八化学元素与人体健康

第一节人体中的化学

大自然中一切物质都是由化学元素组成的，人体也不例外。化学元素组成人体中重要的生命有机化合物，并在人体内进行着众多的化学反应，维持正常的新陈代谢。生命过程就是生物体发生的各种物质转化以及能量转化的总结果。地球是由无生命阶段慢慢演变为有生命阶段的。生命起源于化学。

一、生命进化的化学过程原始生命是最简单的生命形态，它至少要进行新陈代谢和自我繁殖才能生存和繁衍。生命的进化可以理解为生命与环境长期相互作用的结果，是通过量变到质变来实现的。地球的年龄约为46亿年，而人类的出现距今约300万年。地球上的生命，以及它的最高形式—人类自身，可以说是物质在一个相当漫长的历史长河中从低级向高级，从无生命向有生命的发展进化过程的产物。地球本身经历了元素的

进化（由宇宙中最丰富的元素氢通过核反应合成各种各样的元素，以构成星体本身），分子的进化（由原子间的反应生成分子，由分子间的反应生成更复杂的分子，聚合物分子以及生物聚合物分子）和生物的进化（由最原始的细胞出现进化到人）人体，大自然的这一杰作，有好几百万亿细胞构成。细胞和细胞之间含有细胞间质。许多形状相似，功能相同的细胞及其细胞间质结合起来，构成了我们身体中四种基本组织：上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。这四中组织的不同配合，构成了人体内骨骼、肌肉、脑、心、肺、肝、肾等等“器官”。许多作用相似的器官结合成为一个“系统”，完成某一方面的全套功能。人体内有八大“系统”（运动系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、神经系统、内分泌系统和生殖系统）。

二.人体中的化学元素地球上存在92种稳定的化学元素，它们分布在自然界中岩石圈、水圈、大气圈。人类在漫长的生物进化过程中，在地面的岩石圈、水圈、大气圈构成的环境中生活，

必须与环境进行物质交换，于是有选择的吸收了几十种化学元素构成人体有效的机制，赖以维持生命。人体至少由37种化学元素组成。现代人的化学组成

按照人体中元素的含量高于或低于0.01%分类，又常分为常量元素和微量元素（虽然硅的含量超出这个范围，但WHO任将其划为微量元素）。

1.人体内化学元素的来源自然界划分为4个圈层：大气圈、水圈、岩石圈、生物圈。生物圈中的植物、动物和人类在大气圈、水圈、岩石圈构成的环境中生存发展，与各圈层之间存在物质交换和能量交换。自然界中的生物体可以划分为自养生物和异养生物两大类。自养生物是可以通过二氧化碳和水在叶绿素和太阳光的作用下进行光合作用产生糖而得到养分，其化学反应式可表示如下：叶绿素

6CO2+6H2+能量（太阳光）C6H12O6+6O2

催化剂

一般的植物和藻类属于自养生物。所谓异养生物，它们自己不能制造养分，而必须依靠自养生物作为养分和能量的来源。人类作为高等生物属于异养生物。绿色植物、藻类是兔、牛、羊、马等大小动物的食物，而这些食草动物又是食肉动物的食物，食肉动物则成为人类的食物，人死了，尸体被细菌和真菌等微生物分解，这就构成了自然界中的生物圈。食物和捕食者之间这一系列的关系，人们称之为食物链。人类作为捕食者是处在食物链的末端，食物链中各级植物和动物逐级积累的各种元素，最后都以食物的形式进入人体，这是人体内化学元素的主要来源。

2.人体内元素的分类在于生物体（植物和动物）内的元素按其作用大致可分为三大类：必需元素；非必需元素；和污染（有害有毒）元素。必需元素：人们把人体为了维持生命所必需的元素称为生命必需元素。表２中列出了25种生命必需元素随着时间的推延，科学技术的不断发展，今后可能还会发现更多的生命必需元素．表2

