微量元素生物学效应

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第三章 微量元素的生物学效应,1,第一节 微量元素的生物转运过程,（一）微量元素的吸收,微量元素存在于多种环境介质（空气、水、土壤、生物体）,不同环境介质、不同吸收途径：,呼吸道,、,消化道,、,皮肤黏膜,大多数微量元素：,饮水和食物经消化道,吸收来满足机体的生理需要。,2,胃肠道吸收：,多在小肠,多需在胃内酸性条件下与食糜中的配体形成复合物后才易吸收,金属元素,铁、锌、铜等主要经,十二指肠,和空肠吸收，但十二指肠对锌的吸收能力更强，,锰,：十二指肠,钴,主要在空肠吸收。,三价,铬,最易被吸收的部位是空肠，其次是回肠和十二指肠。,3,碘,在整个胃肠道均可被吸收，但在胃和小肠吸收迅速,空腹时12h可完全吸收。,胃肠道有食物时3h也可完全吸收,机体对碘、氟、硒无内稳态调节机制,4,肠道内的吸收方式,不同：,氟：被动吸收过程,锌：消耗能量,铁的吸收可以分为三个阶段：肠道铁摄入；肠黏膜上皮细胞内转运；细胞内贮存和细胞外转运。,5,吸收率,差别：,氟、硒、碘,等由于机体不存在吸收调节机制，摄入量增加，吸收量也相应增加，其吸收率可达,70%90%,以上。,水溶性的,氟,几乎可全部吸收，食物中的氟约,80%,被吸收，碘几乎可以被完全吸收，粪便中排出的碘很少。,元素,硅,虽然经饮食摄入较多，但吸收率仅,1%,。,6,吸收率差别：,正常人经口摄入的,铜，吸收率可达32%。,钼在胃肠道的吸收率约50%,钒离子的吸收率为10%，锰在胃肠道内,吸收率3%4%,，,缺铁性贫血患者对锰的吸收率可达70%。,7,无机,铬,的吸收率较低，约,0.4%3%,，天然的有机铬配合物较易吸收，吸收率为10%15%。,葡萄糖耐量因子形式的铬，其吸收率为无机铬的100倍。,8,血红蛋白、肌红蛋白，经胃酸和蛋白酶消化后而游离出的,血红素铁,，能直接被肠黏膜细胞摄取，在细胞内经血红素氧化酶分解成原卟啉和铁而被吸收。,食物中最易吸收的铁化合物,血红素铁,在小肠内的吸收率高达,37%,，而非血红素铁如来自铁盐、铁蛋白、含铁血黄素及植物性食品中的高铁化合物等仅为5%。,9,（二）影响微量元素吸收的因素,影响微量元素的吸收因素：,胃肠道内的,pH,、机体,内环境稳定性调节,、微量元素的,理化性状、膳食结构,和成分，以及微量元素间的,相互作用,等。,10,1肠道内的pH,胃内酸性环境：微量元素从食物成分中解离成离子状态，如铁、铜、锰、铬等均可形成可溶性氯化物，有利于其吸收,胃酸对非血红素铁的溶解很重要：溶解状态的铁大多在5min内被吸收。当胃液,pH2.5,时，铁的,溶解度明显降低,11,2机体内环境稳态调节,人体在神经、内分泌系统的协同作用下，具有调节体内环境使之不受外界环境的变化而保持相对稳定的能力，称为机体,内环境稳态调节,（homeostasis）,。,12,典型实例：,铁的吸收,，体内铁的代谢非常旺盛，体内每天约有1/120的红细胞需要更新，衰老红细胞释放的血红素铁约90%又可被重新利用，供给新生红细胞合成血红蛋白，这部分铁约有数十毫克。,机体每天从胃肠道吸收补充到血液中的铁仅1mg即能满足生理需要。两者相比，相差数十倍。,13,3微量元素的理化性状,溶解度：溶解度大易与氨基酸结合成复合物的元素容易被吸收，而物质的溶解度也受胃肠道pH等因素的影响。,水溶性的氟,几乎可全部吸收，而食物中的氟约80%被吸收。,低价铁,比高价铁更易被吸收,血红素铁比非血红素铁吸收率高，而且不易受抗坏血酸、植酸盐等因素的影响。,14,食物中的,无机碘,溶于水形成碘离子在胃和小肠吸收迅速而完全,有机碘如碘化酪氨酸、甲状腺素不及无机碘吸收迅速且不够完全。