化学元素与人体健康

化学元素与人体健康

引言—微量元素的重要性

了解自然，驾驭自然是人类的使命。了解自己，预防疾病，健康生活100年。享受健康是每个人的权利。人类营养素分为六大类：蛋白质、脂类、碳水化合物、维生素、水和矿物质。

营养素的作用：生理活动和运动所需能(热)量；细胞构成；维持与调节代谢反应.

矿物质：又称无机盐，分为常量元素和微量元素。

人体内由60多种元素构成。其中除碳、氢、氧和氮外，还有23种人体必需元素，它们是：钙、钾、钠、磷、镁、氯、硫、硅、铁、锌、碘、硒、铜、氟、钼、镉、镍、钒、锡、砷、钴、锰、锶。

人体微量元素的研究推动植物、动物微量元素的研究,如下

围绕食品：加碘、加硒、加锌的蛋、奶、小麦、饮料、小食品应运而生。

围绕着保健药品：补充微量元素的药品的开发

围绕着中药的研究：探求中药中微量元素成分和其药理意义

围绕着生物化学研究——由微量元素的生理功能揭示生命的本质

第一节生命体内的微量元素

1、元素地球化学

太阳：由64种元素构成；月球：岩样中含66种元素；地球：存在94种元素。

100万种无机化合物和有机化合物由94种元素组成

20万种微生物、30万种植物、100万种动物包括人类是由4种核苷酸和20种氨基酸组成，这些氨基酸也是由元素组成的。

2、人体内的元素含量分布

人体元素和地壳元素的丰度相关性（点击查看详表）

人体元素和地壳海水元素的丰度相关性

结论：人体微量元素与地壳元素丰度呈正相关。这是生物链的传递结果。地壳中的元素在流体和生物的共同作用下，被植物吸收并贮藏。草食性动物或微生物又进一步吸收和富集，最后传递到人。

二十世纪60年代，英国地球化学家Eric ·Hamilton 研究了几种动物血液中各种元素含量和海水、地壳中的元素丰度，发现三者之间的相关性。

3、宏量元素与微量元素

宏量元素：

在体内的质量分数大于1×10-4的元素称为宏量元素，而质量分数小于1×10-4时称为微量元素。生物体内存在的宏量元素都是必需元素。

微量元素：

人体体内的微量元素约有60种,可分为必需的和非必需的两类。必需微量元素是保证生物体健康存活所必不可少的元素,目前认为有14种

4、生命元素和非生命元素

生物赖以生存的化学元素称为生命元素，也称生物的必需元素。成为必需元素须符合三个条件：

①该元素直接影响生物功能，并参与代谢过程；

②该元素在生物体内的作用不能被其它元素所取代；

③缺该元素时，生物体会发生病变。

G ·C ·Cotzias在上世纪70年代提出生命元素必需性定义：

①存在于一切生物的所有健康组织中②在不同动物体内的浓度应该相当恒定③若机体缺乏该元素，可在不同组织中产生相似的结构上或生理功能上的异常④若补充该元素，则可防止异常的发生或使其恢复正常⑤由于缺乏某种元素而产生的异常，往往会伴随着特定生化变化⑥当缺乏现象得到预防或

治疗恢复时，可以防止这些生化变化或使其恢复正常。

还有几种必需性的判定标准。在植物体内已经发现了70多种元素，在动物体内也已经发现了60多种元素。这些元素分别称为生命元素、非必需元素和有毒元素。

生命必须元素：

人体的27种生命必需元素：碳、氢、氧、氮、钙、钾、钠、磷、镁、氯、硫、硅、铁、锌、碘、硒、铜、氟、钼、镉、镍、钒、锡、砷、钴、锰、锶

15种金属元素：钙、钾、钠、镁、铁、锌、铜、钼、镉、镍、钒、锡、钴、锰、锶

12种非金属元素：碳、氢、氧、氮、磷、氯、硫、硅、碘、硒、氟、砷

就这些元素在体内的功能而言，对金属离子的研究资料要比非金属多。关于金属离子的功能问题，对于不同元素的研究深入程度也很不相同，有的已经研究得相当精细，达到了分子的水平，如：哺乳动物血液中含铁血红蛋白的载氧机制；有些正从现象的认识阶段逐渐向理性认识过渡，如：钾、钠离子的跨膜传送；有些元素甚至只知道是生命活动所必需的，而对其存在形式和生物功能都一无所知。

生物体内的微量元素可分为必需的和非必需的两类。

必需微量元素是保证生物体健康存活所必不可少的元素。但缺乏这些元素，生物体往往也能在不健康的情况下继续生存。正如有人缺乏某种维生素后，虽然不健康，但也能活着。

当然，必需微量元素比维生素更重要，因为维生素能在体内合成，而微量元素在体内是不能合成的。它们在食物的消化、能量交换和活组织生长中都是不可缺少的。

可能必需元素：硅、砷、硼、铷、锗可能无害元素：铝、钡、钛、铌、锆有害元素：汞、镉、铅、铋、锑、铍必须与非必需、有益和有害元素是相对的，没有绝对的界限。砷和锗的有害有益的争论就是一个例证。有害元素是其易于过量；非必需元素是研究得不够。

第二节微量元素与人体健康

1、微量元素与生长发育

铁、铜、锌、锰形成的酶和碘形成的甲状腺素，均有促进生长发育的作用，缺乏，均引起生长发育的停滞，补充，可以加速生长发育和体重的增长，增强体质。缺锌：可发生先天性畸形缺铜：小脑发育不全，大脑萎缩，贫血。缺碘：先天性可汀病，甲状腺肿，呆小症。

2、微量元素与内分泌、免疫和感染

微量元素不足或过多，都会干扰内分泌的功能。缺锌铜降低脑垂体、肾上腺内分泌。缺铬影响胰腺的分泌等等。

微量元素与感染和免疫

微量元素的含量变化既影响着人体也影响着微生物。机体的铁铜锌等微量元素的不足和过多，均可减弱免疫机制，降低抵抗力，助长细菌感染。因此，机体需要一个“营养免疫”的适宜的微量元素浓度。

3、微量元素与心血管、血液系统

Zn/Cd比值增大，抑制高血压的发生

Zn/Cu比值增大，诱发冠心病

缺Cu可引起高尿酸血症

Cr、Mn、Se可防治动脉粥样硬化

Si可维持动脉内膜完整、通透性、弹性

Li、Sr等可降低心血管疾病的死亡率

Fe、Cu、Zn等影响创伤的愈合

4、微量元素与神经系统

缺铁可以引起行为的改变

缺碘可以引起中枢神经的系统的病变

缺锌儿童智力发育不良

缺铜可以引起大脑皮质萎缩，智力降低

缺Li、Co会影响智力的发展

铅镉锰量过多干扰智力的发育

5、微量元素与肿瘤

微量元素不能由人体组织合成，环境中微量元素的分布和含量，直接影响人的摄入量和体内的储存量，不同的摄入量和储存量影响着人的健康状况，同样影响着人的肿瘤的发生和发展，同时具有地理和地域性的分布特征。

6、微量元素协同与拮抗作用

锰能促进铜的利用，铜能加速铁的吸收和利用，铁、锰、铜、钴有生血协同作用。

镉能减少锌的吸收和生物学功能，锌能拮抗镉的毒性；铜能拮抗钼的毒性；硒能拮抗镉的毒性，砷能减弱硒的毒性，而钴能增强硒的毒性。铁和锰既能相互干扰在消化道的吸收过程，又能协同生血效果。第三节微量元素的监测与研究方法

1、微量元素的研究方法

⑴调查性研究⑵实验性研究⑶机理研究

2、微量元素的样品及样品的采集、保存

样本种类的选择：土壤、植物、水、组织液、排泄物、毛发和指甲、脏器

血样的采集、保存和预处理

血液化学成分：水分：80%；

蛋白质：血红蛋白，血浆蛋白、酶蛋白

无机组分：微量元素主要集中在蛋白质组分中

3、微量元素的检测方法

无机化处理法：灰化硝化

分离富集法：萃取离子交换吸附沉淀

测试方法：原子吸收 ICP 光度分析电化学分析中子活化

4、微量元素检测结果的可靠性

样本的代表性

测试方法（方案）的适用性

测试设备的准确和精密度

测试人员的水平与责任心

被测试对象、成份的测试研究程度

第二章铁（Fe)

第一节铁的元素化学

概述

Iron原子序数：26，位于过渡系的中央,主要稳定氧化数+2、+3，在生物体内铁还可以+4和+5的氧化数存在。地壳中含4100克/吨，海水中含量3.4微克/克，人体内60微克/克。

第二节生物体内的铁

铁在体内的含量和分布

成年人：4～6g/人，平均4.5g/人。肝，脾，肾，肺含量高。

?铁大部分以蛋白质复合物的形式存在。

?含量如下图，单位：微克/克

体内血液中铁元素含量范围

?全血：301～530(447)mg/L ?红细胞：995～1140mg/L ?血浆：0.71～1.27(1.10)mg/L

?血清：0.67～1.87(1.09)mg/L

铁的基本性质表现了活泼金属的性质。它溶于酸而置换酸中的氢，在温度高时甚至置换水中的氢。浓氧

化性酸可以使铁钝化。铁的活泼性还表现在容易表面氧化上。特别是接触水蒸气和电解质时，很容易生“锈”。

金属铁或氧化铁溶于酸生成铁盐。非氧化性酸(如盐酸或稀硫酸)溶解金属铁时，形成亚铁盐，在空气中，亚铁盐或多或少地变成铁盐。所以，在亚铁盐溶液中，总是Fe(Ⅱ)与Fe(Ⅲ)共存的。

