【精品】微量元素与人体健康的关系66

【精品】微量元素与人体健康的关系66 微量元素与人体健康的关系 张 普 环境质量和社会发展水平对各地区人体的健康状况、生活质量和疾病流行有很大的制约作用。不同的地理环境对健康影响差异很大 ,构成不同的健康问。我国是一个既有迅速现代化的大城市又有蓬勃发展的广大农村的大国 ,兼有发达国家和发展中国家所有的多种环境健康问题。在发展卫生事业存在的诸多困难中 ,较突出的问题是 :广泛的地方性疾病严重威胁人民的健康 ;环境污染 ;人口老龄化严重 ;疾病构成已发生变化等等 ,这些都不同程度地影响着人民的健康 ,而且因地而异。因此 ,需要有因地制宜的对策和区域综合整治措施 ,才能收到迅速有效、稳固和长远的效果。 环境砷对人体健康的影响: 砷是一种具有类金属特性的元素 ,广泛分布于大气、水、土壤、岩石和生物体中。砷化物自被发现以来就以其毒性而闻名 ,但其生理及药理学作用亦不容忽视。随着社会的发展 ,砷在工农业及医药、化学等领域广为应用 ,这在不同程度上造成环境污染 ,直接或间接影响到人们的健康 ;同时 ,国内外不断有新的富砷天然环境和地方性砷中毒事件被报道 ,其对所在地区居民健康的影响也引起普遍关注。流行病学调查结果已明砷是一种致癌物质 ,砷的危险度评价也日益受到重视 。 砷对动物的功效. 砷化物早已用于饲料的添加剂中 ,每千克饲料中几克浓度范围的砷可增加动物体重 ,这可能是通过保护机体不患肠病或提高动物对饲料的利用率而起作用的。而给大鼠、小鸡、小猪、山羊等 4种不同动物喂以低砷饲料 (含砷量低于 35ng/ g),在它们幼年期便发现生长速度减慢 ,山羊生育能力明显受损 ,新生山羊的存活率亦降低。如在山羊哺乳期饲以低砷饲料 (含砷量低于 1 0 ng/ g),则山羊可因心肌和骨骼肌受损而发生死亡。超微结构观察可见心肌线粒体结构异常 ,膜上有小颗粒状高密度物质 ,而在晚期 ,线粒体膜可发生破裂 。砷也可影响蛋氨酸和同型半胱氨酸的代谢。在砷缺乏的大鼠和小鼠中 ,发现肝脏S-腺苷甲硫氨酸 (SAM)浓度降低 ,而 S-腺苷同型半胱氨酸浓度升高 。不同动物的实验结果均证实砷缺乏对动物产生不利影响 ,说明砷至少对动物是必需微量元素。 砷对人体的功效.人们很早就发现了砷的药用价值 ,如过去渔民用的祛寒剂、宫廷用的“长生丹”和美容用品以及砷凡纳明、Fowler's液等均含有砷。欧洲某些山区居民从幼年时就开始服用砷 ,至成年时剂量逐渐增加 ,已远远高出所报道的中毒剂量的范围。据称 ,摄入“适量”砷能使人有舒适强壮感 ,并可使骨髓造血旺盛 ,红细胞增多 ,组织细胞生长和繁殖活跃 ,食欲和体重增加等。但迄今为止 ,尚缺乏充分科学依据来证实 ,关于“适量”的界限也无法确定。近年来 ,有中国学者直接将三氧化二砷(As2 O3 ,1 0 mg/ d,静脉滴注 )用于急性早幼性粒细胞性白血病的治疗 ,取得了可喜效果 ,并引起世界上广泛关注。但在治疗过程中亦有部分病人发生砷中毒现象 ,而且治疗后砷的远期效应也应引起重视。目前尚无证据证明砷是人类必需微量元素 ,但有些研究结果表明砷可能具有重要生理功能。在 ω- 3-脂肪酸存在的情况下 ,砷可增加皮肤出血时间 ,提示砷有可能是一种未知的出血因子。而且有学者发现 ,血液透析可影响体内砷平衡 ,使血清中砷含量降低。血清低砷水平也可能与中枢神经系统疾病、血管性疾病以及肿瘤发生等有关 。 砷的毒作用.砷和砷化物的毒性与其化学形态密切相关 ,无机砷的毒性远高于有机砷 ,且砷中毒主要由无机砷引起。