第八講化學(xué)元素與人體健康

第八講化學(xué)元素與人體健康第一節(jié)人體中的化學(xué)第二節(jié)常量元素與人體健康第三節(jié)微量元素與人體健康第四節(jié)與元素有關(guān)的疾病第五節(jié)有害微量元素1第一節(jié)人體中的化學(xué)

大自然中一切物質(zhì)都是由化學(xué)元素組成的，人體也不例外?；瘜W(xué)元素組成人體中重要的生命有機(jī)化合物，并在人體內(nèi)進(jìn)行著眾多的化學(xué)反應(yīng)，維持正常的新陳代謝。生命過程就是生物體發(fā)生的各種物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及能量轉(zhuǎn)化的總結(jié)果。地球是由無生命階段慢慢演變?yōu)橛猩A段的。生命起源于化學(xué)。

一、生命進(jìn)化的化學(xué)過程原始生命是最簡(jiǎn)單的生命形態(tài)，它至少要進(jìn)行新陳代謝和自我繁殖才能生存和繁衍。生命的進(jìn)化可以理解為生命與環(huán)境長(zhǎng)期相互作用的結(jié)果，是通過量變到質(zhì)變來實(shí)現(xiàn)的。地球的年齡約為46億年，而人類的出現(xiàn)距今約300萬(wàn)年。地球上的生命，以及它的最高形式—人類自身，可以說是物質(zhì)在一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中從低級(jí)向高級(jí)，從無生命向有生命的發(fā)展進(jìn)化過程的產(chǎn)物。地球本身經(jīng)歷了元素的2

進(jìn)化（由宇宙中最豐富的元素氫通過核反應(yīng)合成各種各樣的元素，以構(gòu)成星體本身），分子的進(jìn)化（由原子間的反應(yīng)生成分子，由分子間的反應(yīng)生成更復(fù)雜的分子，聚合物分子以及生物聚合物分子）和生物的進(jìn)化（由最原始的細(xì)胞出現(xiàn)進(jìn)化到人）人體，大自然的這一杰作，有好幾百萬(wàn)億細(xì)胞構(gòu)成。細(xì)胞和細(xì)胞之間含有細(xì)胞間質(zhì)。許多形狀相似，功能相同的細(xì)胞及其細(xì)胞間質(zhì)結(jié)合起來，構(gòu)成了我們身體中四種基本組織：上皮組織、結(jié)締組織、肌肉組織和神經(jīng)組織。這四中組織的不同配合，構(gòu)成了人體內(nèi)骨骼、肌肉、腦、心、肺、肝、腎等等“器官”。許多作用相似的器官結(jié)合成為一個(gè)“系統(tǒng)”，完成某一方面的全套功能。人體內(nèi)有八大“系統(tǒng)”（運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)）。

二.人體中的化學(xué)元素地球上存在92種穩(wěn)定的化學(xué)元素，它們分布在自然界中巖石圈、水圈、大氣圈。人類在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化過程中，在地面的巖石圈、水圈、大氣圈構(gòu)成的環(huán)境中生活，3

必須與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，于是有選擇的吸收了幾十種化學(xué)元素構(gòu)成人體有效的機(jī)制，賴以維持生命。人體至少由37種化學(xué)元素組成?，F(xiàn)代人的化學(xué)組成4

按照人體中元素的含量高于或低于0.01%分類，又常分為常量元素和微量元素（雖然硅的含量超出這個(gè)范圍，但WHO任將其劃為微量元素）。1.人體內(nèi)化學(xué)元素的來源自然界劃分為4個(gè)圈層：大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈。生物圈中的植物、動(dòng)物和人類在大氣圈、水圈、巖石圈構(gòu)成的環(huán)境中生存發(fā)展，與各圈層之間存在物質(zhì)交換和能量交換。自然界中的生物體可以劃分為自養(yǎng)生物和異養(yǎng)生物兩大類。自養(yǎng)生物是可以通過二氧化碳和水在葉綠素和太陽(yáng)光的作用下進(jìn)行光合作用產(chǎn)生糖而得到養(yǎng)分，其化學(xué)反應(yīng)式可表示如下：葉綠素6CO2+6H2+能量（太陽(yáng)光）C6H12O6+6O2

