微量元素與生命科學(xué)

微量元素研究是關(guān)系到中華民族復興強盛的大事

“古羅馬興盛打敗古埃及，掠奪大量的鉛鋅合金為宮廷打造各種餐飲器具，供王公貴族使用，結果權貴們生怪病、不生育，“鉛元素導致古羅馬消亡”。近代，“日本”國土小，人矮小，天皇很傷心。文革期間在東海長(cháng)江口撈 “攀枝花鋼廠(chǎng)倒到金沙江的鋼碴”。經(jīng)分析鋼碴：釩、鈦、鈷、鎳含量比天然礦石高出很多倍。改革開(kāi)放了，日本指名買(mǎi)：含硒的四川魔芋，富鉬的紹興加飯酒，在內蒙要買(mǎi)整個(gè)中華麥飯石山，擬搬運到日本�，F在日本人不矮了。所以，微量元素研究是關(guān)系到中華民族復興強盛的大事�！盵1]

——陳祥友

微量元素研究已經(jīng)滲透到生活的方方面面，尤其是與生命科學(xué)緊密相連，更體現出其實(shí)用價(jià)值。

一、微量元素簡(jiǎn)介

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

1.巖石中的微量元素

巖石中微量元素基于地球化學(xué)行為可分為：稀土元素（REE）：原子序數57-71的鑭系元素在地球化學(xué)上又稱(chēng)之為稀土元素，包括：La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu;鉑族元素（PGM，原子序數從44至46以及76至78），如果包括金也稱(chēng)之為貴金屬元素，包括：Ru,Rh,Pd,Os,Ir,Pt,(Au);過(guò)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(chǎng)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(chǎng)強元素（LFSE）又稱(chēng)大離子親石元素(LILE)，包括：Cs, Rb, K, Ba, Sr,二價(jià)Eu和二價(jià)Pb。

2.人體中的微量元素

人體是由６０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(lèi)。凡是占人體總重量的0.01%以上的元素，如碳、氫、氧、氮、鈣、磷、鎂、鈉等，稱(chēng)為宏量元素；凡是占人體總重量的0.01％以下的元素，如鐵、鋅、銅、錳、鉻、硒、鉬、鈷、氟等，稱(chēng)為微量元素（鐵又稱(chēng)半微量元素）。微量元素在人體內的含量真是微乎其微，如鋅只占人體總重量的百萬(wàn)分之三十三。鐵也只有百萬(wàn)分之六十。

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(guān)。它們的攝入過(guò)量、不足、或缺乏都會(huì )不同程度地引起人體生理的異�；虬l(fā)生疾病。微量元素最突出的作用是與生命活力密切相關(guān)，僅僅像火柴頭那樣大小或更少的量就能發(fā)揮巨大的生理作用。值得注意的是這些微量元素必須直接或間接由土壤供給。根據科學(xué)研究，到目前為止，已被確認與人體健康和生命有關(guān)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、硅、鍶、硼、銣、砷等。每種微量元素都有其特殊的生理功能。盡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(huì )出現疾病，甚至危及生命。如缺鋅可引起口、眼、肛門(mén)或外陰部發(fā)紅、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。國外曾有報道：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(cháng)細菌感染，而且感染后的死亡率亦較高。微量元素在抗病、防癌、延年益壽等方面都還起著(zhù)不可忽視的作用。

二．微量元素研究的應用及前景[2]

中國的微量元素研究涉及的學(xué)科面廣，技術(shù)面深，積累的數據和資料豐富，獲得的經(jīng)驗和創(chuàng )見(jiàn)多多。20多年來(lái)的研究和實(shí)踐為今后的深入探討、實(shí)驗應用和理論創(chuàng )新奠定了扎實(shí)基礎。近十年來(lái)，微量元素研究主要集中在金屬離子活化酶的領(lǐng)域及金屬蛋白的結構、性質(zhì)、功能和生化反應機理方面。用最新的生化理論設計某些金屬離子的配合物的催化反應模型，以探索生命金屬元素在生物體中的存在方式、狀態(tài)及對生命運動(dòng)的作用機理 ，諸如基因轉移、氧化還原或水解過(guò)程。

（一）微量金屬離子在醫學(xué)中的應用

微量元素的研究成果表明，人體必需的金屬離子主要是以配合物的形式存在于人體內，它是控制體內正常代謝活動(dòng)的關(guān)鍵因素。但是，人體必需的金屬元素在體內的存在量有嚴格的濃度范圍，嚴重的缺乏或過(guò)量都會(huì )引起疾病。

1.微量元素銅鋅與癌癥

研究表明，90％以上的癌癥與環(huán)境有關(guān)，病人癌組織的微量元素譜往往發(fā)生變化，其中銅鋅與癌癥的關(guān)系最為重要，對肝癌 、胃腸道癌 、女性生殖器官腫瘤等多種腫瘤患者的血清分析都得出一致的結論：惡性腫瘤患者血清中 Zn／Cu比值明顯低于正常人，而進(jìn)行手術(shù)摘除惡性組織或藥物治療后，患者血清中Zn／Cu比值回升。因此，有人認為血清中的Zn／Cu可反映腫瘤惡性程度及判別患者愈后狀況。

2.微量元素與眼科

目前，微量元素與眼科研究主要集中于微量元素在白內障發(fā)生、發(fā)展中所起的作用。白內障患者晶體中Zn、Cu含量較正常晶體含量少，Ca、Se含量增加，血清中鋅含量減少，Mg、Ca含量增加。

3.微量元素鈷和鐵

鈷是維生素 B12分子的一個(gè)必要組成部分。維生素 B12能促進(jìn)紅血球的增加和肌肉蛋白的合成。根據實(shí)驗，如果草飼料中缺少鈷，將會(huì )引起嚴重的脫毛癥，然而，只要在飼料中加入微量的鈷 (每晝夜 1mg)便可治好脫毛癥。

