第八講化學元素與人體健康

第八講化學元素與人體健康第一節(jié)人體中的化學第二節(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)與元素有關的疾病第五節(jié)有害微量元素1第一節(jié)人體中的化學

大自然中一切物質都是由化學元素組成的，人體也不例外。化學元素組成人體中重要的生命有機化合物，并在人體內進行著眾多的化學反應，維持正常的新陳代謝。生命過程就是生物體發(fā)生的各種物質轉化以及能量轉化的總結果。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。

一、生命進化的化學過程原始生命是最簡單的生命形態(tài)，它至少要進行新陳代謝和自我繁殖才能生存和繁衍。生命的進化可以理解為生命與環(huán)境長期相互作用的結果，是通過量變到質變來實現的。地球的年齡約為46億年，而人類的出現距今約300萬年。地球上的生命，以及它的最高形式—人類自身，可以說是物質在一個相當漫長的歷史長河中從低級向高級，從無生命向有生命的發(fā)展進化過程的產物。地球本身經歷了元素的2

進化（由宇宙中最豐富的元素氫通過核反應合成各種各樣的元素，以構成星體本身），分子的進化（由原子間的反應生成分子，由分子間的反應生成更復雜的分子，聚合物分子以及生物聚合物分子）和生物的進化（由最原始的細胞出現進化到人）人體，大自然的這一杰作，有好幾百萬億細胞構成。細胞和細胞之間含有細胞間質。許多形狀相似，功能相同的細胞及其細胞間質結合起來，構成了我們身體中四種基本組織：上皮組織、結締組織、肌肉組織和神經組織。這四中組織的不同配合，構成了人體內骨骼、肌肉、腦、心、肺、肝、腎等等“器官”。許多作用相似的器官結合成為一個“系統(tǒng)”，完成某一方面的全套功能。人體內有八大“系統(tǒng)”（運動系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)）。

二.人體中的化學元素地球上存在92種穩(wěn)定的化學元素，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化過程中，在地面的巖石圈、水圈、大氣圈構成的環(huán)境中生活，3

必須與環(huán)境進行物質交換，于是有選擇的吸收了幾十種化學元素構成人體有效的機制，賴以維持生命。人體至少由37種化學元素組成?，F代人的化學組成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范圍，但WHO任將其劃為微量元素）。1.人體內化學元素的來源自然界劃分為4個圈層：大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈。生物圈中的植物、動物和人類在大氣圈、水圈、巖石圈構成的環(huán)境中生存發(fā)展，與各圈層之間存在物質交換和能量交換。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行光合作用產生糖而得到養(yǎng)分，其化學反應式可表示如下：葉綠素6CO2+6H2+能量（太陽光）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、馬等大小動物的食物，而這些食草動物又是食肉動物的食物，食肉動物則成為人類的食物，人死了，尸體被細菌和真菌等微生物分解，這就構成了自然界中的生物圈。食物和捕食者之間這一系列的關系，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物逐級積累的各種元素，最后都以食物的形式進入人體，這是人體內化學元素的主要來源。2.人體內元素的分類在于生物體（植物和動物）內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間的推延，科學技術的不斷發(fā)展，今后可能還會發(fā)現更多的生命必需元素．6表27

三人體中化學元素的功能

化學元素在生物體內所起的生理和生化作用主要有以下幾個方面。1.結構材料。C，H，O，N和S構成有機大分子結構材料，如多糖、蛋白質、核酸等為主所構成的肌肉、皮膚、骨骼、血液、軟組織等。2.運載作用。人對某些元素和物質的吸收、運輸以及它們在體內的傳遞等物質和能量的代謝過程往往不是簡單的擴散或滲透過程，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過程中擔負重要作用。3.組成金屬酶或作為酶的激活劑。4.調節(jié)體液的物理、化學特性。5.“信使”作用。生物體需要不斷地協(xié)調機體內各種生物過程，這就要求有各種傳遞信息的系統(tǒng)。細胞間的溝通即信號8

