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1、化学元素与生命健康,云南大学化学科学与工程学院 王 林,第一讲 绪 论,生命科学中的元素(微量元素)是一门新兴的由 多学科相互渗透的边缘学科. 它与化学、生物学、 医药学、环境科学、地学、食品学、营养学等有着 密切关系。 目前研究表明化学元素，特别是微量元素在与 人体生物分子的有机联系中，起着关键步骤的调控 作用，并且化学元素不像某些维生素能在人体内自 行合成，从这个意义说，人体所需营养中，它们甚 至比维生素更为重要。,化学元素主要来自饮食 空气和各种外源 性物质，因此易产生缺乏或过量积累。 通过对化学元素特别是微量元素与健康 相关性及其内在联系究，在某些疾病，特别 是微量元素缺乏，过量积累及
2、失控等造成的 疾病（包括一些地方病）的防治方面有所发 现和改善.,一.常量元素和微量元素 目前已知天然存在的化学元素有92种,在 人体已发现81种. 人体必需的常量元素有11种,占人体总质 量的99.95%,是人体不可缺少的造体元素. 人体中其余70余种元素是微量元素,仅占人 体总质量的0.05%.,存在于生物体(植物和动物)内的元素大致分为四类,1).必需元素(essential element): 按在人体内含量不同又可分为常量元素(major element)和微量元素 (trace element). 2).可能有益和辅助营养元素 3).沾染元素,常量元素在人体中的组成, . . .
3、a . . l . . g . a . . .,微量元素在人体内的含量, Fe 0.0057 Cr 8.610-5 Zn 0.0033 Mo 7.010-6 Cu 1.410-4 Co 4.310-6 Sn 4.310-5 F 5.310-6 I 4.310-5 V 1.410-7 Mn 3.010-5 Si Ni 1.410-5 Se,第二节 元素的主要来源,一河流 河流汇集来自其流域可溶性物质，因此其组成随气候、地质情况和大城市的出现而变化。 一般说来：温带区域河流以含较多钙离子和碳酸根离为特征。 热带潮湿地区河水各成分被稀释，但却含有较多Al、Fe、Si和有机物。流过干旱地区的河流，则以
4、含有较大量的钠离子、氯化物和硫酸盐为特征。,二. 海洋 海水中主要阳离子是Na+、K+、Mg2+、Ca2+ 阴离子是Cl-、SO42-、HCO3- 三. 土壤 土壤中所含元素较广,如C、N比岩石明显 多。稍贫的有As、Br、Cd、Hf、I、Pb、 Se、Sn、Zr、Tl。 稍富的为B、Ca、Cl、F、Hg、K、Mg、Na、Sr。 由于土壤类型不同，会有差别。,四. 大气 大气圈质量5.31018kg,其中80%停留在约10Km高度以下的对流层.这是生物化学家最感兴趣的区域。 以N和O为主要成分,还有H、CO、CO2、CH4、SO2、H2S、NO、NO2等。城市和工厂附近大气中还含有重金属化合物
5、，砷化合物、氟化合物、石棉等烟雾飘尘，由于雨水冲淋和沉降作用，其对生物 的影响是不可忽视的。,第三节 生物体中的元素分布,分布状况 C、H、O、N大量存在于生物体内的有机 物中，P为含量最多的无机元素之一，同时 也是构成许多活性化合物的重要结构单元的 元素。 Na、K、Mg、Cl、Ca、S为次丰元素。 前四种是体液和细胞质的主要成分。Ca构成 生物体的骨架物质。S是有机物的组份，Na 不是植物的必需元素因此植物主要向动物提 供K而不能提供足够的Na。所以要补充食 盐。,含量较低的有重要金属元素如V、Fe、 Mn、Co、Cu、Zn、Mo及非金属元素 I、 Se等微量元素。 其他如Sr、Ge、Ba