,牛对,各种价态铜,吸收的程度：CuCO,3,Cu（NO,3,）,2,CuClCu,2,OCuO（粉）CuO（针晶）Cu（金属丝）。,15,4膳食成分,膳食中的糖类、脂肪、蛋白质、植酸盐、磷酸盐、纤维素、维生素等的含量对微量元素的吸收有明显影响。,食物中的,果糖,含量增加可使铜吸收明显减少，加剧机体的铜缺乏状态。,16,膳食中的,蛋白质,能显著影响铁、铜的生物利用率-取决于蛋白质的来源。各种,瘦肉,都可促进血红素铁和非血红素铁的吸收,乳类,和,蛋类,的蛋白质及,大豆,蛋白质则抑制铁的吸收。,17,食物中的,植酸,（六磷酸肌醇）为植物所特有，是谷类和大豆等的天然组分，通常以盐形式存在，又称植酸盐（phytate）。,植酸是重要的抗营养因素，可影响钙、镁及微量元素锌、铁的吸收，是以植物性食品为主的人群锌、铁缺乏的重要原因。,18,植酸对铜吸收的影响较小：,铜与植酸形成的复合物在肠道内是可溶的,植酸对微量元素吸收的影响取决于微量元素与植酸的,结合能力,及,结合物的溶解性,，肠道内,可溶性铜-植酸复合物,中的植酸可以被其它螯合物取代，而对铜影响甚小或无影响。,19,维生素C和柠檬酸,可明显增加铁的吸收率，柠檬酸维生素C，两者有相加作用。,维生素C增强铁利用的原因：维生素C作为还原剂促进三价铁还原成二价铁，作为络合剂与铁结合成可溶性复合物。,20,5微量元素间的相互作用,竞争性结合同一受体部位,：某元素过多可干扰另一元素的吸收。,对金属结合蛋白的诱导,：锌对铜,吸收的抑制是由于锌可诱导肠黏膜细胞合成金属硫蛋白，后者对铜的亲和力明显高于锌，因此进入细胞的铜更易与之结合，从而减少了铜的吸收。,21,二、微量元素的转运和分布,（一） 微量元素的转运,进入血液的微量元素，多与血中有形成分如氨基酸、白蛋白结合、或吸附于血细胞膜上并可进入细胞内，或者与特异蛋白结合，而呈,结合态,随血液循环转运至全身各个部位。,少部分未被结合的微量元素则呈,游离状态,存在于血液中也随血液循环而运输。,发挥生物学活性的多为游离状态的微量元素。,22,表3-1 与微量元素转运有关的载体,元 素 元素的转运载体,铜 氨基酸、血浆铜蓝蛋白、白蛋白,铁 转铁蛋白、,铁蛋白、乳铁蛋白、,锌 红细胞、白蛋白、-球蛋白、转铁蛋白,锰 -球蛋白、锰转运蛋白,硒 血红蛋白、血浆蛋白 -球蛋白,氟 红细胞、血浆白蛋白,钼 红细胞、钼-铜蛋白,铬 铁蛋白、血清白蛋白,钒 转铁蛋白,钴 -球蛋白,23,经消化道吸收进入血液的氟,75%,存在于血浆中，,25%,结合于红细胞。,血浆氟：,蛋白结合氟,和,离子氟,的形式存在，蛋白质结合氟约占75%，而离子氟约占25%，只有离子氟才具有生理活性。,24,（二） 微量元素的分布,不同组织和器官在结构功能和生理生化特性上的差异-对不同微量元素的亲和性和需要量不同,微量元素在体内不是均匀分布的,每种微量元素都有其,贮存库,或含量较高的,特定组织,，贮存库中微量元素的浓度较高，对某种微量元素亲和力较大的特异组织中，其浓度也较高。,25,骨骼,作为体内微量元素的贮存库，其容量较大，多种微量元素如氟、锌、铜、铁等易蓄积在此贮存库。,肝脏和肾脏,也可作为体内某些微量元素的贮存库。,贮存库中微量元素的贮存和释放具有重要生理学意义,26,牙齿、骨骼,等：贮存,氟,及大多数,金属,元素的主要组织。骨相组织对氟具有特殊的亲和性，贮存体内氟的90%。机体对摄入的氟约50%被骨相组织摄取、贮存。,碘,离子随血液循环至全身组织器官。,甲状腺,对碘具有高度富集能力，一个25g的甲状腺含碘约10mg，几乎占人体总碘量的80%。,27,血中微量元素的浓度较为稳定，当其浓度增加时可被转运至,贮存库,，而浓度降低时又可从贮存库中释放出来，以维持血中微量元素的正常水平。,机体的,内稳态调节作用,对于维持正常的生理生化功能具有重要意义。