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微量元素在人體中的適宜量、需要量和中毒劑量

【標    題】:

微量元素在人體中的適宜量、需要量和中毒劑量


【作者單位】:

山東濟寧東盛電子儀器有限公司


【內容摘要】: 1、元素、微量元素和微量營養素    在生物體內,氧、碳、氨、氮4種元素的含量總計達96%.在生物系統中大約能檢測到50種已知元素的含量.在人和其他哺乳動物體內,已經知道23種元素具有生物活性.在這些已知的元索中.有11種元素由于它們的重要性和十分有限的含量,被列為。微量元素。除丁這11種微量元素以外.還有8種元素處于元素周期表的第4個周期,暗示它們的原子棱的大小及核外電子數,并且在生物系統中這個周期的元素最適于與組織分子互作用.徽量元素至少包括過渡金屬釩、鉻、錳、鐵、鈷、錒、鋅和鉬,以及非金屬硒、氟和碘。所有這些都屬于徽量營養親的范疇,它們在人體的需要量非常 [更多詳細]

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【正文內容】:
1、元素、微量元素和微量營養素
    在生物體內,氧、碳、氨、氮4種元素的含量總計達96%.在生物系統中大約能檢測到50種已知元素的含量.在人和其他哺乳動物體內,已經知道23種元素具有生物活性.在這些已知的元索中.有11種元素由于它們的重要性和十分有限的含量,被列為。微量元素。除丁這11種微量元素以外.還有8種元素處于元素周期表的第4個周期,暗示它們的原子棱的大小及核外電子數,并且在生物系統中這個周期的元素最適于與組織分子互作用.徽量元素至少包括過渡金屬釩、鉻、錳、鐵、鈷、錒、鋅和鉬,以及非金屬硒、氟和碘。所有這些都屬于徽量營養親的范疇,它們在人體的需要量非常少(一般少于lOOmg/d),與之對應的是宏量營養元素,如鈉、鈣、鎂、鉀和氯等,人體對它們的需要量很大。