但对有机砷的毒性也应注意 ,有证据表明甲基胂可与细胞间的巯基结合 ,易于诱发氧化性组织损伤 ;二甲胂酸亦可在细胞分裂中期诱导非整倍体的产生 ,提示有机砷在砷致癌过程中也有一定作用 。以恶心、呕吐、腹泻及严重腹痛为主要特征的急性砷中毒多发生在误服、谋杀或事故等情况下 ,严重者可发生神经异常、呼吸困难、心脏衰竭而死亡。 慢性砷中毒是一个以皮肤损害为主的全身性疾病 ,可引起皮肤病、造血功能低下、肝脏损害、感觉障碍、外周神经炎、厌食以及皮肤和内脏肿瘤等。最近有人群资料表明慢性砷中毒与高血压、糖尿病的发生亦有关 。三价无机砷可影响机体内含巯基的酶 ,并能明显抑制丙酮酸氧化酶的活性 ,从而影响能量代谢中氧化碳水化物而获能的主要途径。另外 ,黑脚病患者尿砷浓度与血中脂质过氧化物有明显相关性 ,说明砷在导致黑脚病过程中至少部分与多不饱和脂肪酸的脂质过氧化反应有关。砷中毒的远期危害效应是其毒性的一个重要方面。无机砷早已被认为具有致癌作用 , 流行病学也证实了砷能引起人类皮肤癌和肺、膀胱等内脏肿瘤的发生。但目前尚未建立起公认的砷致癌的动物实验模型。有人建议该模型的建立应当考虑种属差异、营养因素、摄入方式等 ,同时将试验时间从标准的 1 0 4周延长到 30个月或更长 ,从而可以较好地观察砷的长期毒性和致癌性 。有关砷致癌机制的报道非常多 ,可以引起姊妹染色单体交换率增加 ,增加DNA复制中错误的可能性,也有人认为砷的致癌作用与肿瘤抑制基因的甲基化受到影响有关。至于免疫功能受到抑制 ,砷拮抗元素硒的作用等均在致癌过程中有一定影响 。砷的致癌机制有待深入研究。近来 ,砷的生殖毒性、发育毒性引起人关注。无机砷在动物实验中已发现有致畸作用 ,并且在 4种动物 (仓鼠、小鼠、大鼠、家兔 )观察到有畸形、生长延迟甚至死亡等发育障碍 ;鸟类和哺乳动物胚胎发育实验亦证实砷具有发育毒性。在地方性砷中毒病区和些含砷矿区 ,也观察到自发性流产、晚天性畸形等发生率升高。因此 ,可以认为砷是人类潜在的致畸物质。另外 ,有人研究了砷与其它因素的联合作用 ,如砷与氟同时暴露 ,砷对酒精毒性的增强作用 ,以及不同的硒摄入水平对砷中毒的影响等 。 硒和植物对硒的吸收转化. 硒是生态环境中一个十分重要的微量元素。现有研究表明 ,硒是导致许多疾病的主要原因 ,与人体健康关系密切。硒是生态环境中一个十分重要的微量元素 ,1 81 7年被瑞典化学家发现。 1 0 0多年来 ,硒一直被认为是对人体有害的元素。德国科学家,;,,,,,等人经过几十年的研究证明 :人体的 40多种疾病与缺硒有关 ,如癌症、贫血、脑血管疾病、肝炎、白内障、糖尿病等等。 1 972年 ,我国杨兴圻教授发现缺硒是人体克山病、大骨节病的主要原因。研究表明 ,人和动物缺硒和硒中毒之间的范围很窄 ,如果食物中的硒小于 0 0 5,,/,,,就会造成人体缺硒 ,大于 35,,/,,又会产生中毒 ,最安全的范围是 0 1 0 36,,/,,之间。由于硒的地球化学分布的不均匀性 ,世界上低硒土壤的分布多高于高硒土壤。我国存在一条从东北到西南的低硒带 ,克山病、大骨节病就发生在缺硒地区[7、8]。鉴于硒在人类和动物营养与健康上有如此重要的意义 ,现在科学家们已经注意并着重研究生态环境中硒的来源、类型及对人类和动物的影响。 虽然科学界已确定硒是动物和人体所必需微量元素 ,但迄今未证明硒是植物必需营养元素的报道。植物中硒含量一般为 0 0 2 1,,/,,。与土壤含硒量呈正相关。植物对硒的吸收和积累能力因植物种类而异 ,一般分三类 :?累积植物 (指示植物 ),如十字花科的萝卜、油菜等 ;?中度含硒植物 ,如平常吃的蔬菜 ;?低度含硒植物 ,如农作物。