微量元素既可载舟又可覆舟

 

元素科学、生命科学、关乎民生、关乎国运

元素医学、平衡医学、无病不防、无病不治

头发检测、活体检测、检测已病、检测未病

元素调理、食物调理、调理聪明、调理健康

 

“先天不足”和“后天失调”的全球性“元素病”，引起了各国政府的关注。中国政府出台了一系列法律文件，成立了国家级的相应机构进行调研和治理。与此同时，加大了元素科学和生命科学的教育和宣传力度，取得可喜的成绩，控制了“碘缺乏病”和“硒缺乏病”，儿童锌缺乏率和儿童铅超标率下降。为了减少各种慢性病的发病率，卫生部、国家计委、教育部、科技部、民政部、财政部、农业部、贸易部、国务院扶贫办公室、轻工总会、全国妇联等11个部委联合制订了《中国营养改善行动计划》，国务院发出通知要求全国各级政府执行。预防微量元素缺乏成为重中之重。元素虽小，但它的作用和危害不小。古代罗马帝国因铅祸而亡，现代瑙鲁岛国，因富裕而折寿，历史的教训和当代的警钟，足以说明元素科学、生命科学、关乎民生、关乎国运。

 

1. 微量元素概念

1.1 微量元素科学

微量元素科学是一门涉及医学、生物学、营养学、环境学、化学、计算机学、统计学、检测等多门学科的交叉学科。是一门主要研究生命所需的无机元素与生命整个过程的关系、元素与人体健康及疾病的关系和元素在机体中的平衡及其调节作用的综合性科学。

1.2 生命元素

生命元素指那些参与人或生物生命活动的过程，并与环境不断发生交换的化学元素。

人体是由许多化学元素组成。研究表明，在地壳表层中存在着的90多种无机元素，几乎全部能在人体中找到，而且这些元素的含量与元素在自然界(土壤、水、食物、空气等)中的丰度相似，有着密切的关系。所以人体中的无机元素含量和人类生存的环境有很大的依存关系。

1.3 宏量元素

占人体总重量万分之一以上的元素称为宏亮元素。包括氧(O)、碳(C)、氢(H)、氮(N)、钙(Ca)、硫(S)、磷(P)、钾(K)、钠(Na)、氯(Cl)、镁(Mg)共11种。共占人体总重量99.95％。

1.4 微量元素

占人体总重量的万分之一以下的元素称为微量元素。共占人体总重量0.05％。

1.5 人体必需的微量元素

人体必需的微量元素有铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、钼(Mo)、锰(Mn)、铬(Cr)、硒(Se)、镍(Ni)、碘(I)、氟(F)、钒(V)、锡(Sn)、锶(Sr)共14种。

人体必需的生命元素以较恒定的含量存于机体的健康组织之中，是维持机体正常生命活动所不可缺少的元素称为必需元素。这些元素一旦缺少，会导致机体生化紊乱、生理功能及机构异常，产生疾病；反之如果及时补充这些元素或通过对机体的调节增加其吸收率，使之恢复到生理要求的正常水平，则可纠正病变，使疾病痊愈。

 

1.6 人体非必需的微量元素

当缺乏这些元素，并不会引起明显的病变或身体机能的紊乱。当然这些因素也可能具有必需元素的部分特征，所以也称为辅助的营养元素。这些元素有铷(Rb)、砷(As)、硅(Si)、硼(B)等4种。

1.7 无害元素

指既没有起到维持机体正常生命活动的作用，又无明显毒性的元素。这些元素有钡(Ba)、铝(Al)、钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)、铯(Cs)、镧(La)和钌(Ru)等8种。

1.8 有害元素

指不但没有对正常生命活动起维持、促进作用，而且其在机体内积聚后会产生明显毒性作用的元素。这些元素有铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、锑(Sb)、铋(Bi)、铍(Be)等6种。

1.9 微量元素的生理作用

1.9.1 运输作用

含铁（Fe）的血红蛋白和肌红蛋白把氧（O）运输到人体内各部位。

1.9.2 促进激素作用

锌（Zn）和铬（Cr）促进胰岛素稳定；

锌（Zn）、铜（Cu）和锰（Mn）促进性激素的分泌。

碘（I）促进甲状腺素的产生。

1.9.3 调控代谢作用

铬（Cr）、镍（Ni）、铁（Fe）、铜（Cu）、钴（Co）、锰（Mn）和硒（Se）等通过酶、激素和神经递质调控代谢过程。

1.9.4 激活酶的作用

微量元素与酶有非常密切的关系，既是酶的结构成分，又是酶的激活剂，锰（Mn）和锌（Zn）等具有激活酶的作用。

1.9.5 促进免疫的作用

锌（Zn）和硒（Se）可显著增强免疫的应答。

硒（Se）能增强白细胞的活性。

锰（Mn）可使抗体生成增加。

1.9.6 抗氧化作用

在自然界和人的身体内存在一种带有未成对电子的分子、原子或离子称作自由基的化学物质，如超氧阴离子自由基（O₂-），有机过氧基（ROO^· ），羟自由基（HO^· ）。这些自由基很不稳定，可对细胞造成氧化损伤。更严重的是，自由基可引发自由基反应。自由基反应是循环式连锁反应。每循环一次都会产生过氧化物，如过氧化氢（H₂O₂）和不饱和氢过氧化物（ROOH）。这些过氧化物也很不稳定，具有很强的氧化作用，可对DNA、RNA、线粒体膜、内质网膜、细胞膜造成过氧化损伤，过氧化损伤是导致衰老和老年多发病，如肿瘤、心脑血管疾病和骨、关节疾患的基本原因。

