第十四講化學(xué)元素與人體健康

1、 生命的起源是通過化學(xué)途徑生命的起源是通過化學(xué)途徑實現(xiàn)的，生物的進化和繁衍更是實現(xiàn)的，生物的進化和繁衍更是建立在生物地球化學(xué)的基礎(chǔ)上。建立在生物地球化學(xué)的基礎(chǔ)上。因此，人類健康與化學(xué)元素之間因此，人類健康與化學(xué)元素之間有著必然的密切關(guān)系。有著必然的密切關(guān)系。 第一節(jié)、人體的化學(xué)成分與環(huán)境1、元素地球化學(xué) 太陽：由64種元素構(gòu)成；月球：巖樣中含66種元素；地球：存在94種元素。 100萬種無機化合物和有機化合物由94種元素組成 20萬種微生物、30萬種植物、100萬種動物包括人類是由4種核苷酸和20種氨基酸組成，這些氨基酸也是由元素組成的。2、人體內(nèi)的元素含量分布、人體內(nèi)的元素含量分布3 3、人

2、體元素和地殼海水元素的豐度相關(guān)性1. 按人體中的含量分類按人體中的含量分類 常量元素：常量元素： 占人體重量的占人體重量的0.01%以上以上 包括包括11種元素種元素第二節(jié)第二節(jié) 人體中化學(xué)元素的分類人體中化學(xué)元素的分類碳碳(C), 氫氫(H), 氧氧(O), 氮氮(N) (96%)鈣鈣(Ca), 鎂鎂(Mg), 鈉鈉(Na), 鉀鉀(K)硫硫(S), 磷磷(P), 氯氯(Cl) (99.95%) 微量元素：微量元素： 占人體重量的占人體重量的0.01%以下以下 大約十幾種元素大約十幾種元素 釩釩 (V), 鉻鉻(Cr), 錳錳(Mn), 鐵鐵(Fe) 鈷鈷(Co), 鎳鎳(Ni), 銅銅(C

3、u), 鋅鋅(Zn) 鉬鉬(Mo), 碘碘 (I), 硒硒 (Se), 錫錫(Sn) 硅硅 (Si), 氟氟 (F), 硼硼 (B) 必需元素：必需元素： 維持生命活動所必需的元素維持生命活動所必需的元素 具體指以下幾類元素具體指以下幾類元素 生命過程的某一環(huán)節(jié)（一生命過程的某一環(huán)節(jié)（一個或一組反應(yīng)）需要該元個或一組反應(yīng)）需要該元素的參與，即該元素存在素的參與，即該元素存在于所有健康組織中于所有健康組織中2. 按元素的作用分類按元素的作用分類 生物體具有主動攝入并調(diào)節(jié)生物體具有主動攝入并調(diào)節(jié)其體內(nèi)分布和水平的元素其體內(nèi)分布和水平的元素 是體內(nèi)的生物活性化合物的是體內(nèi)的生物活性化合物的有關(guān)元素有

4、關(guān)元素 缺乏該元素時會引起生理生缺乏該元素時會引起生理生化變化，當(dāng)補充后即能恢復(fù)化變化，當(dāng)補充后即能恢復(fù) 有益元素：有益元素： 沒有這些元素時，生命尚可沒有這些元素時，生命尚可維持，但不能認(rèn)為是健康的維持，但不能認(rèn)為是健康的釩釩 (V) (V) 鉻鉻(Cr3+) (Cr3+) 鎳鎳(Ni) (Ni) 硒硒 (Se) (Se) 錫錫(Sn(Sn) ) 硅硅(Si(Si) ) 氟氟 (F) (F) 硼硼 (B) (B) 沾染元素：沾染元素： 濃度可變，作用未定濃度可變，作用未定 約約20203030種種 有害（污染）元素：有害（污染）元素： 鉛鉛(Pb(Pb) ) 鎘鎘(Cd(Cd) ) 汞汞(H

