微量元素与健康(1)

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1、 碘缺乏病微量元素与健康 一、微量元素的定义和分类 （一） 微量元素的定义 在地球表层发现有90多种元素，几 乎在人体内都能找到 发现具有重要营养和生理功能、得 到公认的对于维持生命所必不可少 的元素仅有2628种。 机体内的化学元素可分为:常量元素或宏 量元素（major element, macro- element）及微量元素（trace element ， micro-element）。 含量大于体重0.01%，每日需要量大于 100mg的元素称为常量元素，约占人体重 量的99.95%以上，包括：碳、氢、氧、 氮、硫、磷、钠、钾、钙、镁、氯等11 种。 微量元素:小于体重0.01%、每

2、日需要 量小于100mg的元素，包括常量元素以 外的其它各种元素，占人体重量不足 0.05%，包括铁、铜、锌、锰、钼、钴 、钒、镍、锡、氟、碘、硒、硅、砷 、硼、锶、锂、锗、铝、钡、铊、铅 、镉、汞以及稀土元素等数十种。（二）微量元素的分类 1. 微量元素对维持生命活动的作用 （1）必需微量元素（essential trace element）：指具有明显营养作用及生理 功能，对维持机体生长发育、生命活动 及繁衍等必不可少的元素。迄今公认的 对人和哺乳动物必需的微量元素有14种 ：铁、铜、锌、锰、铬、钼、钴、钒、 镍、锡、氟、碘、硒、硅。 “必需”的内涵： 机体必须从外界饮食中摄取这种元素，当

3、 从饮食中去除，机体呈现这种元素的生理性 缺乏状态 补充这一特异元素后，机体的这种缺乏状 态将得到缓解 一种特殊的元素对机体总具有某种特异的 生化功能，这种作用不能被其它任何元素完 全代替 附加条件： 这种元素以相似的浓度存在于不同动物的组织内； 不论动物（主要指哺乳类高级动物）的种类如何，去除这种元素后会出现相似的生理生化 异常； 有这种元素存在时能减轻或预防上述异常； 这种异常改变在缺乏得到控制时能被治愈。 微量元素对健康影响的特征： -必需性 -量小作用大 （2）非必需微量元素（non-essential trace element）：无明显生理功能的微 量元素。这些元素的生物学效应或许

4、迄 今未被人们认识，或者它们来自外环境 的污染，如铅、镉、汞、铊等。 又可进一步分为无毒非必需元素和有害 非必需元素，前者如锂、硼、铷、溴等 ，后者如铅、镉、汞、铊、铝、锑等。2. 按其营养作用特征及生理功能 （1）必需微量元素：得到多数国际微 量元素学术会议和世界卫生组织（WHO ）公认，在人体或高等动物体内构成细 胞或体液的特定生理成分，具有明显营 养作用，人体生理过程中必不可少，缺 乏该元素后产生特征性生化紊乱、病理 变化及疾病，补充该元素能纠正特征性 病理变化或治愈，称为必需微量元素。 （2）可能必需的微量元素：具有一定 有益生物学作用及医疗、预防、保健 效能，又具有某些必需微量元素的

5、生 物及生化特征（如高度的生物学活性 及催化性能等）的元素。这些元素目 前尚未被WHO和多数国际学术组织认可 ，如砷、锂、锶、硼等。 3无毒微量元素：凡未发现有营养作用，又无明显毒害作用的 元素，称为无毒微量元素，如钡 、钛、铌、锆等。 4有害微量元素：凡无营养作用 ，人体又对其缺乏精密调节机制 ，且在体内具有蓄倾向和明显毒 害作用的微量元素，例如铅、汞 、镉、铊、铝、锑等。二、微量元素在生命过程中的重要作用 （一）环境与机体在微量元素上的统一性 生物体（包括人）通过新陈代谢与外界环境不 断进行物质交换和能量流动，使得机体的结构 组分（如元素含量）与环境的物质成分（元素 ）不断保持着动态平衡，