,28,三、微量元素的代谢与排泄,微量元素以不同形式随血液运送到全身组织器官，产生相应的生物学效应,机体对微量元素的代谢：以离子形式或与体内代谢产物结合，经尿液、胆汁、粪便、毛发、指甲、汗液、脱落上皮细胞等途径而排出体外。在特殊情况下，微量元素也可随月经、授乳等排出。,29,多途径排泄：以某一种为主，如,氟、碘,等主要经肾脏随,尿,排泄，,铁、铜、锌等以肠道、胆汁,排泄为主，,锰,则主要随肝脏分泌的,胆汁,进入肠道而排出。,由于微量元素的生物学效应、代谢动力学特点及贮存库的类型等各有不同，其代谢与排泄的方式各异。,30,血锌的80%存在于红细胞内的碳酸酐酶-构成活性中心。,血浆中的锌约50%与白蛋白疏松结合，与组织锌进行交换，20%40%与游离氨基酸结合，5%参与超氧化物歧化酶的合成,锌随着血液循环进入人体各组织和器官，大量的锌存在于肌肉、骨骼和眼球的色素层中，在前列腺和精液中锌含量也很高。,31,正常成年人体内含锌约23g，大量存在于肌肉（约1420mg）和骨骼（660mg），分别占66.2%和28.5%，在眼球色素层中占4%。前列腺含锌量为87mg/kg湿重。,成人摄锌量为1415mg/d，吸收量2.5 4.0mg,每日锌排出量：粪便11.813.7mg，尿0.60.8mg；汗液0.5mg，在酷暑期每天汗腺排锌可达3mg。,32,14种必需微量元素中铬有减少倾向，氟有蓄积倾向,其余12种的排泄量接近吸收量,33,第二节 微量元素的生物学效应,34,一、微量元素的生理功能,微量元素通过参与体内的新陈代谢、生理生化反应、能量转换等过程，在机体的生命活动中发挥重要作用，,其突出的特点,是微量元素对生命过程的,必需性,。,必需,：机体不能通过自身的生理生化反应来合成微量元素，必须从外界环境中摄入到体内才能维持正常的生命活动。,另一特点：,量小作用大,35,（一） 构成酶和酶的激活剂,酶是一切生命活动和生化反应的物质基础。,人体内已发现上千种酶，其中50%70%的酶都需要微量元素参与，或由微量元素组成酶的激活剂。含锌酶达200多种，但有些仅存在于植物或低等动物，与人类有关的含锌酶有100多种。,36,铁,参与构成细胞色素c氧化酶、过氧化氢酶（catalase，CAT）、过氧化物酶（peroxidase，PX）、核苷酸还原酶、脂加氧酶、髓过氧化物酶（myeloperoxidase）等十多种酶；,锰,：精氨酸酶、丙酮酸羧化酶、超氧化物歧化酶（Mn-SOD）等，锰可激活上百种酶；,硒,参与构成谷胱甘肽过氧化物酶、磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶、型碘甲腺原氨酸5-脱碘酶,37,（二） 调控自由基及抗氧化作用,自由基的共同特点是具有顺磁性、化学反应性极强、作用半径小、生物半减期极短。,活性氧族,（reactive oxygen species，ROS）：氧自由基如超氧阴离子、羟自由基，；一些含氧的非自由基衍生物如单线态氧、氢过氧化物、次氯酸、过氧化物及内源性脂质和外源性化合物的环氧代谢产物。,38,体内具有完备的自由基,清除系统,：非酶类化学清除剂和酶促清除系统,清除自由基的抗氧化酶类如：Cu-Zn SOD（胞浆）、Mn SOD（线粒体）、GSH-Px （glutathione peroxidase）、 CAT （catalase）、 PHGPx （phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase，）,39,自由基,：攻击生物膜，使膜上的不饱和脂肪酸产生有害的脂质过氧化物，改变膜的结构和稳定性、响膜功能。,烷自由基,，能通过扩散进入细胞核或核糖体，直接攻击DNA和RNA，引起细胞遗传物质的损害。,丙二醛,与DNA和RNA的碱基交联，与核酸和蛋白质上的游离氨基共价结合而损伤核酸、蛋白质等生物大分子。