5、g)(Hg) 鈹鈹(Be) (Be) 砷砷(As3+)(As3+)鉻鉻(Cr6+) (Cr6+) 第三節(jié)第三節(jié) 必需常量元素與人體健康必需常量元素與人體健康生物效應(yīng)生物效應(yīng)濃度濃度 死亡區(qū)死亡區(qū)致死區(qū)致死區(qū)最佳區(qū)最佳區(qū)缺乏區(qū)缺乏區(qū)毒性區(qū)毒性區(qū)（一）必需元素濃度與生物效應(yīng)的關(guān)系（二）必需常量元素與人體健康1. 碳碳(C ) 氫氫(H ) 氧氧(O) 氮氮(N) 以水和有機物形式存在以水和有機物形式存在 占人體重的占人體重的 96 % 生命活動中需要量最大生命活動中需要量最大 最重要的元素最重要的元素2. 鈣鈣(Ca) 人體含量最多的一類無機鹽人體含量最多的一類無機鹽 成人體內(nèi)含成人體內(nèi)含Ca 1

6、200g 占體重占體重 1.52 % 骨骼，牙齒骨骼，牙齒- 99 % 軟組織，血液，細胞外液軟組織，血液，細胞外液- 1% 1) 鈣的生理功能鈣的生理功能 骨骼，牙齒的主要成分骨骼，牙齒的主要成分 Ca(OH)23Ca3(PO4)2 調(diào)控肌肉收縮和心跳節(jié)律調(diào)控肌肉收縮和心跳節(jié)律 起細胞信使作用起細胞信使作用 參與血液凝固過程，抑制毒物吸收參與血液凝固過程，抑制毒物吸收2) 2) 鈣含量與健康的關(guān)系鈣含量與健康的關(guān)系 血血CaCa2+ 2+ 濃度濃度 過高過高: : 神經(jīng)傳導(dǎo)和肌肉反應(yīng)遲鈍神經(jīng)傳導(dǎo)和肌肉反應(yīng)遲鈍 過低過低: : 神經(jīng)傳導(dǎo)和肌肉反應(yīng)過敏神經(jīng)傳導(dǎo)和肌肉反應(yīng)過敏 人體缺鈣：人體缺鈣：

7、 兒童兒童- - 骨質(zhì)生長不良，骨化不全骨質(zhì)生長不良，骨化不全 成人成人- - 軟骨病，易骨折，癱瘓，軟骨病，易骨折，癱瘓， 高血壓，腦血管病高血壓，腦血管病3）人體缺鈣的原因）人體缺鈣的原因食物缺鈣食物缺鈣特殊階段需鈣量增加特殊階段需鈣量增加存在影響鈣吸收的因素存在影響鈣吸收的因素4）影響鈣吸收的因素）影響鈣吸收的因素 維生素維生素D，乳糖，蛋白質(zhì)，乳糖，蛋白質(zhì) 腸內(nèi)酸度，膽汁腸內(nèi)酸度，膽汁 脂肪脂肪 年齡和腸道狀況年齡和腸道狀況 其他其他5）鈣的食物來源 乳制品，蛋類，蔬菜和豆類 其他3 3 磷磷 ( P )( P ) 含量含量600600900900克，占人體重克，占人體重1%1%第二多

8、的無機鹽第二多的無機鹽 1) 1) 存在：存在： 骨骼，牙齒骨骼，牙齒-87.6%-87.6% 體液，血細胞體液，血細胞 2) 磷的生理功能 骨骼，牙齒的主要成分 細胞核蛋白，核酸，磷脂， 輔酶的主要成分 維持體內(nèi)酸堿平衡 參與體內(nèi)能量轉(zhuǎn)化 參與葡萄糖，脂肪，蛋白 質(zhì)的代謝3） 磷的吸收和利用磷的吸收和利用 經(jīng)酶轉(zhuǎn)化為磷酸鹽而被吸收經(jīng)酶轉(zhuǎn)化為磷酸鹽而被吸收 影響磷吸收的因素影響磷吸收的因素4） 磷的食物來源磷的食物來源 肉，魚，蝦，蛋，奶肉，魚，蝦，蛋，奶 豆類，杏仁，核桃，蔬菜豆類，杏仁，核桃，蔬菜 4) 磷的供應(yīng)量磷的供應(yīng)量 成人：成人：1.3-1.5 g/ 兒童：兒童：1.0-1.5 g