6、并形成了生物与环境 之间相互依存、相互联系的复杂统一体。这一 理论为阐明环境中的微量元素与健康关系的理 论基础。 必需微量金属元素在人体内的含量与地壳、海 水中的含量呈现明显的丰度相关，而有毒元素 在海水中的含量相对较低 生物地球化学性疾病（ biogeochemical disease）： 碘缺乏病就是由于某地区碘元素含 量过低可引起地方性甲状腺肿（ endemic goiter）或地方性克汀病 （endemic cretinism）等一系列 病症。 机体对环境的适应性： 生物的生存和发展，必须适应外界环境条件 的变化，不断从环境中摄入某些元素以满足 机体完成自身生命活动过程的需要。 生物进

7、化过程中，对其生存环境中某些至关 重要的元素进行选择，以保证其能够顺利向 更高级的方向演化，因而这些元素就成了维 持生物生存、繁衍等生命过程必不可少的物 质成分。 （二）微量元素在维持健康上的重要性 锌 铁 铜 铬 碘 硒 硅（三） 微量元素生物学效应的双重性 有毒物质：S型曲线 微量元素：U型曲线三、微量元素与健康研究的成就 和新进展 （一）重要成就 1.弄清了一些疾病的发病原因 （1）碘缺乏病 （2）微量元素铜引起的疾病 （3）锌缺乏病 （4）地方性氟病 （5）微量元素硒与健康关系的研究 （二） 微量元素的作用机理 （1）碘缺乏病 （2）Menke综合征和Wilson病 人们 对铜缺乏性M

8、enke综合征（MD）或铜过 量导致的Wilson病（肝豆状核变性， WD）从分子生物学水平上有了新的认 识。 这两种疾病：由于两个铜转运ATP酶基因 突变而引起的两种遗传代谢性疾病。这 两种蛋白酶均使铜从细胞内向外流动。 MD基因和WD基因已被分离出来，都是编 码一种P型ATP酶并且有67%的氨基酸相同 。 这两种蛋白在氨基端还含有6个铜结合位 点，均含有8个跨膜区域，并通过这8个 跨膜区域形成的孔道使铜离子泵出细胞 。 （3）锌缺乏病 （4）地方性砷中毒 （5）硒的健康效应 （三）微量元素在疾病防治上成 效显著 （1）碘缺乏病防治 （2）克山病、大骨节病的防治 （3）微量元素硒的抗癌作用

9、（4）微量元素硅、钒、砷在癌症治疗 上的作用 （5）微量元素在保健品中的应用 四、微量元素与健康的研究方法 （一）微量元素的定量检测 （1）原子吸收光谱法（AAS），具 有简便、灵敏等优点，但样品前处 理程序复杂、易受污染； （2）电感耦合等离子体原子发射 光谱法（ICP/AES），其最大的优 点是可同时测定多种元素， （3）质子激发X射线荧光光谱法（PIXE），可同时测 定多种元素，其灵敏度较高，可同时测定血浆、毛发 中含量为0.11g/g的多种微量元素； （4）火花源质谱法（SSMS），具有灵敏度高和多种 元素同时测定的优点，在测定生物样品的微量元素过 程中，样品的制备处理耗时较多； （5

10、）中子活化法（NAA），能进行各种生物组织中 多种元素的测定，已用于测定心、肝、肾、肺、脾组 织中20多种微量元素，灵敏度高，检测范围为 10ng100g/g； （6）阳极溶出伏安法（ASV），主要优 点是对铅最灵敏，这是AAS和NAA检测方 法不能相比的，该方法还可用于测定生 物样品中的镉、锌、铜，浓度可低至 0.1g/L； （7）离子选择性电极法（ISE），为微 量元素测定提供了简便、廉价、灵敏的 方法，不能同时测定多种元素。（二）微量元素在生物大分子中作用 的研究 生物大分子的活性和正常功能需要微量元素 的参与，一些有毒金属元素对机体的毒作用 也是以其对生物大分子影响为基础的。 对具有复

