生命科學中的重要微量元素

生命科學中的重要微量元素第1頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月周次星期理論課的授課內容學時數(shù)授課教師35微量元素概述3尚京川45鐵的意義生理功能及代謝3尚京川65銅鋅的意義生理功能及代謝3母昭德75鈷和鉻的意義生理功能及代謝3母昭德85氟的意義生理功能及代謝3陳志瓊95碘的意義生理功能及代謝3陳志瓊第2頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月微量元素概述

人體內的元素及其分類和分布必需和非必需元素的區(qū)分標準微量元素的研究進展

必需微量元素的共同特性

微量元素與生長發(fā)育

微量元素與神經系統(tǒng)的結構和功能

微量元素與內分泌

微量元素與感染和免疫

第3頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

微量元素與腫瘤

微量元素與心血管疾病

微量元素與創(chuàng)傷愈合

微量元素的檢測及研究方法

第4頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月人體內的元素及其分類和分布

人體中含有自然界中存在的92種元素中的81種，它們在體內的分布和含量均有比較大的差別，發(fā)揮著各自不同的生理功能。第6頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月人體內的元素及其分類和分布

元素依其在人體的含量不同,可分為宏量元素和微量元素宏量元素：凡占人體總重量的1/10000以上者，如碳、氫、氧、氮、鈣、磷等，共占人體總重量的99.95%。每人每日需要100mg以上。微量元素：凡占人體總重量的1/10000以下者，如鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘等41種，稱為微量元素，共只占人體總重量的0.05%左右。每人每日需要100mg以下。第7頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

依其在機體內生物學作用的不同，可分為必需、可能必需及非必需三類。

按其對人體的生物作用性質，也可分為必需、無害及有害三類。第8頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月宏量元素均為必需元素，其在機體中的主要生理作用是維持細胞內外滲透壓的平衡，調節(jié)體液的pH,形成骨骼支撐組織，維持神經和肌肉細胞膜的興奮性，傳遞信息使肌肉收縮、使血液凝固以及酶活性等。第9頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

微量元素在維持人類健康中起基礎性作用，主要生理功能是在各種酶系統(tǒng)中起催化作用，以激素或維生素的必需成分或輔助因子而發(fā)揮作用，形成具有特殊功能的金屬蛋白等。第10頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月人體內各種元素的標準含量(部分)元素人體含量(g)所占體重的%元素人體含量(g)所占體重的%氧碳氫氮鈣磷450001260070002100105070065.0018.0010.003.001.501.00鐵鋅銅鋁碘鈷4.02.300.100.100.030＜0.0030.00570.00331.4×10-41.4×10-44.3×10-5＜4.3×10-6第11頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月必需和非必需元素的區(qū)分標準

WHO:“必需”元素主要是指具有明顯的營養(yǎng)作用。人體生理中必不可少，缺乏該元素將引起生理功能及結構異常，發(fā)生種種病變及疾病。但通常不直接危及生命，并非指離開該元素動物和人就不能生存。

Fe,Cu,Mn,Zn,Co,Mo,Cr,V（釩）,Ni,F,Se,I,Si,Sn等14種。第12頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月可能必需微量元素:

凡有一定生物學作用或醫(yī)療、預防、保健效能，又具有某些必需元素生物及生化特征，目前尚未被WHO認可的微量元素。

Sr（鍶）,Ge（鍺）,Br等第13頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月非必需微量元素

凡未發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)作用，又無明顯毒害作用的元素。

Ba,Ti(鈦),Nb（鈮）,B等。第14頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月有害微量元素

凡無營養(yǎng)作用，卻有蓄積現(xiàn)象，并且有明顯毒害作用的元素。

Pb,Bi,Te,Hg,Al等。第15頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

認為任何一種參與生命物質組成的元素，必需具備如下的條件①在生命的起源地----海水中的含量豐富。②性質活潑，能與其他元素結合或鍵合。③能形成正常組織結構的組成成分。④如為金屬，應該能夠溶于水，能與氧起反應，并能與含碳、氫、氧、氮、硫、磷的有機化合物鍵合。Schroeder標準第16頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月Cotzias標準

