八化學(xué)元素與人體健康

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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，第2頁/共31頁

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。現(xiàn)代人的化學(xué)組成第3頁/共31頁

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（太陽光）C6H12O6+6O2

催化劑第4頁/共31頁

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，食物鏈中各級植物和動(dòng)物逐級積累的各種元素，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，今后可能還會發(fā)現(xiàn)更多的生命必需元素．第5頁/共31頁表2第6頁/共31頁

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。人對某些元素和物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸以及它們在體內(nèi)的傳遞等物質(zhì)和能量的代謝過程往往不是簡單的擴(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)胞間的溝通即信號第7頁/共31頁

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。第8頁/共31頁第二節(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很多種酶有激活作用。第9頁/共31頁

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。第10頁/共31頁

磷的供給量和來源：一般國家對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外，多數(shù)國家尚無正式規(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?，以至于人們未能認(rèn)識到鉀對于機(jī)體健康的重要性．鉀的生理功能１.為心臟的正?；顒?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．第12頁/共31頁

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。第13頁/共31頁

下表給出人體必需微量元素對人體的主要生理功能和平衡失調(diào)對人的健康的影響。元素主要生理功能缺乏癥過量癥食物來源

鐵(Fe)造血,組成血紅蛋白和含鐵酶,傳遞電子和氧,維持器官功能貧血,免疫力低,無力,頭痛,口腔炎,易感冒,肝痛影響胰腺何性腺,心衰,糖尿病,肝硬化,重者死亡肝,頭,蛋,芝麻醬、小米，桃水果，蘑菇，綠葉蔬菜等

氟（F）長牙骨，防齲齒，促生長，參與氧化還原何鈣磷代謝齲齒，骨質(zhì)疏松，貧血，氟斑牙，氟骨癥，骨質(zhì)增生

茶葉，海藻類，海帶，紫菜，白菜，韭菜，甘藍(lán)

鋅（Zn）激活200多種酶，參與核酸和能量代謝，促進(jìn)性機(jī)能正常，抗菌，消炎侏儒，潰瘍，炎癥，不育，白發(fā)，白內(nèi)障，視力減退，肝硬化胃腸炎，前列腺肥大，貧血，高血壓，冠心病瘦肉，蛋，奶，谷物第14頁/共31頁

硅（Si）長骨骼，維持血管功能和通透性，合成粘多糖維持組織彈性骨松疏，抽搦癥，白發(fā)，齒關(guān)節(jié)疼，大骨節(jié)病，貧血，肌肉萎縮動(dòng)植物

硒（Se）組酶，抑制自由基，護(hù)心肝，對重金屬解毒心血管疾病，克山病，大骨節(jié)病，癌，關(guān)節(jié)炎，心肌病，白內(nèi)障硒土病，心腎功能障礙，腹瀉，脫發(fā)，指甲變形肉類，魚，蝦，動(dòng)物肝臟，蘑菇，大蒜，蘆筍，谷物

銅（Cu）造血，合成酶和血紅蛋白，增強(qiáng)防御功能貧血，心血管損傷，冠心病，腦障礙，潰瘍，關(guān)節(jié)炎，白發(fā)黃疽肝陽，肝硬化，胃腸炎，癌

干果，葡萄干，葵花子，肝，貝類，牡蠣，茶等第15頁/共31頁

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，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，精致谷物等第16頁/共31頁

錫（Sn）促進(jìn)蛋白質(zhì)和核酸反應(yīng)，促生長，催化氧化還原反應(yīng)抑制生長，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第17頁/共31頁

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，大豆第18頁/共31頁人體必需微量元素對成人的供給量第19頁/共31頁第四節(jié)與元素有關(guān)的疾病

元素對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。疾病類別疾病名稱攝入過量元素?cái)z入不足元素心血管系統(tǒng)疾?。?）心血管病

CaMgSe（2）動(dòng)脈粥樣硬化CdCr（3）冠心病

CaMgSe（4）心衰猝死

CrMo（5）新生嬰兒猝死

Mg(6）糖尿病

Mg（7）心肌病CoCr第20頁/共31頁腦血管系統(tǒng)疾病(1)腦溢血SiO2

(2)高血壓SiO2

(3)腦神經(jīng)紊亂Cu

內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病(1)地方性甲狀腺腫II(2)腦垂體分泌缺乏癥

Zn(3)內(nèi)分泌紊亂(女)

ZnMgMnCa第21頁/共31頁生殖系統(tǒng)疾病(1)性發(fā)育不全

Zn(2)生長發(fā)育不良

Mn(3)受精率低下MgSO4I(4)不孕癥URa

消化系統(tǒng)疾病(1)地方性腸炎B

(2)地方性胃腸炎MgSO4

(3)胃腸炎CdMgZn第22頁/共31頁骨齒系統(tǒng)疾病(1)齲齒、牙發(fā)育不良

FV(2)氟骨癥F

(3)膝外翻綜合癥FMoCa（4）骨質(zhì)松脆

Mg（5）佝僂病SrMgCa（6）趴病Ba

（7）大骨節(jié)病腐殖酸Se（8）軟骨代謝障礙

SMnSe（9）骨質(zhì)松脆癥

CuSr（10）骨痛病Cd

（11）扁甲

Ca第23頁/共31頁細(xì)胞癌變(七)（1）前列腺癌Cd

（2）乳房、結(jié)腸、卵巢、膀胱癌

ScI（3）肝癌亞硝胺SeMo（4）咽癌As

（5）皮膚癌AsSeAg

（6）骨癌BeCdSe

(7)喉癌NiAsCd

（8）咽喉癌Ni

（9）直腸癌NiCd

（10）結(jié)腸癌

Mo（11）食管癌CdZnCu（12）胃癌ZnCu（13）敗血癥PbAsZn（14）肺癌Cr6+PbSnSiAsSeSb

第24頁/共31頁神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?）中樞神經(jīng)發(fā)育不全、腦發(fā)育落后，智力低下IIZn（2）神經(jīng)性疾病Pb

（3）神經(jīng)性傳導(dǎo)障礙F

（4）抑郁癥

Li（5）狂躁癥Rb

（6）神經(jīng)中毒HgSeAs

（7）Wilson癥Cu

第25頁/共31頁結(jié)締組織（1）脫毛癥、指甲脫落TlSe

（2）扁甲（營養(yǎng)性）

CaMg（3）毛發(fā)、皮膚異常II第26頁/共31頁其他（1）營養(yǎng)性貧血

FeCu（2）高鐵血紅蛋白癥NO2

（3）糖尿病

Cr（4）地方性肌萎縮

Mg（5）結(jié)石癥FCa

（6）缺鐵性貧血

Fe（7）溶血性貧血Pb

（8）暗視盲（味、嗅覺異常）

Zn第27頁/共31頁第五節(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，高鈣食物會抑制消化道對鎘的吸收，維生素D也會影響鎘的吸收。

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)合國糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織提