蜂蜜logo设计图片:化学元素与人体

本章教学目的和要求：掌握各种常量、微量元素与人体健康之间的关系；了解与元素有关的疾病和有害微量元素对人体健康的影响。

2.1   常量元素与人体健康

人体内每种元素都有着自己特定的作用，它们彼此之间相辅相成，在人体中构成一个化学平衡，维系着人体的生命活力。

2.1.1  钙Ca

随着社会发展的不断改善，人民生活水平也不断地提高。由于各地传统的饮食习惯，加之食之过精、偏食和不良生活习惯等原因，致使我国一些地区的部分人群，体内钙元素偏低，由于缺钙，使儿童、妇女、老年人甚至青壮年者产生多种疾病。近年来，科学的发展和医学的进步，人们对缺钙的危害性已有了足够的认识。但是现在，广大消费者面临的问题不是买不到钙产品，而是当前媒体对补钙的宣传达到了白热化的程度，几乎造成一种全民缺钙，不分男、女、老、幼，人人需要补钙的一种异常氛围。面对市场上的几百种钙剂，由于质量良莠不齐，而铺天盖地的广告宣传，令人无所适从。因此，消费者只有走出补钙误区，才能明明白白的补钙。

一、钙在人体内的分布

    钙是人体中重要因素，居体内各组成元素的第五位，最丰富的元素之一，同时也是含量最丰富的矿物质元素，它占人体总重量的1.5%～2.0%。大约99%的钙集中在骨骼和牙齿内，其余分布在体液和软组织中。血液中的钙不及人体总钙量的0.1%。正常人血浆或血清的总钙浓度比较恒定，平均为2.5mol/L（9～11mg/dL或4.5～5.8mEq/L）；儿童稍高，常处于上限。随着年龄的增加，男子血清中钙，总蛋白和白蛋白平行地下降，而女子中的血清钙却增加，总蛋白则降低，但依旧比较稳定。 

二、钙的生理功用

⑴钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，起支持和保护作用。

⑵钙对维持体内酸碱平衡，维持和调节体内许多生化过程是必需的，它能影响体内多种酶的活动，如ATP酶、脂肪酶、淀粉酶、腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羟化酶、色氨酸羟化酶等均受钙离子调节。钙离子被称为人体的“第二信使”和“第三信使”，当体内钙缺乏时，蛋白质、脂肪、碳水化合物不能充分利用，导致营养不良、厌食、便秘、发育迟缓、免疫功能下降。

⑶钙对维持细胞膜的完整性和通透性是必需的。钙可降低毛细血管的通透性，防止渗出，控制炎症与水肿。当体内钙缺乏时，会引起多种过敏性疾病，如哮喘、荨麻疹（俗称风块、鬼风疙瘩）、婴儿时湿疹、水肿等。

⑷钙参与神经肌肉的应激过程。在细胞水平上，作为神经和肌肉兴奋-收缩之间的耦联因子，促进神经介质释放和分泌腺分泌激素的调节剂，传导神经冲动，维持心跳节律等。当神经冲动到达神经末梢的突触时，突触膜由于离子转移产生动作电位（钾一钠ATP酶作用下的钾一钠泵运转），细胞膜去极化。钙离子以平衡电位差的方式内流进入细胞，促进神经小泡与突触膜接触向突触间隙释放神经递质。这一过程中钙离子细胞膜内外转移是必须的，同时还依靠钙转移的浓度对反应强度进行调节，钙浓度高时反应强，反之则弱。由于钙的神经调节作用对兴奋性递质（乙酰胆碱、去甲肾上腺素）和抑制性递质（多巴胺、5一羟色胺、Y一羟基丁酸）具有相同的作用，因此当机体缺钙时，神经递质释放受到影响，神经系统的兴奋与抑制功能均下降，在幼儿表现较明显，常见为易惊夜啼，烦躁多动，性情乖张和多汗。中老年表现为神经衰弱和神经调节能力和适应能力下降。

⑸钙参与血液的凝固、细胞粘附。体内严重缺钙的人，如遇外伤可致流血不止，甚至引起自发性内出血。

近年医学研究证明，人体缺钙除了会引起动脉硬化、骨质疏松等疾病外，还能引起细胞分裂亢进，导致恶性肿瘤；引起内分泌功能低下，导致糖尿病、高脂血症、肥胖症；引起免疫功能低下，导致多种感染；还会出现高血压、心血管疾病、老年性痴呆等。

三、钙的需要量及来源  

    许多膳食调查的资料指出，我国人民钙摄入量偏低。中国营养学会推荐的钙供给量标准为：从初生至10儿童，600 mg/d；10～13岁，800 mg/d；13～16岁，1200 mg/d；16～19岁，1000 mg/d，成年男女，600 mg/d；孕妇，1500 mg/d；乳母，2000 mg/d。英国成年男女供给量标准为500 mg/d，孕妇、乳母各1200 mg/d。WHO的标准，成年男女为0.4～0.5g，孕妇乳母为1.0～1.2g。

食物中钙的来源以奶(普通牛奶含钙量1.14mg/g)及奶制品最好，不但含量丰富，且吸收率高，是婴幼儿最理想的钙源。蔬菜、豆类和油料作物种子含钙量也较丰富，其中特别突出的有黄豆(含钙量1.91mg/g)及其制品(豆腐含钙量1.64mg/g)、黑豆、赤小豆、各种瓜子、芝麻、小白菜等。小虾皮、花菜、海带等含钙也很丰富。饮食中应适当增加这些食品。此外，还应根据需要，适当服用葡萄酸钙、乳酸钙等容易吸收的钙制剂。需要注意的是蔬菜或水果中的草酸，以及大量的脂肪，都会阻碍钙的吸收。为提高人体对钙的吸收率，还必需同时摄入丰富的维生素D，或经常晒太阳。因为人体皮肤内的7-脱氢胆固醇经日光中紫外线的照射，可转变成维生素D。

