化学元素对人体的重要性

化学元素对人体的重要性水是生命之源,是自然界最普通的物质，是人类环境的重要组成部份。

人们日常生活需要水，水是人体中含量最多的一种物质。

人体内的水分大约占体重的60%～70%，由于各个器官功能不同，水占的比重也不同，肌肉里70%是水，即使骨骼也占有20%的水。

在占体重60%～70%的水中，有40%在细胞内，20%在组织细胞间，5%在血液里。

水是沟通组织细胞之间，机体与外界环境之间的媒介。

生物体内有许多化学反应，按一定的规律无时无刻不在连续不断地进行着，参加这些化学反应的不仅有生物大分子，如蛋白质、脂类、核酸等，而更多和更重要的还是小的分子和离子，其中水分子至关重要，如果没有水，不能移动的生物分子就不会产生巧夺天工的生物化学反应，生命活动便会停止，生物就会死亡。

水既是组成各类细胞的重要物质，又是消化液，淋巴液的主要构成成分；既能帮助消化食物，吸收营养，又能输送废物并排出体外；既参加呼吸、循环的过程，又起体温调节作用；既是细胞内外电解质的平衡者，又是非电解质的传递者；既有润滑眼球的作用，又有滋润、丰满体表皮肤的功能，等等。

人如果3～7天连续不喝水，人体缺水达20%时，血液就会高度浓缩，就无法进行氧化、还原、分解、合成等生命活动，就会导致死亡[1]。

从医学观点看，人类为维持正常生存，每人每天至少需要饮两升水，加上卫生方面的需要，全部生活用水量约需40～50升/日·人。

因此水与人类有非常密切的关系，可以说，没有水就没有生命。

一、维持人类生命和健康的水，应是洁净的水（一）我国生活饮用水卫生标准规定，生活饮用水应满足如下要求[2] （1）要保持感官性状良好水必须是透明、无色、无臭、无异味，不存在肉眼可见的物质。

为此对能产生颜色和异味的铜、锌、铁、锰等元素的含量制定了具体的限量。

（2）要保证流行病学上的安全在水中不得含有病源微生物和寄生虫卵，以免引起“介水传染病”，为此对细菌总数，大肠杆菌群数，消毒后供水管网末端的余氯有明确的限量。

（3）要保证化学组成上无害因此要严格限制水里的一些有毒化学物质，如镉、汞、铅、铬、氰化物、挥发酚……等，以免造成人体的急性、慢性中毒。

（二）水环境对人类健康的影响俗话说：“一方水土养一方人”，说的是在自然条件下，不同的地区往往有不同的水土环境，这种差异不仅表现在不同地域的水文地质等特征方面，还在于水土化学组成上的不同。

水不仅是维持生命和人体健康不可缺少的物质，而且还是人体从环境中摄取无机矿物质的途径之一，水环境中某些化学元素含量过多或过少时、都能对人群健康产生损害作用，同时水中的有毒物质也能通过各种途径进入人体而危害人体健康。

人体中已发现了近六十种元素，其中氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯和镁等十一种元素占人体重量组成的99.9%，余下不到0.1%的体重主要是由硅、铁、氟、锌、碘、铜、钒、锰、镍、硒、铬、锡和钼等十四种元素组成，还有其它极微量的元素，目前在人体中已检出的正常和异常的微量元素有五十多种其中有一些是人体需要的，它们具有人体需要的特殊生理功能，有一些是人体非必需的甚至是有害的。

下面我们针对水环境中可能存在的物质分别论述。

1、金属元素与人体健康（1）人体中必须的常量元素钙、钾、钠、镁是人体中必须的常量元素分别占人体重量的2%、0.35%、0.15%和0.05%。

人体中99%的钙存在于骨骼和牙齿中，血液中占0.1%，离子态的钙可促进凝血酶原转变为凝血酶使伤口处的血液凝固，钙在其它多种生理过程都有重要作用，如在肌肉收缩运动中，它能活化ATP酶，保持肌体正常运动。

