微量元素

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微量元素是相對主量元素(大量元素)來劃分的,根據寄存對象的不同可以分為多種類型,目前較受關注的主要是兩類,一種是生物體中的微量元素,另一種是非生物體中(如岩石中)的微量元素。

微量元素的微觀結構示意圖

  

目錄

微量元素的來源

非生物體中的微量元素

岩石中微量元素基於地球化學行為可分為:

稀土元素(REE):原子序數57-71的鑭系元素以及與鑭系相關密切的鈧和釔共17種元素在地球化學上又稱之為稀土元素,包括:La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Sc,Y。

鉑族元素(PGE,原子序數從44至46以及76至78),如果包括金也稱之為貴金屬元素,包括:Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,(Au)

過渡金屬元素(原子序數從21至30),包括:Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn

高場強元素(HFSE)包括鑭系元素,Sc和Y,以及Th,U,Pb,Zr,Hf,Ti,Nb,Ta

低場強元素(LFSE)又稱大離子親石元素(LILE),包括:Cs,Rb,K,Ba,Sr,二價Eu和二價Pb  

生物體中的微量元素

植物體

植物體除需要鉀、磷、氮等元素作為養料外,還需要吸收極少量的鐵、硼、砷、錳、銅、鈷、等元素作為養料,這些需要量極少的,但是又是生命活動所必須的元素,叫做微量元素。

人體

人體是由80多種元素所組成。根據元素在人體內的含量不同,可分為宏量元素和微量元素兩大類。凡是占人體總重量的萬分之一以上的元素,如碳、氫、氧、氮、鈣、磷、鎂、鈉等,稱為常量元素;凡是占人體總重量的萬分之一以下的元素,如鐵、鋅、銅、錳、鉻、硒、鉬、鈷、氟等,稱為微量元素(鐵又稱半微量元素)。微量元素在人體內的含量真是微乎其微,如鋅只佔人體總重量的百萬分。鐵也只有百萬分。

微量元素雖然在人體內的含量不多,但與人的生存和健康息息相關,對人的生命起至關重要的作用。它們的攝入過量、不足、不平衡或缺乏都會不同程度地引起人體生理的異常或發生疾病。微量元素最突出的作用是與生命活力密切相關,僅僅像火柴頭那樣大小或更少的量就能發揮巨大的生理作用。值得注意的是這些微量元素通常情況下必須直接或間接由土壤供給,但大部分人往往不能通過飲食獲得足夠的微量元素。根據科學研究,到目前為止,已被確認與人體健康和生命有關的必需微量元素有18種,即有鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、鉬、釩、錫、矽、鍶、硼、銣、砷等。這每種微量元素都有其特殊的生理功能。儘管它們在人體內含量極小,但它們對維持人體中的一些決定性的新陳代謝卻是十分必要的。一旦缺少了這些必需的微量元素,人體就會出現疾病,甚至危及生命。目前,比較明確的是約30%的疾病直接是微量元素缺乏或不平衡所致。如缺鋅可引起口、眼、肛門或外陰部紅腫丘疹濕疹。又如鐵是構成血紅蛋白的主要成分之一,缺鐵可引起缺鐵性貧血。國外曾有報導:機體內含鐵、銅、鋅總量減少,均可減弱免疫機制(抵抗疾病力量),降低抗病能力,助長細菌感染,而且感染後的死亡率亦較高。微量元素在抗病、防、延年益壽等方面都還起著非常重要的作用。  

微量元素的功能

分子生物學的研究揭示,微量元素通過與蛋白質和其他有機基團結合,形成了酶、激素維生素等生物大分子,發揮著重要的生理生化功能。

微量元素首先構成了休內重要的載體與電子傳遞系統。鐵存在於血紅蛋白與肌紅蛋白之中,在它們執行載氧與貯氧的過程中,鐵扮演了十分重要的角色。

酶是生命的催化劑,迄今體內發現的1000餘種酶中,約有50%到70%需要微量元素參加或激活,它們在細胞酶系統中功能相當廣泛:從弱離子效應到構成高度特殊的化合物——金屬酶與非金屬酶。谷胱甘肽過氧化物酶是典型的非金屬酶,它具有抑制自由基生成。清除過氧化物。保護細胞膜完整性等作用。該酶分子中含有4個硒原子。鋅不僅是碳酸酚酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶等幾十種酶的必需成分,而且同近百種酶的活性有關。錳作為離子性較強的微量元素則是有效的激活劑,可催化金屬活化酶。