铁化合物中难溶于水者很多(氧化物、氢氧化物、硫化物、磷酸盐等等)，与它们接触的水溶液中总要有Fe2+和Fe3+存在。它们的溶度积和溶液的pH和其它组分决定Fe2+和Fe3+以及其它Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)配合物的浓度。例如，从酸雨到胃液等都可以溶解有较多的铁。

在水溶液中，铁化合物的性质都是Fe2+或Fe3+的性质。

铁化合物具有丰富多采的生物功能，所有这些功能都是以它们特有的水溶液化学为基础的。在第一过渡系中，唯独铁可以在生理条件下同时有两种稳定氧化态、有合适而且可调的氧化还原电位，以及它们的自旋态、立体构型和对配体的适应性。

第三节铁在体内存在的形式及特性

铁在地壳中丰度居第 4 位，但在生物物质中的含量相当低。这与铁的生物利用度低有关，而后者又与Fe(Ⅲ)易形成难溶物有关。为获得必需的铁，有许多生物合成并排泌铁螯合剂把难溶化合物中的铁活动化，变成易被生物摄入的配合物(FeL)。它们是铁在生物体内存在的形式之一。进入生物体内的铁在不同隔室遇到不同生物配体，主要与其中特定的少数几种结合。在血液或其它体液中，FeL 把铁传递给运载铁的蛋白质(如哺乳动物的转铁蛋白)，并再传递给贮存铁的蛋白质(如铁蛋白)。铁运载蛋白和铁贮存蛋白是体内两类铁的存在形式。

此外，还有许多含铁的、有生物功能的蛋白，包括许多以铁为活性金属的酶和非酶蛋白。在少数生物体内或体表存在有排列和成长有序的含铁矿物质(如磁性氧化铁)，它们既是生物体对摄入的铁加工的结果，也是表现特殊生物功能的材料。

铁以两大类形式存在于动物体内

卟啉铁类：血红细胞内的血红蛋白；肌红蛋白；细胞色素和酶类

非卟啉铁类：运铁蛋白；铁蛋白；乳铁蛋白；含铁血黄素；无机铁等

1、血红蛋白：

每个血红细胞约含2.8亿个血红蛋白分子,每个血红蛋白分子含有4个铁原子，血红蛋白摩尔式量64500,以蚯蚓血红蛋白为例：

组成血红蛋白的蛋白部分——珠蛋白，共有4条多肽链：一对 链，一对 链，前者每条链含有141个氨基酸单位，后者每条链含有146个氨基酸单位。每个亚铁血红素基包在一条多肽链中，每条链以三度空间有规律地折叠排列。4条链集合在一起，形成一个65×55×55(10-10)的球形分子。每个亚铁血红素中的铁原子可以携带一个氧分子，在血内参与氧的运输，同时间接作用与CO2 的转运和释放。

2、肌红蛋白：

蛋白部分摩尔式量16700，含有153个氨基酸的多肽链，含有一个亚铁血红素。一般认为是肌肉贮存氧的场所，用以支付运动时肌肉所负的巨大氧债。

3、细胞色素和酶类：

由铁组成或需铁的细胞色素和酶类，参与体内复杂的氧化还原过程。例如在肌肉细胞内，细胞色素担负着电子的传递，最后由细胞色素氧化酶的催化作用，使三羧循环脱下的氢原子由血红蛋白从肺运来的氧化和成水，以保证代谢过程。在氧化过程中可能产生过氧化物等有害物质，但可被过氧化氢酶等铁卟啉复合物破坏而解毒。

非铁卟啉复合物

1、运铁蛋白(transferrin,siderophilin)：在血液中起运载铁的作用。摩尔式量为88000，体内总含量约10克。

2、铁蛋白(ferritin)：是一种棕色的含铁蛋白质复合物。各种组织都含有铁蛋白。摩尔式量为460000，直径约130纳米，内腔60纳米，可容纳4500个铁原子，它具有保护功能(防止铁以离子状态存在或从结合

物中逸出而产生毒害作用)、贮存功能(进入体内的贮存铁，大部分以铁蛋白的形式存在)、调节铁的吸收和转运铁的作用。

3、乳铁蛋白(lactoferrin)：是一种多肽链含铁蛋白，摩尔式量77000，能结合2个铁。存在于人体各种外分泌物及中性白细胞内的颗粒中。具有抗菌消炎提高免疫力的作用。人乳中100毫升约含150到200毫克乳铁蛋白。

4、含铁血黄素

5、无机铁

第四节铁的功能及生物学作用

铁参加血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶及触酶的合成。缺铁或铁的利用不良时，上述成分失常，导致氧的运输、贮存、二氧化碳的运输及释放、电子的传递、氧化还原等代谢过程紊乱，产生病理变化，最后产生各种疾病。

缺铁时，肝脏的发育速度减慢，肝内合成DNA受到抑制，发生贫血，抑制生长发育。对感染的应激能力降低

一、铁硫簇合物

1Fe-0S:本图给出了C.pasteurianum 红氧还蛋白（Rb)的晶体结构分析结果。这个蛋白质包含有一个被4个半胱氨酸六原子配位的四面体单铁原子。Fe-S平均键长为0.229nm

2Fe-2S:来至于S.platensis 的x射线结构研究表明｛Fe2S2（S-Cys）4｝2-的存在。这个双桥联Fe2S2 单体中，Fe…Fe间距为0.27nm。

二、生物体内含铁载氧体

氧的生物功能包括氧化有机营养物向细胞提供能量；释放活性氧破坏或杀伤被内吞入细胞的细菌和外来物质；对外源性物质在肝脏进行氧化性解毒；参与某些氧化性代谢和生物合成等。

氧的生物功能的实质是光合作用的逆向反应。

生物体内的物质与能量转换反应是分散在细胞中进行的，因此需要把“O2”及“燃料”运送到或进行物质转化的部位。完成运输任务的就是（血液）含有铁的血红蛋白、（组织）贮存铁的肌红蛋白、利用氧的细胞色素和（血液）运出CO2的血红蛋白。

第五节铁的吸收

铁的吸收量

和其它必需金属的代谢一样，铁的吸收、周转和利用是严格受控的。不过，对铁的内稳态调节来说有一点是突出的，即铁的周转百分率很高，所以每天只要吸收1mg 即能维持数千倍于它的需要量。

( 一) 胃内铁存在形式及对吸收的影响

虽然现在认为铁在肠内吸收，但还不能完全否定胃的吸收铁的功能。目前，公认胃液环境对铁的吸收起重要作用。首先是胃液的酸性环境(pH=1～2)阻止铁离子和它的配合物水解、聚合与沉淀。胃液中的高Cl 浓度也有助于形成可溶的氯合配合物。这一酸性环境还能溶解一些进入消化道的难溶铁化合物；其次是在H+刺激下促进胃蛋白酶合成，使蛋白质水解，使结合在蛋白质中的铁以可被利用的形式释放(如血红蛋白释放血红素)。

( 二) 铁在肠内的吸收

进入肠内的铁除有一部分变成难溶物排泄外，可以吸收的铁有两类：血红素铁和非血红素铁。对于前者，肠壁绒毛边沿有其受体，所以可直接进入肠粘膜。在粘膜内，血红素在血红素氧化酶作用下把铁以Fe(Ⅱ)形式释放，同时生成胆红素和一氧化碳；而一氧化碳能抑制血红素氧化酶，从而起反馈调节作用。

进入粘膜的铁一部分以铁蛋白的形式贮存在粘膜中，一部分转给血浆转铁蛋白。二者比例与机体铁状态有关。在正常情况下，粘膜吸收百分率和进入血液的百分率分别为12％及3.6％，在缺铁性贫血时为33.5％和29.8％。

在吸收、利用与排泄整个工作系统中，铁的肠吸收是控制铁的内稳态的最重要环节。对肠吸收量的调控

是在以下三步中实现的：

（1）肠道内阶段。食物中的铁与配体结合转化为可吸收形式；

（2）粘膜阶段。铁化合物穿过粘膜上皮细胞；

（3）粘膜内。转化为转铁蛋白，送到组织。有一部分进入粘膜细胞，但不需要的铁形成铁蛋白，在细胞终期排入肠道。

( 三) 铁的贮存与利用

虽然各种细胞功能不同，但所有细胞都必需铁，而且铁代谢的基本形式相似。所有细胞都通过细胞外的转铁蛋白获取铁，并将所得铁的大部分供给线粒体用以合成细胞色素、血红蛋白、肌红蛋白等血红素蛋白。此外，还用于合成非血红素蛋白，包括一些含铁酶。在所有哺乳动物细胞中还把铁合成铁蛋白。本节主要叙述在肝细胞中合成铁蛋白和铁周转以及在红细胞中血红蛋白的合成、两个重要贮存与利用过程，也涉及其它细胞。