    微量元素是生物組織的基本組成成分.但是與此同時.當它們的濃度遠超過完成其生物學功能所需量時.就可以是有毒的。這些毒副作用還能擴大到其他原子結梅特性十分相似。可以模擬微量元素活性的非必需元素上.對于這種必需性/毒性的雙重性,生物系統具有識別金屬。將其交付于靶位點,不允許其參與毒性反應的能力.蛋白質對這些識別和轉運負主要責任。大多數微量元素與其他生物分子的相互作用會導致對這些分子負面的化學修飾。
2、金屬微量元素
    金屬元素在室溫下通常為固體。具有高導電性、可鍛造性、失去電子而帶正電荷。根據它們在元素周期表中的位置,金屬可分為堿金屬、堿土金屬、過渡金屬以及稀±金屬。非金屬在室溫主要以氣態的方式存在(硒和堿為固體)。具有低導電性,易于得到電子而帶負電荷。現就4種過渡金屬(錳、鐵、銅、鋅)和一種非金屬(硒)進行介評。
    銅、鐵和錳的陽離子與硒的陰離子都含有未配對的電子,因此它們能夠參與氧化還原反應,即失電子的氯化反應和得電子的還原反應。許多金屬由于古有未配對的電子所以被化學分類為金屬自由基。這些元素的一些生物學作用.大多數的毒性作用都可以用它們能夠催化自由基的起始反應,或者能夠分解過氧化物和其他不穩定的分子.使有害的自由基持續反應來解釋。根據自由基(活性氧簇、氧自由基、氧化劑)在正常生物進程和病理狀態下參與反應的情況,研究者把金屬(游離的或者與鱉合劑或蛋白質結合的)分為促氧化荊或抗氧化荊。金屬的作用主要取決于它們的化學結構,如鐵既可以作為促氯化荊。也可以作為抗氧化劑,硒通常是作為抗氧化荊和與金屬整合的分子。鋅及其同簇的lz種元索t在Zn”的狀態下沒有未配對的電子.阻止了它們參與氧化還原反應。然而.當鋅代替鐵參與催化自由基的反應時.即具有抗氧化劑的作用。
    其他對人體的生理學具有重要作用的過渡金屬中的微量元素是:1)鈷是鈷胺素.即維生素B12的組成部分; 2)鋁是黃嘌呤氧化酶和亞硫酸還原酶的電子傳遞因子13)鉻和釩與葡萄糖和脂類生化代謝有關。但具體的功能目前尚不確定。
    在生物系統中,金屬微量元素大多與蛋白質結合形成金屬蛋白質,或者與小分子結合。如磷酸鹽、植酸鹽多酚和其他螯合物。許多金屬蛋白質中的金屬都是酶系統的一部分,它們構成酶系統的結構,或者利用蛋白質把金屬運送到組織中的靶點。在酶的催化過程,金屬的作用主要是t1)構成酶的活性部位;2)穩定酶的三級和四級結構;3)與酶的底物形成松散結梅的復合物。并促進其與酶進行反應。或者穩定帶電荷的中間狀態。在構成酶的活性部位的時候.金屬陽離子和未配對的電子就會進行間接的氧化還原反應,通過它們在氧化狀態下的可逆變化.使酶底物和輔助因子得到或失去電子。比如;當細胞液或線粒體酶的活性部位存在銅或錳時,人類過氧化物歧化酶能夠還原第一個超氧負離子為過氧化氫,接著再氧化第二個超氧負離子而產生一分子氧。雖然有研究證明金屬與脂質、棱苷酸以及碳水化合物結合除了它們通過氧化反應的有害作用外,在這些分子中存在的金屬的生物化學功能尚不清楚。
3錳、鐵、銅、鋅和硒的功能作用、膳食來源、食物含量及潛在毒性
3.1錳
    錳與骨骼發育有關,與氨基酸、脂類和碳水化合物的代謝也有關。許多酶都含有錳,如;線粒體超氧化物歧化酶、谷氨酰胺合成酶、精氨酸酶都含有錳。錳能活化一些水解酶,轉移酶和羧化酶。機體的錳是靠運鐵蛋白、巨球蛋白和白蛋白來運送的。膳食錳的來源包括谷類、大米、茶和堅果.錳過量是有毒的。它能引起腦帕金森綜合征。
3.2鐵
    鐵存在于4類蛋白質中.分別是t1)鐵血紅寨蛋白類,如,血紅蛋白(含有機體2/3的鐵)、肌紅蛋白、過氧化氧酶和細胞色素酶類; 2)鐵硫酶類.如順烏頭酸酶、延胡索酸還原酶:3)儲存和運輸鐵的蛋白質類.如:運鐵蛋白、乳鐵蛋白、鐵蛋白、血鐵黃素;4)合或需鐵活化的酶類。如;NADH脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、乙醇脫氫酶、環氧合酶。每人總鐵攝入量大致為14.4~20.2mg/d。血清鐵大約為1.3 mg/L,大多與運鐵蛋白結合.成年男性體內鐵古量大約是4g.經期婦女體內的鐵減少到3 g。鐵缺乏會引起貧血.血紅素鐵主要來源(占食物總消耗量的15%)是來自動物的血紅蛋白和肌紅蛋白。非血紅索的鐵的能引起腦帕金森綜合征。
3·3銅
    銅對于結締組織的形成,神經系統的發育,以及骨骼的發育都是十分必要的。銅也參與鐵和能量的代謝。銅在許多酶的反應中消耗分子氧而充當還原劑的作用.這些酶包括超氧化物歧化酶,細胞色素氧化酶、賴偶酰(1ysil氧化酶、多巴胺羥化酶及其他氧化酶等。錒在體內經血漿銅藍蛋白運輸。成年人體內大約含有80 mg銅(主要集中在肝和大腦組織).成年人銅的攝入量中位數在1.O~1.6 mg/d。膳食錒的良好來源是肝及其他內臟、牡蠣、堅果、種子、黑巧克力和谷類。人很少發生銅缺乏現象.一旦發生就會導致正常紅細胞低色素性貧血,白細胞減少癥,嚕中性白血球減少癥和兒童的骨質疏松。飲食中過量的鋅會引起銅缺乏。人很少發生慢性銅中毒.慢性銅中毒大多在肝臟損害時才發生。急性錒中毒時出現以腹痛、痙攣、惡心、腹瀉和口gg~為特點的消化道癥狀。
3.4鋅
    鋅與大約lOO種酶的活性有關,如RNA聚合酶、碳酸酐酶、銅一鋅超氧化物歧化酶、血管緊張素J轉換酶。此外。與DNA的鋅指結構也有關。鋅靠血漿銅藍蛋白運送。人體鋅含量為2~3 g(僅次子鐵在身體的含量),血漿鋅含量為l mg/L。不發達國家鋅缺乏十分常見。主要與營養不良有關,鋅缺乏會影響免疫系統功能.傷口的愈合.會影響味覺和嗅覺.以及損傷的DNA合成。鋅有助于孕期兒童期和青春期的發育。鋅主要來源是紅肉和家禽,以及豆類、堅果、海鮮(牡蠣鋅含量很高)、谷類、鋅強化的早餐谷物和乳制品。鋅毒性有急性毒性和慢性毒性2種形式。如果攝入150~450 mg/d鋅就會引起低銅水平,影響鐵的功能.降低免疫力.并且降低HDL水平。

