八化學(xué)元素與人體健康

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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)量變到質(zhì)變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。地球的年齡約為46億年，而人類(lèi)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(lèi)自身，可以說(shuō)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(wú)生命向有生命的發(fā)展進(jìn)化過(guò)程的產(chǎn)物。地球本身經(jīng)歷了元素的

進(jìn)化（由宇宙中最豐富的元素氫通過(guò)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(lái)，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(lèi)在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化過(guò)程中，在地面的巖石圈、水圈、大氣圈構(gòu)成的環(huán)境中生活，

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(lài)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

按照人體中元素的含量高于或低于0.01%分類(lèi)，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(lái)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(lèi)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(lèi)。自養(yǎng)生物是可以通過(guò)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

一般的植物和藻類(lèi)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(lái)源。人類(lèi)作為高等生物屬于異養(yǎng)生物。綠色植物、藻類(lèi)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(lèi)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(chēng)之為食物鏈。人類(lèi)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(lái)源。

2.人體內(nèi)元素的分類(lèi)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(lèi)：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(chēng)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．表2

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(guò)程往往不是簡(jiǎn)單的擴(kuò)散或滲透過(guò)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(guò)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(guò)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)

的傳遞需要有接受器。需要說(shuō)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(wú)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(méi)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(guò)程并對(duì)很多種酶有激活作用。

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(jiàn)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。

磷的供給量和來(lái)源：一般國(guó)家對(duì)磷的供給量都沒(méi)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(lái)源鎂的供給量除美國(guó)外，多數(shù)國(guó)家尚無(wú)正式規(guī)定。一般成人每日的適宜供給量為200mg---300mg。

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(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?；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(lái)源：一般成人每天攝?。玻纾?５ｇ的鉀是比較合適的．

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(guò)程中起著重要作用，它數(shù)量少、能量大，可稱(chēng)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。

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。元素主要生理功能缺乏癥過(guò)量癥食物來(lái)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(wú)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(zhǎng)牙骨，防齲齒，促生長(zhǎng)，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(lèi)，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

硅（Si）長(zhǎng)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(duì)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(lèi)，魚(yú)，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(yáng)，肝硬化，胃腸炎，癌

干果，葡萄干，葵花子，肝，貝類(lèi)，牡蠣，茶等

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(wú)力，帕金森癥，心肌梗塞干果，粗谷物，核桃仁，板栗，菇類(lèi)，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(wú)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(lèi)海產(chǎn)品，莖類(lèi)蔬菜，精致谷物等

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(mén)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(lèi)，奶酪，谷物，啤酒等動(dòng)植物種均含有微量鉻

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(lèi)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(yú)，大豆人體必需微量元素對(duì)成人的供給量第四節(jié)與元素有關(guān)的疾病

元素對(duì)人類(lèi)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(guò)量或不足，均會(huì)出現(xiàn)各種地方性疾病。常見(jiàn)的與元素有關(guān)的疾病如表所示。疾病類(lèi)別疾病名稱(chēng)攝入過(guò)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生殖系統(tǒng)疾病(1)性發(fā)育不全

Zn(2)生長(zhǎng)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

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

結(jié)締組織（1）脫毛癥、指甲脫落TlSe

（2）扁甲（營(yíng)養(yǎng)性）

CaMg（3）毛發(fā)、皮膚異常II其他（1）營(yíng)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(jué)異常）

Zn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