人体内存在终止自由基反应，清除自由基和过氧化物的物质，这就是抗氧化剂和抗氧化酶。抗氧化剂有：硒（Se）、类黄酮、维生素E、维生素A、维生素C、辅酶Q、谷胱甘肽、半胱氨酸。抗氧化酶有：谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px，含硒Se）、谷胱甘肽还原酶（GSSG-R）、超氧化物歧化酶（SOD，含铜Cu、锌Zn或锰Mn）、过氧化氢酶（CAT，含铁Fe）等，微量元素硒(Se)一方面起抗氧化剂作用，可以清除自由基，抑制自由基反应，并参与辅酶Q的合成，与维生素E有抗氧化协同作用。另一方面参与谷胱甘肽过氧化物酶的合成，是其必需成分。该酶的作用是及时清除自由基反应中产生的过氧化物。微量元素锌(Zn)在清除自由基和过氧化物方面也起重要作用。锌(Zn)以及铜(Cu)和锰(Mn)是超氧化物歧化酶（SOD）的重要成分。该酶的作用是清除自由基。

1.9.7 解毒作用

微量元素锌(Zn)和铜(Cu)能够诱导肝、脑、肾合成金属硫蛋白（MT）。如果人体内有充足的锌(Zn)，就可以诱导合成大量的MT，此时有毒的重金属镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)进入人体内就立即与MT结合，这些重金属与MT结合便失去毒性，锌（Zn）和铜（Cu）便发挥解毒作用。

1.9.8 抗衰老作用

微量元素与衰老的关系表现在两个方面。其一，微量元素通过抑制自由基反应，影响大分子异常交联过程，从而发挥延缓衰老的作用。其二，硅(Si)和铜(Cu)参与大分子的正常交联，保护结缔组织，特别是血管、骨骼和皮肤结缔组织的弹性、硬度和结构的完整。

因此，微量元素通过抑制自由基反应、清除过氧化物在抗衰老方面起重要作用。

1.10 微量元素缺乏症和中毒症

人体内元素，不论是宏量元素还是微量元素，在体内保持一定的正常状态，保持元素的平衡状态，即每种元素在体内有一个正常的剂量范围，这是人类经过长期进化形成的奇妙的调节和控制功能。如果人体长期摄入微量元素不足而引起的疾病，称为微量元素缺乏症，反之，过量摄入微量元素而引起的疾病，称之为微量元素过多和微量元素中毒症。低于人体需要的正常剂量范围值或高于人体需要的正常剂量范围值，所引起人体不适的反应，称之为微量元素剂量效应。营养学家关心的是微量元素缺乏所起的营养缺乏症，毒理学家关心的是微量元素过多所引起的中毒症。元素的过量可能比缺乏更令人担忧，因为某种元素的缺乏易于补偿，而过量则难以排除，或排除过程中产生副作用。现在多数是用元素的拮抗作用排除过量的元素。

1.10.1 元素的剂量效应实例

1.10.1.1  人体内血清铁（Fe）的正常剂量范围值是 0.009～0.030 mmol/L。   

小于或等于0.008 mmol/L时，出现缺铁（Fe）性贫血；大于或等于 0.0394 mmol/L 时，出现血色素沉着病、溶血性贫血、急性肝损伤等；大于或等于 0.0716 mmol/L 时，必需入院治疗。

1.10.1.2  人体内血清镁（Mg）的正常剂量范围值是 0.60～1.20 mmol/L。 

小于或等于 0.60 mmol/L时，出现虚弱、易怒、痉挛、震颤等症状；大于或等于 2.50 mmol/L 时，出现肾功能受损，应给予必要的治疗。

1.10.1.3  人体内血清钙（Ca）的正常剂量范围值是 2.25～2.65 mmol/L。

小于 1.75 mmol/L 时，出现手足抽搐、肌强直等严重症状；大于 2.74 mmol/L 时，出现甲状旁腺机能亢进。大于 3.37 mmol/L 时，出现中毒昏迷，应采取有力的治疗措施。