的傳遞需要有接受器。需要說明的是，有些元素可同時在幾個方面發(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成有機物質的元素外，比較重要的無機礦物質元素是鈉、鉀、氯、鎂、磷和硫等七個元素。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，居體內各組成元素的第五位，是最豐富的元素之一，同時也是含量最豐富的礦物質元素。它占人體總重量的1.5%---2.0%，占人體總礦物質的85%左右。鈣是生命活動的砥柱，如果沒有鈣，生命活動就會停止。鈣的生理作用有如下幾個方面：1.構成骨骼和牙齒的主要成分；2.維持肌肉神經的正常興奮；3.參與血凝過程并對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準為：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，其中對生命有實際意義的是+5價。正常人體中含磷量為750g---1130g。人體中約有70%---80%的磷與鈣、鎂結合成磷酸鹽，存在于骨骼和牙齒中。磷的生理功能：1.磷和鈣一樣都是構成骨骼和牙齒的成分；2.磷參與某些物質的吸收和代謝；3.磷具有儲存和轉移能量的作用；4.磷具有調節(jié)體內酸堿平衡，防止體液酸度波動的作用。11

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.鎂是細胞內的主要陽離子之一，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）盡管鉀在人體內占總礦物元素含量的５％，僅次于鈣和磷，但也許是因為食物中都含有充足的鉀而不易引起缺乏，以至于人們未能認識到鉀對于機體健康的重要性．鉀的生理功能１.為心臟的正?；顒铀匦瑁唬?維持細胞內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：一般成人每天攝取２ｇ－２.５ｇ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，少于體重的萬分之五的叫微量元素，或者痕量元素。目前發(fā)現的有鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬、硒、鉻、氟、鎳、硅、錫、礬等。最近發(fā)現的微量元素新星是有機鍺。從目前研究看，整個微量元素在人體生物化學過程中起著重要作用，它數量少、能量大，可稱之為“生命的火花”微量元素在人體內的生理功能有以下方面：１.微量元素是構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.微量元素在體液內與鉀、鈉、鈣、鎂等離子協(xié)同，可起調節(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人體的主要生理功能和平衡失調對人的健康的影響。1516碘（I）組成甲狀腺和多種酶，調節(jié)能量，維持中樞神經，加速生長甲狀腺腫，心悸，動脈硬化，發(fā)育停止，克汀病甲狀腺腫碘鹽，海產品，奶，肉，水果錳(Mn)組酶，激活劑，增強蛋白質代謝，合成維生素，防癌軟骨，營養(yǎng)不良，神經紊亂，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，骨異常呼吸道嚴重炎癥，結膜炎，鼻咽炎，心腎受損蚌類海產品，莖類蔬菜，精致谷物等17錫（Sn）促進蛋白質和核酸反應，促生長，催化氧化還原反應抑制生長，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，肝脂質和磷脂質代謝異常鼻咽癌，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，調節(jié)膽固醇、糖和脂質代謝，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，維持動脈彈性心血管病，克山癌，食道癌，腎結石，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，促進核酸和蛋白質合成心血管病，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成人的供給量20第四節(jié)與元素有關的疾病

元素對人類健康的影響反映了內、外環(huán)境之間的平衡關系。我國十幾個省、區(qū)進行的醫(yī)學地質調查表明，人體攝入某些元素過量或不足，均會出現各種地方性疾病。常見的與元素有關的疾病如表所示。2122232425262728第五節(jié)有害的微量元素

一有害金屬元素中毒機制1.阻斷了生物分子表現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.改變生物分子構象或高級結構

二幾種主要有害的金屬元素1.鎘（Cd)元素鎘是聯合國糧農組織和世界衛(wèi)生組織列為最優(yōu)先研究的食品中的嚴重污染元素，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，聯合國糧農組織和世界衛(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，因為大蒜中含有元素硒較多，對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呼吸由肺、經溶解而由皮膚、經口進入消化道等途徑進入人體，還可由母體胎盤、乳汁進入胎兒、嬰兒體內。4.砷（As）元素科學家們經過近20多年的研究認為，適量的砷對人體是必要的，因此將砷列為生物可能必須元素。Coopeman認為，每人每天攝入的砷不得低于12ug。但動物和人體對砷的需求量都很低，在一般條件下均能得到滿足。單質砷幾乎無毒性，有機砷化物的毒性也相對較低，很多無機砷化合物有大毒性。常見劇毒的無機砷化物是三氧化30

二砷，中毒量為10mg—