9、/日日 4 鎂鎂 ( Mg ) 占人體重量占人體重量0.05% 1) 存在：存在： 骨骼，牙齒骨骼，牙齒 - 70% 以上以上 軟組織，體液軟組織，體液 2）鎂的生理功能）鎂的生理功能 骨骼，牙齒的重要成分骨骼，牙齒的重要成分 形成多種酶的激活劑，維持形成多種酶的激活劑，維持 心肌正常功能心肌正常功能3）鎂含量與健康的關(guān)系）鎂含量與健康的關(guān)系 缺鎂：冠狀動脈病變，心肌壞死，缺鎂：冠狀動脈病變，心肌壞死， 抑郁，肌肉無力，暈眩抑郁，肌肉無力，暈眩 4）鎂的食物來源 蔬菜，水果 肉，臟器 5 鈉，鉀，氯鈉，鉀，氯1) 含量：含量： Na 0.15% K 0.35% Cl 0.15%2) 存在：存在

10、： 一切組織一切組織 細胞內(nèi)：細胞內(nèi)：K+ 多多 細胞外液：細胞外液：Na+ 多多 3）生理作用）生理作用 控制電解質(zhì)平衡，維持滲透壓控制電解質(zhì)平衡，維持滲透壓 維持神經(jīng)，肌肉適當(dāng)?shù)膽?yīng)激水平維持神經(jīng)，肌肉適當(dāng)?shù)膽?yīng)激水平 維持蛋白質(zhì)于溶液中維持蛋白質(zhì)于溶液中 調(diào)節(jié)血液的粘稠度調(diào)節(jié)血液的粘稠度 4） 與人體健康的關(guān)系與人體健康的關(guān)系 缺鈉：頭暈，乏力，易患心臟缺鈉：頭暈，乏力，易患心臟 病，低鈉綜合癥，水腫病，低鈉綜合癥，水腫 多鈉：易患骨癌，食道癌，膀多鈉：易患骨癌，食道癌，膀 胱癌，高血壓，心臟病胱癌，高血壓，心臟病 高鉀：四肢發(fā)涼高鉀：四肢發(fā)涼 ， 動作遲緩動作遲緩 心跳減慢心跳減慢 缺鉀：

11、心肌損傷，肌肉無力，水腫缺鉀：心肌損傷，肌肉無力，水腫 第四節(jié)第四節(jié) 必需微量元素與人體健康必需微量元素與人體健康 1 鐵鐵 1）含量：）含量：45克克 2） 存在：血紅蛋白存在：血紅蛋白( 6070% ) 肌紅蛋白肌紅蛋白( 3 %) 細胞色素酶細胞色素酶( 0.2-1% ) 鐵蛋白，血黃素鐵蛋白，血黃素3） 生理功能：生理功能： 造血造血 血紅蛋白和血紅蛋白和含鐵酶的成分含鐵酶的成分 運輸運輸O2,CO2 氧化還原酶氧化還原酶反應(yīng)中傳遞電子反應(yīng)中傳遞電子 4） 鐵含量與人體健康鐵含量與人體健康 缺乏癥：低血色素貧血，心悸缺乏癥：低血色素貧血，心悸 亢進，免疫力低，亢進，免疫力低， 易感冒，

12、肝癌易感冒，肝癌 過量癥：鐵沉著，皮膚發(fā)黑過量癥：鐵沉著，皮膚發(fā)黑 糖尿病，肝硬化糖尿病，肝硬化 5）影響鐵吸收的因素）影響鐵吸收的因素 Fe2+, Fe3+ 易吸收易吸收 維生素維生素C，銅等促鐵吸收，銅等促鐵吸收 磷酸鹽阻礙鐵吸收磷酸鹽阻礙鐵吸收 鈣鈣/磷比例影響鐵吸收磷比例影響鐵吸收 動物食品的鐵吸收動物食品的鐵吸收植物食品植物食品 2 銅銅 1） 生理功能生理功能 人體多種酶的成分人體多種酶的成分 氧化還原作用形成黑色素氧化還原作用形成黑色素 增強防御功能增強防御功能 2） 銅含量與人體健康銅含量與人體健康 缺乏癥狀：低血色素性貧血缺乏癥狀：低血色素性貧血 白化癥，冠心病白化癥，冠心病