缺钙少儿会患软骨病；中老年出现骨质疏松症，其主要表现为骨质增生，受伤易流血不止；钙还是很好的镇静剂，它有助于神经刺激的传达，神经的放松，它可以代替安眠药使你容易入眠，缺钙神经就会变得紧张、脾气暴躁、失眠；钙还能降低细胞膜的渗透性，防止有害细菌、病毒或过敏原等进入细胞中；钙能帮你减少疲劳，加速体力的恢复、推荐值为0.8～1.0克，但最好在1.0克以上，因为多余的钙可储存在长骨两端的组织中以备不时之需，而且溶解性的钙还能随体液的外排而排出体外，特别是体内若磷量过高时会影响钙的吸收[4、5]。

镁是生物必需的营养元素之一，它是人及哺乳动物体内多种酶的活化剂。

镁在人体骨骼的存在量占人体含镁总量的一半，其次在各器官组织中，在细胞外液中只占2%。

镁与钙一样有保护神经的作用，镁严重缺乏时，大脑所受影响最大，思维混乱、丧失方向感、精神沮丧甚至会精神错乱，产生幻觉；镁可以防治心脏病，镁是降低血液中胆固醇的主要催化剂，还可防止动脉粥样硬化；镁与钙比例得当，可帮助钙的吸收。

如果缺镁则大量的钙会随尿液流失；镁和VB6配合可治疗癫痫病；人体中的每一个细胞都需要镁，镁对于蛋白质的合成、脂肪及糖类的利用及数百组酶系统，都有主要作用。

多数酶中含有VB6，必须有充足的镁才能保证其被充分吸收利用。

缺少其中一种都会出现抽筋、颤抖、失眠、肾炎、肾结石等症状，镁还是一种利尿剂、导泻剂，因此若摄入过量的镁可随粪便排出，或通过肾脏从尿液排出。

生活饮用水不会有过量的镁，因为水中镁含量高时会产生令人讨厌的怪味。

建议镁每天的摄入量为0.4～0.5克。

钠、钾和氯是人体内的宏量元素，存在于体内细胞内外的体液中。

它们能使体液维持接近中性；决定组织中的水分多寡；Na+在体内起钠泵的作用，调节渗透压，给全身机体输送水分，使养分从肠中进入血液，再由血液进入细胞中。

它们对于内分泌也非常重要，钾有助于神经系统传达信息。

氯用于形成胃酸，这三种物质每天均会随尿液排出体外，健康人每天的摄取量与排出量大致相同，保证了这三种物质在体内的含量基本不变，水体中K+的含量较少，主要由蔬菜、水果、粮食、肉类供给人体需要[4]。

而Na+的含量则视地区及水的处理方法而不同。

人体内钾和钠必须彼此均衡，过多的钠会使钾随尿液流失，过多的钾也会使钠严重流失。

钠会促使血压升高，因此摄入过量的钠会患高血压症，而且可能具有遗传性这可能是由肾功能受损所致。

由于钾可激活多种酶，对于肌肉的收缩非常重要，没有钾糖无法转化为能量或贮存在体内的肝糖，肌肉无法收缩，就会导致麻痹或瘫痪。

此外细胞内的钾与细胞外的钠，在正常的情况下能形成均衡状态，当钾不足时，钠会带着许多水分进入细胞内使细胞胀裂，形成水肿，损害肌肉及结缔组织。

此外缺钾还会导致血糖降低。

严重缺镁和钾时会使心脏停止跳动，引发心脏病而致死，心脏病的原因很多，而50岁以下猝死于心脏病的人大多是由于心肌细胞内缺钾所致[5]。

所以建议每天钾和钠应均衡摄入，在体内能保持均衡状态，过量的也能均衡排出，才能保证有健康的身体。

（2）人体中必需的微量金属元素Fe、Mn、Cu、Zn、Cr3+、Co、Mo、Sc、Ni、Se、Sn、V等是人体中必须的微量元素。

铁占体重的0.004%，其中2/3存在于血红蛋白与肌红蛋白中，是构成血红素的成分，它起着将氧输送到机体中的每一个细胞中去的作用；其余部分主要贮存于肝中，肾脾中也有少量分布，是多种酶的主要成分。

