒能调节维生素 A、C、E、K 的代谢。硒的抗肿瘤作用：许多报道表明结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、直肠癌及白血病等的死亡率与其居住地区土壤的硒含量、日摄取量以及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

15、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阐明，可能与硒能抑制致癌物质的致突变性、或改变致癌物的代谢、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及白血病细胞的再分化，通过促分化而抗癌。硒的代谢 1957 年 Schwarz 证明硒是动物体内必需的微量元素。人体内硒的含量约 14mg-21mg，以肝、胰腺、肾中的含量较多，人类对硒的摄入量受环境及食物含硒量的影响。富含硒的食品有蒜、芝麻、啤酒、酵母、蘑菇、小虾、鱼类、肝、肾等，富硒中药有黄芪、地龙等。人对硒的摄入量不应低于40g/d，一般认为成人每日从食物中约摄取 60

16、g-350g 的硒，每日由尿约排泄约 50g，由粪排泄 80g，由汗排泄 20g，在血浆内的硒主要与 及-球蛋白结合而运输。我国不同地区报道的成人全血硒为 0.028-0.033g/ml，还有报道为0.099-0.160g/ml。克山病区成人及儿童全血硒显著低下，分别为 0.018-0.025g/ml 及 0.017-0.024g/ml。癌瘤时血硒明显减少，特别是消化道癌肿病人血硒降低更为显著，往往表明癌的转移、多发或低分化程度。尿硒成人平均为 11.92.6g/24h，克山病区成人尿硒明显降低，平均为7.92.6g/24h。（四）铬（Cr）铬的生物学作用铬形成葡萄糖耐量因子（GTF） ，使胰岛素与膜受体上的-SH 基形成-S-S-键，协助胰岛素发挥作用。降低血浆胆固醇及调节血糖。促进血红蛋白的合成及造血过程。铬的代谢成人体内含铬 6mg，