四、影响钙吸收的因素

    ⑴肠道PH条件：食物钙易溶解子酸性条件，尤其是胃酸与钙形成可溶性 CaCI2 最有利于吸收。其他如酸性氨基酸、乳酸等能酸化肠道环境的因素均有利于钙维持溶解而有利吸收。但草酸、碳酸、核苷酸和尿酸等弱酸于钙形成难溶物质，不仅干扰钙的吸收，还引起钙在组织沉淀成为钙化灶，在器官内沉淀形成结石。

    ⑵维生素D：食物中的维生素D以及同化修饰后的羟化维生素D。是钙在肠道吸收的关键因素，足量的羟化维生素D。能加快钙离子在肠黏膜刷状缘积聚，增加细胞内维生素D依赖钙结合蛋白的合成，加速细胞内钙的迁移，使肠组织内钙的分布更广泛均匀。维生素D须在肾脏羟化修饰成维生素D。当肝肾功能受损时维生素D修饰会发生障碍从而影响钙的吸收和代谢。

    ⑶酪蛋白磷酸肽：食物中的钙在胃中与胃酸结合为最有利于吸收的可溶性CaCL2 ，但一旦进入肠道碱性环境就会破坏等电条件，甚至与弱酸结合发生沉淀干扰吸收。酪蛋白是奶中蛋白之一，该蛋白经消化与磷酸结合成为酷蛋白磷酸肽。酪蛋白磷酸肽在小肠与钙结合成可溶性盐，有利于吸收。

    ⑷磷酸与有机酸：大多数有机酸均为弱酸，在肠道的碱性环境中与钙形成难溶物质障碍钙的吸收。钙的吸收需要有磷的存在。食物中的钙磷比例以2：1（钙：磷）为适当，当钙过高磷相对低时钙吸收不良，反之则因形成磷酸钙而沉淀也不能被吸收。    

    ⑸激素： 多种激素会影响钙的吸收，如维生素D 、甲状旁腺素、降钙素、雌性激素、甲状腺素、糖皮质激素、生长激素、雄性激素等。

    ⑹脂肪与蛋白： 高蛋白饮食抑制钙吸收，过多的脂肪膳食又由于脂肪的水解消化，产生的脂肪酸与钙结合成脂肪酸皂钙沉淀而障碍吸收。

    ⑺其它： 钠、钾、氟、镁等元素，中草药和抗生素，抗癫痫药和利尿剂等过量的维生素D治疗均可能障碍钙吸收。恶性肿瘤，肝病和肾脏疾患影响到正常功能的程度是均回影响到钙的吸收与代谢。

研究证实：食物中钙的吸收率随龄下降（与年龄成反比）。婴儿：大于50% ；儿童：40%左右；成年人：20%左右；40岁以后，钙的吸收率直线下降，不论其营养状况如何，平均每十年减少5～10%。

    以此为依据，成年人，尤其是老年人应重视补钙。婴儿及儿童应重视钙的自然摄入和适当补钙。但从物质代谢平衡角度，补钙应该在“完全膳食”的基础上，针对不同人群的生理特点分别进行。    

2.1.2  磷

正常人体中含磷量750g～1130g，居体内各组成元素的第六位。常见的氧化形式有-3、+3和+5价，其中对生命有实际意义的是+5价。

磷是构成人体骨骼和牙齿的主要成分。骨骼和牙齿中的磷占人体总磷量的85％。身体内90％的磷是以磷酸根（PO₄^3－）的形式存在。牙釉质的主要成分是羟 基磷灰石Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆和少量氟磷灰石Ca₁₀F₂(PO₄)₆、氯磷灰石Ca₁₀Cl₂(PO₄)₆ 等。羟基磷灰石是不溶性物质。当糖吸附在牙齿上并且发酵时，产生的H⁺和OH^－结合生成H₂O及PO₄^3－，就会使羟基磷灰石溶解，使牙齿受到腐蚀。如果用氟化物取代羟基磷灰石中的OH^－，生成的氟磷灰石能抗酸腐蚀，有助于保护牙齿。磷也是构成人体组织中细胞的重要成分，它和蛋白质结合成磷蛋白，是构成细胞核的成分。此外，磷酸盐在维持机体酸碱平衡上有缓冲作用。成年人每天摄取800mg ～ 1200mg磷就能满足人体的需要。当人体中缺磷时，就会影响人体对钙的吸收，就会患软骨病和佝偻症等。因此，必须注意摄取含磷的食物。成年人膳食中钙与磷的比例以1.5:1.1为宜。初生儿体内钙少，钙与磷的比例可接近5:1。

磷摄入或吸收的不足可以出现低磷血症，引起红细胞、白细胞、血小板的异常，软骨病；因疾病或过多的摄入磷，将导致高磷血症，使血液中血钙降低导致骨质疏松。

如果摄取过量的磷，会破坏矿物质的平衡和造成缺钙。因为磷几乎存在于所有的天然食物中，在日常饮食中就摄取了丰富的磷，不必再专门补充。特别是40岁以上的人，由于肾脏不再帮助排出多余的磷，因而会导致缺钙。为此，应该减少食肉量，多喝牛奶，多吃蔬菜。

一般国家对磷的供给量都无明确规定；因一岁以下的婴儿只要能按正常要求喂养，钙能满足需要，磷必然也能满足需要；一岁以上的幼儿以至成人，由于所吃食物种类广泛，磷的来源不成问题，故实际上并无规定磷供给量的必要。一般说来，如果膳食中钙和蛋白质含量充足，则所得到的磷也能满足需要。