鐵：大多數動(dòng)物的血是紅色的，它的紅色是由含鐵的血紅蛋白造成的。Fe2+被四個(gè)氧原子所配位，剩下兩個(gè)位置，其中一個(gè)為蛋白質(zhì)分子組氨酸的氮原子所占據，另一個(gè)被O2或 H2O所占據。由于配位在 Fe2+上的 02和H20是可互換的，所以血紅蛋白在肺部結合氧，然后隨血液輸送到體內需氧部位，在那里 02又被H20取代出來(lái)。鐵的正常代謝過(guò)程受到許多疾病干擾．尤其是鐵與血液疾病密切關(guān)聯(lián)。

4.微量元素與免疫

必需微量元素如 Zn、Mn、Cu、MS、Se缺乏時(shí)，免疫器官發(fā)生萎縮，體液免疫和細胞免疫降低；Fe、Zn、Cu缺乏時(shí)，T細胞數減少，功能也低。許多有害的微量元素如 Cd、Pb、As、Hg 等有增加對病毒及細菌易感性、抑制抗體產(chǎn)生的作用 。

5.微量元素與出生缺陷

微量元素缺乏或過(guò)多可導致各種出生缺陷。目前經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗及臨床研究發(fā)現的致畸微量元素有Fe、Zn、Cu、Se、Mn、F、V、Mo、 Ni、Cr、 Al、 Li、Cd、Hg、Pb、Ti、In、Ga、U等元素或其化合物，可由母體經(jīng)胎盤(pán)主動(dòng)或被動(dòng)擴散方式進(jìn)入胎影響胎兒的正常生長(cháng)發(fā)育，其中 Ci、Hg、Tl、Se有對人類(lèi)致畸的報導。

6.化學(xué)法模擬生物固氮

生物體內的反應都是在酶的催化下進(jìn)行的，在不少酶分子中含有金屬離子，固氮酶含于固氮細菌內，其功能是在無(wú)氧條件下將分子氨轉化為氨或銨鹽。固氮酶主要由鈷鐵蛋白和鐵蛋白組成，前者的功能是結合底物氮分子，而后者則起貯存和活化電子的作用。一種蛋白質(zhì)除含鐵外，還含有鉬，叫鈷鐵蛋白；另一種蛋白質(zhì)含有鐵，稱(chēng)鐵蛋白。它們在固氮催化過(guò)程中起著(zhù)決定性作用。固氮酶能在常溫常壓下將氮轉化為氨。目前，地球上植物生長(cháng)所需的氮肥，估計 88％是由自然界植物固氮作用所生成的。因此人類(lèi)能模擬固氮酶固氮，要比人工合成氨省能源、省材料。模擬生物固氮是一個(gè)具有遠大經(jīng)濟意義和科學(xué)價(jià)值的重要課題 ，現已處于實(shí)驗室階段。倘若將生物功能原理應用于化學(xué)，改善現有的化學(xué)工藝，必將創(chuàng )造出嶄新的化學(xué)工程，專(zhuān)家們預測：2l世紀將是生物無(wú)機化工的時(shí)代。

從營(yíng)養學(xué)的角度講，飲食應講究合理的膳食結構，除要保證充足能量供應外，還需要有足夠的維生素和適量的微量元素，所以彌補生命必需的營(yíng)養元素是至關(guān)重要的。消費者應注意維生素及微量元素并不是一般意義上的“補藥”越多越好。應根據自身的地域、身體等情況合理選用，要有針對性地補；否則，不加選擇地大量亂用絕不會(huì )起到營(yíng)養的效果，甚至還會(huì )引起副作用。生物無(wú)機化學(xué)的發(fā)展 ，為應用生物學(xué) 、無(wú)機化學(xué)原理解決微量元素學(xué)的問(wèn)題 ，提供了理論基礎 ，而微量元素學(xué)中某些生物 、化學(xué)問(wèn)題的解決 ，又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了生物無(wú)機化學(xué)的發(fā)展，隨著(zhù)生物無(wú)機化學(xué)、分析化學(xué)的發(fā)展， 必然會(huì )帶來(lái)微量元素學(xué)的飛速發(fā)展。

總之，微量金屬元素與人體健康的關(guān)系是密切而錯綜復雜的，微量元素主要通過(guò)和有機物形成生物大分子來(lái)發(fā)揮其生理功能。因此，分析體液或組織中微量金屬離子可能成為一個(gè)重要的診斷方法。專(zhuān)家們預言：未來(lái)的醫學(xué)，必將是以元素類(lèi)藥物主要藥物，以元素醫學(xué)為核心的醫學(xué)。

