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微量元素鐵對人體健康的影響

【標    題】:

微量元素鐵對人體健康的影響


【作者單位】:

山東濟寧東盛電子儀器有限公司


【內容摘要】:    在自然界中,天然存在的化學元素有92種,微量元素分析儀其中人體內含有80多種。根據它們在體內含量不同,將其分為兩類:一是常量元素,包括C、H、O、N、P、S、Ca、K、Mg、Na和Cl共11種元素,占人體總重的99·25%,它們構成機體組織,并在體內起電解質作用;其二為微量元素,是指在人體中的含量低于0·01%的元素,包括Fe、I、Cu、Zn、Cr、Co、Mn、Ni、Sn、Se、Mo、F、稀土等70多種元素[1],這些微量元素在人體內含量雖然非常之少,但卻能起到非常重要的生理作用。根據微量元素在人和動物體內的作用,微量元素還可分為必需元素、非必需元素和有害 [更多詳細]

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【正文內容】:
    在自然界中,天然存在的化學元素有92種,微量元素分析儀其中人體內含有80多種。根據它們在體內含量不同,將其分為兩類:一是常量元素,包括C、H、O、N、P、S、Ca、K、Mg、Na和Cl共11種元素,占人體總重的99·25%,它們構成機體組織,并在體內起電解質作用;其二為微量元素,是指在人體中的含量低于0·01%的元素,包括Fe、I、Cu、Zn、Cr、Co、Mn、Ni、Sn、Se、Mo、F、稀土等70多種元素[1],這些微量元素在人體內含量雖然非常之少,但卻能起到非常重要的生理作用。根據微量元素在人和動物體內的作用,微量元素還可分為必需元素、非必需元素和有害元素。鐵是人體所必需的微量元素之一,而且是人體中含量最高的微量元素。
    1 微量元素———鐵
    鐵,元素符號為Fe,英文名稱為Iron,原子序數為26。自然界中鐵存在四種同位素:54Fe( 5·8%)、56Fe ( 91·72%)、57Fe ( 2·2%)、58Fe(0·28%),平均相對原子量為55·85[2]。其核外電子層排布為[Ar]3d64s2,位于元素周期表第四周期(第一過渡系)Ⅷ族,3d軌道的電子可以參與成鍵,因此有多種氧化態,其中穩定存在的氧化數主要有+2、+3。鐵是一種具有銀白色光澤的金屬,密度為7·874 g/ml,沸點為2750℃,熔點為1535℃[3],具有良好的導電導熱性,能被磁鐵吸引,在磁場的作用下,自身也能產生磁性。鐵屬于中等活潑金屬,可以置換出稀酸中的H2,甚至在高溫條件下可以與H2O反應;鐵很容易被氧化,暴露在潮濕的空氣中很快就會“生銹”;它能把較不活潑的金屬從溶液中置換出來;還可與C6H5(環戊二烯)生成二茂鐵等。鐵的化合物以Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)為主,其中氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽等易溶于水,而氧化物、氫氧化物、硫化物、磷酸鹽等難溶于水;Fe(Ⅱ)還原性較強,易被空氣中或溶解在水中的O2氧化,所以Fe(Ⅱ)的鹽溶液中往往有Fe(Ⅲ)存在。鐵在地球上的豐度為4.1%,占第四位,儲量比較豐富,但是在人體內屬于微量元素。正常成年男子體內鐵元素的平均含量為0·05 g/kg,女子為0·035 g/kg,鐵元素在人體中雖然含量很少,但在人體所必需的10多種微量元素中,鐵無論在重要性上還是在數量上都居首位,堪稱“微量元素中的老大”。
    2 鐵在人體中的含量及存在形式
    鐵在人體內的分布極為普遍,幾乎所有組織中都有,其中65%在紅細胞中以血紅蛋白的形式存在;10%在肌肉中以肌紅蛋白和酶的形式存在;15%·64·~20%存在于肝、脾、骨髓、腸等組織器官中,以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式存在,稱為儲備鐵。當人體缺鐵時,鐵蛋白即可作為補充,而含鐵血黃素被機體所用;還有少量鐵作為運輸鐵而與血漿中的運鐵蛋白相結合,稱之為血漿鐵。鐵在人體內可反復利用,健康成年人每日只需吸收l mg以上的鐵即可滿足機體需要[3]。但人體內的儲備鐵很少,只占人體鐵總量的10%左右,當人體對鐵的消耗過多或大量失血時,就很難滿足身體需要,因此就會導致缺鐵性貧血。
