微量元素与健康

在90种天然元素中，人体所必需的有26种，其中碳、氢、氧、氮、硫、钙、磷、钾、钠、氯、镁等11种人体需要量较大，故称基本元素；铁、锌、铜、锰、镍、钼、硒、铬、碘、氟、锡、硅、钒、砷等15种人体需要量极少，故称微量元素。人体如果缺少这些微量元素将影响生长发育及健康，过多又会中毒。所以微量元素对人体健康和衰老均有很大影响。现将几种主要微量元素作以简单介绍。
铁 铁是血红蛋白及其他一些与呼吸有关的分子的结构成分。70公斤体重的成年人体内共有4克左右的铁，是体内含量最高的一种微量元素。在人的一生中，需铁量最多的是三个时期：生命活动的前2年、青年期及妇女妊娠期。婴儿对铁的需要量平均为每天0.6毫克，此时若母乳含铁量不足，易造成婴儿贫血。人体缺铁现象是比较普遍的，尤其是女子。如果铁摄入不足可口服硫酸亚铁等铁制剂，一般每天服50毫克即可。缺铁时人表现为疲倦，用力时心悸，有时出现舌肿、口角炎、下咽困难及反甲等；儿童则表现为生长缓慢，抵抗力减弱。
铜 成年人体内的含铜量约为80毫克左右，儿童按体重计算其含铜量较成人略高。血清中铜的含量成年男子约为1.10微克/毫升，女子为1.23微克/毫升，妊娠后期为1.69微克/毫升。血浆中含铜量升高是多数急慢性感染的特征。缺铜可引起贫血，因为铜是构成红细胞的重要原料。此外，铜对骨骼的生长、毛发的着色、胶原的合成也有重要作用。如果铜含量不足易出现智力减退、低热、毛发角质化、主动脉硬化。食物含铜最丰富的是牡蛎、甲壳动物和肝脏。一般情况下，人每天可从食物中摄取2～4毫克铜，所以正常情况下人体不会缺铜。但全部接受胃肠外营养的人，在3～17周时将出现血清铜降低现象。由于铜和锌在体内有拮抗作用，所以铜和锌的比例在衡量人体健康和疾病中具有一定意义。正常人血清中铜和锌的比例如下表。

各类病血清中铜/锌比值

疾 病	铜/锌	疾 病	铜/锌
正 常 皮肤病 泌尿系病 气喘病 支气管炎 胰腺炎 糖尿病	1.12 1.40 1.40 1.45 1.86 2.05 1.42	贫 血 肺 炎 心肌梗塞 慢性肝炎 肝硬化 原发性骨瘤（转移） 子宫肌瘤	1.41 1.63 1.49 1.55 1.32 2.41 1.47

