生物无机化学Word格式.docx

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关键词：

氢化物-原子荧光法；

食用菌；

微量元素硒；

动物禽类

1前言

1.1微量元素硒的概述

硒是由瑞典化学家Berzelius在1817年于硫酸厂铅室底部的红色粉状物质中首次发现的，在环境中硒主要分布在岩石、土壤、大气、水和生物圈中。

在被发现之初的一百多年时间里，硒一直被认为是一种非营养元素，这一认知一直持续到美国学者于1957年在对硒的研究中发现其具有营养作用，1972年又经试验证明，谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）的活性成分就是硒，从此硒不再被认为是非营养元素，WHO也于第二年宣布：

硒是人类必需的微量元素，1988年硒被中国营养学会列入必需营养元素的名单。

1.1.1硒的理化性质

硒的原子序数为34，位于金属元素和非金属元素的分界线附近，因此硒同时具有金属性和非金属性。

正常情况下硒在动物体内完全以化合态形式存在，分为高分子量和低分子量两类，低分子量类大多数为含硒氨基酸，如硒代半胱氨酸、硒代肌氨酸、硒代牛磺酸等，同时还有一些无机含硒物质如亚硒酸钠和硒酸钠等；

高分子量类以含硒酶类和含硒蛋白质为主，如谷胱甘肽过氧化物酶、甘氨酸还原酶等。

1.1.2硒在机体内的摄入与代谢

硒的主要主要经消化道被摄入体内，在胃肠道被吸收进入血液和血浆蛋白或者是球蛋白结合，以大分子形式被输送至组织器官中。

国内外研究报道都证实，有机硒和无机硒的代谢途径不尽相同。

无机硒通过与还原态的辅酶A、还原氢、ATP等反应，生成H2Se，进而经含硒氨基酸转化为蛋白质或者甲基化氨基酸排出；

有机硒的代谢路径比无机硒要复杂，摄入剂量很大的情况下，硒的代谢与硫代谢产生代谢通路，而摄入剂量较小时则不然。

举例说来，正常情况下亚硒酸钠（无机硒）在畜禽体内主要是通过肝脏进行代谢的，所以肝脏中硒含量会在饲粮添加亚硒酸钠之后显著增加；

而蛋氨酸硒（有机硒）则在无机硒代谢途径的基础上另有一条通过蛋氨酸代谢的途径，作为蛋氨酸的类似物，蛋氨酸硒可以在肽链合成过程中代替前者，不过关于有机硒的详细代谢机制目前仍不太清晰。

一般情况下，动物主要通过排泄和排遗的方式清楚体内过多的硒，但据一些研究报道，动物饲粮中硒水平大幅增加时，也会通过呼吸的方式排出多余的硒。

1.1.3硒的生理生化作用及调节

1.1.3.1抗氧化作用

动物体内有大量的游离性UFA，这些UFA会和氧自由基等物质进行反应，生成过氧化物。

此反应具有多米诺骨牌效应，一旦开始就会引发组织细胞的细胞膜脂质层的过氧化反应。

动物体对此的防御机制包括两个方面，其一是非酶促防御反应，即通过维生素A、维生素C、CoQ以及醇类和某些酚羟基化合物等抗氧化物质进行对抗；

其二是酶促防御反应，即通过体内的抗氧化酶类如谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）、超氧化物歧化酶（SOD）、硫氧还蛋白过氧化物酶等。

它们都可以有效的清除动物体内的羟基自由基和单腺态氧等氧自由基并使自由基型解聚过程终止。

硒是GSH-Px的活性中心，因此GSH-Px活性通常被认为是判定硒在动物体内活性的反映和主要依据之一。

根据孙忠军等[1]报道，雏鸡体内GSH-Px的活性与其体内硒浓度成正相关，且GSH-Px的活性变化始终滞后于硒的浓度变化；

而李宣海等[2]的研究证实,大鼠红细胞中的GSH-Px的活性在补充适量硒（0.2mg/kg）的情况下提高,同时血清丙二醛（MDA）含量降低。

1.1.3.2促进免疫

硒对机体的体液、细胞免疫功能都有明显的提高，硒可以增强细胞免疫应答的作用，有利于TC细胞的诱导，还可以使其细胞毒性增强，并且中性粒细胞等在吞噬过程中的存活率和吞噬率会大幅提高。

