微量元素对人体健康的影响

微量元素对人体健康的影响

医科大学药学院毕小平教授

微量元素与人体健康的关系密不可分。近年来，随着社会的进步和人们自我保健意识的不断提高，微量元素在治疗疾病、人体生长发育方面的作用越来越引起人们的重视。

人体是由多种元素构成的，根据元素在体含量不同，可将体元素分为两类：一常量元素，占体重的99.9%，包括碳、氢、氧、磷、硫、钙、钾、镁、钠、氯等10种，它们构成机体组织，并在体起电解质作用等；二微量元素，占体重的0.05%左右，包括铁、铜、锌、铬、钴、锰、镍、锡、硅、硒、钼、碘、氟、钒等14种元素，这些微量元素在体含量虽然很微弱，但在人体生长、发育、疾病、衰老、死亡等过程中却能起到十分重要的生理作用。如果某种元素供给不足，就会发生该种元素缺乏症；如果某种微量元素摄入过多，也可发生中毒。

习惯上把含量高于0.01%的元素，称为常量元素，低于0.01%的元素，称为微量元素。人体若缺乏某种主要元素，会引起人体机能失调，但这种情况很少发生，一般的饮食含有丰富的常量元素。微量元素虽然在体含量很少，但它们在生命过程中的作用不可低估。没有这些必需的微量元素，酶的活性就会降低或完全丧失，激素、蛋白质、维生素的合成和代也就会发生障碍，人类生命过程就难以继续进行。

一、环境对微量元素的影响及人对于微量元素的认识

1847年，欧洲人发现铁与血红蛋白的结合，标志着对微量元素生理作用的最早认识。1850～1854年发现地方性甲状腺肿与环境中的食物缺碘有关。1930年以后，相继发现许多地区由于微量元素（铁、钴等）的缺少或过多而产生家畜体质衰弱、生长停滞和死亡率增高等。微量元素在生命过程中的作用，引起了人们的广泛关注。光谱分析法等的出现，使测试生物体微量元素成为可能，大大推动了微量元素与健康关系的研究工作。

人体的化学元素有两种来源：

（1）自然来源。如岩石层中的化学元素及其化合物经过多年风化、淋溶和生物作用变为土壤，通过土壤、水、食物进入机体。生物体以新代的形式与所生存的环境进行不停的物质交换，从而获得机体所需要的各种化学元素。近年来证实生物体的化学组成与所生存地区的地质环境有密切的关系。微量元素过多或缺少而引起的疾病，往往具有明显的地区性。如缺碘地区多出现地方性甲状腺肿和地方性克汀病；含氟量过多地区常有地方性氟中毒（氟斑牙和氟骨症）；土壤含钴量过低的地区，牲畜多发生地区性干血痨症(消瘦、虚弱，最后死亡)等。

（2）人为来源。如对含汞、镉、铅、砷等矿的开采、冶炼和利用，使这些元素进入人类的的生存环境，并通过空气、水、土壤和食物进入人体。

二、某些微量元素在人体中的主要功能

微量元素在人体的含量虽然极微，却具有巨大的生物学作用。其生理功能主要有：

（一）协助常量元素并将其带到各组织中去。如含铁血红蛋白有输氧功能。

（二）充当生物体各种酶的活性中心，促进新代。酶在生物体是许多化学反应必不可少的催化剂，微量元素是体各种酶的组成成分和激活剂。已知体千余种酶大都含有一个或多个微量金属原子。如锌与200多种酶的活性或结构有关，锌能激活肠磷酸酶，肝、肾过氧化酶，又是合成胰岛素所必需；锰离子可激活精氨酸酶和胆碱酯酶等；钴是维生素B12的组成成分之一等等。

（三）参与体各种激素的作用，调节重要生理功能。如锌可以促进性激素的功能，铬可促进胰岛的作用，碘是甲状腺激素的重要成分之一，环境缺碘则机体不能合成甲状腺激素，就会影响机体正常代和儿童的生长发育。

