微量元素與健康1

1、碘缺乏病微量元素與健康微量元素與健康一、微量元素的定義和分類一、微量元素的定義和分類（一）（一） 微量元素的定義微量元素的定義在地球表層發(fā)現(xiàn)有在地球表層發(fā)現(xiàn)有9090多種元素，多種元素，幾乎在人體內(nèi)都能找到幾乎在人體內(nèi)都能找到發(fā)現(xiàn)具有重要營養(yǎng)和生理功能、發(fā)現(xiàn)具有重要營養(yǎng)和生理功能、得到公認的對于維持生命所必不得到公認的對于維持生命所必不可少的元素僅有可少的元素僅有26282628種。種。 機體內(nèi)的化學(xué)元素可分為機體內(nèi)的化學(xué)元素可分為: :常量元素或常量元素或宏量元素（宏量元素（major element, macro-major element, macro-elementelement）及微

2、量元素（）及微量元素（trace trace elementelement， micro-elementmicro-element）。）。含量大于體重含量大于體重0.01%0.01%，每日需要量大于，每日需要量大于100mg100mg的元素稱為的元素稱為常量元素常量元素，約占人體，約占人體重量的重量的99.95%99.95%以上，包括：碳、氫、氧、以上，包括：碳、氫、氧、氮、硫、磷、鈉、鉀、鈣、鎂、氯等氮、硫、磷、鈉、鉀、鈣、鎂、氯等1111種。種。 微量元素微量元素: :小于體重小于體重0.01%0.01%、每日需要、每日需要量小于量小于100mg100mg的元素，包括常量元素的元素，包括常

3、量元素以外的其它各種元素，占人體重量不以外的其它各種元素，占人體重量不足足0.05%0.05%，包括鐵、銅、鋅、錳、鉬、，包括鐵、銅、鋅、錳、鉬、鈷、釩、鎳、錫、氟、碘、硒、硅、鈷、釩、鎳、錫、氟、碘、硒、硅、砷、硼、鍶、鋰、鍺、鋁、鋇、鉈、砷、硼、鍶、鋰、鍺、鋁、鋇、鉈、鉛、鎘、汞以及稀土元素等數(shù)十種。鉛、鎘、汞以及稀土元素等數(shù)十種。（二）微量元素的分類（二）微量元素的分類1. 1. 微量元素對維持生命活動的作用微量元素對維持生命活動的作用（ 1 1 ） 必 需 微 量 元 素必 需 微 量 元 素 （ e s s e n t i a l e s s e n t i a l trace el

4、ementtrace element）：指具有明顯營養(yǎng)作）：指具有明顯營養(yǎng)作用及生理功能，對維持機體生長發(fā)育、用及生理功能，對維持機體生長發(fā)育、生命活動及繁衍等必不可少的元素。迄生命活動及繁衍等必不可少的元素。迄今公認的對人和哺乳動物必需的微量元今公認的對人和哺乳動物必需的微量元素有素有1414種：鐵、銅、鋅、錳、鉻、鉬、種：鐵、銅、鋅、錳、鉻、鉬、鈷、釩、鎳、錫、氟、碘、硒、硅。鈷、釩、鎳、錫、氟、碘、硒、硅。 “必需必需”的內(nèi)涵：的內(nèi)涵： 機體必須從外界飲食中攝取這種元素，當(dāng)從飲食中去除，機體呈現(xiàn)這種元素的生機體必須從外界飲食中攝取這種元素，當(dāng)從飲食中去除，機體呈現(xiàn)這種元素的生理性缺乏狀態(tài)