三人体中化学元素的功能

化学元素在生物体内所起的生理和生化作用主要有以下几个方面。

1.结构材料。C，H，O，N和S构成有机大分子结构材料，如多糖、蛋白质、核酸等为主所构成的肌肉、皮肤、骨骼、血液、软组织等。

2.运载作用。人对某些元素和物质的吸收、运输以及它们在体内的传递等物质和能量的代谢过程往往不是简单的扩散或渗透过程，而需要有载体。金属离子或它们所形成的一些配合物在这个过程中担负重要作用。

3.组成金属酶或作为酶的激活剂。

4.调节体液的物理、化学特性。

5.“信使”作用。生物体需要不断地协调机体内各种生物过程，这就要求有各种传递信息的系统。细胞间的沟通即信号

的传递需要有接受器。需要说明的是，有些元素可同时在几个方面发挥作用。而有些生理作用是许多元素共同协作。第二节常量元素与人体健康

在人体中的常量元素除了构成有机物质的元素外，比较重要的无机矿物质元素是钠、钾、氯、镁、磷和硫等七个元素。约占人体总灰分的60%----80%。这里主要对钙、磷、镁、钾四种元素作介绍。

一钙（Ca）钙是人体中重要元素成分，居体内各组成元素的第五位，是最丰富的元素之一，同时也是含量最丰富的矿物质元素。它占人体总重量的1.5%---2.0%，占人体总矿物质的85%左右。钙是生命活动的砥柱，如果没有钙，生命活动就会停止。钙的生理作用有如下几个方面：

1.构成骨骼和牙齿的主要成分；

2.维持肌肉神经的正常兴奋；

3.参与血凝过程并对很多种酶有激活作用。

世界卫生组织推荐的每日供给量标准为：成年男女400mg---500mg，孕妇、乳母等为1000mg---1200mg。我国今年修订的每日供给量为：成年男女600mg；孕妇1500mg；乳母2000mg。

二磷（P）磷是人体必需元素之一，居人体组成元素的第六位。常见的氧化形式友-3、+3、+5价，其中对生命有实际意义的是+5价。正常人体中含磷量为750g---1130g。人体中约有70%---80%的磷与钙、镁结合成磷酸盐，存在于骨骼和牙齿中。磷的生理功能：

1.磷和钙一样都是构成骨骼和牙齿的成分；

2.磷参与某些物质的吸收和代谢；

3.磷具有储存和转移能量的作用；

4.磷具有调节体内酸碱平衡，防止体液酸度波动的作用。

磷的供给量和来源：一般国家对磷的供给量都没有明确规定。

三镁（Mg）成年人体内含镁量为20g---30g，70%的镁以磷酸盐和碳酸盐的形式存在于骨骼和牙齿中，其余25%的镁存在于软组织中。镁的生理功能：

1.镁是细胞内的主要阳离子之一，也是骨骼和牙齿的组成成分；

2.镁是生物体内的催化剂，是许多酶所必需的激活剂；

3.维持心肌功能。镁的供给量和来源镁的供给量除美国外，多数国家尚无正式规定。一般成人每日的适宜供给量为200mg---300mg。

四钾（K）尽管钾在人体内占总矿物元素含量的５％，仅次于钙和磷，但也许是因为食物中都含有充足的钾而不易引起缺乏，以至于人们未能认识到钾对于机体健康的重要性．钾的生理功能１.为心脏的正常活动所必需；２.维持细胞内的渗透压和维持体液酸碱性平衡；３.减少心脏的收缩性，有助于心脏的舒张．钾的供给量与来源：一般成人每天摄取２ｇ－２.５ｇ的钾是比较合适的．

第三节微量元素与人体健康

在人体组织中含量极少，少于体重的万分之五的叫微量元素，或者痕量元素。目前发现的有铁、铜、锌、锰、钴、钼、硒、铬、氟、镍、硅、锡、矾等。最近发现的微量元素新星是有机锗。从目前研究看，整个微量元素在人体生物化学过程中起着重要作用，它数量少、能量大，可称之为“生命的火花”微量元素在人体内的生理功能有以下方面：１.微量元素是构成金属酶和酶的活化剂；２.微量元素是激素和维生素的活性成分；３.微量元素可协助常量元素的输送；４.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、离子平衡和体液平衡的作用，以保持人体正常的生理功能。