研究表明 ,低浓度的硒对作物生长有刺激作用 一般认为硒的浓度在 0 0 0 1 0 0 5,,/,,之间对作物生长有利 ,高浓度有害。植物对亚硒酸盐的吸收与它在土壤中的浓度成正比 ,而硒酸盐易被吸收 ,吸收能力是亚硒酸盐的 2 0 50倍 ,易引起中毒。硒在植物体内的分配主要集中在生命旺盛的器官。75,,示踪表明 ,小麦吸收的硒 63%储存在子粒中 ,只有37%在茎叶中 ;子粒中的75,,有 66% 70 %分布在面粉中 ,30 % 34%在麸糠中。 钼对人体健康的影响. 钼在常温下有很好的稳定性和耐腐蚀性。广泛存在于土壤、水、空气、植物及动物组织中。钼在地壳中含量不多 ,约为 1 / 1 0 0 0, 2 / 1 0 0 0 ,丰度 (质量百分比 )为 1 . 1× 1 0 -4% ,在所有元素中居第 53位。钼的主要来源是含钼矿藏 ,如辉钼矿 (,,,2 )、钼钙矿 (,,,,,4)和钼铅矿 (,,,,,4)。至 1 9世纪 30年代才开始证实钼的生物学意义 ,先是发现微生物和植物的生长与固氮作用需要钼 ,后又发现一 2 4岁青年在长期全肠外营养条件下 ,出现的一系列症状补充钼后完全消失 ,由此进一步认识了钼是 人类又一必须的微量元素。 1 953年,,;,,,,等证实了提纯的黄嘌呤氧化酶中含有钼 ,并证实钼在哺乳类动物体内的代谢作用 ,确定钼是目前二、三过渡系列元素中唯一的生物体必需的微量元素 ,近年来又发现钼是大脑必需的 7种微量元素 (,,、,,、,,、,,、,,、，、,,)之一 ,而且迄今认为钼是一种抗癌元素。由于钼具有高度特殊的生理生化功能得到了当前生命科学研究者的关注。 钼是一种人体必需的微量元素 ,人体中含钼约为 0 .2× 1 0 -4%。钼主要通过食物链进入人体。钼是 3种不同酶系统———黄嘌呤氧化酶、黄嘌呤脱氢酶和醛氧化酶的成分 ,这些酶与碳水化合物、脂肪、蛋白质、含硫氨基酸、核酸 (,,,和,,,)及铁蛋白中铁的代谢有关。到目前为止 ,已知钼的生理功能在于通过各种钼酶的活性来实现。钼酶存在于所有生物体 ,几乎所有钼酶都含有钼辅助因子 ,通过氧化还原作用 ,积极参与钼酶的各种催化反应。人体的生化代谢过程有两种较重要的钼酶 :黄嘌呤氧化酶与亚硫酸盐氧化酶。黄嘌呤氧化酶是核酸代谢分解的黄嘌呤氧化成尿酸的必需催化剂 ,主要催化黄嘌呤羟基化 ,并形成尿酸的反应。亚硫酸氧化酶是催化含硫氨基酸的分解代谢 ,使亚硫酸盐变成硫酸盐 ,此酶缺乏时可导致儿童发育障碍 ,年轻人可表现为智力发育迟缓 ,有神经系统病变 ,多数还有晶体损害 ,这都与缺乏活性钼辅助因子有关。钼也是牙齿珐琅质的成分。食物中的钼能迅速由消化道吸收 ,量大时也可由肠道吸收 ,通过尿粪、毛发排出 ,可溶性钼的排泄十分迅速。在体内分布以肝中含量最高 ,肾其次 ,成年人含钼总量为 9,,。据资料报道 ,钼可能与骨骼和牙齿的发育有关[,钼在人体的主要作用是防止龋齿 ,促进铁的新陈代谢 ,保持男子的性能力,钼还可预防贫血和癌症。 钼作为人体必需的一种微量元素 ,对生命的正常新陈代谢是很重要的 ,缺了不可 ,多了则会出现病变。每日究竟应该供应多少钼 ,使之既能满足机体的需要 ,又能为机体提供一定的储备 ,以满足机体应急所必需的供应量呢 ?美国推荐的钼安全摄食范围从青少年到成年人每日均为 0 .1 5, 0 . 5,,,儿童 1至 3岁为 0 . 0 5, 0 . 1,, ,4至 6岁为 0 . 0 6, 0 . 1 5,, ,7至 1 0岁为 0 .1 1, 0 .3,,。美国,,,对婴幼儿、孕产妇估计的每日膳食中钼的安全和适当的摄入量如表 1 。 钼是多种酶的组成部分 ,缺钼可引起这些酶活性下降。