【标 题】：微量元素测定的临床应用
【作者单位】：山东济宁东盛电子仪器有限公司
【内容摘要】：生命是蛋白质及核酸的表现形式，而核酸与蛋白质的合成，正常结构及功能、防止自由基攻击，以及人和需氧生物摄取与转运氮等，无不与锌、铁、铜、锰、碘、硒及其络合物有关。另外，金属元素在人体获得和保有自由电子方面，占有重要地位，在对抗过氧化--丢失自由电子方面也负有重要使命。科学研究显示，在人体发现的近千种酶中，竟有70%以上是由必需微量元素激活才能发挥其生物学的作用。人随年龄增长，体内必需微量元素的含量逐渐减少（铬、锌等尤为重要），必然会引起酶类、蛋白质及其他生命敏感分子的损害，加速了衰老的进程及疾病的发生。人类的自然寿命应在百岁以上，但人类还不能普遍达到自然寿命，其原因固然很多，其中，体内必需微量元 [更多详细]
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【正文内容】：
生命是蛋白质及核酸的表现形式，而核酸与蛋白质的合成，正常结构及功能、防止自由基攻击，以及人和需氧生物摄取与转运氮等，无不与锌、铁、铜、锰、碘、硒及其络合物有关。另外，金属元素在人体获得和保有自由电子方面，占有重要地位，在对抗过氧化--丢失自由电子方面也负有重要使命。科学研究显示，在人体发现的近千种酶中，竟有70%以上是由必需微量元素激活才能发挥其生物学的作用。人随年龄增长，体内必需微量元素的含量逐渐减少（铬、锌等尤为重要），必然会引起酶类、蛋白质及其他生命敏感分子的损害，加速了衰老的进程及疾病的发生。人类的自然寿命应在百岁以上，但人类还不能普遍达到自然寿命，其原因固然很多，其中，体内必需微量元素及有害微量元素的多寡占有重要地位。特别是硒、锌、锰、铜、碘等必需微量元素在抗衰老方面更具有重要的作用。。
微量元素是相对于宏量元素而言的，专家将能从人体内检测出60多种化学元素，根据其在体内含量不同，分成两类：
其一为宏量元素，又称主要元素，占体重的99.95%。按含量多少的顺序排列为：氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁，共11种，它们构成机体组织，并在体内起电解质作用。
其二为微量元素（Trace elements），占体重的0.05%。将含量低于体重0.01％的元素称为微量元素。微量元素又可分必须微量元素和非必须微量元素两类。目前公认的必需微量元素有：铁（Fe）、铜（Cu）、锌(Zn)、钴(Co)、钼(Ｍo)、锰(Ｍn)、钒(V)、锡(Sn)、硅(Si)、硒(Se)、碘(I)、氟(F)、镍(Ni)等14种，其人体含量见表1。随着研究的深入，将会发现一些“非必需元素”甚至“有害元素”具有一定的生物学作用，甚至可能是必需的元素。
表1 14种必须微量元素人体内含量
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微量元素 |
锰 铬 镍 铜 钴 钼 硒 碘 钒 砷 |
锌 铁 氟 |
|
人体含量 |
12-20 6 10 80-100 1.5 10 6-12 11 1.5 1-2 |
2-3 3-5 3 |
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(mg) |
(g) |
人体若缺乏某种宏量元素，会引起人体机能失调。但这种情况很少发生，因为一般的饮食就含有绰绰有余的宏量元素。微量元素在体内含量虽微，却与人体健康密切相关。微量元素与疾病、微量元素与抗衰老和长寿的关系是目前医学界充满希望的新领域，已引起国内外营养界和医学界高度重视。可以说，当今世界，影响最广、发生率最高的病症就是微量元素缺乏症。
从某种意义上说，微量元素对健康的意义比维生素更为重要，因为微量元素只能从外界摄入，人体不能合成也不能储存。同时，微量元素随着能量的消耗而消耗，如不能即使补充，人体就会出现疾病、寿命缩短、甚至死亡。微量元素作为酶、激素、维生素、核酸的重要组成成分，参与生命中重要的生理生化代谢过程。