5、理性缺乏狀態(tài) 補充這一特異元素后，機體的這種缺乏狀態(tài)將得到緩解補充這一特異元素后，機體的這種缺乏狀態(tài)將得到緩解 一種特殊的元素對機體總具有某種特異的生化功能，這種作用不能被其它任何一種特殊的元素對機體總具有某種特異的生化功能，這種作用不能被其它任何元素完全代替元素完全代替 附加條件：附加條件： 這種元素以相似的濃度存在于不同動物的組織內(nèi)；這種元素以相似的濃度存在于不同動物的組織內(nèi)； 不論動物（主要指哺乳類高級動物）的種類如何，去除這種元素后會出現(xiàn)相似的生不論動物（主要指哺乳類高級動物）的種類如何，去除這種元素后會出現(xiàn)相似的生理生化異常；理生化異常； 有這種元素存在時能減輕或預(yù)防上述異常；有這種

6、元素存在時能減輕或預(yù)防上述異常； 這種異常改變在缺乏得到控制時能被治愈。這種異常改變在缺乏得到控制時能被治愈。 微量元素對健康影響的特征：-必需性-量小作用大（2 2）非必需微量元素（）非必需微量元素（non-non-essential trace elementessential trace element）：無明顯）：無明顯生理功能的微量元素。這些元素的生物生理功能的微量元素。這些元素的生物學(xué)效應(yīng)或許迄今未被人們認識，或者它學(xué)效應(yīng)或許迄今未被人們認識，或者它們來自外環(huán)境的污染，如鉛、鎘、汞、們來自外環(huán)境的污染，如鉛、鎘、汞、鉈等。鉈等。又可進一步分為又可進一步分為無毒非必需元素?zé)o毒非必需元

7、素和和有害有害非必需元素非必需元素，前者如鋰、硼、銣、溴等，前者如鋰、硼、銣、溴等，后者如鉛、鎘、汞、鉈、鋁、銻等。后者如鉛、鎘、汞、鉈、鋁、銻等。2. 2. 按其營養(yǎng)作用特征及生理功能按其營養(yǎng)作用特征及生理功能（1 1）必需微量元素：得到多數(shù)國際微）必需微量元素：得到多數(shù)國際微量元素學(xué)術(shù)會議和世界衛(wèi)生組織（量元素學(xué)術(shù)會議和世界衛(wèi)生組織（WHOWHO）公認，在人體或高等動物體內(nèi)構(gòu)成細公認，在人體或高等動物體內(nèi)構(gòu)成細胞或體液的胞或體液的特定生理成分特定生理成分，具有明顯，具有明顯營養(yǎng)作用，人體生理過程中必不可少，營養(yǎng)作用，人體生理過程中必不可少，缺乏該元素后產(chǎn)生特征性生化紊亂、缺乏該元素后產(chǎn)生特

8、征性生化紊亂、病理變化及疾病，補充該元素能糾正病理變化及疾病，補充該元素能糾正特征性病理變化或治愈，稱為必需微特征性病理變化或治愈，稱為必需微量元素。量元素。 （2 2）可能必需的微量元素：具有一）可能必需的微量元素：具有一定有益生物學(xué)作用及醫(yī)療、預(yù)防、保定有益生物學(xué)作用及醫(yī)療、預(yù)防、保健效能，又具有某些必需微量元素的健效能，又具有某些必需微量元素的生物及生化特征（如高度的生物學(xué)活生物及生化特征（如高度的生物學(xué)活性及催化性能等）的元素。這些元素性及催化性能等）的元素。這些元素目前尚未被目前尚未被WHOWHO和多數(shù)國際學(xué)術(shù)組織和多數(shù)國際學(xué)術(shù)組織認可，如砷、鋰、鍶、硼等。認可，如砷、鋰、鍶、硼等。