据调查资料报道 ,缺钼导致儿童和青少年生长发育不良、神经异常、智力发育迟缓 ,影响骨骼生长、龋齿的发生率显著提高 ,而且会引起克山病(急性心肌病 )、肾结石、大骨节病和食道癌等疾病,且易患高血压、糖尿病。更为严重的是在一些低钼地区食管癌发病率高 ,机体内外环境中的钼水平与食管癌的死亡率呈负相关 ,补钼后能降低食管癌的发病率。人体钼缺乏时 ,阻止人体亚硝酸还原成氧 ,使亚硝酸在体内富集 ,将会导致癌症的发生。缺钼大大增加了,,2 毒害的敏感性 ,先天性亚硫酸盐氧化酶缺乏的小孩 ,有严重的脑损伤 ,智力发育迟缓 ,易于夭折。 1 981年,,,,,,,等报道了第一例由于长期使用完全肠外营养引起的钼缺乏症 ,病人出现心跳过速、呼吸急促、剧烈头痛、夜盲、恶心呕吐 ,继而全身水肿、嗜睡、定向力障碍 ,最后病人昏迷. 有关人钼中毒的资料极少 ,如果人体内钼过多 ,黄嘌呤氧化酶活性过多增加 ,生产尿酸过多 ,可导致痛风症。根据反刍动物慢性中毒计量推算 ,人的慢性钼中毒剂量为每公斤体重 3,, ,约每天摄入 2 0 ,,。在前苏联亚美尼亚共和国一个高钼区 ,其居民每日摄入 1 0, 2 0,,钼 ,5, 1 0,,铜 ;对照地区居民每日摄取 1, 2,, ,铜 5, 1 0,,。 362名受检成年人中有 71人具有较为典型的痛风症状 ,膝关节指跖等多个小关节受累、肿胀、疼痛 ,经常伴有关节畸形。部分有症状的人群肝大、胃肠道不适和肾受损。血清尿酸盐均比对照组高。目前 ,职业性钼中毒的报道很少。 钼的抗癌作用钼与硒、铁、碘堪称人体防癌的“四大金刚”。许多癌病 ,如食管癌、肝癌、直肠癌、宫颈癌、乳腺癌等都与缺钼有关。钼酶参与细胞内电子的传递 ,影响肿瘤发生 ,具有防癌抗癌的作用。钼离子能促进细胞内氧化还原过程 ,特别是抑制亚硝基的致癌作用。医学研究者认为钼作为催化剂而起到一定的抗癌作用 ;我国学者对钼在肿瘤发生发展中可能起到的作用进行了大量的研究。在河南林县食管癌高发区调查了钼与食管癌的关系。调查发现食管癌高、中、低发病区饮水中钠含量仅为低发区的 1 / 2 3,据测定林县居民头发中钼含量为 (44. 6? 3. 3),,/,,而信阳 (低发区 )为 (80 . 9? 4. 6),,/ , ;而且林县人群尿中肌氨酸亚硝胺 (致癌物 )含量较高。粮食样品中钼含量与食管癌死亡率呈负相关 ,与南非食管癌高发区生长的粮食严重缺钼的报道一致。高发区居民血清、尿液及头发中钼含量明显低于低发区 ,食管癌患者体内钼水平也比较低。美国俄亥俄州和坷拉瑞都州土壤内钼含量丰富 ,食管癌发病率也最低。钼的抑癌机理是个复杂的问题 ,尚不十分清楚 ,可能通过的途径是 :首先在体内减少致癌物吸收 ,加速其解毒与排泄 ;当致癌物进入靶器官时 ,钼可能起到与其竞争的作用 ,以减少对,,,大分子的侵袭和增强靶器官,,,的修复能力[1 4]。 钼与环境和饮食的关系食物中的钼与产地水土条件有密切关系 ,同一种食物的钼含量可以相差十分悬殊。我国幅员辽阔 ,气候、地形及水土条件复杂 ,食品加工和饮食习惯也多种多样 ,能影响食物中钼和其它微量营养成分的因素很多 ,正有待制定地区性食物的微量元素成分标准及主要食品来源 ,对指导人们选择食物、调配平衡膳食 ,对建康和发展畜牧业将会十分有益。钼的摄入量与膳食有关 ,钼存在于许多食物中 ,尤其是菜根、大麦、肝和豆类等。食物的含钼量 ,按每 1 0 0克所含毫克计 :肝、肾为 2 0, 1 0,,,鸡蛋为2 1, 84,,,小鸡 1 5, 60,,,鱼 3, 1 0,,,小麦胚芽 67, 1 34,, ,多叶蔬菜 4, 90,, ,花生 2 5,,。