6、、Al、Pb、Cd、 As等一些元素虽然到处都有，目前尚未被证 实是否是人体或其它生物体所必需的。,二. 人体组织中的微量元素 分布是及不均匀的.有些是脏器组成部分之一,并有重要生理功能.如甲状腺的碘,红细胞内的铁,造血器官中的钴,脂肪组织中的钒,肌肉组织里的锌等. 在人体中的主要蓄积部位 (%): Fe: 血色素(70.5), F: 骨 (98.9), Zn: 肌肉(65.2)， Cu: 肌肉(34.7), V: 脂肪(90), Se: 肌肉(88.3) Mn:骨 (43.3), I: 甲状腺(87.4) ,第四节 微量元素与食物营养,平衡膳食组成 在人体的营养生理需要与膳食之间建立平 衡关
7、系. 新陈代谢导致每天都有一定的无机盐排出 体外,需由膳食补充,无机盐在食物中分布很广, 一般能满足需要.,不过从实用观点看,较易缺乏的无机元素有 Ca、Fe、I，特别是正在发育生长的儿 童、青少年孕妇和乳母。这三种元素的缺乏 是比较普遍的。 在我们吃的食品中有的化学物是有意加入 的，有的是在各种生产活动中带进的，还有 一些是食品中自然存在的。,多样化的膳食是获得各种适量基本营养素的最好方法。 黄帝内经: “五谷为养,五果为助,五畜为益,五菜为充”. 广谱而平衡的膳食原则,同时也是避免食品中有毒物质达到有害剂量的科学方法之一.,二. 理想食物中的化学元素 栖息于大自然中的动物能从多样性食物中获
8、得各种所需元素,避免了这些元素的不足或过量摄取. 但人们“纯化了”的食物却导致了某些“文明病”. 一般说,含铬(Cr)量较高的有坚果,谷类,其次是动物的饱和脂肪。,锰(Mn)在坚果和叶采类及茶叶中含量较丰 此外谷、麦、通心粉中也有一定含量钴（Co） 在虾、鱼中含量较多，其余含量较少。 铜在牡蛎中含量很大，肝、肾、羊排、葵花籽油、蔬菜、坚果中含量超过5ppm。 瘦肉和鱼是最丰富的锌源，在蛋黄，小麦、 玉米、茶叶、白扁豆，可可，酵母等中含量 超过20ppm。,硒（Se）存在量较低，人们对它的需求量 也相对较少，通常含于肉类中，但硒的缺乏 可造成地方病，需求助外加硒制剂来补充。 豆荚类和动物脏器中含
9、大量钼（Mo）。钼 是牛奶里一种酶的组分，牛奶也是其来源。,食品中大量使用食品添加剂,如: 抗凝胶剂: 硅酸铝钙,硅酸镁等. 防腐剂: 抗坏血酸钙,苯甲酸钠,山梨酸钾等. 稳定剂:藻酸钙等. 各种添加剂:硫酸铝铵,碳酸镁等. 色素：柠檬黄，喹啉黄，日落黄，二蓝光酸性黄，胭脂红，诱惑红等。,第五节 微量元素的毒性 一.元素缺乏及过量积累的毒性 必需元素:,生 长,a,b,浓度,缺乏,最适,中毒,致死,例： Zn, Cu,非必需（金属）元素:,生 长,浓度,可耐受,中毒,致死,a,例：Pb, Cd等,二. 食品中金属毒物问题 1.自然环境: 因地区条件特殊,土壤、空气、水中某些金属含 量较高，这种环境里生长的动、植物体内往往也有 较高的这类金属。 2.食品生产加工中的机械、管道、容器等在一定条 件下可能污染食品： 如酸性食品可从上釉的陶瓷中溶出铅和镉，机械 摩擦使金属粉尘掺入面粉等。,3.农用化学物质和工业三废污染:农药中的有毒金属引起土壤污染,工业的废气、废渣、废水不合理排放。 4.食品包装,