（1）在酶系统中起特异的活化中心作用。微量元素使酶蛋白的亚单位保持在一起，或把酶作用的化学物质结合于酶的活性中心。铁、铜、锌、钻、锰、铝等，能和疏基、胶基、异吡唑基、按基、羟基等配位基或分子基因相络合，形成络合物，存在于蛋白质的侧链上。
（2）在激素和维生素中起特异的生理作用。某些微量元素是激素或维生素的成分和重要的活性部分，如缺少这些微量元素，就不能合成相应的激素或维生素，机体的生理功能就必然会受到影响。如甲状腺激素中的碘和维生素B12中的钻都是这类微量元素。
（3）输送元素的作用。某些微量元素在体内有输送普通元素的作用。如铁是血红蛋白中氧的携带者，没有铁就不能合成血红蛋白，氧就无法输送，组织细胞就不能进行新陈代谢，机体就不能生存。
（4）调节体液渗透压和酸碱平衡。微量元素在体液内，与钾、钠、钙、镁等离子协同，可起调节渗透压和体液酸碱度的作用，保持人体的生理功能正常进行。
（5）影响核酸代谢。核酸是遗传信息的携带者，核酸中含有相当多的铬、铁、锌、锰、铜、镍等微量元素，这些微量元素，可以影响核酸的代谢。因此，微量元素在遗传中起着重要的作用。
（6）防癌、抗癌作用。有些微量元素，有一定的防癌、抗癌作用。如铁、硒等对胃肠道癌有桔抗作用；镁对恶性淋巴病和慢性白血病有抬抗作用；锌对食管癌、肺癌有桔抗作用；碘对甲状腺癌和乳腺癌有桔抗作用。
下面分别介绍钙、镁等必需元素、有害元素铅以及几种必需微量元素的生理生化功能、临床意义以及日常膳食中的含量。
钙（Ca）是人体必需元素，是骨骼和牙齿的主要成分，在维持肌肉神经兴奋、血凝过程、酶的激活中起重要作用。缺钙将导致佝偻病，神经易紧张，脾气急躁，腿部痉挛等病症。
镁(Mg)也是人体必需元素。低镁血症是糖尿病、白内障发病的重要因素。ATP酶只有在镁存在时才有活性，ATP才能水解，而低镁时ATP不能被激活，ATP也不能分解释放能量，导致细胞膜离子转运机制障碍。
铅(pb)为有害元素。铅中毒时铁利用障碍，大脑皮质兴奋和抑制功能紊乱。铅主要累及神经、血液、造血、消化、心血管和泌尿系统。
微量元素
铜（Cu） 正常参考值 1.05~1.30mg/L(原子吸收分光光度法)
1. 铜的生理功能：参与红细胞、蛋白质和血红蛋白的合成；协助制造血液；参与生物转化、电子传递和氧化还原作用。缺铜引起的疾病：贫血，骨骼改变，冠心病，白癜风，女性不孕症。机体缺铜时不仅使铁的吸收量减少，而且铁的利用也发生困难。而过量摄入会导致铜中毒。
2. 铜的需要量与来源：铜主要经消化道和呼吸道进入人体。食物中的铜只有20%~30%经胃肠道被吸收，大部分经消化道排出，只有4%的铜随尿排出。人体含铜量为100~150mg。铜广泛分布於大脑、肌肉、肝、肾等组织中，以肝脏储铜量较多。铜存在于多种食物中，见表2。例如鱼、肉、谷类等都含较丰富的铜。
表2部分食物铜含量(mg/100g)
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食物名称 |
含量 |
食物名称 |
含量 |
|
猪肉 |
2 |
茄子 |
1.3 |
|
猪肝 |
2.5 |
大白菜 |
1 |
|
芝麻 |
1.7 |
葱 |
0.9 |
|
黄豆 |
1.3 |
小麦 |
0.6 |
|
绿豆 |
0.8 |
蘑菇 |
0.6 |
|
菠菜 |
1.4 |
香芹 |
0.2 |
3. 铜在治疗疾病中的应用：（1）治疗冠心病：缺铜会使体内胆固醇代谢紊乱，及引起心肌细胞代谢紊乱，容易引发心肌损伤，导致冠心病。因此，补充适量的铜能协助治疗冠心病。（2）治疗女性不孕：人体缺乏铜时，输卵管、卵子和受精卵的运动会受到抑制而导致不孕。补充铜便能协助输卵管等组织回复正常功能。（3）治疗高血压：铜缺乏时会使胆固醇的正常代谢受到干扰，易发生动脉硬化而引发高血压。补充铜便能适当改善高血压的症状。