美国对磷的供给量有一定的规定，其原则是出生至一岁的婴儿，按钙／磷比值为1.5：1的量供给磷；一岁以上，则按1：1的量供给磷。

人类的食物中有很丰富的磷，几乎所有的食物都含磷，特别是谷类和含蛋白质丰富的食物，常用的含磷食品主要有豆类、花生、鱼类、肉类、核桃、蛋黄等。在人类所食用的食物中，无论动物性食物或植物性食物都主要是其细胞，而细胞都含有丰富的磷。故人类营养性的磷缺乏是少见的。但由于精加工谷类食品的增加，人们也在面临着磷缺乏的危险。

2.1.3  镁Mg

人类开始对镁的生理作用的研究，是从本世纪七十年代末、八十年代初开始的，而对人体镁缺乏症，直到最近几年才引起注意，1995年在美国举行的一次营养学会议上．专家们估计，美国人患镁缺乏症的人数占总人数的20％以上，个别地区竟达80％以上，这个数字实在令人震惊!

一、镁在人体中的作用

成年人体内含镁量为20g～30g，70%的镁以磷酸盐和碳酸盐的形式存在于骨骼和牙齿中，其余25%存在于软组织中。人体内到处都有以镁为催化剂的代谢系统，约有一百个以上的重要代谢必须靠镁来进行，镁几乎参与人体所有的新陈代谢过程。在人体细胞内，镁是第二重要的阳离子(钾第一)，其含量也次于钾。镁具有多种特殊的生理功能，它能激活体内多种酶，抑制神经异常兴奋性，维持核酸结构的稳定性，参与体内蛋白质的合成、肌肉收缩及体温调节。镁影响钾、钠、钙离子细胞内外移动的“通道”，并有维持生物膜电位的作用．

二、体内含镁量与几种常见病的关系

（1）脑血管病

　　最近，日本学者通过调查发现，饮食中，镁、钙的含量与脑动脉硬化发病率有关科研结果显示当血管平滑肌细胞内流入过多的钙时，会引起血管收缩，而镁能调解钙的流出、流人量，因此缺镁可引起脑动脉血管收缩．脑梗塞急性期病人脑脊液中镁的含量比健康人低，而静脉注射硫酸镁后，会引起脑血流量的增加。血中钙离子过多也会引起血管钙化，镁离子可抑制血管钙化，所以镁被称为天然钙拮抗剂。实验还证实，脑脊液和脑动脉壁中保持高浓度镁是血管痉孪的缓冲机制。

（2）高血压病

　　美国学者在研究高血压病因时发现：给患者服用胆碱(维生素B群中的一种)一段时间后，患者的高血压病症，像头痛、头晕、耳鸣、心悸都消失了。根据生物化学的理论，胆碱可在体内合成，而实际合成中，仅有B₆不行，必须有镁的帮助，B₆才能形成B₆PO₄活动形态．在高血压患者中往往存在严重的缺镁情况。

（3）糖尿病

　　糖尿病是由于吃过多的动物性蛋白质及高热量所致。我们来看美国一位生化博士对糖尿病原因的叙述：当人体吸收的维生素B₆过少时，人体所吸收的色氨酸就不能被身体利用，它转化为一种有毒的黄尿酸，当黄尿酸在血中过多时，在四十八小时就会使胰脏受损，不能分泌胰岛素而发生糖尿病，同时血糖增高，不断由尿中排出。只要B₆供应足够，黄尿酸就减少，镁可减少身体对B₆的需要量，同时减少黄尿酸的产生。凡患糖尿病的人，血中的含镁量特别低，因此，糖尿病是维生素B6、镁这两种物质缺乏而引起的。

　　除上述几种常见病外，缺镁还会引起蛋白质合成系统的停滞，荷尔蒙分泌的减退，消化器官的机能异常，脑神经系统的障碍等等，这些病症有许多是直接或间接和镁参与的代谢系统变异有关。

　　体内镁的来源及镁缺乏的原因镁在人体中正常含量为25克，属常量元素。人对镁的每日需要量大约300-700毫克，其中约40％来自食物，食物中以绿色蔬菜含镁量最高，镁离子在肠壁吸收良好。约60％由含有镁离子的饮用水提供。

三、人体缺镁与下列情况有关

　　（1）蔬菜短缺、蔬菜摄入量不足、蔬菜加工程序复杂致使含镁量大减。

　　（2）经常食用磷过剩食品，如：肉、鱼、蛋、虾等，动物蛋白食物中的磷化合物能使肠道中的镁吸收困难，而这些磷过剩的食物却是我们推祟的高蛋白营养物。

　  （3）靠雪水生活的地区，经常饮用“纯水”的人们．“纯水”包括蒸馏水、太空水、纯净水，这些水固然纯净，但它在除去有害物质的同时，也除去了包括镁在内的有益营养物质。

　　（4）饮酒、咖啡和茶水中的咖啡因也会使食物中的镁在肠道吸收困难，造成镁排泄增加。

　　（5）食用食盐过量会使细胞内的镁减少。

　　（6）身心负荷“超载”引起应激反应，可使尿镁排泄增加。

膳食中镁的主要食物来源有，小米、燕麦、大麦、豆类、花生、核桃、小麦、菠菜、芹菜叶、肉类和动物肝脏等。消除了影响人体缺镁的因素，人们只要做到多吃绿色蔬菜(最好能生吃蔬菜或空腹喝新鲜菜汁)，常喝硬水，如自来水，矿泉水等，多食一些富镁食品，这些食品有：各种麦制面粉、胡萝卜、莴苣、豆类、果仁等，人体就可获得镁的正常需要量。

2.1.4  钾K

氯化钠、氯化钾溶于水中产生钠离子、钾离子和氯离子，它们的重要作用是控制细胞、组织液和血液内的电解质平衡，这种平衡对保持体液的正常流通和控制体内的酸碱平衡是必要的。氯是胃液中胃酸的成分，胃酸主要是盐酸组成，所以氯是重要的生命必需元素。

