微量元素

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微量元素是相对主量元素(大量元素)来划分的,根据寄存对象的不同可以分为多种类型,目前较受关注的主要是两类,一种是生物体中的微量元素,另一种是非生物体中(如岩石中)的微量元素。

微量元素的微观结构示意图

  

目录

微量元素的来源

非生物体中的微量元素

岩石中微量元素基于地球化学行为可分为:

稀土元素(REE):原子序数57-71的镧系元素以及与镧系相关密切的钪和钇共17种元素在地球化学上又称之为稀土元素,包括:La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,Y。

铂族元素(PGE,原子序数从44至46以及76至78),如果包括金也称之为贵金属元素,包括:Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,(Au)

过渡金属元素(原子序数从21至30),包括:Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn

高场强元素(HFSE)包括镧系元素,Sc和Y,以及Th,U,Pb,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta

低场强元素(LFSE)又称大离子亲石元素(LILE),包括:Cs,Rb,K,Ba,Sr,二价Eu和二价Pb  

生物体中的微量元素

植物体

植物体除需要钾、磷、氮等元素作为养料外,还需要吸收极少量的铁、硼、砷、锰、铜、钴、等元素作为养料,这些需要量极少的,但是又是生命活动所必须的元素,叫做微量元素。

人体

人体是由80多种元素所组成。根据元素在人体内的含量不同,可分为宏量元素和微量元素两大类。凡是占人体总重量的万分之一以上的元素,如碳、氢、氧、氮、钙、磷、镁、钠等,称为常量元素;凡是占人体总重量的万分之一以下的元素,如铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴、氟等,称为微量元素(铁又称半微量元素)。微量元素在人体内的含量真是微乎其微,如锌只占人体总重量的百万分。铁也只有百万分。

微量元素虽然在人体内的含量不多,但与人的生存和健康息息相关,对人的生命起至关重要的作用。它们的摄入过量、不足、不平衡或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异常或发生疾病。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关,仅仅像火柴头那样大小或更少的量就能发挥巨大的生理作用。值得注意的是这些微量元素通常情况下必须直接或间接由土壤供给,但大部分人往往不能通过饮食获得足够的微量元素。根据科学研究,到目前为止,已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种,即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷等。这每种微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在人体内含量极小,但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要的。一旦缺少了这些必需的微量元素,人体就会出现疾病,甚至危及生命。目前,比较明确的是约30%的疾病直接是微量元素缺乏或不平衡所致。如缺锌可引起口、眼、肛门或外阴部红肿丘疹湿疹。又如铁是构成血红蛋白的主要成分之一,缺铁可引起缺铁性贫血。国外曾有报道:机体内含铁、铜、锌总量减少,均可减弱免疫机制(抵抗疾病力量),降低抗病能力,助长细菌感染,而且感染后的死亡率亦较高。微量元素在抗病、防、延年益寿等方面都还起着非常重要的作用。  

微量元素的功能

分子生物学的研究揭示,微量元素通过与蛋白质和其他有机基团结合,形成了酶、激素维生素等生物大分子,发挥着重要的生理生化功能。

微量元素首先构成了休内重要的载体与电子传递系统。铁存在于血红蛋白与肌红蛋白之中,在它们执行载氧与贮氧的过程中,铁扮演了十分重要的角色。

酶是生命的催化剂,迄今体内发现的1000余种酶中,约有50%到70%需要微量元素参加或激活,它们在细胞酶系统中功能相当广泛:从弱离子效应到构成高度特殊的化合物——金属酶与非金属酶。谷胱甘肽过氧化物酶是典型的非金属酶,它具有抑制自由基生成。清除过氧化物。保护细胞膜完整性等作用。该酶分子中含有4个硒原子。锌不仅是碳酸酚酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等几十种酶的必需成分,而且同近百种酶的活性有关。锰作为离子性较强的微量元素则是有效的激活剂,可催化金属活化酶。

微量元素还参与了激素与维生素的合成。众所周知,碘为甲状腺激素生物合成所必需的;而锌在维持胰岛素的主体结构中亦不可缺少,每个胰岛素分子结合2个锌原子。

维生素B12胸腺嘧啶核糖核苷酸合成以及最终DNA生物合成与转录所必需的甲基转移的辅酶。该分子中鳌合有一个钴原子的环状结构部分,含有它的化合物——类咕琳辅酶是已知最有效的生物催化剂之一,在许多酶中起着不寻常的分子重排作用。

核酸遗传信息携带者。微量元素对核酸的物理、化学性质均可产生影响。多种RNA聚合酶中含有锌,而核昔酸还原酶的作用则依赖于铁。  

微量元素与人类健康

以下三类人群最易缺乏微量元素:

第一类人群是少年儿童。因快速生长发育,消耗较大,补充不足,饮食结构不合理,厌食、偏食、易生病等原因,易缺乏锌、硒、碘、钙*、铁等。

第二类人群是孕妇及哺乳期妇女。因胎儿快速生长发育,消耗量较大,孕妇由于妊娠反应也往往会导致摄入不足,饮食结构不合理,偏食、挑食、生病等原因,易缺乏锌、硒、钙、碘、铁、钼、锰等。

第三类人群是免疫力低下者及中老年人。缺乏微量元素锌、硒等可导致免疫力低下,所以免疫力低下常由于微量元素缺乏所导致;老年人因胃肠吸收功能下降,且易患慢性消耗性疾病等原因,易缺乏锌、硒、铬等。  