9、 3無毒微量元素：凡未發(fā)現(xiàn)有無毒微量元素：凡未發(fā)現(xiàn)有營養(yǎng)作用，又無明顯毒害作用營養(yǎng)作用，又無明顯毒害作用的元素，稱為無毒微量元素，的元素，稱為無毒微量元素，如鋇、鈦、鈮、鋯等。如鋇、鈦、鈮、鋯等。4 4有害微量元素：凡無營養(yǎng)作有害微量元素：凡無營養(yǎng)作用，人體又對其缺乏精密調(diào)節(jié)機用，人體又對其缺乏精密調(diào)節(jié)機制，且在體內(nèi)具有蓄傾向和明顯制，且在體內(nèi)具有蓄傾向和明顯毒害作用的微量元素，例如鉛、毒害作用的微量元素，例如鉛、汞、鎘、鉈、鋁、銻等。汞、鎘、鉈、鋁、銻等。二、微量元素在生命過程中的重要作二、微量元素在生命過程中的重要作用用 （一）環(huán)境與機體在微量元素上的統(tǒng)一性（一）環(huán)境與機體在微量元素上的統(tǒng)

10、一性 生物體（包括人）通過新陳代謝與外界環(huán)境不斷進行物質(zhì)交換和能量流動，使得機體生物體（包括人）通過新陳代謝與外界環(huán)境不斷進行物質(zhì)交換和能量流動，使得機體的結(jié)構(gòu)組分（如元素含量）與環(huán)境的物質(zhì)成分（元素）不斷保持著動態(tài)平衡，并形成的結(jié)構(gòu)組分（如元素含量）與環(huán)境的物質(zhì)成分（元素）不斷保持著動態(tài)平衡，并形成了生物與環(huán)境之間相互依存、相互聯(lián)系的復(fù)雜統(tǒng)一體。這一理論為闡明環(huán)境中的微量了生物與環(huán)境之間相互依存、相互聯(lián)系的復(fù)雜統(tǒng)一體。這一理論為闡明環(huán)境中的微量元素與健康關(guān)系的理論基礎(chǔ)。元素與健康關(guān)系的理論基礎(chǔ)。 必需微量金屬元素在人體內(nèi)的含量與地殼、必需微量金屬元素在人體內(nèi)的含量與地殼、海水中的含量呈現(xiàn)明顯

11、的海水中的含量呈現(xiàn)明顯的豐度相關(guān)豐度相關(guān)，而有毒，而有毒元素在海水中的含量相對較低元素在海水中的含量相對較低生物地球化學(xué)性疾病生物地球化學(xué)性疾病（biogeochemical diseasebiogeochemical disease）：）：碘缺乏病就是由于某地區(qū)碘元素碘缺乏病就是由于某地區(qū)碘元素含量過低可引起地方性甲狀腺腫含量過低可引起地方性甲狀腺腫（endemic goiterendemic goiter）或地方性克）或地方性克汀病（汀?。╡ndemic cretinismendemic cretinism）等一）等一系列病癥。系列病癥。 機體對環(huán)境的適應(yīng)性：機體對環(huán)境的適應(yīng)性： 生物的生

12、存和發(fā)展，必須適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化，不斷從環(huán)境中攝入某些元素生物的生存和發(fā)展，必須適應(yīng)外界環(huán)境條件的變化，不斷從環(huán)境中攝入某些元素以滿足機體完成自身生命活動過程的需要。以滿足機體完成自身生命活動過程的需要。 生物進化過程中，對其生存環(huán)境中某些至關(guān)重要的元素進行選擇，以保證其能夠生物進化過程中，對其生存環(huán)境中某些至關(guān)重要的元素進行選擇，以保證其能夠順利向更高級的方向演化，因而這些元素就成了維持生物生存、繁衍等生命過程順利向更高級的方向演化，因而這些元素就成了維持生物生存、繁衍等生命過程必不可少的物質(zhì)成分。必不可少的物質(zhì)成分。 （二）微量元素在維持健康上的重要（二）微量元素在維持健康上的重要性性