4. 铜的毒性及副作用：铜在肝脏中沉积会造成肝硬化和腹水等。在脑中某些部位沉积会造成运动功能障碍、语言含糊不清等情况。在肾脏沉积会使肾功能受损。
锌（Zn）正常参考值 0.90~1.15mg/L(原子吸收分光光度法)
1. 锌的生理功能：（1）锌是人体中许多酶的组成部分，也是酶激活剂。目前已知与锌有关的酶有80多种，如碱性磷酸酶、醛缩酶、碳酸酐酶、羧肽酶和烯醇酶等。（2）锌调节人体内维生素A及C的含量；参与多种人体代谢过程；调节免疫系统。缺锌导致免疫功能受损，呼吸道反复感染，伤口不易愈合等症状。母亲缺锌可能会导致婴儿出现中枢神经系统先天畸形和脑功能不全。（3）锌促使核酸生物合成，促进生长发育，特别是对生长正旺盛的儿童、少年、青年至关重要。锌缺乏时会引起核酸和蛋白质合成障碍，生长激素分泌减少，生长发育停滞，性成熟障碍，性功能低下，第二性征发育不全，睾丸萎缩，肝脾肿大，皮肤粗糙，甚至导致缺锌性侏儒症。（4）锌参与视紫质的合成，缺锌患者眼睛对暗适应时间延长，视紫质缺乏会引起夜盲症，白内障的发病与锌的缺乏有关。（5）缺锌引起唾液中的磷酸酶减少，味觉功能减退，食欲差，出现怪食癖。（6）锌可促进骨骼和关节的正常发育，缺锌会引起类风湿关节炎、软骨发育不良、多发性骨畸形等。（7）锌中毒临床表现为顽固性贫血，食欲下降。
2. 锌的需要量与来源：人体主要从胃肠道和呼吸道吸收锌，储存于各器官组织内，由尿、汗及乳汁等排泄。人体以视网膜、睫状体、前列腺、胰腺、肾、肝等器官组织含有较多的锌。正常成年人含锌总量约2~2.5g，而人血则每100ml含锌713~880mg，很多日常食物都含有锌，见表3。其中以动物内脏、牛奶、谷类豆类含量较高。
表3 部分食物含锌量(mg/100g)
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食物名称 |
含量 |
食物名称 |
含量 |
|
大白菜 |
4.2 |
紫皮萝卜 |
2.97 |
|
南瓜 |
1.8 |
糙米 |
1.8 |
|
茄子 |
2.9 |
扁豆 |
2.7 |
|
黄豆 |
3.6 |
马铃薯 |
1.6 |
|
糙米 |
1.8 |
蘑菇 |
0.5 |
3. 锌在治疗疾病中的应用：（1）治疗肺心病。锌能在人体内构成80多种酶，并能减少自由基造成的损害，从而保护细胞质膜，故此能协助治疗肺心病。（2）治疗老年痴呆。锌能促进细胞的更新，增强免疫功能。而大脑中以松果体等组织含锌较多，因此锌能促进学习、记忆和条件反射等功能。（3）治疗糖尿病。锌既能影响胰岛素的生成和储备，亦影响人体对胰岛素的敏感性，而且能协助葡萄糖的运送，因此对治疗糖尿病有一定帮助。（4）治疗男性不育。成人若缺锌可发生性腺萎缩，导致性功能低下，严重时会造成男性不育。所以补充适当的锌可以治疗男性不育症。
4. 锌的毒性及副作用：若长期过量摄取含锌的食物，便会影响铜和胆固醇的代谢，形成高胆固醇血症，引发动脉硬化和冠心病等疾病。
铁（Fe）正常参考值 0.70~1.84mg/L(原子吸收分光光度法)
1. 铁的生理功能：铁是血红蛋白和肌红蛋白的重要组成部分。血红蛋白是体内含铁总量最多的蛋白，其主要功能是运输氧气和二氧化碳。肌红蛋白与氧的贮存有关。铁是许多酶的组成部分。例如细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等都含有铁，这些酶在生物氧化中起着重要作用。储备铁参与机体的免疫和造血过程。当血红蛋白分解时，铁被铁蛋白（储备铁）回收，机体缺铁严重影响蛋白质的合成和免疫过程，因而出现缺铁性贫血。运动时机体还可能出现酸中毒。缺铁会导致贫血，又影响锌吸收。缺铁对于生长发育中的儿童带来体力、智力、免疫力的障碍，可引起注意力不集中、爱激动、易烦燥、食欲差、腹泻、易感冒等症状。体内铁过多时，可发生铁血黄素沉着症和色素沉着症。