下表给出人体必需微量元素对人体的主要生理功能和平衡失调对人的健康的影响。元素主要生理功能缺乏症过量症食物来源

铁(Fe)造血,组成血红蛋白和含铁酶,传递电子和氧,维持器官功能贫血,免疫力低,无力,头痛,口腔炎,易感冒,肝痛影响胰腺何性腺,心衰,糖尿病,肝硬化,重者死亡肝,头,蛋,芝麻酱、小米，桃水果，蘑菇，绿叶蔬菜等

氟（F）长牙骨，防龋齿，促生长，参与氧化还原何钙磷代谢龋齿，骨质疏松，贫血，氟斑牙，氟骨症，骨质增生

茶叶，海藻类，海带，紫菜，白菜，韭菜，甘蓝

锌（Zn）激活200多种酶，参与核酸和能量代谢，促进性机能正常，抗菌，消炎侏儒，溃疡，炎症，不育，白发，白内障，视力减退，肝硬化胃肠炎，前列腺肥大，贫血，高血压，冠心病瘦肉，蛋，奶，谷物

硅（Si）长骨骼，维持血管功能和通透性，合成粘多糖维持组织弹性骨松疏，抽搦症，白发，齿关节疼，大骨节病，贫血，肌肉萎缩动植物

硒（Se）组酶，抑制自由基，护心肝，对重金属解毒心血管疾病，克山病，大骨节病，癌，关节炎，心肌病，白内障硒土病，心肾功能障碍，腹泻，脱发，指甲变形肉类，鱼，虾，动物肝脏，蘑菇，大蒜，芦笋，谷物

铜（Cu）造血，合成酶和血红蛋白，增强防御功能贫血，心血管损伤，冠心病，脑障碍，溃疡，关节炎，白发黄疽肝阳，肝硬化，胃肠炎，癌

干果，葡萄干，葵花子，肝，贝类，牡蛎，茶等

碘（I）组成甲状腺和多种酶，调节能量，维持中枢神经，加速生长甲状腺肿，心悸，动脉硬化，发育停止，克汀病甲状腺肿碘盐，海产品，奶，肉，水果

锰(Mn)组酶，激活剂，增强蛋白质代谢，合成维生素，防癌软骨，营养不良，神经紊乱，肝癌，生殖功能受抑无力，帕金森症，心肌梗塞干果，粗谷物，核桃仁，板栗，菇类，绿色蔬菜，茶叶

钒（V）抑制骨髓造血，降血压，促生长，参与肝固醇和脂质及辅酶代谢胆固醇高，生殖功能低下，贫血，心肌无力，骨异常呼吸道严重炎症，结膜炎，鼻咽炎，心肾受损蚌类海产品，茎类蔬菜，精致谷物等

锡（Sn）促进蛋白质和核酸反应，促生长，催化氧化还原反应抑制生长，门齿色素不全贫血，胃酸分泌减少，胃肠炎，影响肝、肾功能和骨代谢罐头食品，葵花子，芝麻，绿豆

镍（Ni）参与细胞激素和色素度代谢，生血，激活酶形成辅酶与铁协同肝硬化，尿毒，肝脂质和磷脂质代谢异常鼻咽癌，皮肤炎，白血病，骨癌，肺癌栗，桃、杨梅、枇杷、茶叶

铬（Cr）发挥胰岛素作用，调节胆固醇、糖和脂质代谢，防止血管硬化糖尿病，心血管病，高血脂，胆石，胰岛素功能失常伤肝肾，鼻中隔穿孔，肺癌肉类，奶酪，谷物，啤酒等动植物种均含有微量铬