尽管钾在人体内占总矿物元素含量的5%，仅次于钙和磷，但也许是因为食物中都含有充足的钾而不易引起缺乏，以至于人们未能认识到钾对于机体健康的重要性。人体内钾70%存在于肌肉，10%在皮肤，其余在红细胞、骨髓和内脏中。

钾的生理功能： 钾作为人体的一种常量元素，在维持细胞内的渗透压和维持体液酸碱性平衡，维持机体神经组织、肌肉组织的正常生理功能以及在细胞内糖和蛋自质代谢等方面具有重要的意义，机体中大量的生物学过程都不同程度地受到血浆钾的浓度影响。值得注意的是，钾的大部分生理功能都是在与钠离子的协同作用中表现出来的，因此，维持体内钾、钠离子的浓度平衡对生命活动是十分重要的。

钾的供给量与来源： 一般成人每天摄取2g～2.5g的钾是比较合适的。钾广泛存在于各种动植物食物中，肉类、蔬菜以及水果都是钾的良好食物源，尤其是大豆、花生仁、虾米中更含有丰富的钾，马铃薯、香蕉、番茄、橙子以及肉类、鱼类都含有较多的钾。

在人体内钠离子、钾离子和氯离子三种离子都应保持平衡，任何一种离子不平衡，都会对身体产生影响。例如运动员在激烈的运动过程中大量出汗，汗水中除了水分外，还含有Na⁺、K⁺和Cl^-等离子，因此，出汁太多，使体内Na⁺、K⁺和Cl^-等离子浓度大为降低，促使肌肉和神经受到影响，导致运功员出现恶心、呕吐，严重的出现衰竭和肌肉痉挛。所以运动员在比赛前后要注意补充盐分，炼钢工人或高温工作者的饮料中要加入适量的食盐。人体内缺钠会感到头晕、乏力，长期缺钠易患心脏病，并可异致低钠综合症。但人体内钠含量高了也会危害健康，科学界已基本认定食盐过量与高血压有一定的关系，有报道说，人体随食盐摄取量的增加，骨癌、食道癌、膀胧癌的发病率也增高。因此，对于高血压患者，世界卫生组织建议的含盐摄入标准是每天不超过６克。

2.2   微量元素与人体健康

在人体组织中含量极少，少于体重的万分之五的叫微量元素，或者痕量元素。目前发现的有铁、铜、碘、锌、锰、钴、钼、硒、铬、氟、镍、硅、锡、钒等。最近发现的微量元素新星是有机锗。

金属锗是最早应用于高技术的支撑材料。近来不少学者在人参、枸杞子、甘草、蘑菇、当归、灵芝、茶叶、大蒜、葡萄干、绿豆、决明子、地黄等植物中发现有机锗的存在，并发现其具有强壮、滋补、抗癌作用。1967年合成了水溶性有机锗。我国已开始将其用于抗癌和低浓度饮料生产中。

有机锗的功能，一是促进生理功能正常化，如对高血压病人有明显降压作用，但不会使血压低于正常水平，可促进身体生理、生化功能恢复正常；二是可治疗肿瘤和促进身体产生抗癌因子，不仅疗效显著，而且无毒无副作用；三是能提高人体免疫机能，防治多种疾病；四是有机锗加入食品中对抗衰老大有裨益。

就目前研究看，整个微量元素在人体生物化学过程中起着重要作用，它数量小、能量大，可称之为“生命的火花”，微量元素在人体中的生理功能有以下方面：

第一，微量元素是构成金属酶和酶的活化剂。酶是一种大而复杂的蛋白质结构，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及个金属原子，一旦除去金属，这些酶就会失去活性。

第二，微最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，也就失去了作用，甚至不能合成。如若没有碘，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。

第三，微量元素可协助常量元素的输送。比如铁是血红素的中心离子，构成血红蛋白，在体内能把氧气带到每一个细胞中去。在细胞中，O₂被H₂O取代下来而供代谢需要。

第四，微量元素在体液内与钾、钠、钙、镁等离子协同，可起调节渗透压、离子平衡和体液酸碱度平衡的作用，以保持人体正常的生理功能。

由于微量元素以上四个方面的作用，它们与遗传有密切关系，特别是铬、锌、铜、锰等，存在于携带遗传信息的核酸中，它们在维护核酸立体结构，维持核酸代谢等方面起着重要作用；它们和某些疾病发生密切关系，如一些地方食物中缺碘而发生缺碘性疾病，碘摄入多了也会发生高碘性疾病，氟高、氟低都会发生疾病，常见的是氟摄入多导致发生地方性氟病；它们与生长发育有着密切关系，最近研究证明，铜元素对骨骼发育、生长有重要作用，所以铜元素对人的身高起着重要作用。

第一个被发现的人体不可缺少的微量元素不是金属，而是一种非金属元素碘。缺碘最严重的危害是影响儿童的智力，甚至会使其终生难以得到改善。碘缺乏会导致地方性甲状腺肿（俗称大脖子病）。克服碘缺乏问题并不十分困难，最经济实用的方法就是烹调时使用碘盐（氯化钠中加碘酸钾）。另外可多吃含碘半富的海带等，海带被认为是营养价值较高的天然食品，不仅含碘，可防治甲状腺肿大，促进智力发育，且蛋白质含量较高，具有18种氨基酸，此外，其中Ca、P、Fe等矿物质及维生素的含量也较丰富。

