生命体中的微量元素

生命体中的微量元素

化工系10级高分班潘秋燕学号120101206132

摘要: 微量元素是指占人体总重量万分之一以下的元素,即每人每日需要量在100mg以下的元素，包括常量元素以外的其他各种元素，仅占人体元素总量的0.05%，主要包括铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、硅、锶等。它们虽在体内的含量甚微,却发挥十分重要的生理作用。微量元素与机体的健康关系密切。

关键词:微量元素,代谢,生理功能,，危害

所谓微量元素,在环境地球化学中,是指仅占地球组成部分的0.01%的60余种元素,它们的含量一般在1×10-8～1×10-88之间。在医学领域,从人体的结构来看,占人体总重量万分之一以下者,每日需要量在100mg以下者为微量元素。根据科学研究,到目前为止,被公认与人体健康和生命有关的必需微量元素有14种,即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、硅、锶等。微量元素主要来自食物,动物性食物较植物性食物种类多,含量也较高。微量元素在体内一般结合成化合物或络合物,广泛分布于各组织中,含量较恒定。微量元素在体内主要通过形成结合蛋白、酶、激素和维生素等发挥极其重要的作用。如参与构成生物体内各种酶的活性中心或辅助因子,参与体内物质运输,参与体内激素和一些维生素的形成等。但值得注意的是,微量元素需要量甚微,一般膳食不会引起人体缺乏,若补给过多,则对机体有害。

一、必需微量元素的生理功能

人体中的微量元素大多为过渡元素，是酶中不可缺少的成分。例如，铜、锌、锰、钼等参与多种酶的组成与激活。人体内的酶有近千种，60%以上含有微量元素。微量元素在人体生物化学过程中起着重要的作用，它数量少，能量大，可称之为“生命的火花”，人体的必需微量元素对人的主要生理功能有重要的影响，表现在以下方面：

1．微量元素是构成金属酶和酶的活化剂

酶多是大而复杂的蛋白质，它的作用在于强化生化作用。几千种已知的酶中大多数含有一个或几个金属原子，一旦除去金属原子，这些酶就会失去活性。

2．微量元素是激素和维生素的活性成分

如果一些激素和维生素没有微量元素参与也会失去作用，甚至不能合成。例如，没有碘甲状腺素就无法合成；铬可激活胰岛素；钴是合成维生素B12的主要成分等。

3．微量元素与常量元素的协同

微量元素可协助常量元素的输送，可与体液内与钾、钠、钙、镁等离子协同，可调节渗透压、维持离子平衡和体液酸碱度，以保持人体正常的生理功能。

有些必需微量元素除了具有以上作用外，还有一些特殊作用，如某些微量元素与遗传、与某些疾病的发生、与生长发育等有密切关系。

二、影响微量元素吸收的因素

人体对微量元素的吸收受多种因素的影响，如肠道内的pH、机体内环境的稳定性、微量元素的理化性状、膳食结构的成分以及微量元素的相互作用等。

1．肠道内的pH

在胃液的酸性环境下，微量元素从食物成分中分解出来，呈离子状态，如铁、铜、锰、铬等均可形成可溶性氯化物，有利于其吸收。

2．机体内环境稳态调节

人体在神经、内分泌系统的协同作用下具有调节体内环境使之不受外界环境变化影响从而保持相对稳定的能力，称为机体内环境稳态调节。机体内环境稳态调节的一个典型实例是铁的吸收。

3．微量元素的理化性状

食物中微量元素的理化性状也会影响其吸收。一般情况下，溶解度大、易与氨基酸结合成复合物的元素容易被吸收，而物质的溶解度也受胃肠道pH等因素的影响。一般小分子比大分子易被吸收，有机酸盐比无机酸盐更利于吸收。

4．膳食成分

膳食中的糖类、脂肪、蛋白质、植酸盐、磷酸盐、维生素等的含量对微量元素的吸收有明显影响。如果糖含量增加可使铜吸收明显减少、蛋白质能显著影响铁、铜的生物利用率等。

5．微量元素间的相互作用

对人体必需的微量元素，我们还应当注意元素间的相互协同与拮抗作用。某些金属元素可竞争性结合在消化道黏膜上的同一受体部位，某种元素过多可干扰另一种元素的吸收。某些金属离子如铁、锰对钴的吸收有抑制作用；锌对铜的吸收有抑制作用等。