（二）微量元素肥料在農業(yè)上的應用

農作物的生長(cháng)發(fā)育，不僅需要常量營(yíng)養元素，而且還需要如Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B等微量元素 ，這些微量元素和氮 、磷 、鉀 三要素同等重要 ，不可代替。由于農作物產(chǎn)量大幅度提高，只施常量元素化肥 ，不增加有機肥料用量 ，就有可能導致某些微量元素的缺乏。例如南方某些地方因土壤缺硼 ，油萊表現為花而不實(shí) ，嚴重時(shí)植株死亡 ，造成絕收；黑龍江嫩江地區曾因土壤缺硼發(fā)生過(guò)大面積春麥“不稔”現象，嚴重地降低了產(chǎn)量。這說(shuō)明農作物對硼的需要量雖然根少 ，但不可缺少 ．因為各種必需的營(yíng)養元素從缺乏到過(guò)量之間的臨界范圍狠窄，缺乏或過(guò)量都將對作物產(chǎn)生嚴重危害。微量元素對植物生理所起的作用愈來(lái)愈為人們所矚目，例如，植物一旦缺鐵，葉子就發(fā)黃，枝干變得干枯，光合作用銳減，這樣，產(chǎn)量將會(huì )大大下降；盆栽花卉和果樹(shù)如果多年生長(cháng)在同一塊地上，更容易得這種植物缺綠癥。對染上缺綠癥的植物，直接追施硫酸亞鐵等無(wú)機鹽，往往沒(méi)有效果。這是由于土壤 PH值變化影響了肥效。如果在其根部淋灑些鐵的EDTA的配合物 ，效果就會(huì )好得多，這是由于此配合物在水溶液中的穩定性較高，不易離解 ，鐵離子不會(huì )因為土壤的酸堿度波動(dòng)而產(chǎn)生沉淀 ．仍能為植物提供充足的可溶性的鐵離子。根據這一思路研制了多種農用配合物作為特種肥料，因此各種新型肥料 、長(cháng)效肥料 、各種添加劑就相繼問(wèn)世。我國的腐植酸資源豐富，應多使用腐植酸類(lèi)配合劑。

三．微量元素研究對生命科學(xué)的重要意義[3]

中國20年來(lái)的經(jīng)驗證明，微量元素研究是關(guān)系國計民生的大事，微量元素平衡是人民健康長(cháng)壽的保證，微量元素實(shí)踐是發(fā)展科學(xué)的重要前提。開(kāi)展微量元素研究對中國物質(zhì)文明和科學(xué)文化的發(fā)展具有重要理論意義和實(shí)際意義。

（一）地方病流行問(wèn)題

大量調查已弄清，中國克山病、大骨節病主要分布于東南濕潤地帶向西北干旱、半干旱地帶之過(guò)渡地帶，形成一條從東北至西南走向的帶狀區，在帶狀區內病區呈不連續灶狀分布。這一地區的土壤-動(dòng)物、植物-人體系統處于低硒循環(huán)狀態(tài)，病區硒水平又低于非病區 (中國科學(xué)院地理研究，1982)。中國地方性甲狀腺腫主要與環(huán)境中碘含量異常有關(guān)，全國201個(gè)地區 (其中包括碘缺乏、碘正常和碘過(guò)剩的地區)飲水碘含量經(jīng)對數轉換后與甲狀腺腫患病率呈明顯的拋物線(xiàn)圖式，以患病率5％作為病區劃分標準，可以大致定出飲水的最適碘質(zhì)量濃度范圍為10～300μg／L，飲水碘質(zhì)量濃度低于10 μg／L或高于300 μg／L的地區，甲狀腺腫患病率均升高，質(zhì)量濃度愈低或愈高，患病率愈高 (王明遠，1985)。中國地方性砷中毒主要有兩種類(lèi)型。飲水型地方性砷中毒分布于8個(gè)省、市、自治區(新疆、山西、吉林、寧夏、青海、安徽、內蒙古、北京)40個(gè)縣(旗)市，砷中毒患病率與飲水砷最高濃度之間有顯著(zhù)的劑量-效應關(guān)系。燃煤型地方性砷中毒主要分布于2個(gè)省 (貴州、陜西)8個(gè)縣市，砷中毒的發(fā)生與燃煤釋放的砷污染有關(guān) (金銀龍，2003)。地方病主要出現于地表元素缺乏或過(guò)剩的生物地球化學(xué)區內，有人把這種引起生物與環(huán)境化學(xué)平衡破壞的地區歸納為八種成因類(lèi)型，王明遠 (1985)已根據考察數據和文獻資料編制成中國元素缺乏和過(guò)剩的生物地球化學(xué)區分布圖，包括缺硒、缺鉬、缺鋅、缺銅、缺硼、缺碘區和富硼、富砷、富氟、富硒、富碘、富鉈區，以及土壤鹽分累積地區。我國還編篡出版了《中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集》(中華人民共和國地方病與環(huán)境圖集編篡委員會(huì )，1989)。

（二）有害物質(zhì)排放問(wèn)題

除職業(yè)性暴露外，我國一般人群受重金屬污染的情況也相當嚴重。這主要來(lái)源于工業(yè)廢水的排放和通過(guò)大氣的釋放。20世紀80年代初期，中國工業(yè)廢水每年的汞、鎘、鉛、砷排放量分別達62、256、3006、 1200 t，到20世紀末，雖然這些有害物質(zhì)的年排放量已分別降到 l1、179、889、777 t，但從1981年到2000年，20年內汞、鎘、鉛、砷的累積排放量已達529、3296、28717、22792 t(《中國環(huán)境保護》編委會(huì )，2000)。重金屬的廢水排放將直接影響飲用水源，我國地表飲水的汞、鎘、鉻、鉛污染已相當普遍(刁維萍，2004)。關(guān)于有害物質(zhì)的大氣排放問(wèn)題，可以燃煤為例加以說(shuō)明。中國是產(chǎn)煤大國，煤不僅供家庭煮飯取暖之用，也是中國能源的主要來(lái)源(占中國總能源的75％左右)。從1978年到1994年，我國煤的消耗量逐年增加，1995年煤耗量已達1978年的3倍。燃煤釋放的砷是我國地方性砷中毒的重要原因 (燃煤型地方性砷中毒占中國地方性砷中毒總受影響人口的14％)，更是中國汞污染的重要來(lái)源。據估計，1995年各類(lèi)燃煤向大氣排放的總汞量達214t，從1978年到1995年，累積排放總量更高達2493 t，每年以4.8％的速度增加 (王起超，1995；Zhang，2002)。有些省份1995年的大氣汞排放量高達20 t以上，如山西 (29．88 t)、貴州 (22.58 t)、河南 (19.99 t)，有些工業(yè)化水平較高、人口較多的城市，每年每104m2地區的汞排放量高達2t以上 (如上海、北京、天津)，有些省份也達1～2 t。