在人体必需的微量元素之间，我们还应当注意元素间的相互协同与拮抗作用。人体中有30多种蛋自质、酶含有Cu，现在已经知道Cu的最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白可以协同Fe的功能，在Fe的生理代谢过程中，Fe(Ⅱ)氧化为Fe(Ⅲ)时需要铜蓝蛋白的催化氧化，以利Fe(Ⅲ）与蛋白质结合成铁蛋白。因此如果体内有足够的Fe而缺Cu，Fe的生理代谢造血机能也会发生障碍而导致贫血。

微量元素对人体必不可少，但是在人体内必须保持一种特殊的内稳态，一旦破坏稳态就会影响健康。至于某种元素对人体有益还是有害是相对的，关键在于适量。随着我国国民温饱问题的荃本解决，人们在饮食上注重营养是必然的趋势。但要做到膳食平衡，饮食有节。现在认识是，多样化的膳食既是获得各种适量基本营养素的最好方法。同时也是避免食品中有毒物质达到有害剂量的有效方法。

虽然上边讲了不少微量元素与人体健康的关系，但到目前为止，还没有人确切地知道世界上大多数人通过饮食摄入的微量元素的种类和数量到底有多少。目前全世界有许多国家正在对饮食中的微量元素进行研究。人体对各种微量元素的需要，依年龄、生理条件、环境条件及遗传因子等情况而定。据联合国世界卫生组织（WHO）的文献公布，成年人对一些必需元素的需要量见表2-1。

在人们必需的微量元素的研究中，有许多的营养强化保健品应运而生，甚至出现了全营养素。从健康的观点出发，人体内不可能所有的微量元素都缺乏，对我们身体中不缺少的元素盲目地乱补加，这些元素在体内蓄积到一定的浓度，就会产生过量的危害。比较安全的是食补，从各种含量丰富的食物中获取我们的所需，如果需要通过特殊制剂来补充微量元素一定要缺什么补什么，盲目乱补全营养素是不科学的。随着科技的发展，人们对微量元素的重要性认识会日趋成熟。

2.3   与元素有关的疾病

元素对人类健康的影响反映了内、外环境之间的平衡关系。我国十几个省、区进行的医学地质调查表明，人体摄入某些元素过量或不足，均会出现各种地方性疾病。这些疾病几乎涉及到人体机体全身，涉及到心血管组织、脑血管系统、内分泌系统、生殖系统、消化系统、骨齿系统、神经系统、细胞组织、结缔组织和其它方面。常见的与元素有关的疾病如表2-4

2.4   有害微量元素

2.4.1有害金属元素中毒机制

    金属及其化合物对生物体内某些器官和系统中的某些生物分子有特殊的亲合力，这种作用与金属的侵入途径、浓度、溶解性、存在状态、代谢特点、金属本身的毒性、生物体的种类及其一般健康状况等因素密切相关，可见，金属毒性机制是十分复杂的问题。一般来说，下列任何一种机制都能引起金属毒性。

    ⑴ 阻断了生物分子表现活性所必需的功能基。例如，Hg(Ⅱ)，Cd(Ⅱ)离子与酶中半胱氨酸残基的-SH 基结合。半胱氨酸残基的-SH基是许多酶的催化活性部位．当结合重金属离子后，就抑制了酶的催化活性。

    ⑵ 置换了生物分子中的必需金属离子。例如Be(Ⅱ)可以取代Mg(Ⅱ)——激活性酶中的Mg(Ⅱ)，由于Be(Ⅱ) 与酶结合的强度比Mｇ(Ⅱ)大，因而它会阻断酶的活性。

    ⑶ 改变生物分子构象或高级结构。生物分子所具有的特定构象，赋予生物分子特定的生物功能，金属离子改变一些生物大分子如蛋白质、核酸和生物膜的构象。如，多核苷酸负责贮存和传递信息，一旦发生变化，可能会引起严重后果，如致癌和先天性畸形。

2.4.2几种主要有害微量元素

    1.镉(Cd)

    镉是联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织（WHO）列为最优先研究的食品中的严重污染元素，它不是人体必需的元素。新生儿体内并不含镉，但随着年龄的增长，进入人体的镉可以逐渐蓄积，50岁左右的人体内镉含量可达20mg～30mg。镉主要通过呼吸道和消化道进入人体，镉在人体的半衰期为6～18年。存在于环境中的镉及其化合物可经呼吸而由肺、经溶解而由皮肤、经饮食而由消化道等途径进入人体。

    空气中仅含少量镉，Cd的来源主要是煤炭和汽油燃烧、汽车排放尾气和生物富集等方面，有人估计，每天吸20支烟（含镉总量约30μg），可吸入人体的镉约为12μg。

    时下有一些少男少女将文身彩贴（绘有彩色图案、花卉、小动物等的粘纸）粘在前胸、手腕、手臂、肚脐等部位的裸露肌肤上，实在是一种有碍健康的美丽，因为硫化镉和硒化镉是制作这类高级涂料和绘画颜料的两种镉化合物，前者呈亮黄色，被称为锡黄；硒化镉依生产工艺不同而其产品呈黄至亮红色。这类颜料（有些还有汞、铅的化合物）中的这些镉化合物会引起皮肤过敏，而且在夏天大量汗水浸润下，能经皮肤渗入人体。

    通过饮食进入人体中的镉，一方面来自饮用水和食品本身的污染，另一方面也来自那些具有带色图案的玻璃、搪瓷食具、冰箱镀镉的冰槽及塑料制餐具等。在存放酸性食物和饮料时，这些器件中所含的镉化物就很容易溶解出来，在进食时进入人体。美国和法国在1947年和1946年各自报道过数百起镉中毒案例，都是由此引起的。

    在可能混于饮食内的各种金属污染物中，镉大概是危害性最大的一种。不仅因为其具有高毒性，也因为它在食品中分布广，生物富集率高。如被严重污染的大米其含镉量可高达125mg/kｇ。有些鱼类的含镉量比海水浓度高几千倍。