13、鋅鋅鐵鐵銅銅鉻鉻碘碘硒硒硅硅（三）（三） 微量元素生物學(xué)效應(yīng)的雙重微量元素生物學(xué)效應(yīng)的雙重性性有毒物質(zhì)：有毒物質(zhì)：S型曲線型曲線微量元素：微量元素：U型曲線型曲線三、微量元素與健康研究的成就和新進展三、微量元素與健康研究的成就和新進展 （一）重要成就（一）重要成就1.1.弄清了一些疾病的發(fā)病原因弄清了一些疾病的發(fā)病原因 （1 1）碘缺乏?。┑馊狈Σ?（2 2）微量元素銅引起的疾?。┪⒘吭劂~引起的疾病 （3 3）鋅缺乏?。╀\缺乏病 （4 4）地方性氟病）地方性氟病 （5 5）微量元素硒與健康關(guān)系的研）微量元素硒與健康關(guān)系的研究究 （二）（二） 微量元素的作用機理微量元素的作用機理 （1 1）碘

14、缺乏?。┑馊狈Σ?（2 2）MenkeMenke綜合征和綜合征和WilsonWilson病病 人們對銅缺乏性人們對銅缺乏性MenkeMenke綜合征（綜合征（MDMD）或銅過量導(dǎo)致的）或銅過量導(dǎo)致的WilsonWilson?。ǜ尾。ǜ味?fàn)詈俗冃?，豆?fàn)詈俗冃?，WDWD）從分子生物學(xué)水平上有了新的）從分子生物學(xué)水平上有了新的認識。認識。 這兩種疾?。河捎趦蓚€這兩種疾病：由于兩個銅轉(zhuǎn)運銅轉(zhuǎn)運ATPATP酶基因突變而引起的兩種遺傳代謝性疾病酶基因突變而引起的兩種遺傳代謝性疾病。這兩種蛋白酶均使銅從細胞內(nèi)向外流動。這兩種蛋白酶均使銅從細胞內(nèi)向外流動。MDMD基因和基因和WDWD基因已被分離出來，基因已被

15、分離出來，都是編碼一種都是編碼一種P P型型ATPATP酶并且有酶并且有67%67%的氨基酸相同。的氨基酸相同。 這兩種蛋白在氨基端還含有這兩種蛋白在氨基端還含有6 6個銅結(jié)合位點，均含有個銅結(jié)合位點，均含有8 8個跨膜區(qū)域，并通過個跨膜區(qū)域，并通過這這8 8個跨膜區(qū)域形成的孔道使銅離子泵出細胞。個跨膜區(qū)域形成的孔道使銅離子泵出細胞。（3 3）鋅缺乏?。╀\缺乏病 （4 4）地方性砷中毒）地方性砷中毒 （5 5）硒的健康效應(yīng)）硒的健康效應(yīng) （三）微量元素在疾病防治上成效顯著（三）微量元素在疾病防治上成效顯著 （1 1）碘缺乏病防治）碘缺乏病防治 （2 2）克山病、大骨節(jié)病的防治）克山病、大骨節(jié)病

16、的防治 （3 3）微量元素硒的抗癌作用）微量元素硒的抗癌作用 （4 4）微量元素硅、釩、砷在癌癥治療上的作用）微量元素硅、釩、砷在癌癥治療上的作用 （5 5）微量元素在保健品中的應(yīng)用）微量元素在保健品中的應(yīng)用 四、微量元素與健康的研究方法四、微量元素與健康的研究方法（一）微量元素的定量檢測（一）微量元素的定量檢測 （1 1）原子吸收光譜法（）原子吸收光譜法（AASAAS），具有簡便、），具有簡便、靈敏等優(yōu)點，但樣品前處理程序復(fù)雜、易受靈敏等優(yōu)點，但樣品前處理程序復(fù)雜、易受污染；污染； （2 2）電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法）電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP/AESICP/AES），其最