①這種元素存在于一切健康機體的所有組織之中。②在組織中的濃度相當恒定。③缺乏該元素時，能在不同組織中產生相似的結構及生理功能性異常。④補充該元素能夠防止該類異常變化。⑤補充該元素可使失常的功能及結構恢復正常狀態(tài)。

第17頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月Davies的標準

對必需微量元素的含義提出七條指標：①該微量元素必須以不同含量廣泛地存在于自然界，并且能夠被動植物有效地吸收。②該金屬的化學性質必須與某些已知的生理功能相適應。③它的原子序數(shù)應當排列在已知是人體必需的那些元素之間。④必須能夠透過半透膜，即胎盤和乳房屏障供應胎兒和嬰兒。第18頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤在組織中的濃度必須維持不變，其含量應隨年齡增長而逐漸降低。⑥以天然形態(tài)的該物質給動物或人類服用后，毒性必須極低或無毒害作用。⑦機體對該物質具有平衡和調節(jié)機制。第19頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月微量元素的研究進展

鐵是最早發(fā)現(xiàn)的必需微量元素，已有2000年的歷史。150年前發(fā)現(xiàn)了碘，其后以每10年發(fā)現(xiàn)2個必需微量元素的速度，至六十年代末和七十年代初，人們已認識了10種對動物和人是必需的微量元素；同時對微量元素在生命過程中的意義、生理功能、代謝過程、缺乏時的表現(xiàn)及其防治、過量時的中毒及其防治等等，有了更詳細的了解。第20頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月高等動物必需的微量元素的發(fā)展史元素年代元素年代Fe17世紀F1971I1850Si1972Cu1928Ni1974Mo1953As1975Se1957Mn1981Cr1959Zn1984Sn1970Co1985V1971第21頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于對微量元素的重視及監(jiān)測方法的進展，研究進度相當快，氟化物、鎳、錫、硒、硅和釩均相繼在10年內列為必需之類。目前，一般都承認有14種微量元素是動物和人類必需的，它們是鐵、銅、鋅、錳、硒、鉻、碘、鈷、鉬、氟、鎳、錫、硅、釩。第22頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

必需微量元素的共同特性

1.多數(shù)微量元素為金屬

現(xiàn)代定為必需的14種微量元素中，金屬元素占10種，非金屬2種，因此，必需微量元素的重要特征為大多數(shù)屬于金屬。第23頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月2.多數(shù)在元素周期表中居于前部位置

在元素周期表里和地殼表層所含有的92種天然元素中，人體或動物需要的必需微量元素，全部處于周期表前布的53個之中。第24頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月3.具有高度生物學活性及催化生化反應的能力

當人體必需的微量元素與氨基酸、蛋白質或其他有機基團結合，形成各種酶、激素或維生素以后，如含鐵、銅、鋅、錳和硒的數(shù)百種的酶，含碘的甲狀腺素，含鈷的維生素B12，含鐵的細胞色素等，會使金屬-有機復合物產生各種各樣獨特的生物學作用、特殊的生理功能及高度的生化效應。第25頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月1）能使生化反應的底物成千上萬倍地減少；2）使體內生化反應顯著加速，甚至會縮短幾萬到幾十萬倍；3）使那些本來在自然條件下需要極高溫度才能進行的生化反應，能在體溫的條件下順利進行。4）糖和脂肪的氧化，水的生成，都是在各種金屬酶及含鐵或銅的細胞色素催化下完成的。

第26頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月鈷鹽與有機鈷化合物——維生素B12的作用就是一個典型的離子。用氯化鈷刺激造血活性以增加網(wǎng)織細胞，要用20mg才能發(fā)揮這種效能；而用維生素B12則只需0.0004mg就能達到同一生血效果，活性提高達5萬倍之多。第27頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月4.屬于同一族的元素（特別是原子量重的）能置換和相互置換這種特性可干擾各元素及其組成物質（特別是酶）的作用及正常性質，甚至使酶滅活，引起生化紊亂、病理變化和種種疾病。鎘和鉛能置換組織結構及酶中的鋅，砷能置換磷，鍶能置換鈣，鉬能置換銅，銠能置換鈷，從而引起疾病或病變。第28頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月5.各微量元素間能相互影響、拮抗或協(xié)同其生物學作用