催化劑5

一般的植物和藻類屬于自養(yǎng)生物。所謂異養(yǎng)生物，它們自己不能制造養(yǎng)分，而必須依靠自養(yǎng)生物作為養(yǎng)分和能量的來源。人類作為高等生物屬于異養(yǎng)生物。綠色植物、藻類是兔、牛、羊、馬等大小動(dòng)物的食物，而這些食草動(dòng)物又是食肉動(dòng)物的食物，食肉動(dòng)物則成為人類的食物，人死了，尸體被細(xì)菌和真菌等微生物分解，這就構(gòu)成了自然界中的生物圈。食物和捕食者之間這一系列的關(guān)系，人們稱之為食物鏈。人類作為捕食者是處在食物鏈的末端，食物鏈中各級(jí)植物和動(dòng)物逐級(jí)積累的各種元素，最后都以食物的形式進(jìn)入人體，這是人體內(nèi)化學(xué)元素的主要來源。2.人體內(nèi)元素的分類在于生物體（植物和動(dòng)物）內(nèi)的元素按其作用大致可分為三大類：必需元素；非必需元素；和污染（有害有毒）元素。必需元素：人們把人體為了維持生命所必需的元素稱為生命必需元素。表２中列出了25種生命必需元素隨著時(shí)間的推延，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，今后可能還會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的生命必需元素．6表27

三人體中化學(xué)元素的功能

化學(xué)元素在生物體內(nèi)所起的生理和生化作用主要有以下幾個(gè)方面。1.結(jié)構(gòu)材料。C，H，O，N和S構(gòu)成有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)材料，如多糖、蛋白質(zhì)、核酸等為主所構(gòu)成的肌肉、皮膚、骨骼、血液、軟組織等。2.運(yùn)載作用。人對(duì)某些元素和物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸以及它們?cè)隗w內(nèi)的傳遞等物質(zhì)和能量的代謝過程往往不是簡(jiǎn)單的擴(kuò)散或滲透過程，而需要有載體。金屬離子或它們所形成的一些配合物在這個(gè)過程中擔(dān)負(fù)重要作用。3.組成金屬酶或作為酶的激活劑。4.調(diào)節(jié)體液的物理、化學(xué)特性。5.“信使”作用。生物體需要不斷地協(xié)調(diào)機(jī)體內(nèi)各種生物過程，這就要求有各種傳遞信息的系統(tǒng)。細(xì)胞間的溝通即信號(hào)8

的傳遞需要有接受器。需要說明的是，有些元素可同時(shí)在幾個(gè)方面發(fā)揮作用。而有些生理作用是許多元素共同協(xié)作。9第二節(jié)常量元素與人體健康

在人體中的常量元素除了構(gòu)成有機(jī)物質(zhì)的元素外，比較重要的無機(jī)礦物質(zhì)元素是鈉、鉀、氯、鎂、磷和硫等七個(gè)元素。約占人體總灰分的60%----80%。這里主要對(duì)鈣、磷、鎂、鉀四種元素作介紹。

一鈣（Ca）鈣是人體中重要元素成分，居體內(nèi)各組成元素的第五位，是最豐富的元素之一，同時(shí)也是含量最豐富的礦物質(zhì)元素。它占人體總重量的1.5%---2.0%，占人體總礦物質(zhì)的85%左右。鈣是生命活動(dòng)的砥柱，如果沒有鈣，生命活動(dòng)就會(huì)停止。鈣的生理作用有如下幾個(gè)方面：1.構(gòu)成骨骼和牙齒的主要成分；2.維持肌肉神經(jīng)的正常興奮；3.參與血凝過程并對(duì)很多種酶有激活作用。10

世界衛(wèi)生組織推薦的每日供給量標(biāo)準(zhǔn)為：成年男女400mg---500mg，孕婦、乳母等為1000mg---1200mg。我國(guó)今年修訂的每日供給量為：成年男女600mg；孕婦1500mg；乳母2000mg。