13、 腦障礙腦障礙 過量癥：黃疸肝炎，肝硬化過量癥：黃疸肝炎，肝硬化 胃腸炎胃腸炎 3 鋅鋅 1） 含量：含量：2.5克克 2） 存在：人體器官和血液中存在：人體器官和血液中 8085% 紅細胞紅細胞 3-5% 白細胞白細胞 其余其余 血漿血漿 3）生理功能）生理功能 胰島素成分胰島素成分 多種酶的組成部分多種酶的組成部分 參與核酸和能量代謝參與核酸和能量代謝 促進傷口愈合促進傷口愈合 鋅對接觸化學(xué)致癌物的大鼠有抑鋅對接觸化學(xué)致癌物的大鼠有抑制癌細胞生長的作用?；加惺彻馨?、制癌細胞生長的作用?；加惺彻馨⒎伟┑炔∪说难褐袖\的水平較低。肺癌等病人的血液中鋅的水平較低。4）鋅含量與人體健康）鋅含量與

14、人體健康 缺乏癥缺乏癥 發(fā)育障礙，免疫功能低下發(fā)育障礙，免疫功能低下 侏儒，不育，白發(fā)，白內(nèi)障侏儒，不育，白發(fā)，白內(nèi)障 潰瘍，炎癥，肝硬化潰瘍，炎癥，肝硬化 過量癥過量癥 胃腸炎，前列腺肥大胃腸炎，前列腺肥大 貧血，高血壓，冠心病貧血，高血壓，冠心病 刺激腫瘤生長刺激腫瘤生長4 碘碘 1）含量：）含量： 20 50mg 2）存在：）存在： 甲狀腺（甲狀腺（20%）等腺體）等腺體 組織組織 3）生理功能：）生理功能： 參與甲狀腺素合成，調(diào)節(jié)參與甲狀腺素合成，調(diào)節(jié) 能量代謝，加速生長能量代謝，加速生長4）碘的供給量與食物來源）碘的供給量與食物來源 人體所需的碘來自飲水，食物人體所需的碘來自飲水，食

15、物 和食鹽。和食鹽。 碘的推薦量（每人每日）：碘的推薦量（每人每日）： 嬰兒嬰兒 1-6月月40 g, 7-12月月50 g 成人成人150 g，孕婦，孕婦175 g 乳母乳母200 g 含碘高的食物主要為海產(chǎn)品含碘高的食物主要為海產(chǎn)品 補碘的方法補碘的方法 常食海帶，紫菜等海產(chǎn)品常食海帶，紫菜等海產(chǎn)品 最方便，經(jīng)濟，有效的方法是最方便，經(jīng)濟，有效的方法是 食用碘鹽食用碘鹽食物名稱食物名稱含碘量含碘量 g kg-1食物名稱食物名稱含碘量含碘量 g kg-1海帶（干）海帶（干）240 000龍蝦（干）龍蝦（干） 600紫菜（干）紫菜（干） 18 000黃花魚（鮮）黃花魚（鮮） 120發(fā)菜（干）發(fā)

16、菜（干） 18 000帶魚（鮮）帶魚（鮮） 80 海參海參 6 000海鹽（山東）海鹽（山東） 29 40海蟄（干）海蟄（干） 1 320湖鹽（青海）湖鹽（青海） 298淡菜淡菜 1 200 井鹽（四川）井鹽（四川） 753干貝干貝 1 200再制鹽再制鹽 100含碘量較高的食品含碘量較高的食品4）缺乏癥）缺乏癥 甲狀腺腫大（甲狀腺腫大（“大脖子病大脖子病”） 克汀?。ù粜〔。┛送〔。ù粜〔。?* “ 一代甲（甲狀腺腫）一代甲（甲狀腺腫） 二代傻（呆小?。┒担ù粜〔。?三代四代斷根芽三代四代斷根芽 ” 5）過量癥）過量癥 甲狀腺亢進甲狀腺亢進 5 硒硒 ( Se )1) 生理功能生理功能