（三）健康長(cháng)壽的保障

營(yíng)養的評估和監督：調查揭示了當前我國營(yíng)養和衛生方面存在的問(wèn)題：我國參考人鈣、鋅、硒攝入量偏低，鉛、鎘、錳和鈉的攝入量又過(guò)高，尤其是近年來(lái)鉛、鎘和汞攝人量的升高，應當引起重視 (諸洪達，2000)。在人體調查中，發(fā)現我國兒童鈣、鋅水平均偏低，據1995～2000年全國17省市33個(gè)城市55篇文獻數據，中國兒童平均缺鋅率為47.4％，缺鈣率為31.4％。兒童缺鐵的情況也相當嚴重，例如，江西省婦幼保健院檢測了634例0～3歲門(mén)診兒童血液樣品，發(fā)現有65.6％的血鐵值低于正常值下限 (聶忠華，2003)。在中國人的膳食結構中，肉類(lèi)在微量元素攝入量中是占第三位(如鉀、鐵、碘、硒、鉻)，甚至第二位(如鋅)的重要因素。但近年來(lái)，我國也陸續發(fā)現動(dòng)物微量元素缺乏癥或中毒癥的流行：硒缺乏和氟中毒已在全國范圍內造成危害；新疆20個(gè)地區流行羔羊銅缺乏癥，發(fā)病率高達80％以上；內蒙古巴盟地區流行的綿羊脫毛癥，發(fā)病率達50％～60％；十幾個(gè)省市流行過(guò)畜禽缺鋅癥。有些地區豬的碘缺乏發(fā)病率達39％，綿羊達60％，牛犢高達70％～80％，母畜流產(chǎn)率達47％ (李光輝，2004)。家畜、家禽的微量元素缺乏，也直接影響人體的微量元素平衡。疾病的篩選和診斷：微量元素分析有可能為疾病，特別是疑難疾病做出預報或診斷。1990年，徐輝碧研制成“云錫礦工肺癌風(fēng)險人群微型計算機預報系統”，對342名礦工進(jìn)行監測，預報肺癌的準確率達94％。頑癥的預防和治療：許多疾病，特別是一些帶有地區性特征的微量元素缺乏病，可通過(guò)人群服用補充劑或提高谷物質(zhì)量的辦法加以預防或糾正。以硒為例，山西林縣29584名普通人群通過(guò)5年補充胡蘿卜素、維生素E和硒酵母，使胃癌發(fā)病數降低16％，癌總發(fā)病數降低8％，胃癌死亡數降低20％，癌總死亡數降低13％(諸亞君，1997)。江蘇啟東通過(guò)作物噴灑亞硒酸鈉使玉米和元麥硒含量均提高6倍左右。

（四）土壤與惡性腫瘤

惡性腫瘤 80％～90％與環(huán)境因素有關(guān)，有些腫瘤具有明顯的地區性特征，如江蘇啟東的肝癌、太行山區及川西北地區的食管癌等等(馮子道，1987)。劉延芳(1993)測定了江西省30個(gè)縣、市土壤中6種元素含量，結合8種惡性腫瘤死亡率資料進(jìn)行統計分析，發(fā)現硒與結腸癌、直腸癌、肺癌死亡率呈顯著(zhù)負相關(guān)；砷與胃癌、肝癌呈顯著(zhù)負相關(guān)，而與乳腺癌呈顯著(zhù)正相關(guān)；鉬與直腸癌、宮頸癌呈顯著(zhù)負相關(guān)；錳與直腸癌呈顯著(zhù)正相關(guān)；鈷與食管癌、直腸癌呈顯著(zhù)正相關(guān)；錫與胃癌、肝癌、食管癌呈顯著(zhù)負相關(guān)。曾昭華(2002)利用江西省91個(gè)縣、市土壤l8種元素含量和各類(lèi)癌癥死亡率資料，研究了兩者的相關(guān)關(guān)系和相對危險度，發(fā)現癌癥死亡率高低與許多微量元素的豐缺有關(guān)，如胃癌死亡率隨土壤鈷、銅、鈦、鉻、鎳、硼、釩、鐵含量增高而上升，隨錫、鉛、鈹、氟含量增高而下降，有較明顯的劑量-效應關(guān)系，與鈹和氟的關(guān)系更為明顯；結腸癌死亡率隨土壤鉻、鈷、釩、鎳、銅、鈦、汞含量增高而上升，隨錫、鈹含量增高而降低。曾昭華(2002，2003)還對土壤化學(xué)元素與癌癥的相關(guān)性作了分類(lèi)探討，對癌癥與土壤重稀土、癌癥與土壤鍶的關(guān)系作了進(jìn)一步研究。其他研究也表明，江蘇啟東肝癌高發(fā)與缺硒有關(guān)；山西林縣等太行山區食管癌高發(fā)區，土壤中銅、鉬含量比低發(fā)區低30％～40％；四川閬中、鹽亭等川西北地區食管癌高發(fā)區，土壤和飲水中銅、錳、鎂含量偏低。

四、微量元素研究現狀及展望

自從地球上出現生命以來(lái)，它經(jīng)歷了幾十億年的演化過(guò)程，已達到至精至靈的地步。生命本身蘊藏著(zhù)無(wú)盡的奧秘，僅有數百年發(fā)展史的人類(lèi)近代科學(xué)與生命體的優(yōu)良機制相比，真可說(shuō)是望塵莫及。