    镉进入人体与蛋自质分子中的巯基相结合，镉对磷有很强的亲和力，进入人体的镉能将骨质磷酸钙中的钙置换出来，而引起骨质疏松、软化、发生变形和骨折。在一定条件下镉可以取代锌，从而于扰某些含锌酶的功能，使多种酶受到抑制，破坏正常生化反应，干扰人体正常的代谢功能，使人体体重减少。同时进入人体中的镉，可与金属硫蛋白结合，再经血液输送到肾脏，当它在肾中积累时，会损坏肾小管，使肾功能出现障碍，从而影响维生素D的活性，导致骨骼生长代谢受阻，使骨骼软化、骨骼畸形、骨折等引发骨骼的各种病变。可引起骨软化症或“痛痛病”〔背下部和腿部剧烈疼痛）。骨软化症患者由于骨胶原的正常代谢受到于扰、形成了不致密和不成熟的骨胶原，特别是妇女，由于妊娠、分娩、授乳而引起钙不足等，使肠道对镉的吸收率增高，易引起镉中毒。镉中毒的典型病症是肾功能受破坏，肾小管对低分子蛋白再吸收功能发生障碍、糖、蛋自质代谢紊乱，尿蛋白、尿糖增多，引发糖尿病。镉进入呼吸道可引起肺炎、肺气肿。镉进入消化系统则可引起胃肠炎。镉中毒者常伴有贫血症。镉中毒易造成流产、新生儿残废和死亡。镉中毒可能还导致骨癌、直肠癌、食管癌和胃癌的诱发。

    进入人体内的镉仅少量被吸收（如经食物摄入的镉约6%被吸收），其余部分随粪便排出。部分被吸收于血液中的镉与血浆蛋白结合，随血液循环选择性地储存于肾脏和肝脏，其次为脾、胰腺、甲状腺、肾上腺和睾丸。吸收后的部分镉主要经肾由尿液排出，少量随唾液、乳汁排出。

钙可以拮抗镉，高钙食物会抑制消化道对镉的吸收，维生素D也会影响镉的吸收。

2．铅（Pb）元素

铅是最为常见的有害微量元素，人体含铅77g左右，联合国粮农组织和世界卫生组织提出每人每日允许摄入量约为420μg。

存在于环境中的铅及其化合物可经呼吸而由肺、经溶解而由皮肤、经饮食而由消化道进入人体，还可由母体胎盘进入胎儿体内。

室外空气含铅的80%来源于汽车尾气，目前，世界各国正在相继推广使用无铅汽油，但为了抑制汽车中气门和气门导管磨损，某些“无铅汽油”，仍然含有少量铅化合物。

吃烛光晚餐、点生日蜡烛已是一种现代生活时尚，通常慢燃的、能闪闪发光的烛心中含有铅化合物，燃后释入室内空气。此外，用打火机点烟时，也会由燃烧着的汽油中释出铅，很容易随香烟烟气吸人体内。

颜料、油漆、染料中常含有铅的化合物，可经触摸等方式经皮肤渗透而进入人体、儿童连环画、糖果纸、塑料袋和玩具上的彩色油墨也都可能成为儿童体内多量铅的来源。在某些化妆品中含有铅白（碱式碳酸铅），长时间使用也会有碍健康。饮食是环境中多量铅进入人体的“通途”。食品中超常含量的铅常发生于这样几种场合：①野禽受铅弹猎杀后，其肉中含铅未被剔除干净；②我国传统食品松花蛋（皮蛋），由于在加工过程中使用了黄丹粉（Pb0）而有较高铅含量；③含铅成分的焊料用于焊接食品罐头缝口时，罐头食品中含铅最较高。

进入人体中的铅主要经消化道、呼吸道吸收后转入血液，与红血球结合后再传输到全身和被分配到体内各组织器官。人体内约90%的铅以不溶性磷酸铅形态蓄积在骨骼之中，其他则存留于肝、肾、肌肉等部位。有机的铅化合物（如四乙基铅）则趋于脑组织中富集。在老年骨质疏松或缺钙的人体中摄入多量钙制剂时，贮存于骨中的铅可能多量释放后转入血液。

铅对人体的不良影响与它对酶的抑制作用有关。机体中过量的铅可与酶结构中的-SH基团和-SCH₃基团作用，并与硫紧密结合。Pb(Ⅱ)可能抑制乙酰胆碱酯酶、碱性磷酸酶、三磷酸腺苷酶、碳脱水酶和细胞色素氧化酶的活性，扰乱了机体正常发育中所必需的生化反应和生理活动。

人体对铅中毒耐受性差别很大，多量的毒理系数通过动物试验得出。有关人体中毒的定量数据还相当缺乏，而且受毒后症状也各不相问。但总的说来，铅中毒的主要症状为：

⑴ 急性中毒——金属味、腹痛、呕吐、腹泻、少尿、昏睡。

⑵ 慢性中毒

①初期——食欲不振、体重减轻、呕吐、疲乏、牙龈基部出现黑色铅线、贫血；

②中期——呕吐、四肢和关节钝痛、膜部绞痛、指和手腕麻痹；

③重症期——频繁呕吐、运动失调、昏迷、脑神经麻痹、脑症、痉挛。

以上这些症状主要涉及人体四个组织系统：肠胃、肾脏、血液和神经。

人体摄入过量铅，会引起中枢神经系统损伤，出现疲惫、头痛、痉挛、精神障碍等。过量铅可损害骨髓造血系统，引起贫血，主要是过量铅干扰血红蛋白代谢所造成的。过量铅作用于心血管系统时引起动脉硬化、心肌损害。胃肠铅中毒则表现为胃肠粘膜出血、肠管痉挛。长期低浓度的接触（如长期食用含铅较高的食物或环境污染）可引起慢性中毒。其症状有食欲不振、口中有金属味、失眠、头痛、头昏、腹痛和贫血，其中贫血是铅中毒的早期特征。除此之外，铅中毒还可以引起肾病、高血压、脑水肿等。特别需要指出的是铅对儿童的危害，儿童由于代谢和排泄功能不完善，血脑屏障成熟较晚，所以对铅有特殊的易感性，低浓度的铅即可导致儿童生长迟缓、智力降低。儿童体内对铅的吸收率比成人高出4倍以上，且体内缺铁、缺钙的儿童其摄入和吸收铅的速率更快。儿童铅中毒时常会引起脑病综合症，具有呕吐、嗜睡、昏迷、运动失调、活动过度等神经病学症状，重者失明、失聪，乃至死亡。