微量元素還參與了激素與維生素的合成。眾所周知,碘為甲狀腺激素生物合成所必需的;而鋅在維持胰島素的主體結構中亦不可缺少,每個胰島素分子結合2個鋅原子。

維生素B12胸腺嘧啶核糖核苷酸合成以及最終DNA生物合成與轉錄所必需的甲基轉移的輔酶。該分子中鰲合有一個鈷原子的環狀結構部分,含有它的化合物——類咕琳輔酶是已知最有效的生物催化劑之一,在許多酶中起著不尋常的分子重排作用。

核酸遺傳信息攜帶者。微量元素對核酸的物理、化學性質均可產生影響。多種RNA聚合酶中含有鋅,而核昔酸還原酶的作用則依賴於鐵。  

微量元素與人類健康

以下三類人群最易缺乏微量元素:

第一類人群是少年兒童。因快速生長發育,消耗較大,補充不足,飲食結構不合理,厭食、偏食、易生病等原因,易缺乏鋅、硒、碘、鈣*、鐵等。

第二類人群是孕婦及哺乳期婦女。因胎兒快速生長發育,消耗量較大,孕婦由於妊娠反應也往往會導致攝入不足,飲食結構不合理,偏食、挑食、生病等原因,易缺乏鋅、硒、鈣、碘、鐵、鉬、錳等。

第三類人群是免疫力低下者及中老年人。缺乏微量元素鋅、硒等可導致免疫力低下,所以免疫力低下常由於微量元素缺乏所導致;老年人因胃腸吸收功能下降,且易患慢性消耗性疾病等原因,易缺乏鋅、硒、鉻等。  

微量元素與心理健康

人體中的微量元素不但維持正常生理功能,而且它們在人體中含量的多少也會影響到人的智力、情緒等,是人類心理健康的物質基礎。其中以鈣、鎂、鋅、鐵、碘、硒等元素對人的心理健康最為重要。  

鈣(Ca)是人體內含量最多的礦質元素之一,調節人體各個系統的組織器官的正常功能都要依靠它的存在。鈣是腦神經元代謝不可缺少的重要元素,能保證腦力旺盛、頭腦冷靜並提高人的判斷力,影響人的情緒。充足的鈣能抑制腦神經的異常興奮,使人保持鎮靜。缺鈣可影響神經傳導,使神經、肌肉興奮性失調,人就會變得敏感、情緒不穩定,注意力難以集中。醫學研究發現神經性耳聾病人血清中鈣、鐵、鋅含量低於健康人。  

鎂(Mg)。鎂可鎮定中樞神經,幫助消除女性在經期中的緊張情緒,減輕心理壓力。鎂缺乏時就會導致各種各樣的頭痛,還包括怕光、怕聲等附加症状。有鎂的藥劑(MgSO)能夠有效地消除頭痛症状。  

鋅(Zn)。鋅是人體海馬回(海馬回位於人腦控制學習和記憶活動的中樞,主要負責形成和儲存長期記tL)的重要微量元素,與記憶和智力有關。兒童缺鋅會形成缺鋅一厭食一蛋白質攝入不足一賴氨酸缺乏一大腦發育受損一海馬回缺鋅一記憶力智力下降一情緒失控一心理素質差。1977年國《科學》雜誌的一篇論文曾談及人乳與牛乳的不同營養效果,其中涉及鋅的服用形式。人乳中的鋅系與小分子量配體胺基酸結合,它有利於鋅的吸收;牛乳中鋅含量雖較人乳高,但大部分與高分子蛋白質配體結合而不易吸收。所以,母乳可能更有利於嬰兒的長高、智力發展及心理素質的改善,這與鋅的吸收有關。  