    3 鐵在人體中的生理作用
    3.1 參與氧的運輸和儲存一般情況下,人體中的氧來自空氣。氧通過人的呼吸進入肺泡,然后進入血液,與血紅蛋白(Hemoglobin,Hb)結合,通過血液循環進入人體的各個組織和細胞。血紅蛋白分子是由1個珠蛋白和4個血紅素組成,血紅素是由卟啉中四個吡咯環上的氮原子與1個Fe2+結合形成的螯合物[4]。血紅蛋白的任務是運輸氧,這就決定了氧與血紅蛋白的結合必須是可逆的。但是血紅蛋白與氧的結合并不是氧化,氧合血紅蛋白中的鐵仍為Fe2+。血紅蛋白在肺部結合氧之后,隨血液循環將氧帶至各組織器官。在組織器官中,因為氧的分壓較低,氧合血紅蛋白離解出氧,再結合CO2,隨血液循環回到肺部,即完成一個循環。
    鐵還參與合成肌紅蛋白(Myoglobin,Mb)。肌紅蛋白也是一種含血紅素的蛋白質,它由一個血紅素和一個球蛋白組成,其結構與血紅蛋白相似,只不過肌紅蛋白是單鏈蛋白,血紅蛋白是由四個亞基組成的寡聚蛋白。氧合血紅蛋白把氧氣放出后,氧分子立即與肌紅蛋白結合。肌紅蛋白也是一種含血紅素的蛋白質,因此它也含Fe2+。在氧氣分壓低的地方,肌紅蛋白與氧分子結合的能力比血紅蛋白強,因此,與血紅蛋白結合的氧氣可以傳遞給肌紅蛋白。肌紅蛋白主要存在于肌肉細胞里,這些細胞是非常需要氧氣的。肌紅蛋白的基本功能是在肌肉組織中起轉運和儲存氧的功能。鐵元素在肌紅蛋白合成中具有不可或缺的作用。因為CO與血紅蛋白中Fe(Ⅱ)原子的結合力比O2高出250倍,所以即使空氣中CO的濃度很低,CO也會取代O2與血紅蛋白結合,阻止了血紅蛋白對身體細胞氧氣的運輸,從而造成CO中毒,危及生命。
    3.2 參與細胞色素和某些金屬酶合成,并影響其活性鐵與某些金屬酶的合成與活性密切相關,如它參與細胞色素氧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶、單胺氧化酶等的合成的,并且它與乙酰輔酶A、琥珀酸脫氫酶、細胞色素C還原酶等的活性密切相關[4]。過氧化氫酶(Catalase,簡稱CAT),又稱觸酶,是一種含鐵血紅素酶;過氧化物酶(Peroxildases,PX)也是一類含鐵的酶,其中大多數以含鐵(Ⅲ)—卟啉為輔基。這一類酶可以有效清除體內氧化過程中產生的過氧化氫、有機過氧化物等有害物質,使機體組織細胞免受損傷破壞。單胺氧化酶(Monoamine oxidase,MAO)是一種含鐵的黃素蛋白酶,是神經遞質的滅活酶,被認為與抑郁癥的發病及缺鐵性貧血引起的幼兒智商偏低等有關。細胞色素也是以鐵-卟啉復合體為輔基的血紅素蛋白。它可以通過結構中鐵價態Fe2+與Fe3+的可逆變化而進行電子的傳遞,對細胞呼吸和能量代謝有著非常重要的影響。如在此過程中,機體利用營養物被氧化為CO2和H2O釋放的能量用于ATP的合成。
    3.3 維持正常造血功能鐵對人體健康的重要性在于它是血紅蛋白的一個必不可少的部分,在造血過程中是必需的元素之一。紅細胞生成除要求骨髓造血功能正常外,還要有足夠的造血原料,制造紅細胞的主要原料為蛋白質和二價鐵,紅細胞中含鐵約占機體總鐵的2/3,鐵在骨髓造血細胞中與卟啉結合形成高鐵血紅素,再與珠蛋白合成血紅蛋白。
    3.4 增強免疫功能鐵缺乏和過量都會引起免疫系統的受損(Keilly等,1987)。鐵可使人體內外周淋巴細胞、吞噬細胞、中性白細胞保持正常功能。研究發現缺鐵可引起巨噬細胞游走和抑制因子減少,吞噬細胞活性受損,外周淋巴細胞對抗原的反應下降等,進而影響機體的免疫系統。另外體內鐵過剩也可使免疫功能受損。有人在預防新生兒疾病時,給出生2~6 d的新生兒注射鐵劑,當注射到4~6 d時,80%的新生兒發生大腸桿菌感染,其中部分發生敗血癥,但未注射鐵劑的新生兒無1例感染發生。
    4 鐵與疾病
    我國居民每天適宜攝入量(Adequate intake,AI):成年男子為15 mg,女子為20 mg,少年男子為20 mg,少年女子為25 mg,孕婦、乳母為25~30mg[2]。人體中鐵主要來自食物,如果長期攝入大量含鐵量高的食物或者人體長期缺少鐵元素或對鐵元素的吸收受到障礙時,人體都會相應的出現病癥。

 
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