1.铁摄入

大体可以把肝细胞摄入铁分四部分。在第一部分中，转铁蛋白受体结合转铁蛋白铁(Ⅲ)配合物内化后，因囊泡内pH 低而释放铁。这一部分利用细胞外转铁蛋白结合的铁。第二部分是利用结合在血红素结合素(hemopexin，HX)上的血红素铁。细胞表面受体结合HX 后内化，释放出游离血红素，血红素在微粒体中被血红素氧化酶氧化而释放铁。在第三部分中，血红蛋白以与结合珠蛋白结合成复合物形式被肝细胞表面受体结合，转入细胞内后释放血红素，也被血红素氧化酶氧化而释放铁，但有一部分血红蛋白-结合珠蛋白复合物则通过胆汁排出。除以上三种方式外，铁蛋白也可被肝细胞摄入。所有释放的游离铁都成为非铁蛋白的“暂时性铁库”备用。

2.细胞铁代谢的调节机制

细胞铁代谢的调控是一个复杂的多因素的过程。

在这一调节机制中，最重要的是转铁蛋白受体与转铁蛋白的相互结合与释放。通过这种方式摄入铁是主动运送。一般哺乳动物细胞的浆膜上都有转铁蛋白受体(TfR)。(TfR)是一个跨膜的二聚糖蛋白，每一亚基结合一个Tf-Fe(Ⅲ)2，形成的复合物在中性介质中很稳定。它也可与没结合铁的Tf结合，但很不稳定。所以，它能结合了Tf－Fe(Ⅲ)2，把Fe(Ⅲ)释放后变成结合Tf 的不稳定复合物，接着把Tf 放出，再去结合游离铁。

通过调节细胞表面TfR 数目可以调节铁的摄入。一般来说，TfR 基因表达受细胞内铁浓度控制。细胞需铁多，则细胞表面TfR 密度大，如正在合成H6 的细胞。在细胞暴露于促进增殖的介质中时，TfR 基因表达增高。

转铁蛋白

转铁蛋白(Transferrins)是一大类遗传相关、基本结构和生物功能相似的铁结合蛋白。典型转铁蛋白如在脊椎动物血浆、脊髓液、精液以及鸟类和哺乳动物的神经元中存在的血清转铁蛋白，一般简称转铁蛋白(以下用Tf 表示)，在禽蛋和爬虫蛋蛋白中存在的卵转铁蛋白(用OTf 表示)，以及哺乳动物乳汁、胰腺液、泪液和白细胞胞浆内存在的乳转铁蛋白(用LTf 表示)。此外，还有一些蛋白质与转铁蛋白相关，但不能说它们也是转铁蛋白，如人黑色素瘤细胞膜上的黑转铁蛋白、甲壳类动物中的铁结合蛋白以及最初由猪子宫分离出的子宫转铁蛋白(UTf)等。

转铁蛋白的功能

1.铁的转运如前所述，在人体内铁的摄入与利用必须解决一个困难，即：生理条件下Fe(Ⅲ)离子容易水解、聚合和沉淀。

2.细胞增殖所有细胞的生长都需要铁。由于摄入铁越多，增殖越快，所以细胞获得和利用铁是受控的，而控制方式则是通过细胞表面能接受Tf-Fe(Ⅲ)配合物的受体(Tf 受体)的数目来实现的。正常细胞表面Tf 受体数目受控，而一个迅速增殖的肿瘤细胞的表面Tf 受体密度大。所以，抗人Tf 受体的单克隆抗体可以阻止癌细胞生长。天然杀伤(NK)细胞通过进攻Tf受体而杀伤细胞，癌细胞Tf 受体密度大，所以对NK 细胞敏感。

3.清除游离铁自由铁离子和简单铁配合物因能推动·OH 自由基形成而具有细胞毒性。转铁蛋白因能生成非常稳定的Fe(Ⅲ)配合物，所以起着清除游离铁离子、抑制自由基产生的细胞毒性的作用。

4.其它LTf 还具有一些其它功能，在粒细胞中的Fe(Ⅲ)-LTf 抑制由巨噬细胞和单核细胞的刺激菌落活性(Colonystimulatingactivity)。LTf还与淋巴样细胞运动有关。

含铁氧载体

生物的能量和物质代谢，具有以下特点：

（1）生物体以自由能形式释放和贮存能量；

（2）生物体内进行的物质及能量转化反应都是在恒定常温（～37℃）下进行的；

（3）生物体内进行的上述反应是分散在细胞中进行的，因此需要把O2及“燃料”运送到需能或物质转化的部位；

（4）生物体内的物质与能量转化是多种多样的，不同反应在不同部位发生。氧和代谢物运送到相应部位，遇到定位在那里的反应促进剂（主要是酶）和那里的合适反应条件而发生反应；

（5）在各个细胞内都能产生、贮存和利用自由能，以保证定时、定点、定量地提供能量或对物质加工；（6）在人体内发生的有机物氧化反应的最终产物二氧化碳必须经肺排出。

可以把能量代谢中氧的利用系统表示如下：

每一环节的完成都有一种或几种生物物质作为其物质基础。这包括作为运氧载体并运送二氧化碳经肺呼出的血红蛋白（Hemoglobin，Hb），它存在于红细胞内；也包括在组织中负责从血红蛋白获得氧并贮存起来的肌红蛋白（Myoglobin，Mb）以及定位于线粒体内膜的，由细胞色素（Cytochrome）类等构成的电子传递系统，使有机代谢物最终氧化成CO2 和H2O。有趣的是，由于分子演化的结果，Hb、Mb 及细胞色素都是血红素蛋白，即都以铁的卟啉配合物为辅基的蛋白质。这是人和哺乳动物的氧的利用系统所共有的特性。在许多低等动物中也有载氧体存在，有的不是含铁蛋白；有的虽然是含铁蛋白，但并不是Hb 和Mb 那样的血红素蛋白。

研究对象食物中获取mg/d 可吸收率%

成年人10--15 5—20；婴儿(奶>20；儿童少年15 5--20 ；妇女15--20 >10；孕妇20--30 >10 口服铁剂吸收率约为1---5% 有机铁可能好些

影响铁吸收的因素——食物因素

动物食品的铁的吸收率大于植物食品。动物食品与植物食品混合，有利于植物食品铁的吸收。无机铁与动物食品和还原性物质(Vc)混合食用，可提高吸收率。

食物名称吸收率%

鱼肉11 牛肉22 牛肝16 大豆 2.6 小麦1—5 人奶>20 牛奶13

影响铁吸收的因素——铁的性质及制剂

二价铁易于吸收，其中硫酸亚铁、琥珀酸亚铁、乳酸亚铁、葡萄糖酸亚铁、卟啉铁较好。

个体对铁的需要量影响着铁的吸收率。

铁的剂量适当吸收率高。

影响铁吸收的因素——胃肠的因素

胃内酸度和分泌成分，对铁的吸收起着重要作用。胃酸缺乏往往引起铁的吸收障碍，胃切除的病人吸收铁的能力降低。

小肠本身具有控制铁的吸收机能。当人需要铁时，肠粘膜加速提高铁的吸收；当不需要铁时，肠粘膜阻碍铁的吸收。

影响铁吸收的因素——机体的状态

不贫血的献血者或孕妇的铁吸收量显著增加，高于正常2——10倍。妇女每天吸收0.5mg就可满足需要，但月经后每日吸收量竟达11mg。

患急慢性传染病的人，铁的吸收明显减少。而且不论用任何治疗，都不能增加铁的吸收。

消化道酸度偏低及缺铜都将影响铁的吸收。体内贮存铁的数量、红细胞生成率、骨髓功能状态、促红细胞生成素的含量、运铁球蛋白饱和度、血清铁清除率、铁蛋白合成的数量等影响铁的吸收。老年人铁的吸收量减少。

第六节铁的毒性

急性铁中毒

铁的致死量为200 到900毫克/1000克。

急性中毒可分为4个阶段。

第一阶段:吞服1小时内：腹痛、呕吐、有时可见呕血、黑便和代谢性酸中毒，不及时救治，可在4到6小时内昏迷、死亡。

第二阶段:第一阶段度过后，第二阶段是一个平稳期，一是好转，二是进第三阶段。

第三阶段:吞服12到48小时之后，往往出现高热、黄疸、抽搐、昏迷和死亡。

第四阶段:若幸存，在6周时进入幽门狭窄、胃纤维化并有梗阻症状。

慢性铁中毒

慢性中毒是铁在体内累积过多（罕见的病例体内含铁总量为正常人的10到20倍）而引起的毒性反应。长期吸入含铁较高空气或长期摄入含铁高的饮食以及多次大量输血，可能引起铁的慢性中毒。

