微量元素的作用及其与疾病的关系.docx

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微量元素的作用及其与疾病的关系

微量元素的作用及其与疾病的关系

微量元素在当代以其广泛的生物学作用、生理功能及临床诊断治疗价值吸引了地球化学、医学地理、农业、环境保护、分子生物学、生物化学、营养学、免疫学、遗传学、药理学、地方病学、老年医学、肿瘤学等许多基础医学及临床医学领域的学者，并取得许多令人瞩目的进展。

微量元素在许多疾病的病因学、发病学、诊断学、防治学方面具有重要的意义。

人体内必需的微量元素有铁、锌、铜、锰、铬、钼、钴、硒、镍、钒、锡、氟、碘、硅；非必需的微量元素中属于可能必需的有铷、砷、锶、硼、锗；属于无害的则有钡、钛、铌、锆等；有害的微量元素有铋、锑、铍、镉、汞、铅、铝等。

上述微量元素（占人体总重量的1/10000以下者）与宏量元素（占人体总重量1/10000以上者，包括碳、氢、氧、氮、钙、磷、镁、钠、钾、氯、硫）相比，只占人体总重量的0.05％左右。

一、微量元素的分布及其生理功用

（一）人体内微量元素的含量（表6-14）

表6-14　人体内微量元素的含量

微量元素 

体内存在量

微量元素 

体内存在量 

锰（Mn）

 12-20mg 

铝（Al）

 60mg 

砷（As）

 1-2mg 

汞（Hg）

 13mg 

钡（Ba）

 20mg 

钼（Mo）

 10mg 

镉（Cd）

 50mg

镍（Ni）

 10mg 

铬（Cr） 

6mg 

铷（Rb）

 320mg 

钴（Co）

 1.5mg 

硒（Se）

 6-12mg

铜（Cu） 

80-100mg 

硅（Si）

 2-3g

氟（F） 

3g

锶（Sr）

 320mg 

碘（I） 

11mg 

锡（Sn）

 17mg

铁（Fe） 

3-5g 

钒（V）

 1.5mg

铅（Pb）

 120mg 

锌（Zn）

 2-3g 

（二）微量无素的生理功用

　　⒈微量元素与酶的关系 酶是一种生命现象及生物化学反应的基础。

人体内发现的近1000种酶中有50％-70％的酶含有微量元素或以微量元素的离子作为激活剂。

已知锌与上百种酶有关，铁与数十种酶有关，锰和铜亦与数十种酶有关。

钼与黄嘌呤氧化酶等有关，硒与谷胱甘肽过氧化物酶等有关。

因此微量元素常作为酶的组成成分或激活剂。

⒉微量元素构成体内重要的载体及电子传递系统 铁参与组成血红蛋白、肌红蛋白，运输和储存氧；铁构成的细胞色素系统（细胞色素b、C1、C、aa3，b5、P450等）是重要的电子传递物质；铁硫蛋白作为呼吸链中的电子传递体。