,40,（三） 微量元素与内分泌功能,碘-甲状腺素,锌-胰岛素,铬-葡萄糖耐量因子,41,某些元素的失调（如Se、Fe、Zn、 Cr、Mn、Li等）与,糖尿病,的发生和发展有重要关系，,锌,是胰岛素的成分，每个胰岛素分子中含有两个锌原子，可能与胰岛素的活性有关。锌缺乏能使胰岛内、细胞数下降，胰高糖素及胰岛素分泌减少，使糖代谢异常。,硒,具有与胰岛素相似的作用 ,可调节体内糖分 ,有利于改善糖尿病的症状。,42,铬是葡萄糖磷酸变位酶的必需成分，参与糖代谢调节，,铬是葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor,GTF）的必需成分,缺铬可使胰岛素活性降低,钒能增加组织对葡萄糖的转运和氧化、激活葡萄糖代谢酶、抑制脂肪分解等作用而发挥降低血糖。,43,适当的硒可以促进碘的吸收和碘的有机化 ,使甲状腺激素合成增加 ,避免,甲状腺肿大,。,硒缺乏会影响甲状腺素代谢 ,使T4升高T3 降低 ,甲状腺组织DNA、RNA、蛋白质合成增加 ,加快组织生长和增强组织的功能 ,导致甲状腺增生肿大。主要是由于型5脱碘酶是一种含硒酶，在外周组织中使T4脱碘形成T3。,44,（四） 构成体内载体和电子传递系统,铁,参与血红蛋白和肌红蛋白的合成，在氧的运输和贮存上起重要作用,铁、铜,参与形成的细胞色素系统如细胞色素c、c,1,、a,3,、b、b,5,、P,450,等是重要的电子传递物质，在细胞内呼吸、能量生成等发挥重要作用，使有机代谢产物最终氧化成CO,2,和H,2,O。,45,（五）对金属硫蛋白基因表达的调控,金属硫蛋白,（metallothionein，MT）是一类富含金属元素如铜、锌、镉等和半胱氨酸的低分子量蛋白质，广泛存在于细菌、真菌、植物和真核生物中。MT的基因结构及其表达调控是其发挥生物学作用的基础。,46,在哺乳动物中已发现四个主要的MT同工型：MT、MT、MT、MT,小鼠的MT基因家族位于第8号染色体上，而人的则位于第16号染色体上。,各MT同工型的共同特征为：,分子量低（约6kDa7kDa）；,由6168个氨基酸组成，其中含20个半胱氨酸，不含芳香族氨基酸和组氨酸；,金属元素含量高。,47,脑内特异表达的MT有68个氨基酸组成，其中38个氨基酸与其它同工型的相同。,MT的结构特点：,比MT和MT多7个氨基酸，即在N端第5位插入一个苏氨酸，在C端第55位插入6个氨基酸（谷氨酸和丙氨酸）；,含8个谷氨酸残基，使MT呈酸性，而其它同工型均呈碱性。,48,MT与微量元素关系密切，多种微量元素如锌、铜、镉等均可诱导体内MT合成,MT参与锌、铜等金属元素的代谢调节，对于维持机体内环境稳态具有重要意义。,微量元素锌在体内外均可诱导肝、肾、小肠等器官的组织细胞合成MT。,49,膳食锌对MT基因表达的影响,：高锌可使大鼠肝多聚核糖体MT mRNA水平升高，MT合成加速，肾脏MT的表达也有所增加。,膳食锌对MT表达的调节：锌结合蛋白与锌在细胞核内直接相互作用，或者经锌敏感膜受体的间接作用。,50,微量元素铜与MT的亲和力非常高，是镉的100倍、锌的1000倍。,铜在肝脏和肾脏中均可诱导MT基因转录和mRNA蓄积，但只有大剂量时才诱导肝脏合成MT，而在肾脏，铜的诱导作用很弱。,51,体内的镉大部分与MT结合，主要分布于肝、肾。,镉对MT的诱导能力很强：主要通过激活金属反应元件（metal response element,MRE）结合蛋白、激活金属依赖性转录因子及与MT启动子上金属反应元件结合等途径使MTmRNA的量增加。,52,（六） 微量元素与细胞凋亡,必需微量元素锌对细胞凋亡的影响具有双重性,锌不足时可诱导细胞凋亡，适宜时锌可抑制细胞凋亡，锌过多时也诱导细胞凋亡。