临床表现为头重脚轻，记忆力、食欲减退。严重者皮肤呈棕色和灰色，骨质疏松，软骨钙化，进行性关节炎，严重者肝硬化，胰腺纤维化。

铁中毒的预防与救治

慢性中毒重在预防。改善铁尘较高的工作环境；注意铁制剂的注射与服用量……。有条件的检测体内铁的贮存量。

铁中毒的治疗：用于铁选择性配位的有机络合剂静脉滴入。急诊病人还应配合支持疗法（输氧、输血、输液等、催吐等等）。

第七节与铁有关的疾病

缺铁引起的疾病

贫血：体内铁丢失总是超过铁摄入，引起体内铁贮存明显降低，可利用的铁不够正常合成血红蛋白，使血液中血红蛋白量减少，因此全身组织器官缺氧。

脑神经系统变化：对外刺激的应答减弱，易疲倦，工作耐力、学习能力、注意力、记忆力降低。

机体防御、抗感染能力降低

正常成人含铁4～6g，有60%在血循环中，其余贮存在肝和骨髓中。每天有20～25mL红细胞因老化而损坏，由此释放20～25mg的铁，其中有19～24mg的铁循环使用（再次合成血红蛋白），约有1mg排出体外。每天吸收1mg铁是容易的。但对于妇女失血较多，应注意补铁；对于儿童，成长发育较快，应注意补铁；由于内、外伤失血较多，应注意补铁。补铁应以食物为主，海洋食品、黑色食品含铁较多。

铁的过度积累引起的疾病

继发性铁的过度积累——慢性铁中毒

原发性铁的过度积累基因第六染色体缺欠，使调节铁摄入的机制不能正常运转。通常铁的肠道吸收是受

控的，一种是线性不饱和的，一种是饱和的。胎儿和新生儿前者为主，在正常情况下，出生后不久即转变为后者方式。但缺乏第六染色体的人，不能完成这一转变，使摄入的铁量得不到限制，而造成铁的过多摄入和铁过度积累。

治疗同慢性铁中毒

异常血红蛋白症

先天性血红蛋白异常

1、高铁血红蛋白症：正常的亚铁被氧化成高铁或被高铁取代，使载氧能力下降。

2、不稳定血红蛋白病:由于个别氨基酸的置换,插入或缺损,它们容易在红细胞内氧化,变成高铁血红蛋白,同时形成超氧离子自由基·O2-高铁血红蛋白又经高铁血色原形成沉淀而发生溶血。

3、地中海贫血：有意义的血红蛋白链合成不足，无意义的血红蛋白链合成相对过剩并在红细胞内聚集和沉淀。

铁与癌

铁与癌的关系尚不明确，但有几点有关：

1、呈正相关，癌细胞的增长需要大量的铁。

2、铁代谢异常，血浆浓度下降，轻度贫血。

3、铁诱导的自由基造成的细胞损伤。

因此，有人认为，去铁可以抑制肿瘤生长。

又有人认为，由于铁可以参与氧自由基代谢，所以它表现的细胞毒性可用来杀伤癌细胞

铁与感染和炎症

细菌生长需要铁，铁能促进细菌生长。

正常情况下，血红蛋白、肌红蛋白中的铁被保护，细菌不能利用。但组织受损时，引起细胞内血红蛋白释放、降解，它的铁可能被利用。在上述铁利用度提高可促进感染这一过程的同时，机体有一套机制去控制铁对入侵细菌的供给。此时体温升高，血铁降低，使细菌的生存环境降低，直至细菌失活。

可采用铁鳌合剂治疗细菌感染。很多治疗感染的药物，含有铁鳌合剂。

第八节铁的测定——人发中铁的测定

AAS（原子吸收分光光度法）

预处理后的发样经消解（干式灰化、湿法消解），溶解定容后测定。可用空气——乙炔焰，测定248.3nm 吸光度。也可用石墨炉法测定，但成本较高。

干法灰化简单快速，但易造成铁的挥发，结果偏低。

儿童参考值为：25微克/克，成人约20微克/克

1.ICP（等离子体发射光谱法）

2.PIXE（质子诱导X射线发射光谱法）

3.火花源质谱法

4.阳极溶出伏安法

5.差示脉冲溶出伏安法

6.分光光度法

血清中铁测定

1、分光光度法

检测体内铁的含量目前主要是血清内铁蛋白的测定。方法是：分离后的血清加20%的三氯乙酸搅拌，在90℃水浴上加热15分钟或用丙酮处理，离心分离。分离液加还原剂将三价铁还原为二价铁，比色测定。

1.09mg/L。

2、AAS法

3、ICP-AES法

4、发射光谱法

5、中子活化法

应用最多的是原子吸收和分光光度法

总结铁：动物体内血红蛋白中的铁具有固定氧和输送氧的功能，亚铁离子是血红蛋白的中心，它除与卟啉环的四个氮原子结合外，第五个位置为蛋白质中组氨酸的一个咪唑氮原子所占，第六个位置可逆地与氧分子或水分子配位，铁离子周围蛋白质的排列及强场配体氧分子的作用，使血红蛋白氧合后形成亚铁离子的低自旋配合物，以保证亚铁离子与氧气配位后而不被氧化。在过氧化氢酶和氧化酶中铁保持正三价态。

人体中约含3—6g/人，平均4.5g/人。肝、脾、肾、肺含量高。铁大部分以蛋白质复合物的形式存在。体内铁高了，引起中毒，必须采用鳌合剂点滴或注射排毒。体内铁低了，引起各种疾病，因合理补铁。应以食补为主。

体内铁的含量可以测定。可采用血、发等样品测得。

体内血液中铁元素含量范围全血：301～530(447)mg/L 红细胞：995～1140mg/L

血浆：0.71～1.27(1.10)mg/L 血清：0.67～1.87(1.09)mg/L

一般认为，发中铁为20—80μg/g

第三章铜（Cu)

第一节铜的元素化学

概述

Copper 原子序数：29，位于过渡系的中央,主要稳定氧化数+1和+2 。地壳中含量50微克/克，海水中含量10微克/克，人体内1微克/克。

第二节生物体内的铜

成年人：50～120毫克/人，平均70毫克/人。肝、脑含量高，总量的35%在肌肉中。整个器官

单位：毫克

第三节铜在体内存在的形式及特性

1、血浆铜蓝蛋白：摩尔式量150000

除铁硫蛋白担负电子转移反应之外，还有铜蓝蛋白(blue copper protein)也担负此任。

?铜蓝蛋白的吸光系数＞3000mol/(L cm)

?铜的水化物吸光系数为5～10mol/(L cm)

?铜蓝蛋白的吸光最大在600nm

?铜的水化物吸光最大在800nm

?在同样浓度下，铜蓝蛋白比铜的无机物的蓝色更深，最大吸收波长向短波方向移动，都说明，铜蓝蛋白更稳定。

铜蓝蛋白中的铜以+2价存在这已通过核磁共振（EPR)实验证实。

由于铜+2价有一个未成对电子，适宜用核磁方法研究

?通过EPR研究，证实铜蓝中心既存在于较小的含单个铜离子的蛋白质，如质体蓝素（plastocyanin,来自植物）和蓝蛋白（azurin,来自细菌），也存在于复杂的酶（多铜氧化酶）中，后者在多种可识别的位置上含4个和更多的铜离子。

?铜蓝蛋白中铜离子更具有离域性。

?铜蓝蛋白中的铜在高pH（7.8)处于氧化状态，在低pH(3.8)处于还原状态。说明蛋白质金属中心氧化还原电位的调节受结合配位体酸碱性的影响。

?可用氰化物去除铜蓝蛋白中的铜离子。去除铜离子的铜蓝蛋白的结构变化较小，只是一组氨基酸侧链改变了方向。说明蛋白质包括它的金属结合部位，早在金属结合之前就已形成，并具有一定的刚性。

2、肝铜蛋白：摩尔式量350000，贮存铜。

3、血铜蛋白：摩尔式量350000，贮存铜，构成红细胞成分，参与铁代谢。

4、细胞色素和酶类：如丁酰辅酶A脱氢酶的功能是在脂肪的氧化中参与脱氢。

第四节铜的功能及生物学作用

1、参与造血过程及铁的代谢

铜参与造血过程，主要是影响铁的吸收、运送与利用（血红蛋白及细胞色素系统的合成）。铜可促使无机铁变为有机铁，使三价铁变为两价铁，能促进铁由贮存场所进入骨髓，加速血红蛋白和卟啉的合成，。铜还可加速幼稚细胞的成熟及释放。