在生命科學(xué)的研究中，以生物元素及其化合物為對象的生物無(wú)機化學(xué)占有重要的地位。微量金屬元素參與了人體中50％～70％的酶組分；構成體內重要的載體和電子傳遞系統；參與某些激素和維生素的合成；與某些原因不明的疾�。ㄈ绨┌Y和地方�。┫嚓P(guān)等。隨著(zhù)分子生物學(xué)、超微量分析和結構測試技術(shù)的發(fā)展，人們研究了生物體內金屬元素存在的狀態(tài)、結構及其生物功能。微量元素研究作為生物無(wú)機化學(xué)的重要分支，已經(jīng)以蓬勃的活力向生命科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域交叉、滲透而迅速發(fā)展，并獲得實(shí)際應用。應用最廣泛的領(lǐng)域是醫學(xué)，從地方性疾病、心血管病、免疫功能失調、某些腫瘤至新藥物和營(yíng)養素，從減輕病狀至增進(jìn)健康和防止衰老，無(wú)處不顯示出生命微量元素的活力。有人預言：微量元素不“微”，它將與抗生素、維生素、激素并駕齊驅?zhuān)瑸槿祟?lèi)健康做出新貢獻。今日人類(lèi)對于自身命運的重視，隨著(zhù)新世紀的降臨而愈加突出。

我國的微量元素研究具有密切聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)，綜合運用了生物無(wú)機化學(xué)和基礎醫學(xué)科學(xué)等有關(guān)的方法、觀(guān)點(diǎn)、理論，不少研究課題都來(lái)自生產(chǎn)和生活實(shí)踐，并取得了可喜的成果。人類(lèi)在21世紀將面臨諸如全球性污染、天然資源和能源耗竭、人口膨脹等嚴重影響生存的各種難題，為促使這些問(wèn)題得到解決，就需要加強生命科學(xué)各前沿領(lǐng)域的研究，積極開(kāi)展微量元素的研究工作正是適應了國內外的這種發(fā)展趨勢。

當前比較活躍的方面有哪些？

（一）微量元素與地方病

目前，我國患各種地方病的病人多達6 000多萬(wàn)，威脅農村的大片人群。其中克山病、大骨節病和某些地方性癌癥與環(huán)境低硒有關(guān)。采用補硒的防治方法，使克山病的發(fā)病率從13％降低至0.02％，這是我國科學(xué)家使用微量元素征服疾病的創(chuàng )舉。流行于28個(gè)省、市的地方性氟中毒，經(jīng)查明是飲水或食物中的高氟量所致�，F有1000多萬(wàn)智力殘疾人的地方性甲狀腺腫和克汀病是缺碘引起的；還有高碘地區地方性甲狀腺腫，其中以患克汀病的兒童癡呆、畸形的危害為大。中國政府于1993年制定了《中國2000年實(shí)現消除碘缺乏病規劃綱要》，并已全面施行食鹽加碘的措施。還有環(huán)境高砷引起的砷中毒、可能與硫酸鹽和鎂過(guò)多有關(guān)的新疆“伽師病”等等。鑒于這些地方病的病因和發(fā)病機制尚未被充分徹底的認識，我國有關(guān)專(zhuān)家建議對非金屬元素硒、氟、碘、砷以及硅酸鹽、磷酸鹽等予以更多的關(guān)注。法國醫學(xué)家預言：目前存在著(zhù)一種能制造血液、但尚未被人知曉的生物領(lǐng)域，這就是植物。他們發(fā)現，玉米、油菜、煙草中含有類(lèi)似人體的血紅蛋白基因，如加入微量的鐵原子，就可造成人體所需的血紅蛋白。人體血液主要由血漿、血球和血小板三種成分組成，血紅蛋白則是血球的重要組成部分。這項試驗如獲成功，它將為人類(lèi)提供取之不盡、用之不竭的血源。這種“植物源血液”不會(huì )給人體帶來(lái)因輸血而感染的肝炎、艾滋病等疾病，也不會(huì )出現人體免疫系統的排異問(wèn)題。這樣血液的問(wèn)世，對廣大缺鐵性貧血病患者和輸血病人，將是莫大的福音。

（二）微量元素與癌癥

微量元素與腫瘤的發(fā)病、防治存在著(zhù)密切的關(guān)系。從有關(guān)腫瘤的流行病學(xué)研究，從器官、細胞進(jìn)而分子水平的動(dòng)物實(shí)驗，以至人體臨床試驗都已證明，體內硒、銅、鋅、鉬、鐵、碘、錳、鍺等多種微量元素的多寡和比例失衡與否，在很大程度上影響著(zhù)腫瘤的產(chǎn)生、發(fā)展及其防治和預后。其中許多研究成果已開(kāi)始用于腫瘤及其癌前病變的預防和治療，前景令人鼓舞。硒和鋅、鎂、鉬、銅可以抑制癌癥的發(fā)生。在我國江蘇省啟東肝癌高發(fā)區，用硒防癌已獲得實(shí)際效果。有關(guān)硒的防癌機理存在幾種認識，較為重要的是含硒的谷胱甘肽過(guò)氧化物酶具有破壞體內過(guò)氧化物，從而保護細胞膜免受損傷的作用。鋅則是參與超氧化物歧化酶的組分，可阻滯細胞脂膜過(guò)氧化而防癌。對鋅的其他研究也頗活躍。 我國的補硒預防肝癌項目經(jīng)16年艱苦研究后證實(shí)，補硒可使肝癌發(fā)生率下降35％，使有肝癌家族史者發(fā)病率下降50％，并能阻斷乙肝病毒表面抗原攜帶者發(fā)生肝癌，阻抗人群中病毒性肝炎的傳播。最近國外研究也同樣證實(shí)補硒可使人群中肝癌、肺癌和結腸癌的發(fā)病率降低40％～50％。硒顯示為微量元素群中最具抗癌力的主攻手。在抗腫瘤化學(xué)藥物中，用得最多的是順鉑型配合物，例如順式二氯三氨合鉑[Pt（NH3）2Cl2] 等。在非鉑抗腫瘤配合物方面，鍺有機化合物和錫有機化合物的抗癌活性，以及它們的合成、表征、藥理、構效關(guān)系的研究也值得重視。此外，鈦、鋇、鐵、鈷、銅和鉬等的相應配合物都有一定的抗癌作用。稀土放射性同位素已被用來(lái)診斷和治療腫瘤，例如90Y治療前列腺癌和乳腺癌，169Yb廣泛用于大腦、肝、肺、骨等癌癥的診治。有致癌作用的元素（大量時(shí)）有鎳、鉻、砷、鐵；可疑的有鈹、鎘、鈷、鈦、鋅等；有促癌作用的是銅、錳等。由動(dòng)物實(shí)驗還得到硒、鋁、銀、汞都有致癌作用。上述元素的作用機制和條件尚未清楚，由于鋅和硒已在較大范圍內作肥料和防治疾病使用，故對它們的潛在危險應充分弄清。