其作用机理如下：

硒可以胸腺、脾脏、法氏囊等淋巴器官的结构趋于致密，减少网状细胞数量，提升各种白细胞的数量和能力，从而导致不同程度的免疫增强；

同时由于硒是GSH-Px的活性成分，如果硒不足，白细胞和巨噬细胞中的GSH-Px活性会随之下降，进而使细胞内堆积过氧化物而导致细胞活力下降，使动物体对病原体的抵抗力下降；

硒在血液和组织中主要存在形式是各种硒蛋白，当动物体内硒缺乏时，GSH-Px中的硒就会被释放出来，重新成为合成硒蛋白的原料以补充硒蛋白的不足，从而导致GSH-Px的活性缺乏，其清除过氧化物能力下降甚至丧失。

1.1.3.3提高基础代谢率

甲状腺具有增加组织细胞的耗氧率、提高基础代谢率的生理功能。

甲状腺可分泌三碘甲腺原氨酸（T3）和四碘甲腺原氨酸（T4），T3是在甲状腺及其外周组织中由T4通过脱碘酶的催化转化作用脱碘而成的，同时生长激素的合成也与T3有关。

不同种类脱碘酶的活性与硒都紧密相关，硒可以调节脱碘酶活性的方式来达到调节甲状腺的目的，使其维持正常生理功能[3]。

1.1.3.4对动物繁殖性能的影响

畜禽的精子中具有含硒蛋白，所以硒是雄性动物正常产生精子必不可少的，在种公牛、种公羊等种公畜的饲粮中添加硒可明显提高种畜的繁殖力。

精子对自由基非常敏感，硒就是通过GSH-Px的抗氧化作用来保护精细胞的，如果公畜缺硒，睾丸内GSH-Px活性下降，进而导自由基活性提高，最终使精子活力降低，从而影响种公畜的繁殖能力和经济价值。

对于种母畜来说，硒具有提高母畜繁殖率，减少胚胎死亡，防止妊娠母畜流产等作用，其机理可能是由于在缺硒情况下，子宫肌的生理功能容易受到破坏。

1.1.3.5抗应激

动物的应激反应是工业化畜禽生产过程中无法避免的老大难问题之一，对于幼畜和妊娠母畜来说，各种应激更是强烈。

根据国内外相关报道，动物缺硒时会显著降低甲状腺素浓度，而甲状腺素的功能之一就是提高耗氧率和组织代谢水平，增加机体产热量。

因此，缺硒时会降低动物冷应激的能力，使动物抵抗寒冷的能力下降。

1.1.4硒的需要量、缺乏及硒中毒

1.1.4.1硒的需要量

影响动物硒的需要量的因素有很多，畜禽种类、年龄、个体差异、饲养环境和饲粮种类等都可对动物硒的需要量产生不同程度的影响。

硒的缺乏与中毒之间范围的平台期很窄，美国NRC（1994）推荐家禽对硒需要量为0.1mg/kg，最大耐受量为2mg/kg；

法国AEC（1992）和美国NRC（1994）建议肉用仔鸡日粮中硒的营养需要量分别为0.15mg/kg、0.2mg/kg，美国FDA（2007）规定，生长期蛋用鸡在0～6和7～20周龄分别为0.15mg/kg、0.10mg/kg，而我国规定0～6周和6周龄以后蛋鸡对硒需要量分别为0.10mg/kg、0.15mg/kg；

。

众多实验表明，给鸡饲料中添加0.1～0.25mg/kg硒，己能满足肉用鸡、蛋用鸡生长和繁殖的需要。

但是在规模化养殖下以及一些环境的应激，对硒的需求量会比理论值高一些。

其它种类动物关于硒的需要量方面，美国NRC规定仔猪硒需要量为0.3mg/kg，育肥后期和种母猪为0.15mg/kg。

美国NRC规定奶牛硒需要量为0.3mg/kg，肉牛0.2mg/kg，羊为0.1～0.2mg/kg，一些资料表明，奶牛妊娠后期的硒能有效地穿过胎盘，保证出生的牛犊不缺硒。