微量元素是维持人体健康必不可少的，但是在人体内必需保持一种内稳态，这种状态一旦被破坏就会影响健康。某种元素对人体有益还是有害是相对的，关键在于适量。

三、几种必需微量元素在人体代谢情况和生理功能

1. 铁成人体内含铁量为3～5g。其中60%～70%分布于血红蛋白,5%分布于肌红蛋白,细胞色素及含铁酶中约占1%;其余25%～30%以铁蛋白和含铁血黄素的形式贮存于肝、脾、骨髓等组织中。铁吸收的主要部位在十二指肠及空肠上段,柠檬酸、氨基酸、果糖等可与铁结合成可溶性复合物,有利于铁的吸收。

铁的生理功能主要有;(1)合成血红蛋白;(2)合成肌红蛋白;(3)构成人体必须的酶,如细胞色素酶类、过氧化物酶等。此外,铁能激活琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等活性,参与体内能量代谢,并与免疫功能有关。

机体缺铁,导致红细胞生成障碍,造成缺铁性贫血。主要原因有;(1)需要量增加而摄入不足(2)吸收不良(3)长期慢性失血

2. 铜成人体内含量为100～150mg,在肝、心、毛发及脑中含量较高,成人每日需要量为1.5～2.0mg。食物中铜主要在胃和小肠上部吸收,吸收后送至肝脏等

组织。铜蛋白是各组织储存铜的主要形式,肝脏是调节体内铜代谢的主要器官。

铜的生理功能主要是通过构成多种酶的成分来实现的。铜在肝脏中参与铜蓝蛋白的组成,在血桨中使亚铁氧化为高铁,有利于血浆铁的运输;铜还是构成细胞色素氧化酶的成分,参与生物氧化作用;此外,铜还参与多种酶的组成,如酪氨酸酶、多巴胺-β-羟化酶、抗坏血酸氧化酶等。铜的缺乏会导致结缔组织中胶原交联障碍,引起贫血、白细胞减少、动脉壁弹性减弱、神经及精神系统症状等。铜在体内过多可导致铜在肝、脑、角膜、肾等组织器官沉积,造成机体危害。

3.锌人体内含锌为2～3g,遍布于全身许多组织中,不少组织含有较多锌,如眼睛含锌达0.5%。成人每日供给为15～20mg。锌主要在小肠中吸收,动物性食物较植物性食物中的锌吸收好;肠腔内有与锌特异结合的因子,能促进锌的吸收。

锌是80多种酶的组成成分或激活剂。如DNA聚合酶、乳酸脱氢酶、超氧化歧化酶等,在体内发挥着重要作用。(1)锌参与DNA、RNA的结合及蛋白质生物合成等,促进生长发育;(2)参与免疫、防御功能,可能对多种疾病(包括癌肿、风湿、动脉硬化及神经病等)的发生、发展有一定抑制作用;(3)锌还参与胰岛素合成,增强胰岛素的活性;(4)锌与感觉器官有关;(5)锌还与性器官的发育、性征和性机能、生育等均有密切关系。因此,缺锌会导致多种代谢障碍,如儿童缺锌可引起生长发育迟缓、生殖器发育受损、伤口愈合迟缓、皮肤干燥、味觉减退等表现。

4. 碘正常成人体内碘含量25～50mg,大部分集中于甲状腺中。成人每日供给量为0.1～0.15mg。由食物中摄取的碘主要在小肠被吸收,且吸收迅速、完全。吸收入血的碘与蛋白质结合而运输,主要浓集于甲状腺被利用。

碘主要参与合成甲状腺激素。甲状腺激素在调节代谢及生长发育中发挥重要作用。成人缺碘可引起甲状腺肿大,称甲状腺肿。胎儿及新生儿缺碘可引起呆小症(克汀病),患儿表现为生长发育不良、智力低下、体力不佳等。