2.铁的需要量与来源：铁由消化道进入人体后，很快进入血液内，并储存於各器官中。通常铁的排泄量很少，每日约排泄0.5~1mg。几乎所有人体组织都含铁，其中肝、脾含量最高。有三分之二以上的铁存在血红蛋白中，其馀的存在肌红蛋白、多种氧化酶、铁蛋白、含铁血红素等中。铁的需要量因人而异，成年男子每日需铁约10mg。成年女子每日需铁约18mg。长跑运动员会由于出汗以及胃肠道失血而增加对铁的消耗。特别在大运动量训练的运动员中经常会发生铁营养缺乏症。含铁食物见表4，主要有动物肝和肾、蛋黄、黑木耳、海带、豆类和绿叶蔬菜等。应用铁制炊具烹调食物也可增加饮食中铁的摄取量。
表4 部分食物含铁量(mg/100g)
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食物名称 |
含量 |
食物名称 |
含量 |
|
瘦猪肉 |
2.4 |
菜花 |
0.7 |
|
羊肝 |
6.6 |
黑木耳 |
185.2 |
|
牛肝 |
9.5 |
番茄 |
0.8 |
|
鸭蛋 |
2.7 |
大白菜 |
0.6 |
|
鸡蛋 |
2.7 |
海带 |
150 |
|
鸡肉 |
1.5 |
冬瓜 |
0.3 |
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牛肉 |
0.9 |
紫菜 |
33 |
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茄子 |
0.4 |
绿豆 |
6.8 |
|
大头菜 |
5.4 |
菠菜 |
1.8 |
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芹菜 |
8.5 |
鸭梨 |
0.2 |
3.铁在治疗疾病中的应用：治疗缺铁性贫血。当铁缺乏时便会影响血红素的合成，造成贫血。所以补充铁便能有效治疗本病。
4. 铁的毒性及副作用：若长期过量注射铁剂及反覆输血，会产生铁代谢紊乱，引起继发性血色病，即慢性中毒。患者的皮肤呈棕、灰或青铜色，肝脾会肿大及伴有性功能低下等其它副作用。
硒（Se）正常参考值 0.08~0.18mg/L(原子吸收分光光度法)
1.硒的生理功能：硒是人体必需的微量元素，具有多种重要的生理功能：保护细胞质膜；加强维生素E的抗氧化功能；增强免疫能力；防止血栓形成。
2.硒的需要量与来源：硒主要经呼吸道和消化道进入人体，而大部份由尿液排出，少量由粪便和乳汁排出。人体含硒约14━21mg，主要分布於虹膜、视网膜、肝、胰、肾等地方。硒可以分布到体内所有软组织中，亦能通过胎盘进入胎儿体内。含硒的食物主要是海产食品、动物内脏和全粒谷物，蔬菜的含量其并不多，经过烹调之後，硒的损失率更高达百分之五十。
3.硒在治疗疾病中的应用：（1）抗癌。硒化物质对未成熟白细胞的抑制十分明显，亦可抑制肝癌细胞的分裂、繁殖和生长，因此具有抗癌作用。（2）治疗克山病。克山病是一种心肌坏死但原因不明的地区性疾病。此病发病快，症状重，死亡率高，十分危险。而经过临床试验，已证实硒能有效防治克山病。（3）治疗老年痴呆。过氧化脂质会破坏细胞膜和蛋白质，加速人体衰老，造成老年痴呆。而硒则具有抗氧化作用，可以调节免疫系统，所以对老年痴呆有辅助治疗的作用。
4.硒的毒性及副作用：过量的硒会使患者囗内产生金属味，并有头晕、恶心、指甲发黑脱落等徵状，严重者会发烧、肠胃不适、骨髓发炎甚至死亡。
镍（Ni）正常参考值 0.1~1.5μg/L (原子吸收分光光度法)
1.镍的生理功能：镍是人体必需的微量元素，最近几年才被证实具有重要的生理功能：加强胰岛素的作用；协助制造血液。
2.镍的需要量与来源：镍主要从呼吸道进入人体，但不容易在消化道被吸收。镍进入人体後，主要由尿液和汗液等排出。正常成人体内含镍约6~10mg。镍主要分布於脑、脊髓、肺、肾和皮肤等组织里，叁与多种组织的运作。含镍丰富的食物较少，以下是部份含镍的食物。(见表5)