微量元素与心理健康

人体中的微量元素不但维持正常生理功能,而且它们在人体中含量的多少也会影响到人的智力、情绪等,是人类心理健康的物质基础。其中以钙、镁、锌、铁、碘、硒等元素对人的心理健康最为重要。  

钙(Ca)是人体内含量最多的矿质元素之一,调节人体各个系统的组织器官的正常功能都要依靠它的存在。钙是脑神经元代谢不可缺少的重要元素,能保证脑力旺盛、头脑冷静并提高人的判断力,影响人的情绪。充足的钙能抑制脑神经的异常兴奋,使人保持镇静。缺钙可影响神经传导,使神经、肌肉兴奋性失调,人就会变得敏感、情绪不稳定,注意力难以集中。医学研究发现神经性耳聋病人血清中钙、铁、锌含量低于健康人。  

镁(Mg)。镁可镇定中枢神经,帮助消除女性在经期中的紧张情绪,减轻心理压力。镁缺乏时就会导致各种各样的头痛,还包括怕光、怕声等附加症状。有镁的药剂(MgSO)能够有效地消除头痛症状。  

锌(Zn)。锌是人体海马回(海马回位于人脑控制学习和记忆活动的中枢,主要负责形成和储存长期记tL)的重要微量元素,与记忆和智力有关。儿童缺锌会形成缺锌一厌食一蛋白质摄入不足一赖氨酸缺乏一大脑发育受损一海马回缺锌一记忆力智力下降一情绪失控一心理素质差。1977年国《科学》杂志的一篇论文曾谈及人乳与牛乳的不同营养效果,其中涉及锌的服用形式。人乳中的锌系与小分子量配体氨基酸结合,它有利于锌的吸收;牛乳中锌含量虽较人乳高,但大部分与高分子蛋白质配体结合而不易吸收。所以,母乳可能更有利于婴儿的长高、智力发展及心理素质的改善,这与锌的吸收有关。  

铁(Fe)。铁是人体内含量最大的微量元素,主要以铁卟啉络合物(血红素)形式存在,通常认为它对呼吸的作用最大。铁作为血红蛋白的主要成分,由于高价铁和低价铁容易相互转变,氧化还原反应迅速,成为输氧能力最优的材料,其输氧机理为:Hb—Fe(Ⅱ)+O2Hb—Fe(Ⅱ)一O2,式中Fe(Ⅱ)表示亚铁,即铁在此时的存在形态;Hb代表血红蛋白。Hb的特定结构使其中的Fe(Ⅱ)与一般亚铁离子(Fe。+)不同,它与O的络合能力受到卟啉和近位的其他配体调控,Fe(Ⅱ)与卟啉络合使它不易被氧化;其他含氢的配体可与o成氢键,使氧加合物稳定化。当Hb这样的大分子结合几个小分子o时,各O间存在协同效应,并且相互增强。这是由于在去氧的Hb与第一个O分子结合后,亚铁发生转移,使近处的蛋白质链的基团运动,氢键重组,促进后来的oz结合。缺铁性贫血影响智力和心理健康,据报道,对1078例脾气急躁、多动的儿童检查,78的缺铁;上海第一医学院也曾报告微量元素铁的缺失是耳聋的原因。  

碘(I)。碘在人体内的主要作用是用来合成甲状腺素,每个甲状腺素分子含有4个碘原子。碘是人体内含量极少其生理功能别无替代的必需微量元素。碘缺乏是目前已知导致人类智力障碍的原因之一。据调查,我国一千多万智残人中80是因缺碘造成的r3a]。食物中缺乏碘会造成一定的心理紧张,导致精神状态不良。经常食用含碘的食物有助于消除紧张、帮助睡眠。  

硒(Se)。硒是甲状腺激素合成和代谢过程中的必需元素,当硒缺乏时会引起甲状腺功能的下降,从而导致抑郁的发生。硒的缺乏会降低机体的免疫功能,而免疫功能的降低恰恰是抑郁症患者的一个特点。硒也是体内谷胱甘肽过氧化物酶的必要组成成分,而后者正是保护机体神经、避免组织损害的重要抗氧化酶,其在精神障碍的发病中起到一定作用。硒可以调节抑郁症患者的情绪,还可缓解抑郁症状,减轻病痛折磨,提高生活质量。  

微量元素获取方法

人体所需要的各种元素都是从食物中得到补充。由于各种食物所含的元素种类和数量不完全相同,所以在平时的饮食中,要做到粗、细粮结合和荤素搭配,不偏食,不挑食,就能基本满足人体对各种元素的需要。反之,可造成某些元素的缺乏。

人体缺乏某种微量元素会导致疾病,如缺铁导致贫血;缺锌使免疫力下降并影响发育和智力,缺碘发生甲状腺肿大等。若能在药物治疗的同时,辅以食补,效果将会更好。

缺铁:可多食黑木耳、海藻类、动物肝脏黄花菜、血豆腐蘑菇、油菜、腐竹、酵母芝麻、蚬子等。

缺锌:可多食鱼、牡蛎、瘦猪肉牛肉羊肉、动物肝肾、蛋类、可可、奶制品、干酪、花生、芝麻、大豆制品、核桃、糙米、粗面粉等,严重者可服用新稀宝等补锌产品。

缺镁:可多食海带、紫菜、芝麻、大豆、糙米、玉米、小麦菠菜芥菜、黄花菜、黑枣、香蕉、菠萝等。

缺碘:可多食海带、紫菜、海鱼、海虾等。

有害的微量元素

铅,汞,等会造成疾病 。(三价的铬是对人体有益的元素,而六价铬是有毒的。)

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