钼 钼在成年人体内的含量约为5毫克，属于低含量元素，并且不随年龄而积累。动物实验表明，每日食0.3毫克至0.9毫克硫化物的羊，其钼大部分在骨骼中，其次是皮肤、毛发和肌肉，肝脏只占2%。人齿珐琅质中也富有钼。目前还不能提出适合健康需要的日常食钼量。据测定，在正常人的饮食中，每天可从食物中获得几十至上百微克的钼。高钼对各种动物引起的临床表现是不同的。如使鸡出现贫血、生长迟缓，兔子出现脱毛和皮肤病，雄鼠不育，羊出现骨质病等。人若每天食10～15毫克钼则显示有不寻常的高血清尿酸及组织黄嘌呤氧化酶活性加强等。
钴 成年人体内的含钴量为1～3毫克，大约43%贮存于肌肉，14%在骨骼中，其余分散于其它组织。绿色蔬菜含有丰富的钴，而乳制品及精制谷物中含量则较少。在治疗肾炎及感染后贫血时，曾用钴作为非特异性红细胞生成刺激剂，但用量较大，每天约20～30毫克，这可引起中毒反应，如甲状腺增生、粘液性水肿及使婴儿出现充血性心力衰竭等。酿造啤酒时常用硫酸钴以改善泡沫，嗜啤酒者发生心力衰竭可能与此有关，所以应限制酿造啤酒时加钴盐。但是，在5公升啤酒中加8毫克硫酸钴人体还是可以接受的。
镍 人体所含镍的总量不超过10毫克，它在体内分布比较均匀。在核糖核酸中有镍的存在，所以镍可能与细胞的形成有关。食物中的镍不易被吸收，大约只有1～10%被吸收，其余会由大便排出。镍本身是相对无毒的，但暴露于大量镍尘中的工人，易患呼吸道肿瘤、皮肤病和手部湿疹。
锰 70公斤体重的人，体内的总锰量约为12～20毫克。锰在体内各器官的分布较均匀，但以视网膜和线粒体中的含量较多。锰与凝血酶原的形成有关。机体缺锰将影响生长发育，并且易导致骨骼畸形和生殖功能失调。过量的锰易引起食欲下降，从而影响生长发育。锰的主要来源是硬果、茶叶及谷类。一般人每天约从食物中摄取2～3毫克的锰。
锌 成年人体内约有1.4～2.3克的锌，属体内含量居第二位的微量元素。它在体内以前列腺、皮肤、肌肉、肾脏和肝脏的含量最多。在毛发动物中，约有38%的锌集中在皮毛中。人的皮肤中约占体内总锌量的20%，此外骨骼及牙齿中也含较多的锌。动物缺锌将导致生长迟缓，这可能是由于使胸腺核苷激酶活性降低，从而影响DNA的合成和细胞分裂有关。在脑发育的关键时期缺锌将影响脑的发育和功能；在妊娠后期缺锌将导致婴儿脑细胞减少。人类每天锌的摄取量为：婴儿3～5毫克，儿童10毫克，成人15毫克，孕妇20毫克，哺乳期25毫克。
碘 成人体内约含15～20毫克碘，其中70～80%存在于甲状腺内。人体内的碘是以无机碘和有机碘两种形式存在的。血液中的无机碘为0.08～0.60微克/100毫升，低于0.08微克/100毫升则为低碘。低碘则机体的基础代谢率下降，严重者会影响生长发育，甚至导致呆小症(智力迟钝、聋哑、皮肤苍白灰黯、毛发干燥、生长迟缓)。成年人每天需摄取100～200微克碘。碘主要来源于水，海带及海藻均含有丰富的碘。

微量元素与健康

在生物组织中的化学元素其正常含量如仅占体重的0.01%，称为微量元素。人体每天所需要的各种微量元素分别为50μg～18mg，微量元素各有各的特殊功能，是生命不可缺少的。根据微量元素在体内的作用，可分为必需微量元素和非必需微量元素。目前已被认识到的人体必需的微量元素有14种： 铁、碘、铜、锌、锰、钴、钼、硒、铬、镍、氟、钒、硅和砷。很可能随着实验技术的进一步发展，又有其他元素加入此行列中。这些微量元素与人体健康有密切的关系。
必需微量元素 必需微量元素狭义的定义是维持人类生长、发育、生命活动不可缺少的元素；广义的定义是这种元素在长期摄取量不足时，会使机体某一功能降低或受损，当补充该元素使其达到生理需要量时，有预防或修复这一损伤的作用，则此种元素称为必需微量元素。其生理功能有：
❶帮助将普通元素运到全身。如铁是血红蛋白的一个重要部分，血红蛋白在体内能将氧带到每一个细胞中去。
❷在酶系统中起着特异的活化中心作用，大多数的酶都含有一个或几个微量金属原子。如过氧化氢酶中含有铁离子，碳酸酐酶分子中含有锌离子，酪氨酸酶分子中含有铜离子等。当酶分子中失去微量金属原子时，酶的活力就下降或丧失。
❸帮助机体的激素发挥效用。微量元素浓度的增减可对下丘脑一垂体前叶一靶腺体轴产生影响。如碘对甲状腺素的合成以及抑制其释放有重要作用。
❹微量元素可能与致畸有关，核酸是遗传信息的携带者，它含有很多微量元素。初步证实，这些微量元素的不足或过量能影响核酸的代谢作用，与畸胎的发生有关。
❺微量元素是某些维生素的组成成分，如钴是维生素B12的重要成份。
❻微量元素与肿瘤的发生有关。如人体缺碘时，可引起单纯性甲状腺肿，甲状腺肿易转化为甲状腺肿瘤。因甲状腺机能低下时，通过反馈机理可使过量的垂体促甲状腺激素不断作用，结果导致甲状腺组织增生及发生肿瘤。
人体对每一种元素都有一个安全和适宜的需要量范围，在此范围内，通过体内的调节作用，使组织浓度和功能维持在最佳状态； 超过这一范围，就对机体有潜在毒性。美国国家科学院食品与营养委员会1980年订出9种微量元素的每日膳食中供给的推荐量(表1)。