1.1.4.2硒缺乏

大量研究试验证实，硒缺乏会导致多种动物免疫机能降低，而在饲粮中补充硒可有效的提高动物免疫机能，因此，硒可作为免疫调节剂使用。

硒缺乏造成硒蛋白质酵素活性下降。

若硒以外之营养状况良好，硒缺乏仅造成轻微的临床症状。

若伴有营养不良、化学药物、感染等压力，则会动物会出现严重病症。

例如：

硒缺乏加上维生素E缺乏可导致大鼠与猪的之脂质过氧化与肝脏坏死，使猪、牛、羊的心脏损伤。

在受感染的小鼠体内，硒缺乏可导致非致病性的coxsackieB3病毒转变为具致病性的病毒，而造成小鼠的心肌炎。

国内外研究显示，动物硒缺乏的症状或疾病主要有以下几个方面：

营养性肝萎缩，动物死前会出现厌食和精神萎靡等症状；

肌营养不良，即肌萎缩，依据不同动物可能出现行动困难、步伐僵直、骨骼肌和平滑肌的萎缩等症状，硒缺乏严重时全身麻痹；

渗出性素质，死亡动物的胸腹部、大腿、下颌、颈部皮下有轻重不同的浆液性渗出，渗出物中含有血液，其中以胸腹皮下最严重。

十二指肠与空肠黏膜充血、出血，胆囊大，充满黑绿色胆汁，其他器官一般没有明显的变化，低日龄幼雏由于小脑部出血渗出可使颈部皮下呈茶色水肿液；

繁殖性能下降，缺硒会导致繁殖畜禽的受精率、家禽产蛋率和孵化率均下降，家畜出现死胎、流产、幼畜成活率低等症状；

免疫机能下降，动物体缺硒时体液免疫功能会下降，以及免疫器官发育不良和损害等症状。

1.1.4.3硒中毒

硒中毒按作用机理不同可划分为一般毒性和特殊毒性两种，两种毒性又可有不同的具体划分[4]。

一般毒性根据硒摄入的时间以及摄入剂量，可分为急性中毒和慢性中毒两类。

急性毒性即为在短时间内摄入大剂量硒后产生的毒性反应，如饲粮硒剂量超过20μg/g或者注射剂量超过1.65mg/kg时将产生急性中毒，根据胡滨的报道，小鼠口服亚硒酸钠的半数致死量（LD50）为3.86mg/kg；

长时间摄入硒不仅会具有毒害作用，还会在动物体内出现明显蓄积作用，覃秀桃等[5]发现，长时间给大鼠饲喂含有0.9-3.86mg/kg的饲粮，可使老年大鼠体内GSH-Px活性降低，使大鼠生存时间缩短。

特殊毒性指的是进入动物体内的硒并不是直接依靠硒元素本身的毒性使动物中毒，而是通过和动物体内某些组织器官产生反应，进而间接影响动物机体健康。

根据BISWAS等[6]的研究，低剂量的亚硒酸钠可以诱导血液淋巴细胞的染色体产生畸变，而低剂量的硒酸钠则可以减少和抑制细胞分裂，并且以上过程均呈现出明显的剂量-效应关系；

王娟等[7]用含不同水平亚硒酸钠的双蒸水饲养斯珀雷格·

多雷品系的大鼠，结果显示高硒组大鼠出现明显的胎盘硒中毒现象。

贺俊平等[8]发现大剂量硒对公鸡睾丸产生毒性伤害，睾丸及其相关组织中的生精细胞均观察到损伤现象；

大剂量的摄入硒还会使损害动物的免疫机能，谭玉凤等[9]的研究报告说明，亚硒酸钠对小鼠具有免疫毒性，并且染毒小鼠的免疫功能降低水平和硒水平呈现出明显的剂量-效应和时间-效应关系；

Markus等研究表明亚硒酸钠和硒酸盐在一定浓度下可诱导所有细胞坏死。

1.2.硒的生物学功能

同时也有人认为，硒可能是植物生长的必须元素。

硒具有无机和有机两种化学形态，无机硒包括硒化物、亚硒酸盐、硒酸盐等；

有机硒主要以硒代氨基酸（Seleno-aminoacid）和硒蛋白（Selenoprotein）形式存在。

普遍认为，谷物、大豆和硒酵母中硒主要以硒代蛋氨酸（Se-Met）形式存在，而动物组织中硒主要以硒代半胱氨酸（Se-Cys）存在。

1.2.1.抗氧化作用

谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）即由Se-Cys构成，每摩尔的GSH-Px中含4克原子硒，此酶的作用是催化氢过氧化物和脂质过氧化物转变为水和各种醇类，降低丙二醛（MDA），清除自由基对生物膜的攻击，保护膜免受氧化损伤。