牛肉、羊肉中颇丰 ,以牛肾最高 ,每 1 0 0 ,牛肾中含钼 0 .1,,。因含钼的食物不多 ,就更须注意不要偏食 ,除素食者外 ,钼一般不会缺乏。只是在经常性长期偏食. 或食欲欠佳情况下 ,才会引起营养不均衡 ,导致缺乏某种微量元素而引起某种疾病。 因此必须减少环境污染引起的健康危害.化学物质、物理因素及致病微生物对人类生存环境的污染 ,严重威胁着人类的健康 ,因此 ,减少环境污染引起的健康危害 ,是环境与健康研究今后面临的主要问题。燃煤污染空气是中国大气质量差的一个主要原因。以高氟煤炭为燃料 ,是我国 1 7个省(直辖市、自治区 )地方性氟中毒的主要原因。全国有 82 %的人口饮用浅井水和江河水 ,水质污染严重。对贵金属矿藏的无政府开采 ,造成环境污染 ,相当严重地危害人体的健康。 人类健康面临的威胁随着工业化的高度发展和人民生活水平的不断提高 ,人类生存环境的污染程度日趋严重 ,人类健康面临的威胁也越来越大。这种威胁主要包括以下四个方面 :环境污染、生态环境破坏、营养失衡和乱服药物、补品等。 1 环境污染 环境污染包括工业三废、农药化肥和矿山产的废弃物等对环境造成的破坏。环境污染主要表现为对有关地区大气、水、土壤和食物的污染。这些污染改变了环境中包括微量元素在内的地球化学背景 ,引起了某些元素和化学物质在大气、水和土壤中的地球化学异常。环境中具有异常含量的微量元素和化学物质从不同渠道进入人体 ,在人体内逐步积累而致病。例如 :日本的水俣病 (汞中毒 ),采矿工人由于粉尘污染引起的矽肺病和印刷工人的铅中毒等。据统计 ,由现代工业所产生的化学污染物质已超过 1 0 0 0种。 2 生态环境的改变 由于大量砍伐树木和盲目垦荒 ,植被遭受严重破坏 ,结果造成水土流失 ,沙漠面积扩大 ,小范围的气候调节失控 ,生态环境严重恶化 ,灾害频仍。这在我国北方许多地区尤为突出 ,在那些地区农业生产低下 ,有时甚至颗粒无收 ,居民生存受到严重威胁 ,有时为居民和牲畜提供洁净的饮用水都很困难 ,更谈不上提高生活质量了。长江上游的林木被大量砍伐 ,引起严重的水土流失 ,江水混浊 ,河床泥砂增厚 ,结果容易导致洪水泛滥 ,使 长江两岸人民生命财产遭受严重威胁和损失。 3 营养失衡 随着改革开放的深入发展 ,人民生活水平不断提高 ,饮食习惯发生了很大的改变 ,由原来的主要摄入碳水化合物型转变为主要摄入高蛋白、高脂肪的高能量型 ,能量的摄入量与消耗量失去平衡 ,营养过剩日趋明显 ,肥胖人群的数量正在迅速增长 ,于是心脑血管病、糖尿病的发病率不断上升。例如 ,西方国家心脑血管病的死亡率由过去的第八位上升到第一位 ,其主要原因就是从不良饮食中汲取能量过剩。另一些人为了追求身材苗条而减少饮食或不食肉类 ,结果导致营养不良 ,身体虚弱而多病。当前 ,年轻人的生病比例 (尤其是女性 )正在逐步上升 ,偏食和饮食不足可能是其主要原因。 4 乱服药物、补品 随着人民生活水平的不断提高 ,对生活质量的要求也相应提高。对一些人来说 ,追求长寿、追求美容、追求享乐已成为时尚。各种长寿药品和补品、化妆品、壮阳补肾类药品等在市场上比比皆是 ,尤其是有些推销广告做得夸大其词 ,误导消费者 ,促使有些人过量服用补品 ,导致摄入的微量元素和营养素失去平衡而造成人体生理功能紊乱而致病。同样 ,有病不看医生 ,乱服药 ,这样不但往往是病未治好 ,却对身体健康造成了新的损害。 综上所述 ,环境地球化学与人体健康关系极为密切 ,随着我国工业化的高速发展 ,环境污染问题日趋严重 ,必须及早做好环境保护工作 ,确保我国人民有一个良好的生存环境 ,在此基础上达到健康长寿。