⒊参与激素和维生素的合成　钴组成维生素B12，碘构成甲状腺激素T3、T4，因而微量元素与代谢的调控有密切关系。

⒋微量元素影响免疫系统的功能，影响生长及发育 锌影响生长发育，能增强免疫功能，硒能刺激抗体的生成，增强机体的抵抗力。

　　二、微量元素与疾病的关系

不论必需微量元素缺乏或过多，有害微量元素接触、吸收、贮积过多或干扰了必需微量元素的生理功能和营养作用，都会引起一定的生理及生物化学过程的紊乱而发生疾病。

反之，在各种疾病情况下，会对微量元素的吸收、运输、利用、储存和排泄产生一定的影响。

　　微量元素缺乏或过多，可导致某些地方病的发生。

例如缺碘与地方性甲状腺肿及呆小病有关；低硒与克山病和大骨节病有关；缺锌与伊朗乡村病和肠原性肢端皮炎有关。

接触或吸收过量的有害微量元素还可引起种种职业病，即使是必需微量元素，像铁、铜、钴、锰等进入机体过多也会引起急性或慢性中毒。

如接触六价铬可引起特征鹰眼状铬溃疡及鼻中隔穿孔；砷过多引起砷性皮肤癌及中毒；还有锰中毒、铁中毒、锌中毒等。

　　微量元素的检测还可用作某些疾病的诊断指标，对于某些微量元素缺乏症还可用补充微量元素的方法进行治疗。

（一）微量元素的缺乏症与过多症

　　⒈微量元素的缺乏症 微量元素的缺乏可导致缺乏症的出现，现将重要的微量元素缺乏症列于表6-15

表6-15　微量元素的功能与缺乏症

微量元素

功能

缺乏症

锌（Zn）

细胞分裂，核酸代谢，生长，辅助因子

伊朗乡村病，肠原性肢端皮炎

铁（Fe）

造血原料，构成细胞色素类

缺铁性贫血

铜（Cu）

Hb合成，结缔组织代谢

贫血，毛发异常，脑功能障碍

铬（Cr）

构成葡萄糖耐量因子 耐糖能力↓，

糖尿病，动脉硬化

碘（I）

构成T3、T4，促进生长、发育 地方性

甲状腺肿，呆小病

钴（Co）

构成维生素B12，造血

恶性贫血，甲基丙二酸尿症

硒（Se）

抗氧化

克山病，大骨节病

锰（Mn）

多种酶的激活剂

生长发育迟缓，中枢神经系异常

氟（F）

骨、牙齿形成

龋齿

⒉微量元素的过多症　例如铁过剩的血色沉着病（hemochromatosis）时，铁吸收过多，在心、胰腺、睾丸、肝内沉积，导致纤维化，造成心肌损害、糖尿病、性腺功能不全及肝硬化。

先天性铜代谢异常的Wilson病时由于转运铜的铜蓝蛋白生成减少，使过剩的铜在脑的基底核和肝中沉积，出现神经症状及肝硬化。

锌过多可引起发热；锰过多可导致中枢神经障碍、运动失调；钴过多可造成心脏病、甲状腺功能异常、听觉障碍等；锡过多可造成呕吐、腹泻、腹痛及肝脏损伤；汞中毒时发生“水俣病”；镉中毒造成疼痛、肾损伤及骨折的“疼痛病”。

三、重要微量元素的生物学作用及代谢

（一）锌（Zn）

⒈锌的生物学作用 锌是当代微量元素研究中非常活跃的课题之一。

　　⑴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。

　　⑵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。

　　⑶增强免疫及吞噬细胞的功能：

缺锌后免疫功能减退。

⑷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。

　　⒉锌在体内的代谢　正常成人体内含锌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。

肌肉内储锌全身锌的62.2％，骨中的锌占全身体内锌的28.5％。

正常人从普通膳食中每日摄取10-15mg锌，吸收率为20％-30％，主要在小肠内和胰腺分泌的小分子量配体－前列腺素E2结合后，经小肠上皮细胞吸收。

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。

　　含锌丰富的食物有谷类、粗粮、蛋黄、瘦肉、鱼、牡蛎和坚果等。

（二）铜（Cu）

　　⒈铜的生物学作用

　　⑴参与造血及铁的代谢：

铜主要影响铁的吸收，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。

　　⑵构成体内许多含铜的酶（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）。

　　⑶与DNA结合，在DNA两条链中形成架桥，形成金属络合物，与维持核酸结构的稳定性有关。

　　⑷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。

　　⑸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谢、黑色素的生成以及神经递质的代谢，因而对中枢神经系统的功能、智力及精神状态、防御功能及内分泌功能等均有重要影响。

　　临床上可测定血浆铜蓝蛋白的氧化酶活性，亦可测定血浆铜蓝蛋白，还可测血清铜。

　　血浆铜蓝蛋白：

正常成人在25-43mg/dl之间，在肝豆状核变性（Wilson病，为铜在肝、脑等组织中沉积的慢性内源性铜中毒，为常染色体性隐性遗传性疾病）和Menke综合征（以中枢神经病变为主的、头发卷曲色浅为特征的婴幼儿缺铜性遗传疾病）时明显减低。