在体内，GSH-Px与维生素E抗氧化的机制不同，两者可以互相补充，具有协同作用。

1.2.2增强免疫力

硒在人体免疫及抗感染方面具有相当重要的地位。

研究发现，增加硒摄入量,能提高血液中免疫球蛋白水平，抑制衰老。

机体硒缺乏导致病毒毒性增强是又一个研究热点，研究表明，一些病毒在寄主缺硒情况下复制，从良性发展为病原性病毒，从而解释了我国每年新的流行性感冒病毒品系出现的原因。

1.2.3防止糖尿病

硒是构成谷胱甘肽过氧化物酶的活性成分，它能防止胰岛β细胞氧化破坏，使其功能正常，促进糖份代谢、降低血糖和尿糖，改善糖尿病患者的症状。

1.2.4防止白内障

硒可保护视网膜，增强玻璃体的光洁度，提高视力，有预防白内障的作用。

1.2.5防止心脑血管疾病

硒是维持心脏正常功能的重要元素，对心脏肌体有保护和修复的作用。

研究发现，血硒水平与心血管壁病的发生呈负相关性。

人体血硒水平的降低，会导致体内清除自由基的功能减退，造成有害物质沉积增多，血压升高、血管壁变厚、血管弹性降低、血流速度变慢，送氧功能下降，从而诱发心脑血管疾病的发病率升高。

科学补硒对预防心脑血管疾病、高血压、动脉硬化等都有较好的作用。

1.2.6防止克山病、大骨节病、关节炎

缺硒是克山病、大骨节病,两种地方性疾病的主要病因，补硒能防止骨髓端病变，促进修复，在蛋白质合成过程中能促进二硫键对抗金属元素进行解毒。

适量补硒对这两种地方性疾病和关节炎患者都有很好的预防和治疗作用。

1.2.7解毒、排毒

硒与金属的结合力很强，能抵抗镉对肾、生殖腺和中枢神经的毒害。

硒与体内的汞、锡、铊、铅等重金属结合，形成金属硒蛋白复合物而解毒、排毒。

1.2.8防治肝病、保护肝脏

在肝癌高发区流行病学调查中发现，肝癌高发区的居民血液中硒的含量均低于肝癌低发区，肝癌的发病率与血硒水平呈负相关，补硒预防癌症实验表明，补硒可使肝癌发生比例下降，使有肝癌家史者发病率下降。

硒还具有一定的抗艾滋病的功效，它对HIV感染病人的生存具有明显延长作用。

同时，在维持男性正常生育功能等方面硒也有很大的作用。

1.3缺硒的临床症状

如果人体缺乏硒，机体细胞就会缺乏自我保护功能，导致全身的组织、脏器功能缺乏。

硒缺乏，相应器官例如肠道、前列腺、乳腺、卵巢、肺的癌症及白血病发病率就会增高；

人体缺硒可导致衰老性视网膜斑点退化、白内障；

人体缺硒是患心血管病的重要因素；

在心脑血管方面表现尤为突出，脑内动脉硬化加重，脑血栓、脑栓塞的发生也会增多，而且脑动脉硬化及脑血栓、脑栓塞通常治疗效果不好；

在肝脏的急、慢性炎症期，由于硒的缺乏，肝脏也会缺乏自我保护功能；

在消化系统方面，由于缺硒，可出现消化性溃疡、原因不明的乳糜样腹泻。

迄今为止，已知人类有490余种疾病与缺硒有着直接的关系。

国际著名的“丹麦哥本哈根大学医院研究小组”研究68项随机对照试验（试验共涉及232，606人），筛选出47项质量较高的试验（共涉及180,938人），通过分析这47项试验发现，单独服用或与其它补充剂一起服用硒可使死亡率降低10%。

