[拼音]：weiliang yuansu
[外文]：trace elements
人体中含量占体重万分之一以下 (<0.01％)的元素。或称痕量元素。人体中有元素90余种，已发现的微量元素有50余种。含量小于体重十亿分之一的元素又称为超微量元素。本文将两者泛称为微量元素。微量元素含量虽微，但与生长、发育、营养、健康、疾病、衰老等生理过程关系密切，是重要的营养素。少数微量元素的生物学作用不同或对人体有害。微量元素与生物关系的研究最早始于植物。植物生理学家最早证明霉菌的生长绝对需要锌，铁盐和锌盐可使玉米叶正常生长。1925～1956年，人们发现锌、钴、镁、钼等是家畜家禽正常发育不可缺少的营养素，缺乏时出现生长停滞、产仔困难，甚至死亡。1957～1980年相继发现，除碘、铁、锌、铜、钴外，硒、铬、钒、氟、硅、镍等也是人体必需的。对缺锌、缺硒的研究很多。微量元素与心血管疾病、肿瘤的关系也引起广泛关注。
微量元素的种类人体必需的元素可分四类：
（1）躯体结构元素，如氢、碳、氧、氮、硫、磷；
（2）宏量元素，如钠、钾、钙、镁、氯；
（3）微量元素，如铁、锌、铜；
（4）超微量元素，如氟、碘、硒、硅、砷、锰、铅、硼、锡、溴、钼、铬、钒、镍、钴等。
微量元素又分为必需微量元素和非必需微量元素。人体必需的微量和超微量元素是维持生命所必需要的，缺乏时会导致死亡或严重功能不良，有15种:铁、碘、铜、锰、锌、钴、钼、硒、铬、锡、钒、氟、硅、镍、砷（其中砷稍有争议）。非必需微量元素如汞、镉、铅、锶、铷等。这类微量元素有些对人体有害（如汞、铍、铊、锑、碲等），有些作用不明（如铝、锶、银、钛、锆等），而锂、溴、铅、镉有希望列入必需微量元素。微量元素对人体有益还是有害，很难一言而概之，因为任何一种元素的生物学作用均与其在体内的浓度（或剂量）及价态有关。
微量元素的生物学作用微量元素在体内的含量虽微，但生物学作用巨大。主要生理功能是：
（1）输送宏量元素。如含铁血红蛋白是球状大分子，每个分子含有4个铁(Fe2+)。Fe2+与卟啉环络合成血红素。血红素与珠蛋白结合成为血红蛋白单体，4个单体再组成一个血红蛋白大分子。血红素中的Fe2+是载氧功能的活性中心。
（2）生物催化作用。微量金属元素是生物体内多种酶的活性中心，常以金属酶或金属活化酶的形式参与生物体内各种复杂的生物化学反应。已知体内千余种酶大都含有 1个或多个微量金属原子，如铜、锌、锰均是过氧化物歧化酶的组分，硒是谷脱甘肽过氧化物酶的组分等。
（3）参与激素和维生素的作用。碘是甲状腺激素的组分。铬是糖耐量因子的必需成分，作为胰岛素的辅助因子起作用。钴则是维生素B12的活性中心，缺钴，则生物体内不能合成维生素B12。
（4）影响核酸代谢。核酸是细胞内遗传信息的载体，通常含有相当多的微量元素钴、铜、锌、镍、钒等。这些微量元素的失调可影响核酸的正常代谢，从而对生物体的出生、生长发育及衰老过程产生深远的影响。各种必需微量元素的生理功能、缺乏症及失调情况见表1。
金属元素的毒性作用机理大致有：
（1）置换金属元素，如摄入的过量镉可置换锌酶中的锌，使锌酶失去作用。
（2）金属离子与酶的功能基（SH、NH2、COOH、OH等）牢固结合而封闭酶的功能部位，使酶变形而失去作用。
（3）金属与核酸结合，从而封闭了遗传信息传递，破坏其正常功能，导致基因突变。
（4）金属与细胞膜的磷酸结合，改变了膜的通透性。破坏细胞或细胞器的正常代谢。
微量元素的生物学作用（有益还是有害）与元素本身的理化性状有关，如三价铬(Cr3+)是必需元素，而六价铬(Cr6+)则为有毒或致癌元素，又与该元素在其作用部位的浓度（通常以剂量表示）密切相关，必需微量元素摄入量低于一定剂量时，则出现缺乏症；摄入量提高到适宜范围时，则该元素在机体内的生理功能可达最佳状态；摄入量超过一定范围，则可导致中毒或死亡。这就是必需微量元素的生物学剂量──反应规律。人们有时处于边缘性缺乏状态，这可能是某些疾病的风险因素（如肿瘤病人常处于边缘性缺硒状态）。非必需微量元素在低剂量时，机体对之能耐受，随着剂量的升高，则可出现中毒或死亡。
微量元素的来源人体内的微量元素来自外环境，有两个来源：