5.锰成人体内锰含量为10～20mg,分布于全身各组织,其中以脑最高,其次为骨骼、肝、肾和胰腺等组织。成人每日供给量为 2.5～5mg。锰在小肠中吸收与铁吸收机制类似,两者吸收具有相互竞争和相互干扰的作用。

锰参与一些酶的组成,如线粒体中精氨酸酶、RNA聚合酶、超氧化物歧化酶等;还可作为一些酶的激活剂,如异柠檬酸脱氢酶、DNA聚合酶等。因此,锰在糖代谢,脂类代谢和蛋白质、DNA、RNA等合成中发挥重要作用。锰缺乏时,影响上述多方面功能外,还可使蛋白聚糖(如硫酸软骨素)合成减少,影响骨骼的代谢,可引起骨骼发育不良和畸形。体内锰过多时,可引起慢性神经系统中毒,表现为锥体外系的功能障碍。

6.硒成人体内硒含量为14～21mg,主要存在于肝、胰、肾中。主要以含硒蛋白质形式存在。成人每日供给量为50～200μg。食物摄入的硒主要在小肠被吸收,存在于低分子有机化合物(如硒代半胱氨酸、硒蛋氨酸)中的硒较易吸收和利用。

硒的主要生物学功能是作为谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)的必须组成成分,此酶能分解H2O2和清除体内自由基,防止脂质过氧化作用,同时还能加强维生素E的抗氧化作用,因而可保护细胞膜不受过氧化物损伤,维持生物膜正常结构和功能。硒在体内能拮抗和和减低汞、铜、铊、砷等元素的毒性,减轻维生素D中毒病变和黄曲霉毒素的急性损伤;硒还能刺激抗体的产生,使中性白细胞杀菌能力增强,增加机体的免疫功能。除此之外,硒还在视觉和神经传导中起重要作用,并与精子的生成、生育等和关节炎、白内障等疾病都有一定关系。

硒缺乏与多种疾病的发生有关,如克山病、心肌炎、扩张型心肌病、大骨节

病及碘缺乏病等。硒还具有抗癌作用,是肝癌、乳腺癌、皮肤癌、结肠癌、及肺癌等的抑制剂。硒过多也会对人体产生毒性作用,如脱发、指甲脱落、周围性神经炎、生长迟缓及生育力降低等。

7.氟人体内氟含量为2～3g,其中90%存在于骨及牙中。量存在于内脏、软组织及体液中。人每日供给量为1.5～4mg。膳食和饮水摄入的氟主要在胃中吸收。

氟在骨骼及牙齿的形成中有重要的作用。可以防止龋齿的发生和骨质疏松,适量的氟有利于钙、磷在骨骼中沉积,可加速骨骼的形成,增加骨骼的硬度。此外,氟还可直接刺激细胞膜中的G蛋白,激活腺苷酸环化酶或磷脂酶C,启动细胞内cAMP或磷脂酰肌醇信号系统,引起广泛生物效应。

氟缺乏时易发生龋齿,常见于儿童。老年人缺氟常可导致骨质疏松,易发生骨折。饮用一定含氟量的水(以0.7mg/L为宜)可防止龋齿和骨质疏松症。如长期饮用高氟(大于2mg/L)水可使机体氟过多,造成骨质脱钙、骨质疏松、骨变色及骨膜外成骨,牙形成氟斑齿等异常;此外,氟过多还对大脑、甲状腺、肾上腺、胰腺、生殖腺等组织的功能产生一定的损害。

四、有害微量元素

有害微量元素是指存在于生物体内，会阻碍机体正常代谢过程和影响生理功能的微量元素，如铍、铅、汞、砷、镉等。某些有害微量元素长期接触会引起慢性中毒或者致癌。有害微量元素对人体的危害还是明显存在的。

总之，微量元素在人体生命活动中虽然非常重要，但摄入过多反而会对人体产生危害。只要在日常生活中注意合理调节饮食结构，不偏食，就足可以获得满足正常人体需要的微量元素。

参考文献

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