11、杂结构的生物大分子来说，最直接 的检测方法是X射线晶体衍射分析，但核磁共 振、圆二色性、拉曼光谱等对研究生物大分 子在溶液中的结构和构象特征都是重要手段 。 测定金属酶或金属蛋白中金属离子氧化态的 方法有氧化还原滴定、磁化率测定、电子顺 磁共振谱和穆斯堡尔谱等。 微量元素生物学效应研究中常用的放射性示 踪元素有51Cr、55、57、58、60Co、64、67Cu、18F、59Fe、123I、125I、131I、75Se等。 放射免疫分析就是利用放射示踪技术，通过 定量标记抗原和质量控制，可测定生物体内 多种物质，从而获取有关微量元素的信息。 分子生物学技术: 揭示某些微量元素相关疾病的发病 原

12、因、微量元素的作用机理、一些 生物大分子如金属硫蛋白、重要的 金属酶等的结构及其特征的方面起 着极其重要的作用。 （五）微量元素与健康研究的动态与展望 随着科学技术的进步、分子生物学和痕量分 析技术的发展及人们对微量元素生物学效应 认识的深化，将会在蛋白质和分子水平上揭 示出微量元素生物学效应的更多奥秘，对微 量元素间的相互作用机制也将会有更加深入的了解。 1.分子生物学技术对微量元素生物 学效应研究的推动作用 对Menke病（MD）和Wilson病（WD） 的发病机理研究发现，MD基因和WD 基因都编码一种P型ATP酶，且有67% 的氨基酸相同。MD基因被精确定位 于Xq13.3，而且是处于

13、一个仅100kb 的狭窄区域内。 MD基因全长8kb，有23个外显子，受其 控制而编码的产物是一种P型ATP酶铜 转移膜蛋白，由1500个氨基酸组成， 称为ATP7A。WD基因位于位于13号染色体长臂1区4 带3亚带（13q14.3），编码1411个氨 基酸的产物也是一种P型铜转运ATP酶 ，称为ATP7B。 硒蛋白的研究: 已克隆并测定了cDNA序列的哺乳动物硒 蛋白有9种，分别是：细胞内谷胱甘肽过 氧化物酶（cGPx）、细胞外谷胱甘肽过 氧化物酶（eGPx）、磷脂氢谷胱甘肽过 氧化物酶（PHGPx）、胃肠谷胱甘肽过氧 化物酶（GIGPx）、型碘甲腺原氨酸- 5-脱碘酶（ID-）、ID-、I

14、D-、 硒蛋白P和硒蛋白W。 2.微量元素间的相互作用 当今的热点问题:深入研究微量元 素间的相互作用，对于阐明微量 元素的作用机理具有重要意义。 因为环境介质中和机体内的微量 元素都不是孤立存在的，微量元 素之间及与其他物质之间存在着 复杂的相互作用。 多数二价金属元素，由于它们的价态相 同或化学性质相似，而多产生相互干扰 或拮抗作用。 铁与锌、锌与铜、锌与锰、锌与铅等均 可相互抑制其吸收、利用。 锌对铜吸收的抑制作用，主要是由于锌 可诱导肠黏膜细胞合成金属硫蛋白（ metallothionein），后者虽对锌有高度 亲和力，但对铜的亲和力更大。 3.微量元素在疾病防治上广阔的开发利用前景 预防碘缺乏病、克山病和大骨节病、硒 的抗癌作用 研制多种微量元素补充剂，如锌补充剂 、铁补充剂、硒补充剂等。 有的微量元素还可直接用于治疗某些疾 病，例如砷用于治疗急性早幼粒细胞性 白血病取得成功就是最好的例证。 在保健品中的应用 Thank you for your attention!