（1）地壳的岩石层。岩石经过几亿万年的风化、淋溶及生物作用变为土壤，其中的化学元素通过土壤、水、空气、植物及动物进入人体。因此生物体的化学组成与其生存的地质环境有十分密切的关系。如高氟环境常发生过量氟摄入引起的地方性氟斑牙及氟骨症，缺碘环境常发现缺碘引起的地方性甲状腺肿及克汀病。
（2）工业污染。矿石(特别是金属矿石)的开采、冶炼及利用过程使原来深埋于地层下的有毒金属或非金属通过污染的空气、土壤、饮水及食品进入人体。金属元素在外环境很少降解，并能通过食物链在生物体内蓄积、富集并转化为毒性更大的有机金属化合物。如甲基汞污染始于无机汞污染，而引起水俣病。成人每日膳食中微量元素的需要量见表2。
微量元素在机体内的代谢
环境中的微量元素可通过消化道、呼吸道及完整的皮肤进入人体，多数通过食物及水进入人体。全胃肠道（主要在小肠中段）均可吸收微量元素。影响元素吸收的因素很多，如元素本身的理化性状、胃肠道内食物组分及pH环境、机体的生理或病理状态等。中国人的膳食中铁和锌并不缺乏，但由于主要食物谷类、菜类中的植酸及纤维素等均能阻碍其吸收利用，故中国儿童及孕妇中缺锌综合征或缺铁性贫血常见。改进膳食结构，适当增加肉类，可提高铁的生物利用率。
微量元素吸收进入血液，通常与特异的载体转运到身体的特定部位，如运铁蛋白可运载铁，血浆铜蓝蛋白运载铜等。微量元素在体内的分布不均匀，如碘主要蓄积在甲状腺内，氟主要蓄积在骨、牙等硬组织。通常多数微量元素蓄积于肝、肾等实质性脏器内；一部分通过粪、尿、汗、呼出气排出体外。从尿排出的元素有碘、氟、硒、钴、汞等；从粪便排出体外的元素有铁、铝、锰、铜等。元素摄入量不足时，机体可增加肠道吸收，减少排泄；反之，摄入量过多时，机体可减少肠道吸收，促进排泄，来维持体内该元素浓度的相对稳定。各元素在体内有“贮存库”，借以调节其血浓度，如氟的贮存库为骨骼，氟摄入量过多时，血氟可转移到骨骼中贮存；一旦摄入停止或不足，则骨氟又可转移到血液中，以维持适宜的血氟水平。但这种内稳态调节的作用只限于必需元素，调节能力有一定限度。当环境剧烈的变化超过机体内稳态调节能力时，则平衡失调，可出现代谢异常或疾病。
微量元素的相互作用2价铁可阻碍锌的吸收，高锌可减弱镉的毒性;反之，镉的增加能引起锌的缺乏。硒与汞也有抗拮作用，硒化合物可以削弱烷基汞的毒作用。硒又与维生素 E有联合作用。钙离子可与过量氟形成不溶性化合物，从而减少肠道氟的吸收。
金属硫蛋白在微量元素体内代谢调控及重金属中毒机理方面具有重要作用。当重金属进入机体后，在肝、肾、肠、脾及皮肤等组织内可合成金属硫蛋白。其生物学作用可能是：
（1）贮存。细胞内锌、铜浓度过高时，可诱发金属硫蛋白的合成（其中含有大量铜、锌），从而防止过量锌、铜对细胞膜、酶等敏感部位的毒性作用。
（2）运输。可为某些酶提供锌和铜。
（3）解毒。动物试验发现镉一次大量投入可引起中毒症状，而少量多次投给（总量超过上述中毒量的7倍），仍不引起中毒症状。原因可能是镉与硫蛋白结合成金属镉蛋白，将镉以无害的形式封存于细胞内，从而降低了镉的毒性。
生物监测可利用人体生物材料（血、发、尿、脏器等）中微量元素的接触水平来评价外环境该元素的总暴露水平（空气、饮水、食品及生活日用品中等元素含量的总和），或评价该元素对机体的健康效应。因为人体组织及脏器内微量元素的含量很低（百万分之几或十亿分之几），而且变异因素很多，如果样本缺乏代表性或稍有损失或污染，都可能在测试结果中出现巨大误差而导致错误的结论。为此，要求从监测对象及样本的选择、采样、运输、保存、分析方法及仪器选择、数据处理及解释等全过程采取一系列科学技术措施来保证测试结果的准确可信及可比性，这就是质量保证。为保证实验室样本分析的准确性及精确性而采取的措施即为质量控制。目前国际上采用标准参考物 (SRM)的方法来控制分析质量。 SRM中的元素含量均为已知准确而稳定的鉴定值或参数值。中国目前已研制成功并可提供应用的生物标准参考物有桃叶、茶、镉米、猪肝粉、小麦粉、血、发、尿及党参等(见铅中毒、汞中毒、镉中毒、砷中毒)。
- 参考书目
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- 苏引：对微量元素营养的再认识，《哈尔滨医科大学学报》，6:(1～6)，1987。