世界上富硒地区很少，任何人都可能缺硒。

据不完全统计，全世界有42个国家和地区缺硒，我国有三分之二的地区7亿人口处于缺硒状态。

人体中硒主要从日常饮食中获得，因此，食物中硒的含量直接影响人们日常硒的摄入量。

食物硒含量受地理因素影响很大，土壤硒的不同造成各地食品中硒含量的极大差异。

中国营养学会对我国13个省市做过一项调查表明，成人日平均硒摄入为26∼32微克，2000年南京市民的日常硒摄入量也仅为37.6微克，与中国营养学会推荐的最低限度50微克相差甚远。

1.3.1硒中毒的临床症状

在硒的最初研究中，人们认为硒是一种有毒元素，对牛及其它家畜产生剧烈毒性[10]，影响机体中枢神经系统，引起胎儿中毒和胎儿畸形。

直到科学家发现机体缺硒会导致大鼠肝坏死和家畜肌营养不良症之后，人们才认识到硒同时具有保健功能。

但是机体摄入过量的硒，则会产生中毒症状。

我国有部分高硒地区，土壤含硒量极高。

作物在体内积聚大量的硒，导致这些区域的动物和人口硒中毒。

在世界其它地区，硒中毒的产生主要是由于过量服用药物性硒增补剂或长期从事与硒有关的工业[11]。

从事冶炼、加工、提取硒的工人，长期接触小剂量硒化物的蒸气和粉尘，一般2∼3年后产生头晕、头痛、倦怠无力、口内有金属味、恶心、呕吐、食欲不振、腹泻、呼吸及汗液有蒜臭味，还可有肝肿大、肝功能异常，自主神经功能紊乱，尿硒增高。

长期过量服用硒制剂，如亚硒酸钠等补硒，同样会造成慢性中毒而出现以上症状。

这说明硒是一把双刃剑，补硒应当合理、适量。

1.4人体内硒的来源和利用情况

1.4.1人体内硒的分布和摄入情况

人体内硒的含量约14mg∼21mg，硒遍布各组织器官和体液，肾中浓度最高。

在组织内主要以硒和蛋白质复合物形式存在。

硒主要在小肠吸收，人体对食物中硒的吸收率为60%∼80%。

经肠道吸收进入体内的硒经代谢后大部分经尿排出。

尿硒是判断人体内硒盈亏状况的良好指标。

硒的其它排出途径为粪、汗。

中国营养学会制定硒的每日摄入量应为：

1岁以内15微克，1∼3岁20微克，4∼6岁40微克，7岁以上的人群每日50微克含硒食物，克山病地区成人硒摄入量可增加到70微克。

美国推荐成年男女硒的每日摄入量分别为每天70微克和50微克；

英国则为75微克和60微克。

1.4.2硒的研究现状

近几年，随着医学的发展，对微量元素重要作用的认识日益加深，对微量元素的研究也越来越多。

硒作为人体必需的微量元素，人们在食品、医疗、环境等各个方面对其展开了广泛的研究和应用。

食品方面开展食物中硒的研究和富硒食物的培育；

医学方面开展通过服用硒制剂和摄入富硒食物来治疗一些缺硒造成的疾病；

环境方面研究硒的价态和硒在土壤中的分布特征等。

2硒的分析方法

硒的检测方法有电化学法、分光光度法、荧光法、氢化物原子吸收法、高效液相色谱法、气相色谱法、质谱法、原子荧光法等多种检测方法。

在以上所有的检验方法中，氢化物-原子荧光法具有准确度高、灵敏度好、方法简单、适用范围广等优点。

2.1原子发射光谱法

原子发射光谱法主要是电感耦合等离子体-原子发射光谱法（ICP-AES），ICP-AES法灵敏度高、化学干扰少、线性范围宽、方便快捷，可进行多种微量元素的同时测定[12]。

但是ICP-AES价格较为昂贵，不利于普通实验的装备使用。

2.2原子吸收光谱法

AAS分析法是硒的主要分析方法之一。

主要包括石墨炉原子吸收法（GF-AAS）和氢化物发生-原子吸收法（HG-AAS）。

AAS分析法的特点是取样量少，灵敏度高。

缺点是基体干扰复杂，消除基体干扰和选择最佳条件是测定结果可靠的关键。

2.3分子光谱分析法

2.3.1荧光光谱法

分子荧光光谱法是较成熟的测硒方法，是基于Se（Ⅳ）与2，3-二氨基萘（DAN）及其衍生物形成的Se-DAN类配合物受激发能产生荧光的原理，准确度和灵敏度都高[13]，可用于硒价态分析，适测范围广。