鐵(Fe)。鐵是人體內含量最大的微量元素,主要以鐵卟啉絡合物(血紅素)形式存在,通常認為它對呼吸的作用最大。鐵作為血紅蛋白的主要成分,由於高價鐵和低價鐵容易相互轉變,氧化還原反應迅速,成為輸氧能力最優的材料,其輸氧機理為:Hb—Fe(Ⅱ)+O2Hb—Fe(Ⅱ)一O2,式中Fe(Ⅱ)表示亞鐵,即鐵在此時的存在形態;Hb代表血紅蛋白。Hb的特定結構使其中的Fe(Ⅱ)與一般亞鐵離子(Fe。+)不同,它與O的絡合能力受到卟啉和近位的其他配體調控,Fe(Ⅱ)與卟啉絡合使它不易被氧化;其他含氫的配體可與o成氫鍵,使氧加合物穩定化。當Hb這樣的大分子結合幾個小分子o時,各O間存在協同效應,並且相互增強。這是由於在去氧的Hb與第一個O分子結合後,亞鐵發生轉移,使近處的蛋白質鏈的基團運動,氫鍵重組,促進後來的oz結合。缺鐵性貧血影響智力和心理健康,據報導,對1078例脾氣急躁、多動的兒童檢查,78的缺鐵;上海第一醫學院也曾報告微量元素鐵的缺失是耳聾的原因。  

碘(I)。碘在人體內的主要作用是用來合成甲狀腺素,每個甲狀腺素分子含有4個碘原子。碘是人體內含量極少其生理功能別無替代的必需微量元素。碘缺乏是目前已知導致人類智力障礙的原因之一。據調查,我國一千多萬智殘人中80是因缺碘造成的r3a]。食物中缺乏碘會造成一定的心理緊張,導致精神狀態不良。經常食用含碘的食物有助於消除緊張、幫助睡眠。  

硒(Se)。硒是甲狀腺激素合成和代謝過程中的必需元素,當硒缺乏時會引起甲狀腺功能的下降,從而導致抑鬱的發生。硒的缺乏會降低機體的免疫功能,而免疫功能的降低恰恰是抑鬱症患者的一個特點。硒也是體內谷胱甘肽過氧化物酶的必要組成成分,而後者正是保護機體神經、避免組織損害的重要抗氧化酶,其在精神障礙的發病中起到一定作用。硒可以調節抑鬱症患者的情緒,還可緩解抑鬱症状,減輕病痛折磨,提高生活質量。  

微量元素獲取方法

人體所需要的各種元素都是從食物中得到補充。由於各種食物所含的元素種類和數量不完全相同,所以在平時的飲食中,要做到粗、細糧結合和葷素搭配,不偏食,不挑食,就能基本滿足人體對各種元素的需要。反之,可造成某些元素的缺乏。

人體缺乏某種微量元素會導致疾病,如缺鐵導致貧血;缺鋅使免疫力下降並影響發育和智力,缺碘發生甲狀腺腫大等。若能在藥物治療的同時,輔以食補,效果將會更好。

缺鐵:可多食黑木耳、海藻類、動物肝臟黃花菜、血豆腐蘑菇、油菜、腐竹、酵母芝麻、蜆子等。

缺鋅:可多食魚、牡蠣、瘦豬肉牛肉羊肉、動物肝腎、蛋類、可可、奶製品、乾酪、花生、芝麻、大豆製品、核桃、糙米、粗麵粉等,嚴重者可服用新稀寶等補鋅產品。

缺鎂:可多食海帶、紫菜、芝麻、大豆、糙米、玉米、小麥菠菜芥菜、黃花菜、黑棗、香蕉、菠蘿等。

缺碘:可多食海帶、紫菜、海魚、海蝦等。

有害的微量元素

鉛,汞,等會造成疾病 。(三價的鉻是對人體有益的元素,而六價鉻是有毒的。)

參看

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