表 5 部 份 食 物 镍 含 量 (μg/g )
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食 物 名 称 |
含 量 |
食 物 名 称 |
含 量 |
|
大 葱 |
115.4 |
蘑 菇 |
114.6 |
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洋 葱 |
137.3 |
茄 子 |
113.4 |
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黄 瓜 |
97.1 |
扁 豆 |
89.9 |
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丝 瓜 |
166.3 |
海 带 |
131.8 |
3.镍在治疗疾病中的应用：（1）治疗老年痴呆。过氧化脂质会破坏细胞膜和蛋白质，加速人体衰老，造成老年痴呆。而镍则具有抗氧化作用，可以调节免疫系统，所以对老年痴呆有辅助治疗的作用。（2）治疗糖尿病。镍能够增加胰岛素的分泌，从而降低血糖，对治疗糖尿病有一定的帮助。（3）治疗头痛失眠。镍叁与人体多种的代谢和合成，可以作为神经镇痛剂，治疗神经痛等疾病。（4）治疗贫血和肝硬化。适量的镍可加速红细胞、白细胞和血红蛋白的制造，刺激生血的功能，协助制造血液，所以能治疗贫血和肝硬化。（5）治疗冠心病。镍能使扩张的冠状动脉收缩，抑制冠状动脉血压，因此能减轻心肌的缺氧反应。
4.镍的毒性及副作用：过量的镍有致癌作用，会使细胞发生恶变。故某些饮用水和土壤含镍量高的地方，其肝癌和鼻咽癌等发病率亦比较高。另外，缺血心肌释放出的镍会加重心肌的损伤，引起心脏病。
铬 (Cr) 正常参考值 0.16~150μg/L (原子吸收分光光度法)
1.铬的生理功能：铬是人体必需的微量元素，有着重要的生理功能：协助胰岛素发挥作用;增加胆固醇的分解和排泄;增加血红蛋白合成，协助造血;促进生长发育.
2.铬的需要量与来源：铬不易被消化道吸收，但容易在皮肤表层和蛋白质结合，被皮肤吸收。铬主要由尿中排出人体。成人体内含铬约6mg，年纪越大，含量越少。主要分布於心、脑、肝、脾、肾等组织内。日常食物中，以家畜肝脏、海产食品、粗粮等含较多的铬。另外，粗糙谷物比精制食品含较多的铬。
3.铬在治疗疾病中的应用：（1）治疗糖尿病。铬叁与糖的代谢，又协助胰岛素分泌和发挥作用，因此补充铬可使血糖下降，对治疗糖尿病有帮助。（2）治疗冠心病。实验证明，缺乏铬会使胰岛素水平增高，导致动脉硬化。由於铬叁与糖和脂肪的代谢，又能增加胆固醇的分解和排泄，故此对冠心病的治疗有辅助的作用。
4.铬的毒性及副作用：囗服重铬酸钾会刺激胃肠粘膜，患者会有吞咽困难、腹泻等现象出现，严重者会发生休克和呼吸困难，造成生命危险。
近来，人们愈来愈多地认识到人类的生存和发展绝对离不开这些必要的微量元素的吸收、传输、分布和利用。在人体内，微量元素的含量虽然远不如糖、脂肪和蛋白质那样多，但是它们的作用却一点也不亚于糖、脂肪和蛋白质。另外，科学家还通过研究认识到，利用这些微量元素绝对不是很简单的事情，并不像我们吃进米饭、馒头、鱼肉、蔬菜和水果那样的简单。例如，有人曾经设想，维生素B12分子结构的中心是一个钴离子，也就是说维生素B12是钴的化合物，那么，如果缺乏维生素B12，就应该多吃一点钴盐。但是事实却并非如此简单，吃了简单的钴盐，不但对治疗缺乏维生素B12的症状无效，反而略有毒性，只有服用维生素B12才真正有效。看来，利用微量元素还有很大的学问，还需要不断探索。既然微量元素对生命和健康具有如此重要的作用，那么调节微量元素在体内的含量就有着极为重大的意义。维持体内元素的平衡，主要靠食物、药物和吸入空气中的微粒等。我国中草药资源丰富，开发利用中药中的微量元素以延年益寿也许是未来生命科学的一个研究方向。
来自：微量元素分析仪 