但该法对酸度和温度要求严格。

2.3.2分子吸收光度法

分子吸收光度法是利用Se（Ⅳ）与DAN，3,3’-二氨基联苯胺（DAB）或双硫腙等形成的配合物的吸收光谱来进行硒的测定。

分子吸收光度法的灵敏度和选择性较其它测硒方法差。

2.3.3电化学分析法

电化学分析方法在测定生物样品中微量硒方面较其它方法有灵敏度高、方便快速、仪器便宜、选择性好。

目前硒测定中主要的电化学方法有溶出伏安法和极谱法。

但是，电化学分析方法在测定时离子的干扰现象比较严重。

2.3.4氢化物-原子荧光分光光度法

氢化物发生进样法的优点主要是：

（1）分析元素能够与可能引起干扰的样品基体分离，消除光谱干扰；

（2）与溶液直接喷雾进样相比，氢化物法能将待测元素充分预富集，进样效率近乎100%；

（3）连续氢化物发生装置易于实现自动化；

（4）不同价态的元素氢化物发生实现的条件不同，可进行价态分析。

原子荧光法的优点是：

非色散系统、光程短、能量损失少；

结构简单，故障率低；

灵敏度高，检出限低，与激发光源强度成正比；

接收多条荧光谱线；

适合于多元素分析；

原子化效率高，理论上可达到100%；

采用日盲管检测器，降低火焰噪声；

线性范围宽，可达到3个量级；

没有基体干扰；

可做价态分析；

只使用氩气，运行成本低；

采用氩氢焰，紫外透射强，背景干扰小[14]。

3.总结

本论文研究目的主要包括以下几方面：

（1）对现有的测定微量元素硒含量的方法进行比较，从而确定一种简单、有效、易于推广的测定方法，既能快速准确地对食用菌中硒的含量进行测定，又能满足不同层次检验机构的需求；

（2）进一步提高样品消化效率，提高测量的检出限和精密度。

在此基础上，对所采集的食用菌样品和动物禽类中硒的含量进行测定，并对造成硒含量差异的原因进行初步的分析；

（3）利用本项研究优化的原子荧光测定方法，测定食用菌、动物禽类中不同价态的硒含量，提高食用菌的生物利用率，为富硒食用菌和富硒食品的培育、选育工作提供一些帮助。

1、与其它测量硒的方法相比，氢化物-原子荧光法具有灵敏度高、干扰少、操作简便、线形范围宽等优点，并且氢化物发生-原子荧光光度计也具有价格低廉，结构简单、稳定性好、操控简便、容易维护和维修等优点。

所以实验选择氢化物-原子荧光法作为测定方法。

2、仪器测量法的重点、难点在于待测样品的前处理。

论文研究工作采用改进消化瓶进行敞开体系酸分解的消解方式，得到了理想的前处理效果。

所用的消化方法不但简单易操作，而且克服了敞开体系酸分解的缺点，提高了样品的回收率，减少了对环境的污染。

实验还对硒含量测定的消化条件和仪器的检测条件进行了优化，使测定微量元素硒含量的效果达到最佳状态。

3、食用菌、动物禽类中微量元素硒含量的测定结果表明，不同品种的食用菌中对硒的吸收利用是不相同的；

不同地区同一种食用菌、动物禽类中的硒含量也不相同；

说明食用菌中的含硒量与土地的硒含量、食用菌品种存在着一定的联系。

4、利用本项研究优化的原子荧光测定方法，可以对元素不同的价态进行分析，通过测定食用菌中不同价态的硒含量，找到有效地解决途径，提高食用菌的生物利用率。

进一步的研究工作，可以为研究食用菌中微量元素硒与疾病预防和人类健康的关系提供有价值的资料。

参考文献

[1]孙忠军，康世良.低硒雏鸡口服亚硒酸钠后机体硒浓度及谷胱甘肽过氧化物酶的活性动态变化规律[J].中国兽医杂志.1999，25（4）：

8-9.

[2]李宣海，汪余勤，程五凤，等.不同硒水平饲料对大鼠抗氧化和肝纤维化