(三)農業(yè)用微量元素

我國許多地區施用鋅、錳、硼、銅、鐵等微肥，稀土元素近年來(lái)也已廣泛使用，增產(chǎn)效果明顯。由于在農業(yè)上使用的微量元素可直接通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，則需對這些微量元素進(jìn)行深入探究。經(jīng)初步衛生毒理學(xué)試驗得知，稀土毒性雖低，但從它們能與生物分子作用以及長(cháng)遠效果考慮，仍應查明稀土化合物的生物安全性；在糧食、肉類(lèi)等食物中的存在狀態(tài)；在動(dòng)、植物和人體內的吸收、運轉、變化形式，與不同配體的關(guān)系；對多種酶或酶原的激活和抑制作用，以及稀土化合物的藥理性質(zhì)等。目前，在某些地區已在應用微量元素飼料。如何使這種飼料既能收到經(jīng)濟效益，又不致給人體帶來(lái)潛在危害，是擺在我們面前的重要課題。鑒于我國是稀土礦藏豐富的國家，那么致力于解決如何充分發(fā)揮稀土元素的科學(xué)與生產(chǎn)效益這個(gè)問(wèn)題，也就成了極具現實(shí)意義的研究課題。

（四）微量元素的營(yíng)養與毒性

英國Hamilton等人在研究人體血液與地殼物質(zhì)的化學(xué)組成后，發(fā)現人體血液的化學(xué)元素組成不僅與海水成分相似，而且各元素的豐度分布趨勢也有很大的類(lèi)似性。這種相關(guān)性表明，人體與環(huán)境的物質(zhì)循環(huán)和能量交換存在著(zhù)穩態(tài)平衡。 本書(shū)作者等關(guān)于生命活細胞與過(guò)渡系元素等生物學(xué)相關(guān)性的研究，則從動(dòng)態(tài)實(shí)驗有力地支持了這一觀(guān)點(diǎn)。鑒于生命與自然環(huán)境表現出如此息息相關(guān)的依存關(guān)系，他們認為人體內存在著(zhù)一個(gè)廣泛平衡的生物元素三維圖譜，它包括微量元素平衡在內的調控系統。一旦這個(gè)平衡遭到外來(lái)因素的破壞，使得某種元素不適于平衡量的上、下閾值時(shí)，人的健康就會(huì )受到影響或損害。因而必須通過(guò)食物和藥物的添補進(jìn)行調理，使之恢復生物元素譜的多元平衡關(guān)系，以復原體內正常進(jìn)行著(zhù)的種種生物化學(xué)反應。人們除了注意微量元素與地方病、與癌的相關(guān)性以外，還對內分泌、心血管、肺氣腫、腎功能、免疫缺陷、白內障等其他疾病進(jìn)行了某個(gè)元素或多個(gè)元素與發(fā)病相關(guān)性的研究。應當指出，膳食中如缺乏氨基酸、維生素和無(wú)機鹽，可能會(huì )誘導或抑制微粒體酶，從而改變有毒化學(xué)物的生物轉化速率，也能影響細胞膜的功能。缺乏蛋白質(zhì)、鈣、磷和維生素C，會(huì )使有害金屬的毒性增強。發(fā)生在貧困和交通閉塞地區的一些疾病，隨著(zhù)人們生活水平的提高，將會(huì )自然減少和消失。這說(shuō)明營(yíng)養不良也是發(fā)病的重要因素，需加強有針對性的研究和開(kāi)發(fā)。

（五）中醫中藥的微量元素

我國的科學(xué)工作者繼承和發(fā)揚了古代的科學(xué)遺產(chǎn)，積極開(kāi)展中醫中藥的微量元素研究工作，出現了可喜的苗頭。例如，中醫的“證”與微量元素的關(guān)系，地道藥材、中藥歸經(jīng)、炮制方法與微量元素含量的關(guān)系，某些微量元素與中藥有效成分之間關(guān)系的研究等，均取得了一定的成績(jì)，并獲得了各種藥材所含元素的大量數據。早在明代李時(shí)珍所著(zhù)的《本草綱目》中就記載有161種礦物藥，并對金屬礦石的性質(zhì)及與疾病的關(guān)系作了論述。其中有不少論述是有關(guān)微量元素的，這些都是世界上有關(guān)微量元素的早期寶貴資料。目前，這方面有待在深度和廣度上進(jìn)行深入研究。我國有關(guān)專(zhuān)家曹治權等提出，要在系統論和中醫藥理論的指導下，對中醫藥的微量元素及其活性配合物等存在狀態(tài)作全面研究后，再進(jìn)行綜合分析，以便推動(dòng)祖國醫藥事業(yè)的發(fā)展。