定量检测尿中含铅近于0.1 mg/L,或粪便含铅近于1mg/d，就应疑是铅中毒病者，随即提高警惕，追查铅毒来源并脱离接触。在饮食中还可多吃一些大蒜，因为大蒜中含元素硒量较多，对铅的毒性有拮抗作用。

3.汞元素

汞及其化合物是最有害的微量元素之一。存在于环境中的汞及其化合物可经呼吸由肺、经溶解而由皮肤、经口进入消化道等途径进入人体，还可由母体胎盘、乳汁进入胎儿、婴儿体内。汞离子与细胞膜中含巯基的蛋白质有特殊的亲合力，从而能直接损害这类蛋白质和酶。汞离子与某些蛋白质蓄积于人体内，特别是肾和肝中，因此，肾功能障碍是汞中毒的首要标志。除了无机汞，自然界中因环境污染而产生有机汞，以甲基汞为多，甲基汞能使脑蛋白质合成活性减低，并沉积于脑组织中，从而导致神经系统中毒。

人类除了职业性接触汞外，在使用含汞药、防毒剂、杀菌剂时亦有汞中毒机会。进入人体的大多数汞还是来源于食品。被污染水体中的汞有可能通过以下的水生食物链进入人体：水中溶解态或颗粒态汞→细菌、浮游生物→小鱼→大鱼→人；汞还可由陆生食物链进入人体，含汞农药→植物根、叶、果实→鸟或啮齿类动物（如野兔）→人。除食物之外，某些镇惊安神或怯痛生机的中医药物，如朱砂(HgS)、轻粉(Hg₂Cl₂)、升汞(HgO)、白降丹(HgC l₂+Hg₂Cl₂）也可能在用药时经口摄入。对于以上药物都应慎用或不用，以免引毒人口。

进入机体的无机汞多蓄积在肾、肝、骨髓、脾等脏器；烷基汞多存在于肾、肝、肌肉中，又特别容易通过血脑屏障，以在脑内蓄积为其特征。

经呼吸道吸入人体的汞蒸气或经消化道摄入的汞盐都可首先进入血液，且与血红蛋白相结合。元素汞还可迅速在血液中被氧化为离子态。甲基汞在体内具有极大稳定性，初时，它也被牢固结合于红血球中的血红蛋白，经数天后，其极大部分仍可能以原有的有机物形态存在于脑和肝中，仅小部分在肾脏中被代谢，转化为无机汞化合物。

汞的毒性因化学形态不同而有很大差别。经口摄人体内的元素汞基本上无毒，但通过呼吸道摄入的蒸气态汞是高毒的；单价汞的盐类溶解度很小，基本上也是无毒的，但人体组织和血红细胞能将单价汞氧化为具有高度毒性的二价汞；有机汞化合物通常都是高毒性的，汞的毒性以有机汞化合物毒性最大。有机汞中苯汞、甲氧基-乙基汞的毒性较轻，而烷基汞等是剧毒的，其中甲基汞的毒性大，危害最普遍。甲基汞与红血球中血红素分子的巯基结合，生成稳定的巯基汞烷基汞，它们蓄积在细胞内和脑室中，滞留时间长，异致中枢神经和全身性中毒。

对于慢性中毒患者，治疗对策应以对症疗法为主，可使用大量三磷酸腺苷制剂、烟酸、维生素B₁、维生素B₁₂、维生素E等治疗，都有较好的排汞效果。

4. 砷元素

科学家们经过近20多年的研究认为，适量的砷对人体是必需的，因此将砷列为生物可能必需元索。每人每天摄入的砷不得低于12μg。动物和人体对砷的需求量都很低，在一般条件下均能得到满足。含砷化合物的性能表现有其致毒的一面，砷化物的毒性早就为人所识，并目逐步深化，所以其应用范围和数量已日渐缩减。特别在医用方面．需采取更加慎重的态度。除严格限制用量，尽量避免内服外，外用也要慎重，尽可能取用其他替代药物。此外，孕妇或幼者皆不宜服用含砷药物。

在生活中含毒砷化物大多还是通过饮食进入人体：水的污染、使用含砷饲料添加剂或农药，都有可能使其中砷化物经家禽家畜的肉类和瓜果类悄然进入人体。

人体内砷可遍布于人体所有组织。骨骼和肌肉是体内砷的主要贮存组织。虽然其中浓度不一定甚大，但这两种组织在人体总质量中的比率是最大的。正常人体中血液、头发和尿的含砷量分别约为0.036mg/kg; 0.460mg/kg和小于0.5mg/L。一般地说，含蛋白量多的组织较容易富集砷，而酸溶性的类脂质中含砷量较少。