动物缺铜时表现，首先发生血铜降低，形成“低血铜症”，继之，铁代谢出现：

①肠道吸收的铁减少

②肝、肾及脾内的储存铁减少

③血清铁降低

④组织贮存铁困难

⑤骨髓中的铁利用困难

⑥红细胞成熟困难

⑦成熟红细胞的半寿期缩短

⑧其它

上述情况是红细胞容积减少，出现低色素小细胞性贫血。补铁无效，补铜后改善。

铜对铁的代谢机制人们认为如下：

①铜能使贮存铁变成一种合适的化合物，有利于血红蛋白的合成

②铜可以解除抑制铁吸收的因子

③铜作为血浆铜蓝蛋白的主要成分，在氧的作用下，Fe2+ 很容易和球蛋白结合，形成运铁蛋白使铁循环使用等。

2、血浆铜蓝蛋白的重要作用

a、有多酚氧化酶的作用---氧化多种成分

b、有铁氧化酶的作用。能动员体内贮存铁，并把肝脏放出铁和肠粘膜上皮细胞放出的铁氧化成三价铁，以便很快的和血浆里的B 1球蛋白结合，形成运铁蛋白。

c、Ｗilliams认为，血浆铜蓝蛋白是小肠粘膜上皮细胞及其它细胞膜表面的铁转入B 1球蛋白的直接携带者，担负这段代谢过程中铁的运转任务。

3、铜与冠心病的关系

a、心肌梗塞病逝者的心肌中，含铜量减少。缺铜可引起心肌细胞氧化代谢紊乱，线粒体及肌原纤维异常，进而产生生理变化。

b、铜/锌比值减少，影响心肌病变（克山病）、慢性心力衰竭以至死亡。

c、适当运动，有利锌的排出（汗），使铜锌比适当，减少冠心病的发病率。

d、饮用硬水的人群，冠心病发病率低,是由于硬水钙镁含量高，抑制锌的吸收，使铜锌比值适当。

e、以谷类和豆类为主食的人群，冠心病发病率低,因其有利于铜的吸收。

4、参与色素的形成测定研究表明色深的毛发比色浅的铜量多。原因是：缺铜则胳氨酸酶形成困难，无法催化胳氨酸转化为多巴，多巴亦不能进而转化为黑色素。缺铜的人由于黑色素不足，常形成毛发脱色症，皮肤不能耐受阳光的照射。严重者，可产生白化病（白癜风）

5、铜对中枢神经、智力和内分泌影响

铜缺乏或铜过多，都可发生大脑及脑干部位的病变。缺铜：可致脑组织萎缩、灰质和白质退行性病变、神经元减少、精神发育停滞、嗜睡、运动受限等。铜多：亦然。

精神病人的铜量高于正常人。

铜量与内分泌激素水平呈正相关。

铜量适当可增强机体防御机能。

6、铜能增强某些药物的治疗效果

大多数治疗关节炎的药物在于铜络合后抗炎效用显著增加。如阿司匹林-铜络合物比不含铜的阿司匹林的疗效提高20多倍。这种络合物的制备和运用已成功地运用于保泰松、消炎痛、地塞米松。实验发现，无消炎效应的烟酸等药物，当与铜络合后，也产生抗炎效应。

第五节铜的吸收

1、吸收量

婴儿和儿童：推荐的剂量为0.05到 1.0mg/kg.d 一般0.08mg/kg.d 就能满足需要。成年人：0.05到2.0mg/kg.d

2、影响吸收的因素

地域的差异：水、食品的铜含量

其他金属的拮抗：锌、钼阻碍铜的吸收

镉、汞、银干扰铜的吸收

植物中的有机酸和硫离子可与铜形成

难容复合物而妨碍铜的吸收。

3、吸收的形式

放射性同位素研究表明，铜在食物中是以不溶或难溶的形式存在。但不影响吸收。说明食物中的铜大部以复合物的形式被吸收。现代一般认为，大部分的铜是与肠壁粘膜内的过氧化物岐化酶及含巯基的金属蛋白结合进入体内吸收，一部分与氨基酸和小分子量蛋白质结合转运至小肠粘膜内。

第六节铜代谢紊乱引起的疾病

铜中毒

临床表现：严重胃肠道刺激症，溶血或溶血性贫血，黄疸，心律失常。重者可出现肾功能衰竭及少尿症，休克，中枢神经抑制甚至死亡。

诊断：有服用污染水或食物的历史；蓝色呕吐物和污染物，鉴定含有铜；血清、尿铜异常高；有铜中毒的临床表现等。

预防：防止铜及其化合物污染水源、食品。食品添加剂的铜量应适当，使得60kg成年人日式量不会超过30mg(联合国粮农/卫生组织规定）。加强铜试剂的管理，严防儿童误服。

肝豆状核变性

临床表现：运动失调，肢体震颤、肌肉张力增加、进行性精神障碍、角膜出现棕绿色或灰绿色色素环，急慢性肝炎、肝硬化、肝坏死等。

病因：慢性内原型铜中毒可能是病人体内缺乏ɑ球蛋白，血清结合铜的能力低，不能与铜形成血浆铜蓝蛋白，难以控制铜的吸收。铜在血浆中呈游离状态，且游离铜很易于进入组织，沉积后不宜动用，引起肝、脑为主的病变。此外，本病与遗产有关，认为是常颜色体隐性遗传性疾病

铜中毒等的治疗

外源性中毒的治疗：牛奶洗胃；络合剂除铜；透析等。

内源性中毒的治疗：除采用络合剂、透析之外，还可通过补锌的方法改善铜锌比很有效（有人认为是此病与缺锌有关）。

Menke氏综合症

1962年menke等首先报道这种综合症。

症状与体征：先天性同吸收障碍。脸色苍白、昏睡、贫血、体温低下、肌肉痉挛、精神发育迟缓、生长发育停滞、厌食、易于感染等。头发卷曲、色浅易断是另一特征。血清铜及血浆铜蓝蛋白含量减少，含铜酶活性降低。

治疗：及时适量补充铜盐可使病情好转。

Ehlers-Danlos综合症

症状与体征：先天性结缔组织发育不良症，含铜酶赖氨酰氧化酶（lysyl oxidase)活性降低，弹性蛋白、胶原交联障碍，骨形成异常，枕骨突起、脸细长、皮肤关节过渡伸展，无CNS障碍和毛发异常，血清铜及血浆铜蓝蛋白含量显著降低。

治疗：及时适量补充铜和铁盐可使病情好转

低血铁-低血铜-低血清蛋白综合症

症状与体征：面色苍白、低色素贫血、易怒、精神发育迟缓、生长发育停滞。发病多以4～17个月的婴幼儿。血清铜及血浆铜蓝蛋白含量减少，血清铁显著降低。

病因：可能是胃肠吸收不良综合症的结果

治疗：及时适量补充铜和铁盐可使病情好转。

第七节铜的测定

血清铜的测定——标准值：0.87～1.64mg/L

AAS（原子吸收分光光度法）

样品处理同铁

临床意义：主要用于儿童发育障碍和营养不良评价、铜代谢异常诊断、铜中毒诊断等。

—发中铜的测定

—尿中铜的测定

应用最多的是原子吸收和分光光度法

总结

铜：铜化合物有毒，但微量铜是必需元素。一价和二价铜离子存在于十余种酶中，它的主要功能与铁相似，起着载氧色素和电子载体的作用。铜参与造血过程及铁的代谢，参与一些酶的合成和黑色素合成。高锌低铜的饮食干扰了胆固醇的正常代谢，易诱发冠心病。全血：0.64～1.28mg/L 红细胞：0.75～1.31mg/L彩缤纷血浆：0.01～1.40mg/L 血清：0.87～1.64mg/L 发样中铜含量：6～10μg/g 总结：铜含量检测的意义

偏高：偏高数倍，可能铜中毒。余可能与下列疾病有关：①内分泌因素：如生长激素缺乏、肾上腺皮质功能降低、甲状腺功能亢进、糖尿病、雌激素或口服避孕药使用。②神经和肌肉：如骨发育不全、风湿性关节炎、抗癫痫药物使用。③肝胆胰障碍：如肝炎、胆道闭锁、硬化性胆管炎、坏死后或胆汁性肝硬化、慢性胰腺炎④血液和肿瘤：如白血病、镰状红细胞贫血、恶性淋巴瘤、骨肉瘤、卵巢癌、胰腺癌、肺癌。⑤其他病因：如感染性疾病、结核病、心肌梗死、肺动脉高压、肾功能不全、色素性视网膜炎、血色病、糙皮病、妊娠等。

减低：可能与下列疾病有关：①摄取不足：如缺乏动物蛋白、儿童常饮劣质奶粉（加工时铜丢失）、神经性厌食。②吸收障碍：如慢性腹泻、脂肪泄、失蛋白性胃肠症。③丢失过多：如肾病综合症、皮质醇增多症、皮质类固醇激素或青酶胺使用。④先天性疾病：如Menkers卷发综合征等。⑤其他：如早产儿、低蛋白血症、灼伤、锌治疗、透析等

总结：铜量异常的矫正（治疗）

高：络合剂排出

低：⑴食补—①动物来源：禽类、鱼类、肉类；②植物来源：坚果、干豆、谷类、干果、鲜豆、蔬菜、鲜果等。

⑵盐补—遵医嘱

第四章锌（Zn)

第一节锌的元素化学

?概述

Zincum原子序数：30，位于过渡系的中央,主要稳定氧化数+2 。地壳中含量75微克/克，海水中含量15微克/克，人体内30微克/克。

锌在体内的含量和分布：成年人：2g～3g/人，平均2.3g/人。

主要分布在各种脏器和肌肉等软组织细胞内。

总量的62%在肌肉中。总量28%在骨骼中。

体内血液中锌元素含量范围

?全血：4.8～9.3(7.0)mg/L ?红细胞：7.6～16.1(14.2)mg/L ?血浆：0.79～1.7(1.1)mg/L

?血清：0.67～1.83(1.15)mg/L ?发样中含量：80～300(180)μg/g ?尿样中含量：270～660 μg/24h 第三节锌在体内存在的形式及特性