（六）微量元素與健康的理論探索

生物無(wú)機化學(xué)研究元素和疾病發(fā)生、發(fā)展以及防治的關(guān)系時(shí)，與流行病學(xué)、營(yíng)養學(xué)、毒理學(xué)等的方法不同。它將人體看成是與各種化學(xué)反應密切配合的體系，當某個(gè)觸發(fā)因子引起微擾時(shí)，經(jīng)放大導致分子損傷，不正常細胞和死細胞增多，內穩態(tài)體系失常而發(fā)病。有關(guān)腫瘤、衰老、炎癥、心血管病、白內障等的病理很多，但這個(gè)化學(xué)病理體系是從分子和亞分子生物學(xué)的角度去考慮的，認為共同的觸發(fā)因子是自由基。已有大量實(shí)驗證明，超氧離子自由基•O2-及由它衍生的活性氧如•OH、H2O2、1O2、ROOH等對重要生物分子起損害作用，甚至造成DNA鏈斷裂或變異。從對大骨節病、克山病和癌癥的研究中，都可找到自由基存在的依據，而硒則對因脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)生的自由基起消除劑的作用。結合國內實(shí)際和國際動(dòng)向，開(kāi)展“自由基”、“過(guò)氧化”的理論研究將是頗為有益和必要的，以便我們從更深的層次認識疾病的本質(zhì)。

有關(guān)微量元素的學(xué)術(shù)機構正在全國各地涌現，已有較為健全的全國性研究會(huì )和省、市級學(xué)術(shù)組織。我國有關(guān)微量元素研究的論文每年數以百篇計，分別發(fā)表在國內、外各種學(xué)科刊物上。國內已出版和即將出版的有“微量元素”（1984～1992年起更名為“微量元素與健康研究”）、“中國地方病學(xué)雜志”（1982年～）、“微量元素與食物鏈”（1990年～）、“微量元素科學(xué)”、“廣東微量元素科學(xué)”、“營(yíng)養學(xué)報”、“中華腫瘤雜志”、“中草藥”、“中國中藥雜志”、“中華醫學(xué)雜志”、“中華兒科雜志”、“衛生研究”等刊物，建立了大型微量元素數據庫，有關(guān)微量元素的專(zhuān)著(zhù)和會(huì )議論文集也陸續發(fā)行。不少醫院和高�？蒲袉挝怀闪⒘宋⒘吭�素研究室或門(mén)診部，走向多學(xué)科聯(lián)合的道路。

國外常見(jiàn)的則有：Bioinorg.Chem.、Biol.Trace Element Res.、Trace Element in Med.、J.Clin.Nutr.、J.Inorg.Nucl.Chem.、Med.Sci.Res.等專(zhuān)業(yè)刊物，以及為數眾多的會(huì )議文集。譯文或綜述有《國外醫學(xué)：醫學(xué)地理分冊》（1980年- ）和《衛生學(xué)分冊》等。此外，有關(guān)微量元素研究方面的論文也發(fā)表在其他醫學(xué)、環(huán)境科學(xué)、營(yíng)養學(xué)、衛生保健、分析化學(xué)等相關(guān)刊物上。 我國科學(xué)工作者的長(cháng)期實(shí)踐表明，在微量元素領(lǐng)域里充滿(mǎn)著(zhù)許多誘人的問(wèn)題等待人們去探索和解決。隨著(zhù)科學(xué)的普及和深入，對微量元素的研究成果必將為我們提供更加合理的營(yíng)養和食物，幫助人們征服疾病與增進(jìn)健康。 美國一批著(zhù)名科學(xué)家在關(guān)于優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域的倡議中鄭重提出，要應用和發(fā)展化學(xué)技術(shù)去解決屬于分子水平的生命問(wèn)題，加速轉化有關(guān)生物方面的定性知識，使其在人類(lèi)、動(dòng)物醫藥和農業(yè)等方面成為生物工程中的有用物品。出生、成長(cháng)、繁衍和死亡等生命過(guò)程都是生物和化學(xué)變化的表現，各門(mén)學(xué)科尤其是生物和化學(xué)正處在分子水平及分子聚集體水平上揭示這些復雜過(guò)程的岔口上。我們相信，強化本領(lǐng)域的工作并使之獲得更大的進(jìn)展，必將為21世紀的自然科學(xué)及提高人類(lèi)健康水平增添新的活力。

五、存在問(wèn)題[3]

中國微量元素研究在過(guò)去的幾十年中取得豐碩的成果，但也存在思想認識不一，實(shí)驗數據缺乏可比性，以及組織結構分散等方面的不足：

（一）對人體內外生態(tài)環(huán)境的整體性和系統性認識不足

自然界的微量元素存在著(zhù)一定的規律，如元素的普遍性，元素時(shí)空分布的不均一性，元素豐度變化的有序性，元素生物效應的規律件和多重性，元素相互關(guān)系的協(xié)同性和制約性，元素平衡的可調性，以及地球生態(tài)環(huán)境的可變性，等等。因此，整個(gè)大自然是一個(gè)統一體，任何重大自然活動(dòng)或人類(lèi)行為都可能破壞原先的平衡而引起微量元素的缺乏或過(guò)剩；任何元素含量異�；蚴Ш舛伎赡芤�發(fā)動(dòng)物和人的不適或病理變化，無(wú)論有癥狀的還是無(wú)癥狀的；任何疾病都是元素“關(guān)系病”，而不是單元素“要素病”；微量元素，實(shí)際上本無(wú)所渭“必需”或“有毒”，而僅僅是一個(gè)劑量問(wèn)題或認識與否、證明與否的問(wèn)題。FA0／IAEA／WH0多少也已改變過(guò)去對必需微量元素的提法，而把所謂的“必需微量元素”分為三 類(lèi)：(1)人體必需微量元素，共8種，包括碘、鋅、硒、銅、鉬、鉻、鉆及鐵：(2)人體可能必需的元素，共 5種，包括錳、硅、硼、釩及鎳：(3具有潛在的毒性，但在低劑量時(shí)可能具有人體必需功能的元素，包括氟、鉛、鎘、汞、砷、鋁及錫，共7種(WHO，1996；中國營(yíng)養學(xué)會(huì )，2000)。因此，開(kāi)展所謂的“零鉛工程”或“零×工程”的提法是不科學(xué)的，也是不現實(shí)的。