17、大的優(yōu)點是可同時測定多），其最大的優(yōu)點是可同時測定多種元素，種元素， （3 3）質(zhì)子激發(fā)）質(zhì)子激發(fā)X X射線熒光光譜法（射線熒光光譜法（PIXEPIXE），可同時），可同時測定多種元素，其靈敏度較高，可同時測定血漿、測定多種元素，其靈敏度較高，可同時測定血漿、毛發(fā)中含量為毛發(fā)中含量為0.11g/g0.11g/g的多種微量元素；的多種微量元素； （4 4）火花源質(zhì)譜法（）火花源質(zhì)譜法（SSMSSSMS），具有靈敏度高和多），具有靈敏度高和多種元素同時測定的優(yōu)點，在測定生物樣品的微量元種元素同時測定的優(yōu)點，在測定生物樣品的微量元素過程中，樣品的制備處理耗時較多；素過程中，樣品的制備處理耗時較多；

18、（5 5）中子活化法（）中子活化法（NAANAA），能進行各種生物組織），能進行各種生物組織中多種元素的測定，已用于測定心、肝、腎、肺、中多種元素的測定，已用于測定心、肝、腎、肺、脾組織中脾組織中2020多種微量元素，靈敏度高，檢測范圍為多種微量元素，靈敏度高，檢測范圍為10ng100g/g10ng100g/g； （6 6）陽極溶出伏安法（）陽極溶出伏安法（ASVASV），主要），主要優(yōu)點是對鉛最靈敏，這是優(yōu)點是對鉛最靈敏，這是AASAAS和和NAANAA檢檢測方法不能相比的，該方法還可用于測方法不能相比的，該方法還可用于測定生物樣品中的鎘、鋅、銅，濃度測定生物樣品中的鎘、鋅、銅，濃度可低至可

19、低至0.1g/L0.1g/L； （7 7）離子選擇性電極法（）離子選擇性電極法（ISEISE），為），為微量元素測定提供了簡便、廉價、靈微量元素測定提供了簡便、廉價、靈敏的方法，不能同時測定多種元素。敏的方法，不能同時測定多種元素。（二）微量元素在生物大分子中作（二）微量元素在生物大分子中作用的研究用的研究 生物大分子的活性和正常功能需要微量元素的參與，一些有毒金屬元素對機體的毒生物大分子的活性和正常功能需要微量元素的參與，一些有毒金屬元素對機體的毒作用也是以其對生物大分子影響為基礎(chǔ)的。作用也是以其對生物大分子影響為基礎(chǔ)的。 對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物大分子來說，最直接的檢測方法是對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生

20、物大分子來說，最直接的檢測方法是X X射線晶體衍射射線晶體衍射分析，但分析，但核核磁共振、圓二色性、拉曼光譜磁共振、圓二色性、拉曼光譜等對研究生物大分子在溶液中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象特征都是等對研究生物大分子在溶液中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象特征都是重要手段。重要手段。 測定金屬酶或金屬蛋白中金屬離子氧化態(tài)的方法有氧化還原滴定、磁化率測定、電測定金屬酶或金屬蛋白中金屬離子氧化態(tài)的方法有氧化還原滴定、磁化率測定、電子順磁共振譜和穆斯堡爾譜等。子順磁共振譜和穆斯堡爾譜等。 微量元素生物學(xué)效應(yīng)研究中常用的放射性示蹤元素有微量元素生物學(xué)效應(yīng)研究中常用的放射性示蹤元素有5151CrCr、5555、5757、5858、6060C

21、oCo、6464、6767CuCu、1818F F、5959FeFe、123123I I、125125I I、131131I I、7575SeSe等。等。 放射免疫分析就是利用放射示蹤技術(shù)，通過定量標(biāo)記抗原和質(zhì)量控制，可測定生物放射免疫分析就是利用放射示蹤技術(shù)，通過定量標(biāo)記抗原和質(zhì)量控制，可測定生物體內(nèi)多種物質(zhì)，從而獲取有關(guān)微量元素的信息。體內(nèi)多種物質(zhì)，從而獲取有關(guān)微量元素的信息。 分子生物學(xué)技術(shù)分子生物學(xué)技術(shù):揭示某些微量元素相關(guān)疾病的發(fā)病揭示某些微量元素相關(guān)疾病的發(fā)病原因、微量元素的作用機理、一些原因、微量元素的作用機理、一些生物大分子如生物大分子如金屬硫蛋白金屬硫蛋白、重要的、重要的金屬