　　血浆铜蓝蛋白氧化酶活性：

正常人在66-140单位/L之间。

心肌梗死、传染病、肝癌及转移性肿瘤患者明显升高，Menke综合征及Wilson病时显著降低。

　　血清铜：

成人在105-114mg/dl之间，女性稍高于男性。

尿铜：

24小时在70μg以下，肝豆状核变性、肾病综合征、急性铜中毒、急性病毒性肝炎、肝硬化时尿铜增加。

　　毛发铜含量较为恒定，能反映机体营养状态，正常成人平均值9.5-23μg/g。

　　⒉铜的代谢 铜主要参与造血及酶的合成。

正常人体内含铜100mg-200mg，平均150mg左右，约50％-70％的铜存在于肌肉及骨骼内，20％存在于肝。

肝是重要的储铜库，5％-10％的铜分布于血液中，微量的铜以酶的形式存在于组织中。

一般成年人每日从食物摄取2mg铜已能满足生理需要，富含铜的食品是牡蛎、蛤类、小虾及动物肝肾等。

正常人每天从各种渠道排泄铜2mg左右，肠管可能通过含铜复合物的上皮细胞的脱落而排泄铜。

　　（三）硒（Se）

　　⒈硒的生物学作用

　　⑴硒是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的必需组成成分：

每摩尔的酶含有4毫摩尔的硒，该酶催化的反应为：

　　2GSH＋H2O2→GSSG＋2H2O

　　2GSH＋ROOH→ROH＋GSSG＋H2O

　　通过GSH-Px的作用，在清除自由基、分解过多的H2O2，减少过氧化物、保护细胞膜、保护细胞敏感分子（DNA、RNA）中占有重要地位。

　　⑵硒参与辅酶A和辅酶Q的合成，促进α-酮酸脱氢酶系的活性，在三羧酸循环及呼吸链电子传递过程中发挥重要作用。

　　⑶硒与视力和神经传导有密切关系，虹膜及晶状体含硒丰富，视网膜的视力与含硒量有关。

硒是光电管基础物质之一，硒在视网膜、运动终板中可能起着整流器及蓄电器的作用。

⑷硒能拮抗某些有毒元素及物质的毒性：

硒可在体内外减低汞、镉、铊、砷等的毒性作用。

　　⑸硒能刺激免疫球蛋白及抗体的产生，增强机体对疾病的抵抗力。

　　⑹硒与心血管结构和功能的关系：

硒可防止镉引起的实验性高血压，并可防止冠心病及心肌梗死。

硒参与保护细胞膜的稳定性及正常通透性，抑制脂质的过氧化反应，消除自由基的毒害作用，从而保护心肌的正常结构、代谢和功能。

投予亚硒酸（每周0.5-1mg）可有效地防治克山病的发生。

　　⑺硒能调节维生素A、C、E、K的代谢。

　　⑻硒的抗肿瘤作用：

许多报道表明结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、直肠癌及白血病等的死亡率与其居住地区土壤的硒含量、日摄取量以及血硒水平呈逆相关关系。

动物致癌试验中观察到硒对动物的实验性皮肤癌、肝癌、结肠癌、乳癌、肺癌等均有显著的抑制作用，且此种抑癌效果还受食物中维生素A、C、E等含量的影响。

关于硒化合物的抗癌作用机制尚未阐明，可能与硒能抑制致癌物质的致突变性、或改变致癌物的代谢、或通过抗氧化作用而抗癌。

有报道硒化合物能促进肝癌细胞及白血病细胞的再分化，通过促分化而抗癌。

　　⒉硒的代谢　 1957年Schwarz证明硒是动物体内必需的微量元素。

人体内硒的含量约14mg-21mg，以肝、胰腺、肾中的含量较多，人类对硒的摄入量受环境及食物含硒量的影响。

富含硒的食品有蒜、芝麻、啤酒、酵母、蘑菇、小虾、鱼类、肝、肾等，富硒中药有黄芪、地龙等。

人对硒的摄入量不应低于40μg/d，一般认为成人每日从食物中约摄取60μg-350μg的硒，每日由尿约排泄约50μg，由粪排泄80μg，由汗排泄20μg，在血浆内的硒主要与α及β-球蛋白结合而运输。

　　我国不同地区报道的成人全血硒为0.028-0.033μg/ml，还有报道为0.099-0.160μg/ml。

克山病区成人及儿童全血硒显著低下，分别为0.018-0.025μg/ml及0.017-0.024μg/ml。

癌瘤时血硒明显减少，特别是消化道癌肿病人血硒降低更为显著，往往表明癌的转移、多发或低分化程度。

　　尿硒成人平均为11.9±2.6μg/24h，克山病区成人尿硒明显降低，平均为7.9±2.6μg/24h。

　　（四）铬（Cr）

　　⒈铬的生物学作用

　　⑴铬形成葡萄糖耐量因子（GTF），使胰岛素与膜受体上的-SH基形成-S-S-键，协助胰岛素发挥作用。

　　⑵降低血浆胆固醇及调节血糖。

　　⑶促进血红蛋白的合成及造血过程。

　　⒉铬的代谢　成人体内含铬6mg，日摄入量5-115μg，进入血浆的铬与运铁蛋白结合运至肝脏及全身。

富含铬的食品有红糖、麦麸、鱼、葡萄汁、啤酒酵母等，铬主要随尿排泄，3-60μg/d。

（五）钴（Co）

　　⒈钴的生物学作用　人类不能利用钴合成维生素B12，主要从能合成维生素B12的动物及细菌摄取，维生素B12在人体内参与造血。

维生素B12参与体内一碳单位的代谢，参与脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成，维生素B12缺乏可导致叶酸的利用率下降，造成巨幼红细胞性贫血。

维生素B12促进铁的吸收及储存铁的动员，它还促进锌的吸收，提高锌的活性。

　　⒉钴的代谢　正常成人体内含钴1.1-1.5mg，一般从普通膳食中摄入钴150-450μg/d，吸收率63％-97％，每日吸收钴190-290μg，钴通过小肠进入血浆后由三种运钴蛋白（transcobalbmin Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）结合后运至肝脏及全身，主要由尿排泄，每日排泄量约等于吸收量。