二磷（P）磷是人體必需元素之一，居人體組成元素的第六位。常見的氧化形式友-3、+3、+5價(jià)，其中對(duì)生命有實(shí)際意義的是+5價(jià)。正常人體中含磷量為750g---1130g。人體中約有70%---80%的磷與鈣、鎂結(jié)合成磷酸鹽，存在于骨骼和牙齒中。磷的生理功能：1.磷和鈣一樣都是構(gòu)成骨骼和牙齒的成分；2.磷參與某些物質(zhì)的吸收和代謝；3.磷具有儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移能量的作用；4.磷具有調(diào)節(jié)體內(nèi)酸堿平衡，防止體液酸度波動(dòng)的作用。11

磷的供給量和來源：一般國(guó)家對(duì)磷的供給量都沒有明確規(guī)定。

三鎂（Mg）成年人體內(nèi)含鎂量為20g---30g，70%的鎂以磷酸鹽和碳酸鹽的形式存在于骨骼和牙齒中，其余25%的鎂存在于軟組織中。鎂的生理功能：1.鎂是細(xì)胞內(nèi)的主要陽(yáng)離子之一，也是骨骼和牙齒的組成成分；2.鎂是生物體內(nèi)的催化劑，是許多酶所必需的激活劑；3.維持心肌功能。鎂的供給量和來源鎂的供給量除美國(guó)外，多數(shù)國(guó)家尚無正式規(guī)定。一般成人每日的適宜供給量為200mg---300mg。

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四鉀（K）盡管鉀在人體內(nèi)占總礦物元素含量的５％，僅次于鈣和磷，但也許是因?yàn)槭澄镏卸己谐渥愕拟浂灰滓鹑狈Γ灾劣谌藗兾茨苷J(rèn)識(shí)到鉀對(duì)于機(jī)體健康的重要性．鉀的生理功能１.為心臟的正常活動(dòng)所必需；２.維持細(xì)胞內(nèi)的滲透壓和維持體液酸堿性平衡；３.減少心臟的收縮性，有助于心臟的舒張．鉀的供給量與來源：一般成人每天攝?。玻纾?５ｇ的鉀是比較合適的．13

第三節(jié)微量元素與人體健康

在人體組織中含量極少，少于體重的萬(wàn)分之五的叫微量元素，或者痕量元素。目前發(fā)現(xiàn)的有鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬、硒、鉻、氟、鎳、硅、錫、礬等。最近發(fā)現(xiàn)的微量元素新星是有機(jī)鍺。從目前研究看，整個(gè)微量元素在人體生物化學(xué)過程中起著重要作用，它數(shù)量少、能量大，可稱之為“生命的火花”微量元素在人體內(nèi)的生理功能有以下方面：１.微量元素是構(gòu)成金屬酶和酶的活化劑；２.微量元素是激素和維生素的活性成分；３.微量元素可協(xié)助常量元素的輸送；４.微量元素在體液內(nèi)與鉀、鈉、鈣、鎂等離子協(xié)同，可起調(diào)節(jié)滲透壓、離子平衡和體液平衡的作用，以保持人體正常的生理功能。14