表1 成年人每日膳食中微量元素的安全适宜摄取量

元素	摄取量(mg/d)
铁（男性） 铁（女性） 锌 锰 氟 铜 钼 铬 硒 碘	10.0 18.0 15.0 2.5～5.0 1.5～4.0 2.0～3.0 0.15～0.5 0.05～0.2 0.05～0.2 0.15

(1) 铁： 铁主要是血红蛋白的组成成分，此外，还存在于细胞色素酶、过氧化氢酶和过氧化物酶内。它在机体中参与氧的转运、交换和组织呼吸过程，如果铁的携氧能力被阻断，或铁的数量不足，可对机体发生缺铁性或营养性贫血。
(2)锌： 锌是很多金属酶的组成成分或酶的激活剂，已知锌可同59种酶结合，如碱性磷酸酶、醇脱氢酶、碳酸酐酶、乳酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、胸腺嘧啶核苷激酶及羧肽酶等。当锌缺乏时，很多酶的活性受到抑制。许多研究表明，锌是RNA聚合酶和DNA聚合酶呈现活性所必需的元素。锌还能协助葡萄糖在细胞膜上转运。锌缺乏时，可致生长停滞，少年期性不发育，特发性味觉减退和创伤愈合不良等。摄入过量锌，可引起发热、恶心呕吐、腹泻、生长不良、贫血等。
(3) 铜： 铜为体内很多金属酶的组成成分。如血浆铜蓝蛋白是一种多功能氧化酶，其重要作用之一是催化Fe2+氧化成为Fe3+，以利于铁的吸收。机体缺铜时，表现为：
❶贫血和生长停滞。
❷结缔组织形成损害，由于单胺氧化酶（一种含铜酶）活力下降所致，弹性组织不正常可产生主动脉或其它大血管破裂。
❸毛发失色症及白化病。这是由于酪氨酸酶的完全缺乏。
❹Menkes综合症(“卷发”症)。与先天性铜吸收缺陷有关，是婴儿的一种进行性脑病，病变影响中枢神经系统，在这种病人的脑组织中，含铜酶和细胞色素C氧化酶基本消失。
(4) 锰：
❶锰与多糖聚合酶及半乳糖转移酶的活力有关，此两种酶的活力对于形成粘多糖并对形成骨基质非常重要。因此，锰缺乏时可致动物骨胳畸形。
❷锰是二羟甲戊酸激酶发挥催化作用不可缺少的因素，而此种酶又是胆固醇合成所必需的，所以，缺锰时胆固醇生物合成减少，以致性激素缺乏，而有生殖机能紊乱的现象。
❸锰可能与DNA、RNA和蛋白质的生物合成有关，所以锰缺乏时，可引起生长停滞。
❹锰有使血糖降低的现象。
(5)铬： 只有三价铬具有生物学功能。铬有维持胰岛素发挥正常功能的作用，它可通过胰岛素影响机体葡萄糖耐量以及氨基酸在体内的转运。铬和脂肪代谢也有明
表2 必需微量元素的功能和缺乏病体征