17、谷胱甘肽過氧化物酶的必需成分谷胱甘肽過氧化物酶的必需成分 保護眼睛，使視力敏銳保護眼睛，使視力敏銳 維持細胞正常功能維持細胞正常功能 抑制腫瘤生長，抗衰老抑制腫瘤生長，抗衰老2）缺乏癥）缺乏癥 大骨節(jié)病，克山病，肝壞死大骨節(jié)病，克山病，肝壞死硒的人體生理需要量：硒的人體生理需要量： 50g/d推薦供給量：推薦供給量： 50250g/d最大安全攝入量：最大安全攝入量： 400g/d病區(qū)硒攝入量均值：病區(qū)硒攝入量均值： 322g/d3）過量癥）過量癥 脫發(fā)，脫甲癥，心腎功能障礙脫發(fā)，脫甲癥，心腎功能障礙 神經(jīng)系統(tǒng)損害神經(jīng)系統(tǒng)損害湖北恩施地區(qū)湖北恩施地區(qū) ,主食玉米中含硒量高達主食玉米中含硒量高達2

18、343 g/g。攝入量均值攝入量均值4000g/d.錳生理功能：對葡萄糖、脂肪的氧化，磷酸化以及其它基礎(chǔ)生化作用都是必要的。第五節(jié) 生物地球化學(xué)性疾病定義 在一定生物地球化學(xué)條件下,土壤和水源中有些化學(xué)元素含量與生理需要量之間不平衡,或飲食和食物的化學(xué)元素組成比例失調(diào)不能滿足機體需要而引起的地方性疾病. 我國常見的分布面廣的生物地球化學(xué)性疾病有:地方性氟病;地方性甲狀腺腫;克山病;大骨節(jié)病.一 硒與克山病、大骨節(jié)病 克山病是以心肌損傷為主要病變的地方病(1935年發(fā)現(xiàn))，患者主要是年齡為15歲以下的兒童及處于生育期的婦女。病區(qū)在我國從東北到西南的一條狹長的丘陵地帶。分布于15個省300余縣。通

19、過科學(xué)工作者對克山病的綜合性考察與研究，找到了克山病發(fā)病與缺硒有直接關(guān)系。使發(fā)病率從60年代的19.15/10萬降至90年代的0.07/10萬，我國在硒與人體健康的研究領(lǐng)域處于世界先進行列 .硒與克山病 病因:環(huán)境缺硒 病區(qū)糧食的硒含量 0.0030.01mg/kg 正常糧食的硒含量 0.0250.08mg/kg環(huán)境高錳 低硒和高錳會加重心肌的損害；蛋白質(zhì)供應(yīng)不足時，錳的蓄積促進機體排硒。膳食因素 蛋白質(zhì)和氨基酸攝入不足 于維漢教授：克山病的心肌線粒體損傷機制理論，從分子水平上闡明了病因。硒與大骨節(jié)病 大骨節(jié)病是以發(fā)育期的兒童軟骨變性壞死為主要病理特征的地方病。此種病區(qū)常與克山病區(qū)重疊，其發(fā)病

20、率亦與硒含量呈負(fù)相關(guān)。補硒可預(yù)防并有一定的療效。 硒與克山病、大骨節(jié)病的有效預(yù)防 治理環(huán)境、服用高硒制劑、調(diào)整飲食結(jié)構(gòu)。 我國從1966年開始用硒預(yù)防克山病，截至1983年底，全國150多萬人口堅持實行硒預(yù)防。除采用口服硒酸鈉之外，還在農(nóng)作物、畜牧業(yè)富硒上作了很多工作。通過半個世紀(jì)的努力，我國基本控制了克山病。硒對克山病的有效預(yù)防，開拓了微量元素預(yù)防疾病的又一個范例。進一步說明了微量元素與人體健康的密切關(guān)系。 二 地方性氟病人體含氟約2.6g，骨骼和牙齒中占90%以上氟能被牙釉質(zhì)中的羥磷灰石吸附，形成堅硬的氟磷灰石保護層，這一保護層能抵抗酸性腐蝕，并能抑制嗜酸細菌的活性，以及對抗某些酶對牙齒的損害，從而防治齲齒的發(fā)生。使用氟化水或含氟牙膏，可使齲齒發(fā)病率降低50%-70%。但吸收過量時會對牙齒造成損害，產(chǎn)生牙