锌被融合在生物大分子配位体——蛋白质、核酸、膜（主要是膜蛋白等）中，生成稳定的含金属的生物大分子配合物——金属蛋白、金属核酸配合物等。目前，已知这些含锌的生物大分子几乎参与生物体

内大多数的新陈代谢过程，其中包括碳水化合物、脂类、蛋白质及核酸的合成和降解过程。就含锌酶而言，按IUB酶命名委员会分类的六大类酶中都有它的存在。

1、锌起催化作用的酶：——碳酸酐酶和羧肽酶

1933年，Meldrum和Roughton从血液中分离得一个可逆催化CO2水合作用的酶，从而命名它为碳酸酐酶。1940年，Keilin和Men从牛红血球中制得纯碳酸酐酶，并确定含有0.33%的锌。事实上，这种酶存在于大多数动、植物组织中，它不但起催化作用，而且还有光合作用、钙化、维持pH值和离子输送等一系列生理过程中承担功能。

CO2水合反应是碳酸肝酶最重要的生物功能，也是迄今为止已知催化效率最高的酶。在没有催化剂时，反应CO2+H2O→H2CO3 的速率是十分慢的，k1=0.037/s, k2=104 /s;而酶存在时k11=108/s , 使反应提高7个数量级。使反应CO2+H2O →H2CO3提高7个数量级对于人来说，微血管循环体系中快速地把CO2带走是生命攸关的。碳酸肝酶通常有两个同功酶：CAC和CAB。人们研究了人血的HCAB、HCAC和牛血的BCAB、BCAC ，在这些同功酶中HCAC和BCAB具有较高活性，热稳定性也高。

从结构上看：HCAB、BCAC ,都是一个单肽链组成的蛋白HCAB有260个氨基酸，BCAC有259个氨基酸，它们有60%的氨基酸的顺序是相同的，但是HCAC、BCAB之间的氨基酸顺序更为接近.事实是，在以锌离子为中心的8?活性中心环境中HCAC与BCAB是相同的，而HCAB却有四个氨基酸是不同的。人碳酸酐酶的多级结构

HCAC是一个扁园形的分子，大小为41×42×55?。每一个分子都包含一个锌原子。图中，含有α－螺旋，β－折叠。以锌离子为中心的活性部位由γ、δ、ε、和δ四个β－折叠和两个α－螺旋所三面裹绕，锌离子与三个组氨酸的咪唑环上的氮原子所配位。第四个配位体是水或羟基。

3、锌起活性调节作用的酶：

亮氨酸氨基肽酶。亮氨酸氨基肽酶有6个相同的亚基组成，每个亚基含有两个锌离子、分子量为54000。它的作用是催化水解蛋白肽链的N端氨基酸，当N端氨基酸为亮氨酸时，水解速率最快。水解速率次序为：亮氨酸﹥苯丙氨酸﹥丙氨酸﹥甘氨酸

4、锌起催化与非催化作用的酶：

醇脱氢酶。牛肝醇脱氢酶为两个亚甲基组成，每个亚甲基是374个氨基酸的肽链（分子量为40000），结合两个锌离子。它在体内催化下列反应：

R-CHO + NADH+H+== R-CH2OH + NAD+

↑↑

还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，还原型二磷酸吡啶核苷酸，还原型辅酶Ⅰ

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸二磷酸吡啶核苷酸，辅酶Ⅰ

第四节锌的功能及生物学作用

1、锌与蛋白质代谢及核酸代谢

由于锌存在于蛋白质及各种金属酶中，因此细胞内的锌量直接调节着这些锌酶的活性，也就控制着各种代谢过程，特别是蛋白质、脂肪、糖的代谢过程，以及核酸的合成降解作用。锌对各种代谢过程的影响程度，取决于参与代谢过程中的各种酶与锌的结合的牢度和其它配体的交换速率。

锌与蛋白质代谢及核酸代谢例子

⑴、当锌缺乏时，碱性磷酸酯酶（AP),碳酸酐酶（CA),羧肽酶（CPA)等活性改变最为显著。老鼠动物实验表明，在饮食锌枯竭两天后，AP活性下25%,四天下降50%。在恢复供锌3天后，AP活性恢复到了正常水平。对于CA、CPA的实验表明，与AP 一样有同样的效应。

⑵、当锌缺乏时，不同组织中氨基酸的合成蛋白质的速率发生了两极分化，引起血氨升高（蛋白质及核酸的降解加速），食欲下降。食物的减少，锌摄入的量更少，而导致症状加剧甚至死亡。

⑶、当锌缺乏时，肝、肾、胰和睾丸中DNA合成的影响极大。DNA的合成速率降低、细胞分裂速度降低，同时抑制了食欲和摄取。出现了吃得少，生长慢的现象。

2、锌与生物膜

人们研究发现，正常锌的减少可使细胞变脆，易为渗透压所破碎。锌通过红细胞膜进入细胞内部的速度是很快的，在37度，pH为7.4的条件下，每毫升红血球可摄取9.8mmol的锌。说明红细胞膜上，有可能有锌的载体蛋白。

少量锌的存在，可改善脱氧镰刀状红细胞的栽氧能力。

3、锌与激素

锌影响胰岛素、生长素和性激素。锌可以在分泌、活性以及与组织的结合等等各个阶段上影响激素。反过来，激素也可以调控机体锌元素的代谢过程。

锌与胰岛素缺锌影响胰岛素分泌

注射葡萄糖后锌势态对血清胰岛素的影响

4、锌与免疫

锌是参与免疫功能的一种重要元素。在微量元素中，锌对免疫功能影响最明显，无论人还是动物，体内含锌量的减少均可引起细胞免疫功能低下，对疾病的易感性增加，一些与缺锌有关系的疾病，如肠病性肢端皮炎、低丙球蛋白白血病、镰刀状红细胞贫血症等都伴随有严重的免疫功能低下的症状。随着锌的补充，免疫功能都随之提高。

5、锌与其它元素的相互作用

锌与铜：Zn/Cu≥10时，Cu的吸收被抑制，可导致贫血。反之，Cu高不影响Zn的吸收。

锌与镉：电子构型与化学性质近似，可相互置换。但许多酶中锌被镉置换后，致使酶失活。锌可拮抗镉的毒性。当镉中毒的动物注射锌后，中毒症状明显减轻。

锌与其它元素

第五节锌的吸收

1、吸收量

成年人每日食用10到15mg的锌，其中约5mg被吸收，约占总量的40%。

2、影响吸收的因素

动物中锌易吸收，植物中锌不易吸收，例如谷物中含有6-磷酸肌醇，它与锌形成不溶性复合物。

人奶中的锌易吸收，而牛奶中的锌不易吸收。原因是人奶中的锌的存在状态是与小分子的配位体形成复合物，有利吸收。

3、锌吸收的机制

吸收锌的主要脏器是小肠

第六节锌代谢紊乱引起的疾病

锌中毒

临床表现：急性中毒：经胃肠道摄入时，主要表现为腹痛、呕吐、腹泻，里急后重，厌食等。因吸入锌雾引起，多表现为低热、感冒样症状，食欲不振等。慢性中毒表现为，顽固性贫血，食欲不振等。治疗：同铁、铜中毒。

伊朗村病临床表现：Prasad于1958年在伊朗锡拉茨地区发现：侏儒、贫血、皮肤粗糙而干燥、嗜睡和食土癖、生殖腺功能不足。地方病因调查：食物以面包为主，动物蛋白摄入极少。通过补铁，校正了贫血，但侏儒等症状依然存在。补锌后改善。病因：对这一地区的食物分析表明，面包中锌含量并不少（30mg/kg) 但6-磷酸肌醇为700mg/kg,使锌失去了被吸收的可能，造成严重缺锌。

肠原性肢体皮炎

我国湖北仙桃地区1979～1988年共发现89例

临床表现：婴幼儿常染色体隐性遗传、稀少的散发性的疾病。人乳喂养停止后发病。特征：皮肤上有进展性的肢端、口腔、肛门、生殖器部位的大脓疱皮炎，同时伴有甲沟炎和秃发。慢性腹泻、体瘦、角膜混浊等。病因：小肠吸收锌功能不全（异常）。治疗：通过血液补锌可使80%以上的患者痊愈

与其它疾病的关系

锌与皮肤病：相关。但有的皮肤病人并不缺锌（如牛皮癣），这类皮肤病能否用锌治疗有待研究。（有人

正在研究用锌治疗牛皮癣、痤疮和小腿溃疡等）。锌与眼科疾病：相关，但不清楚。锌与心血管疾病：锌与癌症：锌与白血病：

第七节锌的测定——血清锌的测定

标准值：血清：0.67～1.83(1.15)mg/L

AAS（原子吸收分光光度法）

样品处理同铁、铜

临床意义：主要用于儿童发育障碍和营养不良评价、发育迟缓、侏儒、性功能障碍、伤口愈合障碍评价等等。

标本制备：5ml,不加抗凝剂，立即送检。

如果人体中锌含量——

增高：①摄取过多，如补锌过量，职业性锌中毒等。②内分泌因素：如生长激素缺乏、肾上腺皮质功能降低、甲状腺功能亢进。②血液疾病：溶血性贫血等。③其他情况：如锌结合蛋白异常、海产品食入过多等。

减低：可能与下列疾病有关：①摄取不足：如缺乏动物蛋白、以谷类为主或素食习惯，胃肠内或胃肠外忽略补锌。②吸收障碍：如吸收不良综合症，肝胆疾病、嗜酒和酒精性肝病、肝硬化、胰腺疾病、血吸虫病；障碍吸收的食物与药物史。③丢失过多：如慢性腹泻、肾病综合症、糖尿病等。长期使用静脉营养、利尿剂、透析治疗等。④分解代谢亢进：如急性组织损伤、心肌梗死、严重外伤、灼伤、慢性炎症与感染。⑤其他：如早产儿等

总结:

锌：2g～3g/人，平均2.3g/人。主要分布在各种脏器和肌肉等软织细胞内。总量的62%在肌肉中。总量28%在骨骼中。成人每天食入10到15mg/d.