元素	功 能	缺 乏 病 体 征		人体的失调
		动 物	人
氟(F)	牙齿结构，可能骨结构， 可能影响生长	龋齿，可能抑制生长	增加龋齿发生率，可能 是骨质疏松的危险因子	缺乏与过量已清楚
硅(Si)	钙化，可能对结缔组织 有功能	生长抑制，骨畸形	不明	不明
钒(v)	不明	生长抑制，脂肪代谢改 变，生殖机能降低	不明	不明
铬(Cr)	加强胰岛素作用	相对的胰岛素抗性	相对胰岛素抗性，葡萄 糖耐量损害，血脂升高	已知营养不良，衰老，完 全肠道外营养疗法出现缺 乏症
锰(Mn)	粘多糖代谢，超氧岐化 酶	生长抑制，骨胳畸形，β- 细胞变性	不明	缺乏不明，吸入性中毒
铁(Fe)	氧、电子转移	贫血，生长迟缓	贫血	缺乏病很广泛，过量时 可引起色素沉着病发生的 危险，急性中毒
钴(Co)	维生素B12的一部分	贫血、反刍类动物生长 迟缓	如维生素B12缺乏病时 所见	不能吸收维生素B12, 素膳者维生素B12吸收低
镍(Ni)	与铁吸收相互作用	生长抑制，贫血，肝超微 结构改变，生殖功能损害	不明	不明
铜(Cu)	氧化酶类，与铁相互作 用，弹性蛋白交联	贫血，大血管破裂，骨化 失调	贫血，骨化改变，可能血 清胆固醇升高	营养不良性和完全肠道 外营养疗法时可出现缺乏
锌(Zn)	能量代谢及转录所涉及 的许多酶	食欲不振，生长严重抑 制，皮肤损害，少年期性发 育受阻	生长抑制性发育受阻， 皮肤损害，免疫功能抑制， 味觉改变	伊朗、埃及的缺乏症，完 全肠道外营养时，遗传性 疾病，创伤性应激均见缺 乏症
砷(As)	不明	生长、生殖损害，第三代 哺乳山羊突然心脏病死亡	不明	不明
硒(Se)	谷胱甘肽过氧化物酶， 与重金属相互作用	依动物种类而不同，肌 肉变性（反刍动物），胰腺 萎缩（鸡）	硒缺乏所引起的地方性 心肌病（克山病）	中国某些地区有缺乏和 过量，由于完全肠道外营 养疗法的结果
钼(Mo)	黄嘌呤氧化酶、醛脱氢 酶、硫化物氧化酶	产仔困难，生长抑制	不明	苏联许多地区有过量接 触与类痛风综合征有联系
碘(I)	甲状腺激素的重要成分	甲状腺肿，甲状腺功能 抑制	甲状腺肿，甲状腺功能 抑制，克汀病	缺乏症很广泛，过量摄 取引起甲状腺毒症

(录自： Mertz W: 必需微量元素，《国外医学卫生学分册》25,1984)

