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第  PAGE 56 页 共  NUMPAGES 56 页 第一章 总论 第一节 微量元素的概念和研究的简史 一、人体内元素的分类和微量元素的概念 地球及地球上的万物都是由化学元素组成，人类也不例外。人类是地球表面物质的化学与生物进化的结果，在其自身的生命过程中，人的生长发育、繁殖、遗传、生化反应、能量转换、新陈代谢等等重要生理功能的物质基础，都是人体与外环境进行多种元素交换，以及不同元素在机体内进行复杂的合成和分解代谢的生物学过程。通过对人体组织的检测结果表明，在地球表层发现的92种天然元素，在人体内已有81种都能找到，但迄今已发现具有重要营养和生理功能，得到公认的对于维持生命所必不可少的元素仅有25种，并把这些元素称为“生命元素”。按照各种化学元素在机体内的含量多少，把它们分为常量元素（也称为宏量元素）和微量元素。通常将含量大于体重0.01％（万分之一以上）的元素，每人每日需要量在lOOmg以上的元素称为常量元素，它们约占人体重量的99．95％以上，包括：碳、氢、氧、氮、硫、磷、钠、钾、钙、镁、氯11种，常量元素都是人体的必需元素，其在机体中的主要生理作用是维持细胞内外渗透压的平衡，调节体液的pH值，形成骨骼支撑组织，维持神经和肌肉细胞膜的生物兴奋性，传递信息使肌肉收缩、使血液凝固以及酶活性等等。 微量元素通常是指含量小于体重0.01％（万分之一以下），每人每日需要量在lOOmg以下的元素，包括常量元素以外的其他各种元素，仅占人体各种元素总量的0.05％，包括铁、铜、锌、锰、钼、钴、钒、镍、铬、锡、氟、碘、硒、硅、砷、硼、锶、锂、锗、铝、钡、铊、铅、镉、汞以及稀土元素等数十种。 二、微量元素的分类 人们对微量元素的分类尚无统一的方法，目前主要有以下两种分类方法。 1．根据微量元素对维持机体生命活动的作用分类 （1）必需微量元素：是指那些具有明显营养作用及生理功能，对维持机体生长发育、生命活动及繁衍等必不可少的元素。到目前为止，得到公认的对人和哺乳动物必需的微量元素 有14种，它们是：铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、锰（Mn）、铬（Cr）、钼（Mo）、钴（Co）、钒（V）、镍（Ni）、锡（Sn）、氟（F）、碘（I）、硒（Se）、硅（Si）。 所谓“必需”即：①机体必须从外界饮食中摄取这种元素，当从饮食中去除这一元素后，机体就会出现这种元素的生理性缺乏状态。②补充这一特异元素后，机体的这种缺乏状态将得到缓解。③一种特殊的元素对机体总具有某种特异的生化功能，这种作用不能被其他任何元素完全代替。 微量元素是维持机体某些特殊生理功能的重要成分或者是多种酶系的激活剂或组成成分，例如锌是很多酶的组成成分，现已知约有200多种酶当中含有锌。当一种元素因摄入不足引起机体生物学功能障碍，而恢复这种元素的生理水平后又能缓解或预防这种功能障碍时，就可以认为此种元素为必需元素。机体离开这种元素则既不能生长，又不能完成它的生命周期。此外，还有人对必需微量元素规定了几个附加条件：①这种元素以相似的浓度存在于不同动物的组织内。②不论动物的种类如何，去除这种元素后会出现相似的生理、生化异常。③有这种元素存在时能减轻或预防上述异常。④这种异常改变在缺乏得到控制时也能被治愈。 (2) 非必需微量元素：是指那些无明显生理功能的微量元素。这些元素的生物学效应或许迄今未被人们认识，如铅、镉、汞、铊、锂、硼、铷、溴等。非必需微量元素又可进一步分为无毒非必需元素和有害元素，前者如锂、硼、铷、溴等，后者如铅、镉、汞、铊、铝、锑等。 2．根据微量元素的营养作用特征及生理功能分类 (1) 必需微量元素：得到多数国际微量元素学术会议和世界卫生组织(WHO)公认，在人体或高等动物体内构成细胞或体液的特定生理成分，具有明显营养作用，人体生理过程中必不可少，缺乏该元素后产生特征性生化紊乱、病理变化及疾病，补充该元素能纠正特征性病理变化或治愈，称为必需微量元素。 (2) 可能必需的微量元素：既具有一定有益生物学作用及医疗、预防、保健效能，又具有某些必需微量元素的生物及生化特征(如高度的生物学活性及催化性能等)的元素。这些元素目前尚未被WHO和多数国际学术组织认可，如砷、锂、锶、硼等。动物实验表明，砷对动物的生长发育有较大影响，动物如大鼠、猪、山羊、鸡等缺乏砷时，其生长发育受到抑制、胎仔死亡率增高。因此，有人提出砷可能是一种必需微量元素。 (3) 无毒微量元素：凡未发现有营养作用，又无明显毒害作用的元素，称为无毒微量元素，如钡、钛、铌、锆等。 (4) 有害微量元素：凡无营养作用，人体又对其缺乏精密调节机制，且在体内具有蓄积倾向和明显毒害作用的微量元素归入此类，例如铅、汞、镉、铊、铝、锑等。 应该指出，上述微量元素分类不是绝对的