下表給出人體必需微量元素對(duì)人體的主要生理功能和平衡失調(diào)對(duì)人的健康的影響。1516碘（I）組成甲狀腺和多種酶，調(diào)節(jié)能量，維持中樞神經(jīng)，加速生長(zhǎng)甲狀腺腫，心悸，動(dòng)脈硬化，發(fā)育停止，克汀病甲狀腺腫碘鹽，海產(chǎn)品，奶，肉，水果錳(Mn)組酶，激活劑，增強(qiáng)蛋白質(zhì)代謝，合成維生素，防癌軟骨，營(yíng)養(yǎng)不良，神經(jīng)紊亂，肝癌，生殖功能受抑無力，帕金森癥，心肌梗塞干果，粗谷物，核桃仁，板栗，菇類，綠色蔬菜，茶葉釩（V）抑制骨髓造血，降血壓，促生長(zhǎng)，參與肝固醇和脂質(zhì)及輔酶代謝膽固醇高，生殖功能低下，貧血，心肌無力，骨異常呼吸道嚴(yán)重炎癥，結(jié)膜炎，鼻咽炎，心腎受損蚌類海產(chǎn)品，莖類蔬菜，精致谷物等17錫（Sn）促進(jìn)蛋白質(zhì)和核酸反應(yīng)，促生長(zhǎng)，催化氧化還原反應(yīng)抑制生長(zhǎng)，門齒色素不全貧血，胃酸分泌減少，胃腸炎，影響肝、腎功能和骨代謝罐頭食品，葵花子，芝麻，綠豆鎳（Ni）參與細(xì)胞激素和色素度代謝，生血，激活酶形成輔酶與鐵協(xié)同肝硬化，尿毒，肝脂質(zhì)和磷脂質(zhì)代謝異常鼻咽癌，皮膚炎，白血病，骨癌，肺癌栗，桃、楊梅、枇杷、茶葉鉻（Cr）發(fā)揮胰島素作用，調(diào)節(jié)膽固醇、糖和脂質(zhì)代謝，防止血管硬化糖尿病，心血管病，高血脂，膽石，胰島素功能失常傷肝腎，鼻中隔穿孔，肺癌肉類，奶酪，谷物，啤酒等動(dòng)植物種均含有微量鉻18鉬（Mo）組成氧化還原酶，催化尿酸，抗銅貯鐵，維持動(dòng)脈彈性心血管病，克山癌，食道癌，腎結(jié)石，齲齒睪丸萎縮，性欲減退，脫毛，軟骨，貧血，腹瀉大豆，豌豆等豆類以及豆制品，植物，谷物，肝，酵母鈷（Co）造血，心血管的生長(zhǎng)和代謝，促進(jìn)核酸和蛋白質(zhì)合成心血管病，貧血，脊髓炎，氣喘，青光眼心肌病變，心力衰竭，高血脂，致痛肝，瘦肉，奶，蛋，魚，大豆19人體必需微量元素對(duì)成人的供給量20第四節(jié)與元素有關(guān)的疾病

元素對(duì)人類健康的影響反映了內(nèi)、外環(huán)境之間的平衡關(guān)系。我國(guó)十幾個(gè)省、區(qū)進(jìn)行的醫(yī)學(xué)地質(zhì)調(diào)查表明，人體攝入某些元素過量或不足，均會(huì)出現(xiàn)各種地方性疾病。常見的與元素有關(guān)的疾病如表所示。2122232425262728第五節(jié)有害的微量元素

一有害金屬元素中毒機(jī)制1.阻斷了生物分子表現(xiàn)活性所需要的功能基。2.置換了生物分子中的必需金屬離子3.改變生物分子構(gòu)象或高級(jí)結(jié)構(gòu)

二幾種主要有害的金屬元素1.鎘（Cd)元素鎘是聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織列為最優(yōu)先研究的食品中的嚴(yán)重污染元素，它不是人體必需的元素。鈣可以拮抗鎘，高鈣食物會(huì)抑制消化道對(duì)鎘的吸收，維生素D也會(huì)影響鎘的吸收。2.鉛（Pb）元素鉛是最為常見的有害微量元素，人體含鉛77mg左右，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織提出每人每天允許攝取

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量約為420ug。在飲食中可多吃一些大蒜，因?yàn)榇笏庵泻性匚^多，對(duì)鉛的毒性有拮抗作用。3.汞（Hg）元素汞及其化合物是最有害地微量元素之一。存在于環(huán)境中的汞及其化合物可經(jīng)呼吸由肺、經(jīng)溶解而由皮膚、經(jīng)口進(jìn)入消化道等途徑進(jìn)入人體，還可由母體胎盤、乳汁進(jìn)入胎兒、嬰兒體內(nèi)。4.砷（As）元素科學(xué)家們經(jīng)過近20多年的研究認(rèn)為，適量的砷對(duì)人體是必要的，因此將砷列為生物可能必須元素。Coopeman認(rèn)為，每人每天攝入的砷不得低于12ug。但動(dòng)物和人體對(duì)砷的需求量都很低，在一般條件下均能得到滿足。單質(zhì)砷幾乎無毒性，有機(jī)砷化物的毒性也相對(duì)較低，很多無機(jī)砷化合物有大毒性。常見劇毒的無機(jī)砷化物是三氧化30

二砷，中毒量為10mg—