22、酶金屬酶等的結(jié)構(gòu)及其特征的方面起等的結(jié)構(gòu)及其特征的方面起著極其重要的作用。著極其重要的作用。 （五）微量元素與健康研究的動態(tài)與展望（五）微量元素與健康研究的動態(tài)與展望 隨著科學(xué)技術(shù)的進步、隨著科學(xué)技術(shù)的進步、分子生物學(xué)分子生物學(xué)和和痕量分析技術(shù)痕量分析技術(shù)的發(fā)展及人們對微量元素生物的發(fā)展及人們對微量元素生物學(xué)效應(yīng)認識的深化，將會在學(xué)效應(yīng)認識的深化，將會在蛋白質(zhì)和分子水平上蛋白質(zhì)和分子水平上揭示出微量元素生物學(xué)效應(yīng)的更揭示出微量元素生物學(xué)效應(yīng)的更多奧秘，對多奧秘，對微量元素間的相互作用微量元素間的相互作用機制也將會有更加深入的了解。機制也將會有更加深入的了解。 1.1.分子生物學(xué)技術(shù)對微量元素生

23、物分子生物學(xué)技術(shù)對微量元素生物學(xué)效應(yīng)研究的推動作用學(xué)效應(yīng)研究的推動作用對對MenkeMenke?。ú。∕DMD）和）和WilsonWilson?。ú。╓DWD）的發(fā)病機理研究發(fā)現(xiàn)，的發(fā)病機理研究發(fā)現(xiàn)，MDMD基因和基因和WDWD基因都編碼一種基因都編碼一種P P型型ATPATP酶，且有酶，且有67%67%的氨基酸相同。的氨基酸相同。MDMD基因被精確基因被精確定位于定位于Xq13.3Xq13.3，而且是處于一個僅，而且是處于一個僅100kb100kb的狹窄區(qū)域內(nèi)。的狹窄區(qū)域內(nèi)。 MDMD基因全長基因全長8kb8kb，有，有2323個外顯子，受個外顯子，受其控制而編碼的產(chǎn)物是一種其控制而編碼的產(chǎn)

24、物是一種P P型型ATPATP酶酶銅轉(zhuǎn)移膜蛋白，由銅轉(zhuǎn)移膜蛋白，由15001500個氨基酸組成，個氨基酸組成，稱為稱為ATP7AATP7A。WDWD基因位于位于基因位于位于1313號染色體長臂號染色體長臂1 1區(qū)區(qū)4 4帶帶3 3亞帶（亞帶（13q14.313q14.3），編碼），編碼14111411個個氨基酸的產(chǎn)物也是一種氨基酸的產(chǎn)物也是一種P P型銅轉(zhuǎn)運型銅轉(zhuǎn)運ATPATP酶，稱為酶，稱為ATP7BATP7B。 硒蛋白的研究硒蛋白的研究: :已克隆并測定了已克隆并測定了cDNAcDNA序列的哺乳動物硒序列的哺乳動物硒蛋白有蛋白有9 9種，分別是：細胞內(nèi)谷胱甘肽種，分別是：細胞內(nèi)谷胱甘肽過氧化物酶（過氧化物酶（cGPxcGPx）、細胞外谷胱甘肽）、細胞外谷胱甘肽過氧化物酶（過氧化物酶（eGPxeGPx）、磷脂氫谷胱甘肽）、磷脂氫谷胱甘肽過氧化物酶（過氧化物酶（PHGPxPHGPx）、胃腸谷胱甘肽）、胃腸谷胱甘肽過氧化物酶（過氧化物酶（GIGPxGIGPx）、）、型碘甲腺原型碘甲腺原氨酸氨酸-5-5- -脫碘酶（脫碘酶（ID-ID-）