3.5硒
    硒與蛋白質結合形成硒蛋白質.是重要的抗氧化酶。谷胱甘肽過氧化物酶、硫氧還蛋白和硒蛋白P中都發現了硒的存在。硒可以從谷類、紅肉和海鮮中獲得。一些怪果也是硒的來源(巴西堅果硒含量高達20 mg/g)。在美國硒缺乏是罕見的.但在其他國家較為常見。最值得注意的是中國.其土壤中硒含量很低。有證據表明,硒缺乏會引起一種心臟疾病、甲狀腺機能減退和免疫系統功能減弱。還有證據表明.單獨硒缺乏通常不會引起疾病。然而。曬缺乏會使身體更易受到其他由營養因索、生化因素或感染刺激引起的疾病的影響。高血硒含量(>1 mg/L)會導致硒中毒。硒中毒的癥狀包括胃腸不適、頭發脫落、指甲白斑、蒜味口臭、疲勞、易怒和輕微的神經損傷。硒毒性在美國很少見,只報道了凡例病例.主要與偶然暴露有關。
4微量元素的補充
    土壤中微量元素的含量決定了食物中徽量元素的含量。因此。如果一地區的土壤中微量元素含量低,那么當地的居民就會有缺乏的危險.就需要適量補充微量元素。補充的途徑主要是添加適當的微量元素到基本食物如牛奶和面粉中,這些補充措施在世界各地已經實行,或者正在進行評價。同樣,在一些疾病的治療中膳食補充也十分重要,比如腎透析中的貧血狀況,在正常生理條件下,膳食補充也非常重要,比如月經期失血過多。不章的是,近年來毫無控制的補充微量元素使得一些人體內的微量元素達到中毒劑量的邊緣。因此,必須首先制定微量元素的需要量和毒性限量,微量元素的需要量應該根據機體必需量和健康促進量來確定。許多國家和地區已經制定了微量元素補充的需要量和限量,如,日本、英國、澳大利亞、新西蘭.雖然一些微量營養素的需要量和毒性劑量的參考值稍有不同.但總體上來說還是大致相同的。美國醫學會已經制定了4種膳食營養素參考入量的標準,但是必須耍清楚的是.雖然這些公布的參考值都是以科學數據為基礎的,但是這些數據往往不是很充分,或者是從某些受選址等特殊問題限制的研究中得來的。此外,要確定一種已知營養素的值,還必須考慮它在人體內的代謝各方面的不同。比如,計算鐵的需求量來自因子模型.基礎鐵丟失,月經鐵丟失,胎兒孕期鐵需要量.兒童在生長階段增加的需要量,和/或增加的組織中鐵的儲存量。作為女性鐵需要量的推論.依據婦女不同的年齡和狀態有很大變化。
    研究者已經從營養的角度建立了食物中微量元素的數據庫。但是,按照以往的觀點,食物中微量元素的含量變化較大,它取決于當地土壤中可利用微量元素的含量.在此土壤上生長的水果、蔬菜和動物都受其影響。   
    除了考慮微量元素在食物中的含量之外,在制定必需元素的需要量時,還要考慮食物以外的一些因素,1)營養素之間的相互作用,比如鐵和其他金屬的相互作用;2)膳食中的一些成分會影響金屬的吸收,如,植酸鹽與鋅結合影響了鋅的吸收;3)基因缺陷,如,腸病性肢端皮炎的患者鋅吸收量降低I 4)藥物和營養素相互作用,青霉胺在治療Wilson病時會。
來自:微量元素分析儀
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