铁在婴幼儿、少年儿童的发育是非常重要的，特别是在6～24个月的婴儿，缺铁会使大脑发育迟缓、受损[3]。

人体中缺铁，会导致缺铁性贫血，使血红蛋白合成不足，氧不能得到及时输送，全身器官组织处于缺氧状态，使人感到体虚无力。

严重时会使心脏代偿性心率加快和心输出量增加，逐渐发展为贫血性心脏病[5]。

锌是人体不可缺少的微量元素，成人体内含锌约2～3克。

主要以锌蛋白及含锌酶的形式分布在各种组织器官中，30%贮藏在骨骼和皮肤中，锌是人体70多种酶的组成成分；参与蛋白质和核酸的合成；影响睾丸类固醇的形成，也存在干胰岛素中。

因此锌是维持人体正常发育的重要元素之一，特别是幼儿、儿童、少年，缺锌时会影响很多酶的活性，进而影响整个机体的代谢；锌蛋白就是味觉素，缺锌时味觉不灵，使人食欲不振，发育不良，特别是小孩；减弱眼睛对黑暗环境的适应能力；胰腺中锌含量降至正常人的一半时，易患糖尿病；缺锌时创伤愈合难；缺锌使睾丸发育不良，前列腺功能下降，使第二性征发育不良造成性腺成熟障碍。

食物中若含有大量的钙、磷、铜、植酸等会影响锌的吸收、铁锌为1，有助于锌的吸收，若铁比锌高出1.5倍以上也会影响锌的吸收，所以锌在人体内被吸收率并不高。

我国生活饮用水对锌的限量是1mg/L，而美国是5 mg/L[6]。

铁的助手—铜，铜有促进肠道对铁的吸收，促使铁从肝及网状内皮系统的储藏中释放出来，故铜对血红蛋白的形成起着重要作用，缺铜也会导致缺铁性贫血；铜对许多酶系统和核糖核酸的创造都有重要的作用。

这也是细胞核的一部分，有助于骨骼、大脑、神经、结缔组织的发育。

缺铜会造成骨质疏松、皮疹、脱毛、心脏受损，还会使毛发色素丧失、动脉弹性降低；体内铜/锌比值降低，可引起胆固醇代谢紊乱，产生高胆固醇血症，易发生冠心病和高血压。

铜是胃肠道刺激剂，具有一定毒性，摄入过量时也会产生急、慢性中毒，可导致肝硬化、组织坏死、染色体退缩[3]。

世界范围对饮水中铜的限量为1.0 mg/L，是出于对味觉的改虑而不是毒性，有些国家对铜的限量是0.05 mg/L。

锰是人体必需的一种微量元素，在许多酶系统中起着重要作用，可帮助胆碱利用脂肪；缺锰引起胎仔骨骼异常、内耳发育障碍及畸形；缺锰会使免疫力降低、使全身肌肉无力，癌症患者体内锰缺乏。

人体对锰的吸收率不很高，所以也难发现有锰中毒的现象，饮水中对锰的限量是由于超过0.05 mg/L时便产生令人讨厌的色和味，因此国际组织推荐饮用水锰的限量是0.05 mg/L[6]，我国饮用水限量是0.1 mg/L。

钴是维生素B12的一种极其重要的组成成分，每天只需要3微克VB12就能防止恶性贫血、疲倦、麻痹等现象。

人体中只有结肠中的大肠杆菌能合成含钴VB12。

因此主要在体外合成VB12，而进入体内才能充分被利用，低剂量的钴不会有中毒现象，若把钴放在酒中服用，则可发生中毒而引发中毒性心力衰竭导致死亡[3]。

生活饮用水中钴的含量极微，不会产生有害作用。

铬是人体必不可少的微量营养素之一，是体内葡萄糖耐量因子（GTF）的组成成分，可提高胰岛素的效能，铬被吸收后迅速离开血液分布于各个器官中，特别是肝脏有Cr3+存在。

铬可以降低血清胆固醇的含量，对预防和治疗糖尿病以及冠心病有明显功效。

铬和二价铬无毒，三价铬毒性小，而六价铬毒性是三价铬的100倍，是致癌物［3］。

饮水中六价铬含量很低，不会有危害。

硒是维持人体正常生理功能的重要微量元素，主要存在于肝、脾、肾及心脏等脏器中。

硒参与人体组织的代谢过程，可预防克山病、预防肿瘤和心血管疾病、延缓衰老方面都有重要的作用。

值得一提的是硒有抗癌作用。

元素硒毒性小而化合物毒性大，因此摄入过量的硒，特别是其化合物，也会对机体造成毒害[7]。