单质砷几乎无毒性，有机砷化物的毒性也相对较低，很多无机砷化合物有很大毒性。常见剧毒的无机砷化物是三氧化二砷，中毒量为10mg～50mg，致死量60mg～200mg。在致死剂量下，重症者1h内死亡，平均致死时间12h～24h。五价化合物比三价的三氧化二砷毒性低得多。人们喜食的水生、甲壳类食物（小虾、对虾）含有较高浓度五价砷化合物，只要不食之过量，对人体全然无害。但如在食后服用多量具有还原性的维生素c，则在其作用下，进人体内的五价砷化物会转为低价砷化物而危害健康。进人人体的砷会与体内酶分子（例如丙酮酸脱水酶的分子）上与酶活性相关的巯基结合，由此抑制酶的活性。特别表现在细胞代谢和呼吸作用受阻，其药理作用是扩张和增加毛细血筒的渗透性，并出现水肿。砷化氢的毒性表现与其他砷化物不同，其经呼吸被机体吸收后，可与血红蛋白结合成氧化砷，由此发生溶血作用，会引起结核膜出血、黄疽、溶血性贫血等病情，急性死亡率甚高。

中毒后的急救和治疗对急性中毒者应先用温水或温水加活性炭洗胃，用药催吐或导泻。对渡过危险期的病人或原先是慢性中毒者，可取以下治疗方法：（1)使用二硫基丙醇（BAL）药物作驱砷治疗；(2）静脉注射10%硫代硫酸钠溶液；(3)对严重肾衰者透析：(4)对休克脱水者输液，并用升压药或类固醇类药物治疗。

砷一般从消化道和呼吸道进入人体，被胃肠道和肺脏吸收，并散布在身体内的组织和体液中。同时皮肤也可以吸收砷。砷进入人体内，蓄积在甲状腺、肾、肝、肺、骨骼、皮肤、指甲以及头发等处，体内砷主要经过肾脏和肠道排出。

人体正常含砷量约为98mg，每人每天允许最高摄入量是3mg(FA0/WH0标准）。当过量砷进溶人体时会产生一系列不良的生物化学反应。

    砷的毒性是抑制了酶的活性，三价砷可与机体内酶蛋白的巯基反应，形成稳定的整合物，使酶失去活性，因此三价砷有较强的毒性，如砒霜、三氯化砷、亚砷酸等都是有剧毒的物质。三价砷的毒性要比五价砷的毒性大数十倍。当吸入五价砷离子后，只有在体内还原为三价砷离子，才能产生毒性作用。

砷和磷在化学性质上具有相似性，因此机体内的砷可干扰一些有磷参与的反应。当人体内蓄积过量的砷时，三价砷阻滞三磷酸腺苷的合成作用，从而引起人体乏力、疲惫，三价砷对酶系统正常作用的干扰，使细胞氧化功能受阻，呼吸障碍，代谢失调，危机神经细胞时，可导致神经系统功能紊乱，运动失调损害。过量砷也可能引发循环系统障碍，表现为血管损害，心脏功能受损害。过量的砷使染色体变异，可致畸、致突变。砷中毒有明显的皮肤损害，出现皮肤增厚、角化过度，有时可恶化为皮肤癌。

5．铍元素

铍是一个强烈的致癌元素。铍主要从呼吸道侵入肌体，进入体内的铍大部分与蛋白质结合，并贮存于肝和骨骼中。铍离子有拮抗镁离子的作用因为铍和镁处于周期表的同一族中，Be²⁺ 可以置换激活酶中的Mg²⁺ ，从而影响激活酶的功能。铍易积蓄于细胞核中，并阻止胸腺嘧啶脱氧核苷进入DNA，干扰DNA合成，这也许是铍致癌的原因之一。

6．铋元素

铋及其化合物均有毒性，但一般人体很难吸收。由于铋在自然界中较为稀散，食物中含量极低。只在治疗梅毒、口腔炎、膀肤造影中使用过铋制剂有不少中毒报告，主要表现为肝、肾损伤，严重时可发生急性肝功能和肾功能衰竭

7．锑（Sb）元索

所有的锑化合物对人体都有毒。锑及其化合物以蒸气形式或粉末状态经呼吸道吸入，也可由消化道吸收，药用锑剂可由静脉注射而进入体内。进入人体内的锑广泛分布于各组织器官中，以肝脏和甲状腺为多。血中锑在红细胞中的浓度比血清高数倍。锑对人体的损害可表现呼吸道、心脏、肝脏和血液，其中对呼吸道损害尤甚。锑对人体产生的毒性作用，是由于锑在体内可与巯基结合，抑制某些巯基酶如琥珀酸氧化酶的活性，与血清中硫氢基相结合，干扰了体内蛋白质及糖的代谢，损害肝脏、心脏及神经系统，还对粘膜产生刺激作用

进入体内的锑广泛分布于各组织器官，其三价锑进入血液后，可存在于红细胞中，并分布于肝脏、甲状腺，骨骼，胰腺、肌肉、心脏及毛发中，而五价锑主要存在于血浆中，少量贮存在肝脏。由呼吸道吸收的难溶化合物，可在肺内沉积。

口服锑化合物（特别是三价锑）会引起急性中毒，发生流涎、口内有金属味、食欲减退、口渴、恶心，呕吐、腹痛，腹泻，大便带血，头疼、头晕、乏力、咳嗽及肢端感觉异常等症状。并使肝肿大，有压痛感。严重时发生闭尿，血尿、痉挛、心律紊乱、血压下降、虚脱等现象。据资料介绍，锑对人的致死量，成人为97.2mg,儿童为48.6mg，内服酒石酸锑钾剂量达150mg时可致死，若按一般成人体重70kg计，则致死量为2mg/kg体重。

最常见的是慢性锑中毒，长期接触低浓度的锑及锑化合物粉尘或烟尘后，会引起慢性中毒。其症状主要表现为乏力、头晕，失眠、食欲减退、恶心、腹痛、胃肠功能紊乱、胸闷、虚弱等一般症状、引起慢性结膜炎、慢性咽炎，慢性副鼻窦炎等粘膜刺激症状。