锌是必需微量元素，有多种含锌蛋白酶。60多种酶的活性与锌有关，如碳酸酐酶、碱性磷酸酶、羧肽酶、DNA和RNA聚合酶等。是维持正常生长发育、繁殖后代、皮肤功能、免疫功能、暗适应等重要生命生理功能所必需。

锌的主要来源是动物食品和海产品，而谷类食物缺乏锌。锌的吸收主要在小肠，一般吸收率约为30到40%。植酸、纤维障碍吸收，蛋白质、乳糖促进吸收。

体内血液中锌元素含量范围

全血：4.8～9.3(7.0)mg/L 红细胞：7.6～16.1(14.2)mg/L

血浆：0.79～1.7(1.1)mg/L 血清：0.67～1.83(1.15)mg/L

发样中含量：80～300(180)μg/g 尿样中含量：270～660 μg/24h

总结：锌量异常的矫正（治疗）

高：络合剂排出

低：⑴食补—①动物来源：鱼类、肉类、蛋黄；②植物来源：海产品⑵盐补—遵医嘱。葡萄糖酸锌等。

第五章碘（I)

第五章碘序

我国31省市直辖市4.25亿人口存在碘缺乏，占世界人口的40%。

1990年，世界儿童首脑联合会议通过了《儿童生存、保护和发展世界宣言》和《执行九十年代儿童生存、保护和发展世界宣言行动计划》提出2000年全球消除碘缺乏病的目标。当时，李鹏总理代表中国政府在上述两个文件上签字承诺。为此，我国提出：5月15日为全国碘缺乏宣传日，以提高人们对碘缺乏病的认识

1993年9月国务院召开“中国2000年实现消除碘缺乏病目标动员会”并制定《中国2000年消除碘缺乏病规划纲要》，在缺碘地区，通过组织协调婚姻登记、计划生育、妇幼保健、计划免疫等部门共为9000余万特需人群补服了碘油丸，为有效地控制因碘缺乏导致的新生儿智力残疾，为实现我国消除碘缺乏病

阶段性目标做出了贡献。

持续消除碘缺乏病国际会议在京召开

2003年10月15-17日，卫生部与联合国儿童基金会在京联合举办了“持续消除碘缺乏病国际会议”。27个国家的代表共300余人出席了本次会议，其中有伊朗、孟加拉国等18个国家的部级政府官员，乌兹别克斯坦副总理古丽亚莫娃女士、联合国儿童基金会执行主任卡洛·贝拉米女士，世界卫生组织助理总干事凯瑟林·雷格勒－加缪女士，持续消除碘缺乏病全球联盟代表，以及中国国家发展与改革委员会、国家商务部等国内相关部委的领导。

10月15日下午，吴仪副总理兼卫生部长出席了会议开幕式并致辞。吴仪副总理指出：“中国政府把碘缺乏病防治工作作为一项关系优生优育、预防残疾、提高人口素质的重要工作和关心群众疾苦、密切联系群众的一件大事。中国政府将领导和团结各有关部门、社会团体和广大群众，在进一步提高碘盐覆盖率的同时，通过持之以恒的努力，持续控制并最终消灭碘缺乏病。”

会上，代表们就全球碘缺乏病状况和持续消除碘缺乏病进展、各级政府承诺和政策保障、保证碘盐的供应和碘盐质量监测、社会动员和社会参与等进行了交流。卫生部副部长马晓伟代表中国卫生部作了报告，介绍了我国碘缺乏病防治的现状、进展和经验，以及今后的工作。

会议通过了大会声明，声明再次督促各国促进实现2005年普及碘盐、进而消除碘缺乏病的目标。

第一节碘的元素化学

概述：Iodine原子序数：53，属于Ⅶ族卤素元素，它的最外层电子结构是5s25p55d0,有获得一个电子成为I-的倾向。由于有空的d 轨道，因此氧化数还有+1，+3，+5，+7。

地壳中含量0.14微克/克海水中含量0.05微克/克人体内含量0.18微克/克

1811年法国硝石商人、药剂师库尔图瓦将硫酸倒入海草灰溶液中，发现生成一种美丽的紫色气体，这种气体冷凝后不形成液体，却变成暗黑色带有金属光泽的结晶体。法国化学家盖吕萨克以它的颜色-紫色-拉丁语命名Iodium,简称I(碘）。碘属卤素原子，地壳丰度不高（居32位），但分散度较大，几乎任何物质中都含有碘。

第二节生物体内的碘

碘的生态平衡

碘在体内的含量和分布

成年人

10mg～15mg/人，平均12mg/人。质量约25g重的甲状腺约含10mg的碘，接近总人体碘的80%,余分布在各种脏器、肌肉和血液中。

体内血液中碘元素含量范围：

全血：0.015～0.072mg/L 血浆：0.052～0.085mg/L 血清：0.045～0.10083mg/L 发样中含量：0.085～1.571μg/g 尿样中含量：66～388 μg/L

第三节碘在体内存在的形式及特性

碘是生物体内最重（摩尔式量最大）的元素，作为甲状腺的成分，最早由Baumann于1896年证实。这个微量元素被鱼类、两栖动物、鸟类、爬行动物和哺乳动物的甲状腺有效的浓缩，唯一的目的是合成甲状腺激素。人体碘的主要来源是食物（80%），其次是水（10～20%）、空气。

甲状腺碘和甲状腺激素的合成

甲状腺是人体最大的内分泌器官，胎儿到了10周时，甲状腺就具有摄碘能力。有趣的是，I-由细胞外进入腺泡细胞内是一个逆电化学梯度的过程，一般认为，腺体内有一种被称为“碘泵”的专门运碘系统。进入甲状腺的碘，唯一的目的是用来合成甲状腺激素，

它们是L-3,5,3,5′-四碘甲腺原氨酸（俗称甲状腺素，用T4表示）和L-3,5,3 ′-三碘甲腺原氨酸（用T3表示）

L-3,5,3,5 ′- 四碘甲腺原氨酸

（俗称甲状腺素，用T4 表示）

L-3,5,3 ′-三碘甲腺原氨酸（用T3表示）

生物体内的甲状腺的合成是一个极其复杂的过程。首先进入甲状腺细胞中的碘需要氧化成“活性碘”，其氧化动力是在甲状腺过氧化酶（TPO）的催化下I- 与过氧化氢反应产生的。

TPO 是一种含有铁（Ⅲ）的卟啉血红蛋白。胳氨酸的碘化反应在TPO的作用下，具有很强的专一性，均在3位和5位上进行。

甲状腺的代谢过程

血液中的碘

甲状腺激素一旦转移到血液中，差不多完全（﹥99.7%)与血浆蛋白结合。在成人中，血浆T4的正常浓度在45～120μg/L,T3的浓度约为0.65～2.2 μg/L。

第四节碘的功能及生物学作用

1、甲状腺激素的生理作用有两个方面：

对物质的代谢作用和对生长发育的影响

实验结果表明，给动物适量甲状腺激素后，细胞核RNA聚合酶的活性升高，整个RNA的合成增加，进而使蛋白质的合成增加，一些参与物质代谢的酶的活性增加，一些酶的合成增多，脏器的组织细胞耗氧量增加。这一切都说明，甲状腺激素不仅刺激蛋白质、核糖核酸、脱氧核糖核酸的合成，而且还参与了糖、脂肪、维生素、水和盐的代谢。

对生长发育的影响

临床观察和动物实验结果表明，甲状腺激素对中枢神经系统、骨骼系统、心血管系统和消化系统的影响更为重要。如新生儿的甲状腺功能低下没有及时治疗，就会智力低下或痴呆，骨骼发育延缓，长骨骨骺发育不全，乃至成为侏儒。

2、甲状腺激素的作用原理

信使学说：甲状腺激素通过cAMP而立刻作用与机体组织(cAMP-环腺苷酸，应答调谐蛋白或转录因子等) 合成诱导酶学说：甲状腺激素首先作用与细胞核，在核内将基因激活，转录出mRNA,再产生诱导酶，从而调控代谢过程和生理功能。（mRNA-多聚腺苷酰化复合物）