鎘和鋅有顯著的拮抗作用，鎘能減少鋅的吸收和生物學功能，鋅能拮抗鎘的毒性。鎘與鐵也有鎘與鋅同樣的相互拮抗作用；鉬能阻礙銅的吸收，銅能對抗鉬的毒性；硒能拮抗鎘的毒性；第29頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月砷能減弱硒的毒性，鈷能增強硒的毒性。鐵和錳既能相互干擾在消化道的吸收過程，又協(xié)同生血效果?？梢娢⒘吭亻g的作用是相當復雜，而且又是相當重要的。第30頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月6.元素周期表里同一族元素多數(shù)有相似的生物學作用

Ⅱ族的元素均能影響胰島素的作用；ⅡA族對骨骼多有較特殊的親和力；ⅡB族和ⅥB族對腎和肝組織有特殊親和力；ⅦA族對甲狀腺有親和力；Ⅳ族具有生血刺激作用，其作用強度如下：鈦<釩<合<錳<鐵、鈷、鎳、銅<鋅<鎵<鍺<砷，雖然作用環(huán)節(jié)不同，但可相互促進、補充和制約，以維持最適宜的造血條件。第31頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月7.在超過生理需要或改變氧化形態(tài)和存在形式時能產生毒害作用

任何一種必需的微量元素，當超過正常攝入量及含量就會引起毒害作用。像鐵、銅、鈷、錳等對機體如此重要的必需微量元素，進入體內過多時也會引起急或慢性中毒。

第32頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

微量元素與生長發(fā)育

鐵、銅、鋅、錳、鈷形成的酶及碘形成的甲狀腺素，均有促進生長發(fā)育的作用。缺乏這些元素或其中一種，均可引起生長發(fā)育停滯。第33頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月微量元素與神經系統(tǒng)的結構和功能微量元素代謝不平衡對中樞神經系統(tǒng)能產生種種不利影響及病變。

第34頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月微量元素與內分泌

種種實驗及臨床研究顯示和證明，微量元素能影響內分泌腺的功能、靶組織的活性及激素的生物學作用。微量元素過多和過少都會引起各種疾病。

第35頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月鉛過多可直接損傷人和動物的甲狀腺功能，降低人和鼠類甲狀腺攝取碘及血漿蛋白結合碘，降低垂體激素的分泌及腎上腺皮質的技能，還可損傷生殖細胞及性機能。鐵過多對胰腺有不利影響，血色病的主要特征之一就是胰腺的纖維化和功能不良，出現(xiàn)糖尿??；色素代謝紊亂出現(xiàn)皮膚黑棕色。鎳過多可加速催乳激素抑制因子的釋放，通過下丘腦和垂體，使催乳激素分泌兩減少；還能影響垂體其他激素的釋放及生殖機能，使動物產仔少。第36頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月缺鋅影響垂體分泌促性腺激素，性腺機能減退，睪丸縮小，重量減輕，精子數(shù)目減少，晚期可使精子的生成陷于停頓。缺銅可使豚鼠及大鼠產生不孕，影響腎上腺皮質類固醇胰孕酮的合成。缺銅能降低多巴胺羥化酶的活性，使多巴胺合成障礙；而多巴胺一方面是合成去甲腎上腺素的前體，又是重要的神經傳導介質。缺錳和錳中毒影響性機能，可使豚鼠胰腺發(fā)育不全、細胞及胰島素數(shù)目減少，糖耐量受損，多巴及多巴胺合成量減少，引起腦底各神經節(jié)及腦干的病變。

第37頁，課件共40頁，創(chuàng)作于2023年2月

微量元素與感染和免疫

微量元素是人體、細菌及其他微生物都必需的營養(yǎng)要素。微量元素的變化既可影響人體，也能影響微生物的生長、繁殖、代謝及毒素的產生。機體含鐵、銅、鋅總量減少，均可減弱免疫機制，降低抵抗力，助長細菌感染，感染后的死亡率亦較高。微生物生長和繁殖也需要鐵、鋅等微量元素的適宜濃度，機體正是根據(jù)微生物的這種特點，逐漸形成了一個自然的免疫過程，Weiburg稱