钼（Mo）组成氧化还原酶，催化尿酸，抗铜贮铁，维持动脉弹性心血管病，克山癌，食道癌，肾结石，龋齿睾丸萎缩，性欲减退，脱毛，软骨，贫血，腹泻大豆，豌豆等豆类以及豆制品，植物，谷物，肝，酵母

钴（Co）造血，心血管的生长和代谢，促进核酸和蛋白质合成心血管病，贫血，脊髓炎，气喘，青光眼心肌病变，心力衰竭，高血脂，致痛肝，瘦肉，奶，蛋，鱼，大豆人体必需微量元素对成人的供给量第四节与元素有关的疾病

元素对人类健康的影响反映了内、外环境之间的平衡关系。我国十几个省、区进行的医学地质调查表明，人体摄入某些元素过量或不足，均会出现各种地方性疾病。常见的与元素有关的疾病如表所示。疾病类别疾病名称摄入过量元素摄入不足元素心血管系统疾病（1）心血管病

CaMgSe（2）动脉粥样硬化CdCr（3）冠心病

CaMgSe（4）心衰猝死

CrMo（5）新生婴儿猝死

Mg(6）糖尿病

Mg（7）心肌病CoCr脑血管系统疾病(1)脑溢血SiO2

(2)高血压SiO2

(3)脑神经紊乱Cu

内分泌系统疾病(1)地方性甲状腺肿II(2)脑垂体分泌缺乏症

Zn(3)内分泌紊乱(女)

ZnMgMnCa生殖系统疾病(1)性发育不全

Zn(2)生长发育不良

Mn(3)受精率低下MgSO4I(4)不孕症URa

消化系统疾病(1)地方性肠炎B

(2)地方性胃肠炎MgSO4

(3)胃肠炎CdMgZn骨齿系统疾病(1)龋齿、牙发育不良

FV(2)氟骨症F

(3)膝外翻综合症FMoCa（4）骨质松脆

Mg（5）佝偻病SrMgCa（6）趴病Ba

（7）大骨节病腐殖酸Se（8）软骨代谢障碍

SMnSe（9）骨质松脆症

CuSr（10）骨痛病Cd

（11）扁甲

Ca细胞癌变(七)（1）前列腺癌Cd

（2）乳房、结肠、卵巢、膀胱癌

ScI（3）肝癌亚硝胺SeMo（4）咽癌As

（5）皮肤癌AsSeAg

（6）骨癌BeCdSe

(7)喉癌NiAsCd

（8）咽喉癌Ni

（9）直肠癌NiCd

（10）结肠癌

Mo（11）食管癌CdZnCu（12）胃癌ZnCu（13）败血症PbAsZn（14）肺癌Cr6+PbSnSiAsSeSb

神经系统疾病（1）中枢神经发育不全、脑发育落后，智力低下IIZn（2）神经性疾病Pb

（3）神经性传导障碍F

（4）抑郁症

Li（5）狂躁症Rb

（6）神经中毒HgSeAs

（7）Wilson症Cu

结缔组织（1）脱毛症、指甲脱落TlSe

（2）扁甲（营养性）

CaMg（3）毛发、皮肤异常II其他（1）营养性贫血

FeCu（2）高铁血红蛋白症NO2

（3）糖尿病

Cr（4）地方性肌萎缩

Mg（5）结石症FCa

（6）缺铁性贫血

Fe（7）溶血性贫血Pb

（8）暗视盲（味、嗅觉异常）

Zn第五节有害的微量元素

一有害金属元素中毒机制

1.阻断了生物分子表现活性所需要的功能基。

2.置换了生物分子中的必需金属离子

3.改变生物分子构象或高级结构

二几种主要有害的金属元素

1.镉（Cd)元素镉是联合国粮农组织和世界卫生组织列为最优先研究的食品中的严重污染元素，它不是人体必需的元素。钙可以拮抗镉，高钙食物会抑制消化道对镉的吸收，维生素D也会影响镉的吸收。

2.铅（Pb