1.10.2  元素间的相互作用

1.10.2.1  协同作用的元素

Fe.. Co、Cu、Cr、Ni、Mn、P、Zn、Mo、V、As

Cu. Fe、Mn、Mo、F、As、Co、I、V、Si、S

Mn Fe、Co、Cu、Na、Ca、Mg、As、Pb、Zn

Mo Ca、Mg、Cu、Zn、S、P、Fe、I、Se

Ca. Sr、Zn、Mn、Fe、F、Mg、Si

Zn. Na、P、Ca、Fe、Co、Mo、Se

Co. Cu、Zn、Fe、I、Mn、V、As

V . Li、Zn、Mg、Mn、Co、Cu

F .. Fe、Al、Ca、Mg、Cu、B

 

Mg Zn、Mn、Na、Ca、F、V

I..  Cl、Se、Co、Mo、Cu

P .. Zn、Mo、K、Fe、Ca

As. Mn、Fe、Co、Cu

Si  Cu、Ge、Ca

S .. Cu、Se、Mo

Se.. I、S、Mo

Mn Pb、Zn

B. . F

Sr  Ca

Cr. Fe

Ge. Si

 

1.10.2.2  拮抗作用的元素

Se  As、Pb、Cd、Hg、Al、Bi、Sb、Tl、Ag、Ni、S、B、Sn、Sr、Ti、Ba

Co、Cu、Zn、Mn、Cr、Mo、Fe、Pt

Ca.. K、B、P、F、I、Zn、Fe、Mg、Al、Mn、Sr、S、Ni、Cd、Pb、Si、V

Mn. Mg、P、Fe、Zn、Ca、S、Mo、Ni、V、I、Cu、Co、Se、F、Ca

Zn.. Mg、S、Cr、Se、Ca、Fe、Cd、Pb、Hg、Al、Cu、P、Mn

Cu.. Zn、I、S、P、Ni、Fe、Mo、Co、Ag、Cd、Se、Pt

P  Be、Al、Fe、V、Cu、Mn、Mo、Mg、Zn、Na

Fe.  Mn、Co、Cr、Pb、Cd、V、Cu、Al、Ca

I    F、Co、As、Cu、S、Ca、Mn、Hg、Pb

F  Mo、Ca、P、Al、B、I、Mg、Fe、Mn

Mo. S、P、Ni、Cu、Si、W、Pb、Hg、F

Mg. F、Zn、Ca、Mn、P、S、Na

Hg  I、Cu、Se、Zn、Mo、Mg

Pb.  Se、Ca、Zn、Mo、Fe、I

V. . Cr、I、Fe、Ca、P、Mn

Al..  Se、Ca、Zn、P、F、Fe

As.  Se、S、Fe、P、Ca、F

S.  . Cu、I、Se、Mo、Mg

Sn   Se、Zn、Cu、Fe、Ca

Cd.  Se、Ca、Zn、Cu、Fe

Co  Se、Mn、Cu、Fe、I

Cr  V、Zn、Fe、Se

Si .. Al、Ge、Mo

Sr.  Se、Na、Ca

Na  K、Mg、Sr

B   F、Se

 

有的元素之间，既协同又拮抗，有机态时互不影响，过量可抑制。所有箭头两边的元素都是双向调节的。协调的元素如兄弟，一种元素的存在可以促进另一种元素的功能或吸收。拮抗的元素，如冤家，一种元素的存在可以抑制另一种元素的功能或排除。利用元素之间的协调和拮抗作用，为我们提供了平衡体内元素的方法。目前用得最多的是利用元素的拮抗作用，进行排除重金属的中毒，例如利用硒（Se）、锌（Zn）、铁（Fe）、钙（Ca）进行排除铅（Pb）、镉（Cd）、铝（Al）、汞（Hg）和砷（As）等。

 

1.11 人体中存在的元

表1. 人体必需的宏量元素

  

	人体中存在的微量元素（70）

	必需的（14）		可能必需的（11）			非必需的（45）
	铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、铬（Cr）、锰（Mn）、钴（Co）、氟（F）、碘（I）、 硒（Se）、钼（Mo）、锶（Sr）、钒（V）、 锡（Sn）、镍（Ni）		硼（B）、铍（Be）、溴（Br）、锗（Ge）、铷（Rb）、硅（Si）、锂（Li）、铝（Al）、镉（Cd）、铅（Pb）、砷（As）			银（Ag）、金（Au）、铍（Be）、铋（Bi）、铈（Ce）、铯（Cs）、镝（Dy）、铒（Er）、铕（Eu）、鎵（Ga）、钆（Gd）、铪（Hf）、汞（Hg）、钬（Ho）、铟（In）、铱（Ir）、镧（La）、镥（Lu）、铌（Nb）、钕（Nd）、锇（Os、）钯（Pd）、镨（Pr）、铂（Pt）、钋（Po）、镭（Ra）、铼（Re）、铑（Rh）、氡（Rn）、钌（Ru）、锑（Sb）、钪（Sc）、钐（Sm）、钽（Ta）、铽（Tb）、碲（Te）、钍（Th）、钛（Ti）、铊（Tl）、铥（Tm）、铀（U）、钨（W）、铱（Y）、镱（Yb）、锆（Zr）

图2. 人体中存在的微量元素