（四）根据体外实验，一些微量元素可影响核酸代。核酸是遗传信息的载体，它含有浓度相当高的微量元素，如铬、钴、铜、锌、镍、钒等。这些元素对核酸的结构、功能和脱氧核糖核酸(DNA)的复制都有影响。

微量元素同其他元素一样，受体平衡机制的调节和控制。摄入量过低，会发生某种元素缺乏症；但摄入量过多，微量元素积聚在生物体也会出现急、慢性中毒，甚至成为潜在的致癌物质。大量流行病学调查证实，环境中微量元素的含量，对肿瘤的发生和发展有重大影响。

微量元素的营养及毒性作用的研究，目前主要集中在：①摄入量过多或过少对人体健康会造成什么影响；②在人体的分布及其靶器官；③在体的含量（高限、低限和常见量）；④各元素的相互作用；⑤营养对微量元素毒副作用的影响以及微量元素作用剂量从动物外推到人的过程中所存在的问题等。

三、各种微量元素的重要作用

（一）铁（Fe）

铁是人体需要量最多的微量元素，在人体中含量约为4—5克。每日铁需要量为10～18毫克。其中27%的铁组成血红蛋白，3%的铁组成肌红蛋白，0.2%的铁构成多种含铁酶。它的功能主要是参与血红蛋白的形成而促进造血。铁是红细胞中血红蛋白的重要成分，血红蛋白是运输和交换氧气的必须工具，能将氧气送至全身组织，肌红蛋白和氧的结合力很强，能储备部分氧气，在骨骼肌缺氧时可以释放这部分氧。人体中如缺少铁，就会使血红蛋白的制造发生困难，容易引起贫血，使细胞色素和含铁酶的活性减弱,以致氧的运输供应不足,使氧化还原、电子传递和能量代过程发生紊乱，免疫功能降低，影响生长发育。四肢无力，精神卷怠，食欲不振，神志淡漠，容易感冒，吞咽困难、脸色苍白，头痛心惊，口腔炎，肝癌。

（二）锌（Zn）

锌是仅次于铁的需要量较大的微量元素，是200多种含锌酶的组成成分，也是酶的激活剂，在核酸代和蛋白质合成中发挥重要作用，它在生命活动过程中起着转换物质和交流能量的“生命齿轮”作用。

1．锌的生物学作用

（1）锌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。

（2）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。

（3）增强免疫及吞噬细胞的功能。缺锌后免疫功能减退。

（4）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。

2．锌在体的代

正常成人体含锌2~2.5g，平均2.3g。男性比女性稍高，锌以视网膜、前列腺及胰腺中的浓度最高，在肌肉及骨骼中贮存。肌肉储锌占全身锌的62.2％，骨骼中的锌占全身体锌的28.5％。正常人每日摄取10~15mg锌，吸收率为20％~30％，主要在小肠被小肠上皮细胞吸收。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。

婴儿每天需锌量为3～5毫克，1～10岁儿童每天需锌量为10毫克。婴幼儿锌供给不足，影响生长和智力发育，也影响味觉和免疫功能，缺锌是厌食症的主要原因。老年人缺锌则加速衰老、引起缺血症、毒血症、肝硬化等。

（三）铜（Cu）

铜元素对于人体也至关重要，它是生物系统中一种独特而极为有效的催化剂。铜是30多种酶的活性成分，对人体的新代起着重要的调节作用。据报道，冠心病与缺铜有关。铜在人体不易保留，故需经常摄入和补充。

1、铜的生物学作用

（1）参与造血及铁的代。铜含量在体减少时，会影响铁的吸收，导致铁的利用障碍，最终发生缺铁性贫血。铜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循环。

（2）构成体许多含铜的酶（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）。

（3）与DNA结合，在DNA两条链中形成架桥，形成金属配合物，与维持核酸结构的稳定性有关。

（4）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。铜缺乏时，会引起皮肤干燥粗糙、面色苍白、免疫力下降，甚至影响今后的生育功能。

（5）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-β-羟化酶、胺氧化酶等，这些酶类参与儿茶酚胺类激素的代、黑色素的生成以及神经递质的代，因而对中枢神经系统的功能、智力及精神状态、防御功能及分泌功能等均有重要影响。

2、铜的代