显关系，它可使血清胆固醇降低。
(6) 硒： 已知生物界有三种酶催化反应需要有硒参加，即细菌中的甲酸盐脱氢酶、梭状芽胞杆菌的甘氨酸还原酶和红细胞的谷胱甘肽过氧化物酶。对动物来说，硒主要是以谷胱甘肽过氧化物酶形式发挥抗氧化作用，以保护细胞膜。灵长类动物缺硒，可引起体重下降，毛发稀少，肝、肾坏死，心肌、骨胳肌变性，甚至死亡。硒可引起某些动物疾病和地方病，如牛、羊的白肌病和猪膳食性肝坏死等。经过我国有关单位的深入研究，认为克山病和大骨节病也与缺硒有关。
(7) 钴： 钴必须以氰基钴胺(维生素B₁₂)的特殊结合形式供给人体，才能有效地发挥生理作用。钴可促进血液中网织红细胞的形成，加速红细胞的再生，缺钴可发生贫血，也会影响甲状腺机能，使地方性甲状腺肿发病率增加。
人类本身不能合成维生素B₁₂，只有反刍类动物可以利用饲料中的钴，借助瘤胃中微生物的作用，将其转变成维生素B₁₂，在瘤胃中吸收。人类则在生物链中得到维生素B₁₂。
(8) 钼： 钼与黄嘌呤氧化酶的活性有关，对于许多能量交换过程是必需的，故缺钼会引起生长不良。此外，钼与醛氧化酶和亚硫酸氧化酶的活性亦有关，在高钼地区生长的儿童，其龋齿病少于对照区的儿童，这对进一步研究龋齿的病因有一定的意义。钼还与铜的吸收有密切的关系，在家畜中已证明钼和铜在硫酸盐存在时可以互相影响其吸收。
(9) 氟： 氟能预防龋齿是因为它能取代珐琅质中一部分羟磷灰石的羟基，形成不易溶于酸的结晶，因而可增强对口腔微生物形成的酸的抵抗力，不易被侵蚀造成龋齿。但摄入氟量过多，可引起氟病(见“地方性氟病”条)，牙齿珐琅质被破坏，牙齿表面原有光泽逐渐消失，出现灰色斑点，即氟斑牙症。长期摄入过量的氟还可出现骨胳和肾脏的损害。
(10)碘： 参与合成甲状腺素，甲状腺素是一种调节细胞内产生能量的激素。这种激素对于生长、智力发育和个性等许多方面的发育都是必要的，当机体缺碘时，甲状腺就会增生、肿大以期加强功能，于是引起颈部的典型肿大称为甲状腺肿，严重缺碘还会妨碍儿童身体和智力的发育(见“地方性甲状腺肿”条)。
(11)镍： 近年来才认为镍为必需的微量元素。它在体内能活化许多酶，包括精氨酸酶、脱氧核糖核酸酶等。镍可能在RNA、DNA和蛋白质结构或功能方面起作用，与核酸的稳定性及脂肪代谢有关。
(12)钒： 钒缺乏可导致动物生长缓慢，鸡的羽毛生长显著减少。有关钒的生理作用了解得还不多，钒可能是一种或几种酶或催化反应中的一种重要辅助因素。药理水平的钒可影响胆固醇的代谢，使胆固醇的生物合成作用减弱，但这种作用似乎仅与青年人有关，而对老年人不产生此作用。钒在骨的代谢或形成方面有一定的功能，在钒缺乏的动物中发现有异常骨的生长。
(13)硅： 硅对禽类羽毛和骨胳的正常发育是不可少的。它存在于骨和其它结缔组织中，缺硅会出现瘦腿骨，并影响羽毛和骨胳的发育。
(14)砷： 现认为砷亦属人体必需的微量元素，它参与一些含有磷酸盐的化学反应，砷广泛存在于地壳和生物体，因此在一般情况下人体不会缺砷。
非必需的微量元素 不具有特殊生理功能的微量元素称为非必需的微量元素。其中无毒性的非必需微量元素有钡、锆、铌、铋、锂、银、钛等，有潜在毒性的非必需微量元素有镓、锗、镉、铟、锑、碲、汞、铅、铍、铊、钍、铀、钋、镭等。
有人模拟人体组织中的浓度，给大鼠长期饲以低剂量的铅，发现其寿命缩短20%。还有一些微量元素与致癌有关，如砷、铍、镉、铬、钴、铅、镍等。
人体中微量元素与环境有着密切的关系，环境中固有化学元素主要通过食物、空气、水进入人体，而水和植物中的含量和地壳化学成分又有密切的联系。当地壳中元素分布呈明显的不均衡性时，生物体内也会呈现出不均衡状态，这种状态如果超出了人类所能适应的正常变动范围，就可能发生地方病(见“生物地球化学性疾病”条)。
除了地质性因素之外，许多元素还往往通过环境的污染而进入人体，而使机体出现急性或慢性中毒，甚至成为潜在的有害物质(见“重金属污染”条)。