（二）對飲水中微量元素的作用認識不夠

水是生命之源，人體組織中含有70％以上的水。近代研究表明，水中帶有微磁矩和親電性 ，適當的金屬離子在人的生命活動(dòng)或遺傳密碼子連續性中起著(zhù)催化、激活、動(dòng)力的作用。廣西巴馬長(cháng)壽村山水是含有多種微量元素的高能態(tài)水：高能態(tài)水可使人體不正常的血相態(tài)和微電場(chǎng)分布 (亦稱(chēng)氣場(chǎng)分布)向正常狀態(tài)轉化 (金日光，2000)。

人體的各個(gè)部位，凡是有水的地方就有生命相關(guān)元素和生命動(dòng)力元素離子共存著(zhù)：長(cháng)期以來(lái)有關(guān)純凈水的盲目爭論已經(jīng)開(kāi)始危害我國瓶裝水的健康發(fā)展。

此外，我國評價(jià)飲用水水質(zhì)標準的先進(jìn)儀器也很缺乏，檢測水凝聚體大小的17O核磁共振譜儀和檢測血相狀態(tài)的超短聚集暗場(chǎng)高倍顯微鏡還很少，而檢測人體微電場(chǎng)分布的克里安檢測儀國內尚無(wú)一臺。后兩種儀器是鑒定飲用水效果的重要儀器。

（三）文獻數據的不可比性

文獻中許多數據缺乏可比性，其中有取樣不規范問(wèn)題，實(shí)驗條件的控制問(wèn)題，測定過(guò)程中的質(zhì)量保證問(wèn)題，對照對象不合理，以及參比值(或正常值)不統一等問(wèn)題。

有些重要參數還存在嚴重分歧，最明顯的是中國人的膳食汞攝入量，陳君石1993年和1997年的報道值分別為10.3 μg／d和5.2 μg／d，而諸洪達2000年的報道值為34.5 μg／d，兩者相去甚遠。

（四）組織結構分散

中國的微量元素組織，就全國范圍而言，除中國微量元素科學(xué)研究會(huì )外，還有許多分屬于其他學(xué)會(huì )的二級學(xué)會(huì )或專(zhuān)業(yè)委員會(huì )，它們在推進(jìn)學(xué)術(shù)交流和傳播科學(xué)知識方面起著(zhù)十分重要的作用，但學(xué)會(huì )不是權力機構，不能組織或協(xié)調重大項目的科研和攻關(guān)，也難以就共同性問(wèn)題，如標準方法的制訂，正常參考范圍或限值的確定等，開(kāi)展合作。

學(xué)會(huì )組織結構分散也會(huì )帶來(lái)其他方面的負面影響，對有些問(wèn)題可能會(huì )因學(xué)派不同或見(jiàn)解不一引起糾紛，有機鍺事件即為一例。

此外，目前雖有三家微量元素專(zhuān)業(yè)性雜志， 但尚無(wú)全國核心期刊。

六、幾點(diǎn)建議[3]

近年來(lái)，我國大規模的全圍性調查研究課題和資料已較過(guò)去大為減少，這些調查雖“勞民傷財”，卻對政府決策或任務(wù)規劃十分重要。為了今后中國微量元素科學(xué)的順利發(fā)展，作者提出如下建議。

（一）成立國家級微量元素專(zhuān)家委員會(huì )

建議在國家科技部或全國政協(xié)內成立微量元素科學(xué)委員會(huì )或專(zhuān)家組，負責定期組織全國性重大專(zhuān)題研究現狀、問(wèn)題及對策研討會(huì )，提出報告，供決策部門(mén)參考；負責組織、協(xié)調全國性專(zhuān)項調查或評價(jià)標準的制訂。

（二）建立中國人體和總膳食全元素數據庫

建議成立或健全國家級微量元素研究機構，集中優(yōu)秀人才，采用世界上最先進(jìn)儀器設備和研究手段，對血液、頭發(fā)、總膳食全元素譜開(kāi)展全國性調查，建立中國人體和中國總膳食微量元素數據庫，探討元素譜系內的相互關(guān)系或平衡模式。

（三）開(kāi)展長(cháng)壽成因調查

我國有兩大類(lèi)六大長(cháng)壽地區。建議對我國六大長(cháng)壽區開(kāi)展生態(tài)系物質(zhì)(包括飲用水)和長(cháng)壽老人微量元素譜的全面調查，從一個(gè)側面揭示長(cháng)壽成因之謎。

（四）開(kāi)展中國食用海藻全元素成分調查

中國海域寬，食用海藻豐富，但除在建國早期作過(guò)部分元素調查外，尚無(wú)有系統研究。建議開(kāi)展食用海藻的全元素調查，特別是南海地區的海藻。建立海藻鉛、汞、砷、鎘、硒等重金屬元素的評價(jià)標準。

（五）研究和開(kāi)發(fā)大眾化元素平衡保健食品

提倡、鼓勵和號召民營(yíng)企業(yè)資助大眾化元素平衡食品的研究和開(kāi)發(fā)，例如，類(lèi)似元素平衡鹽、中國營(yíng)養平衡米等類(lèi)食品，有步驟地向全民推廣，以抑制現代病的發(fā)生和擴展。

來(lái)自：微量元素分析儀

• 上一篇內容: 微量元素檢測儀市場(chǎng)的發(fā)展巨大契機的到來(lái)
• 下一篇內容: 出生缺陷與微量元素的關(guān)系