关于碘通过甲状腺激素所发挥的生物化学功能的分子机理目前尚不清楚，对此与待进一步研究。

第五节碘的吸收

1、需要量

新生儿0-6个月：35 μg/d 6-12个月：45μg/d 1到10岁：60-110μg/d 11岁以上：80-150μg/d 成年人：150μg/d

2、碘的吸收

食物中的碘化物，在消化道转变为离子碘后，能迅速经肠上皮细胞吸收进入血浆。在血浆内，离子碘与蛋白质结合，很快被甲状腺泡上皮细胞摄取和浓集。

现在一般认为，普通成年人每天从食物中摄入碘约150-200μg/d，能100%备肠道吸收。

第六节碘与疾病和健康

碘摄入量(μg/d) 100-50 50-25 ﹤25

碘作为甲状腺激素的必要成分，在生物体内起着重要的生物化学功能，与机体健康具有密切的关系。但机体摄碘严重不足时，就会导致病变，对人类危害最大的是由缺碘导致的地方性甲状腺肿和地方性克汀病。

然而值得注意的是，人体对碘的摄入不是越多越好。近几年来，关于一些地区人群由于摄碘过多而导致甲状腺肿流行，即所谓“地方性高碘甲状腺肿”的报道，已引起人们的高度重视，从而使人类对碘与疾病与健康的关系有了进一步的认识。

一、碘与甲状腺肿

1、“U”字形规律

碘对甲状腺发生的影响具有双向性：当水碘在5μg/L以下时，碘越少，甲状腺肿患病率越高；当水碘在

200 μg/L以上时，碘越多，甲状腺肿患病率越高。当尿碘在50μg/g肌酐以下时，碘越少，甲状腺肿患病率越高；当尿碘在500 μg/g肌酐以上时，碘越多，甲状腺肿患病率越高。（肌酐：肌肉磷酸肌酸的能量代谢产物。）

20世纪80年代，于志恒与他的合作者通过对我国甲状腺肿流行地区—河北、山东、贵州等17个调查点和大量的动物实验证实了上述结论。

2、低碘甲状腺肿

低碘甲状腺肿—地方性甲状腺肿简称“地甲”。1979年统计，世界患病人数超过2亿。我国除沿海个别省市之外，几乎都有此病发生。1983年《中国卫生年鉴》记载：截至1881年来，发病的县（旗市）共1264个，有地甲病人1208万，在地甲病人后代中，检出地方性克汀病25万多，病区受威胁人口达26304万人。

碘缺乏是造成地甲流行的主要因素，但不是唯一的因素。通过长期的研究发现，地甲流行地区除了缺碘以外，还存在着某些致甲状腺肿的物质。这些物质在导致甲状腺肿的时候，直接或间接与碘相联系。其主要作用是：

A、影响消化道对碘的吸收:许多地甲病区，饮水中钙高，但头发中钙却低于正常人，可能两者存在拮抗作用。

B、影响甲状腺对碘的浓集：同碘类似的单价阴离子存在：SCN- 、F-、Br-等。

C、影响甲状腺激素的合成:硫脲类物质。如：硫氧嘧啶类（6元环）、他巴唑（对硫代环烯，5元环）、甲亢平（对硫代简酯代环烯,5元环）和硫尿((NH2)2CS),这些物质可能在服用某些药物时带来。

D、影响甲状腺激素的分泌: 金属锂可用来治疗痛风、精神病和甲状腺肿，但锂使甲状腺激素分泌减少甲状腺机能调节系统

正常:甲状腺激素分泌与TSH（促甲状腺激素）协调一致，下丘脑的腺垂体分泌TSH促进甲状腺合成和分泌激素，同时促进甲状腺细胞增长和增生。T3\T4合成正常.

不正常:

a.当较长时间得不到碘的补充时，激素的合成和分泌都随之减少，使得TSH不断的作用于甲状腺，甲状腺的腺细胞不断增长和增生，导致甲状腺肿大。

b.甲状腺由于缺碘，T3\T4正常合成受到障碍，形成有缺陷的碘甲腺原氨酸，不能分泌出腺体外，大量贮积于滤胞腔中，形成胶体样甲状腺肿。而肿大的腺体相对碘浓度更加降低，T3\T4合成障碍更大。显然，肿大的甲状腺加剧了由缺碘引起的碘代谢紊乱，促进了甲状腺肿的恶化。

3.高碘甲状腺肿

地方性高碘甲状腺肿最早见于1965年Suzuki的报道，日本北海道沿海渔民常吃一种高碘海藻（0.8-4.5g/kg),甲状腺肿率6-12%，学生患病率达25%。1978年，于志恒等人对我沿海渔民调查，饮用高碘水的渔民高碘甲状腺肿流行。研究试验发现，降低碘的摄入3个月，高碘甲状腺肿治愈率达50%。说明，高碘甲状腺肿的防治可通过降低碘的摄入量来实现。

高碘甲状腺肿的发病机理目前还不十分清楚，一般认为，高碘对甲状腺的作用表现为两个方面：抑制了腺体内碘的有机化过程；抑制了腺体对激素的分泌。

二、碘与地方性克汀病

三、与碘有关的疾病的预防和治疗

对于甲状腺肿地区应认真进行碘的来源研究，确定是缺碘还是高碘。预防缺碘的有效途径是改善食物结构，改善水源和食盐加碘。但要防止高碘。治疗的方法是补碘等，但应以预防为主，对于克汀病，只能预防。目前，世界范围内，都在于甲状腺肿和克汀病作战，有望消除地甲。

1.正常人的碘摄入量

膳食参考摄入量是营养学的一个新名词，目前，这是美国科学院医学研究所下设的食品和营养理事会的膳食参考摄入量科学评价分委会提出的。它涉及一套至少四组以营养素为基础的参考值，即：估计的平均需要量（EAR，Estimated Average Requriement）；适宜摄入量（AI，Adequate Intake）；推荐膳食许可量

或推荐供给量（RDA，Recommended Dirtary Allowance）以及可耐受最高摄入量或上限值（UI，Tolerable Upper Intake Level 或Tolerable Upper Limits）。

A. WHO/UNICEF/ICCIDD 2001年的最新的每日碘的推荐供给量

2、改善水源

3、使用碘盐及注意事项：a、买合格碘盐；b、随吃随买，不要长期存放；c、防热、防潮，用有盖的棕色玻璃瓶或瓷缸盛碘盐，放在阴凉、干燥处，远离炉火；d、炒菜、做汤待快熟、出锅时放盐则效果好；

e、不要用油炒碘盐；6、腌制咸菜时用碘盐，不要淘洗碘盐。其他补碘方法：a、食补：海产品，如海带、紫菜、鲜带鱼、蚶干、哈干、淡菜、海参、海蜇、龙虾等。陆地食品则为蛋、奶及肉类；b、碘油：遵医服用。

第七节碘的测定--尿碘的测定

标准值：尿样中含量：66～388 μg/L

催化分光光度法离子选择电极法

临床意义：主要用于儿童发育障碍和营养不良评价、发育迟缓、侏儒等症状。

碘的测定--有机碘的测定

促甲状腺激素检验（TSH):

方法：RIA（放射免疫测定）等

甲状腺激素检验（TT3 总三碘甲状腺原氨酸，TT4 总甲状腺素，FT3游离三碘甲状腺原氨酸，FT4游离四碘甲状腺原氨酸，TTH总甲状腺激素)

方法：RIA等

总结: 碘是人类发现的第二个生物必需微量元素，是甲状腺激素必不可少的成分，他的生物化学功能主要通过甲状腺激素表现出来。一个多世纪的研究表明，甲状腺激素对机体的作用极为广泛。机体缺碘会引起甲状腺肿和可汀病，机体碘过高也会引起甲状腺肿。碘的营养平衡可预防甲状腺肿和可汀病，并可治疗甲状腺肿。

第六章硒（Se)

第一节硒的元素化学

概述: Selenium原子序数：34，位于第三周期硫族元素，主要稳定氧化数+2 ,+4。地壳中含量0.07微克/克，海水中含量0.002微克/克，人体内0.2微克/克。

1817年瑞典化学家Berzelius在焙烧黄铁矿制硫酸时，发现在铅室的壁上和底部附着有红色的残泥，将残泥加热，即发出一股似腐烂萝卜的臭味，研究确认为一种新的元素，命名为硒（月亮）。硒属于硫族元素，在化学与生物化学性质上，硒与硫、碲相似，比较起来，硒与硫更相似。从某些硫的化合物和生物功能可以推测硒在生物体内的相应作用。硒的单质具有非金属的共价性质。

硒在地壳中的分布及含量极为不均，致使水源及动、植物食品中的硒含量不一，存在着显著的地区和地带性差异，从而影响人类硒的摄入。根据缺硒引起的动物白肌病的发病地带显示，亚热带及热带地区发病很少，南半球及北半球各国家中的草原地带及荒漠地区发病率也很低，而温带以森林或森林草原土系为中心的地带发病率很高。

第二节生物体内的硒

单位：μg/g

鱼 1.5 鸡蛋清0.29—0.62

海菜0.57 牛奶0.02—0.05

坚果0.72 人奶0.02—0.14

牛羊猪肉1.03 水果蔬菜<0.02

谷物类0.31 小麦0.04—0.07

硒在体内的含量和分布