当内因子缺乏、运钴蛋白缺乏、摄入量不足或因消化系统疾病而干扰吸收时，可造成钴及维生素B12缺乏。

全血及血清钴10.8±6.0ng/ml，在恶性贫血、急性白血病时降低，慢性粒细胞白血病、淋巴肉芽肿时血钴升高。

　　富含钴的食品有小虾、扇贝、肉类、粗麦粉及动物肝脏。

检测血清不饱和维生素B12结合力（UBBC）及血清维生素B12正常人血清UBBC为0.7-1.6μg/L，血清维生素B12为0.16-0.75μg/L，这两项指标有利于肝癌的诊断。

有些AFP不增高、HBsAg阴性的肝癌病例，UBBC及维生素B12亦可显著增高。

（六）锰（Mn）

⒈锰的生物学作用

　　⑴锰的多种酶的组成成分及激活剂：

锰是精氨酸酶、脯氨酸酶、丙酮酸羧化酶、RNA聚合酶、超氧化物歧化酶的组成成分，又是磷酸化酶、醛缩酶、半乳糖基转移酶等的激活剂，与蛋白质生物合成、生长发育有密切关系。

　　⑵参与造血、卟啉合成、改善机体对铜的利用。

　　⑶构成Mn-SOD，有抗衰老作用：

衰老时Mn-SOD活性降低，肿瘤细胞内Mn-SOD活性亦降低。

故Mn具有抗衰老抗肿瘤作用。

　　⒉锰的代谢正常成人体内含锰12-20mg，分布于一切组织，每日从一般食物摄入锰0.7-22mg，吸收率为3％-4％。

吸收的锰经小肠壁进入血流，与β1-球蛋白或“运锰蛋白”结合后，迅速运至富含线粒体的细胞中，血锰5-15μg/L，人体内的锰主要由肠道、胆汁、尿液排泄。

坚果、茶叶、叶菜、谷类富含锰。

　　（七）钼（Mo）

　　⒈钼的生物学作用

　　⑴钼是构成黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶、亚硫酸氧化酶等氧化酶的组成成分，可解除有害醛类的毒性。

　　⑵参与电子的传递及铁从铁蛋白的释放及铁的运输。

　　⑶钼有抗癌作用，缺钼地区食管癌发病率高，钼构成亚硝酸还原酶（植物），降低环境中亚硝酸含量，减少致癌物亚硝胺的生成。

　　⑷钼与心血管疾病有关，洋地黄类施用钼肥可提高产量及强心甙疗效。

　　⒉钼的代谢　成人体内含钼9mg左右，分布于全部组织及体液中。

一般成人每日由普通膳食中摄入钼300μg，吸收率为40％-60％，随食物及饮水进入消化道的钼化物可迅速（10分钟）被吸收，80％与蛋白质结合，血清钼590ng/dl，而在食管癌高发区血清钼明显减低为220ng/dl-290ng/dl，癌症病人、心律不齐病人均可有血钼降低，白血病及缺铁性贫血时血清钼增高。

　　富含钼的食品有豆荚、肝、肾、酵母、牛乳及粗麦粉等。

　　高钼地区痛风发病率高，可能与黄嘌呤氧化酶活性增高、尿酸生成增多有关。

　　（八）氟（F）

　　⒈氟的生物作用 氟为骨骼牙齿的必需组分，与牙齿及骨的形成有关，可增加骨硬度及牙齿的耐酸蚀能力。

缺氟易生龋齿，氟过多可引起骨密度增加和斑釉齿，氟在细胞内可抑制多种酶的活性，干扰胶原的合成。

　　⒉氟的代谢　成人体内含氟量2.6g左右，主要在骨骼、牙、指甲、毛发中。

每日约摄入2.4mg的氟，大部分由尿排泄，每日排出约2.4mg。

　　富含氟的食品有海味（牡蛎）、葱、豆类、茶叶等。

　　（九）碘（I）

　　⒈碘的生物学作用　碘是1850年即已发现的必需微量元素，主要构成甲状腺激素T3、T4。

甲状腺激素维持正常生长发育及智力发育，调节能量代谢。

缺碘可发生地方性甲状腺肿和呆小病，碘过多可造成碘中毒，刺激甲状腺功能亢进。

　　⒉碘的代谢　人体含碘量约为11mg，每日成人需摄入50-100μg的碘，为防治地方性甲状腺肿，应普遍食用加碘食盐。

　　此外，近年来对锗这一微量元素的研究日益增多，据报道有些有机锗（如Ge-132）化合物可以提高人体免疫力，诱导干扰素生成，有抗衰老抗肿瘤的作用。

有人主张锗是可能必需微量元素。

　　总之，微量元素在生命科学中的作用、微量元素与地方病、微量元素与职业病、微量元素与衰老、微量元素与肿瘤等领域的研究近十余年来极为活跃，是临床生物化学中令人瞩目的篇章。