,锌可通过阻断Ca,2+,凋亡信号转导系统，影响蛋白激酶C信号系统，抑制核酸内切酶活性并抑制凋亡蛋白酶天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶（caspases）等从而调控细胞凋亡。,53,铜,可导致小鼠肝细胞凋亡，但铜缺乏时也可引发细胞凋亡。铜通过调节氧化损伤机制参与细胞凋亡过程。,铁,对细胞凋亡呈现双相作用，铁缺乏可引起细胞凋亡的发生，铁过多同样可引发细胞凋亡。,铬,（,六价,）酸钠可使,肺细胞凋亡,，而铬的,三价,复合物可使人的,淋巴细胞,凋亡。,54,镉诱导细胞凋亡的可能机制有：,引起细胞内钙浓度升高；,镉离子可引起立即早期基因（immediate early genes）表达，从而引起c-myc mRNA、c-fos mRNA、Egr-1 mRNA含量增加，并可最终导致细胞凋亡；,镉离子与从细胞中溢出的金属硫蛋白（MT）结合，形成Cd-MT多聚物后引起细胞凋亡。,55,（七） 对感官机能的作用,微量元素对感官机能的影响：锌、硒等对,视觉、晶状体及味觉,功能的影响。,眼球,是机体内锌含量最高的器官之一。在哺乳动物视网膜中，锌主要存在于,视网膜,光感受器和视网膜色素上皮细胞，锌和维生素A均参与视色质的代谢。,56,视网膜上皮细胞内含有,视黄醇结合蛋白,，允许视黄醇进入并直接到达视网膜的感光细胞，此时视黄醇转化为视黄醛后与视杆细胞内的视蛋白结合形成,视紫质,。,视杆细胞被长波感光后，视黄醛还原为视黄醇。在视黄醇与视黄醛相互转化的过程中，必须有含锌的,视黄醇脱氢酶,参与。,锌,可通过增强视网膜上,视黄醇脱氢酶,的活性，使视黄醛再生或直接作用于视网膜神经细胞。,57,晶状体,内含有丰富的锌，晶状体代谢所需的,乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶,等都是含锌酶，这些酶在晶状体代谢中发挥重要作用，以维持其,透明性和正常功能,。,正常的晶状体内有抗氧化的防御系统，即,抗氧化剂,（如谷胱甘肽、抗坏血酸和维生素E）和,抗氧化酶,系统（主要有SOD、GSH-Px、CAT）。,谷胱甘肽在晶状体内合成活跃，对保持晶状体膜的稳定、维持其生理功能具有重要意义。,58,味蕾和-味蛋白,中含有锌，人舌味蕾上的味蛋白是含2个锌离子的多肽，缺锌使味觉蛋白合成障碍，味觉迟钝，分辨味觉的敏锐性降低，发生味觉异常，出现异食癖。,缺锌：,颊部黏膜上皮细胞角化、脱落，遮盖味蕾小孔,，使食糜难以与味蕾接触，阻碍味觉产生冲动，造成食欲不振、进食减少。,严重缺锌者有食欲不振、甚至厌食的症状。,59,二、微量元素的健康效应,（一） 微量元素与生长发育,微量元素如铁、锌、碘、铜、钼、锰、硅、氟等对机体的生长发育是不可缺少的。,胚胎期严重缺锌可引起流产、死胎、胎儿畸形等，出生后缺锌可使儿童生长发育严重障碍。,60,在,胚胎期和出生后两年,期间机体碘供给严重不足可引起克汀病的发生，因为碘缺乏可影响胎儿和出生后婴儿甲状腺素的合成，而甲状腺素在促进新陈代谢、生长发育及机体中枢神经系统发育方面具有极为重要的作用。,61,细胞分裂增殖都离不开铁,铁参与形成血红素及多种酶的构成，对胶原、酪氨酸、儿茶酚胺以及DNA合成均有重要影响。,缺铁性贫血，降低骨骼肌中肌红蛋白、细胞色素、线粒体氧化酶、脱氢酶和其它含铁复合物的量。,62,硅,在骨骼钙化过程中与钙的协同作用，硅能,增加骨矿化作用,的速度，尤其是在钙摄入量偏低时效果更显著。缺硅可使骨骼出现异常、畸形、牙齿和牙釉质发育不良。,硅是粘多糖及其蛋白质复合物中的重要成分，硫酸软骨素A、B、C都含有硅，尤以硫酸软骨素A最显著,软骨的正常发育特别是胚胎时期需要有足量的硅。,63,硅是一种重要的交联剂,，以共价键结合于多糖基质，而粘多糖、透明质酸、硫酸软骨素等均通过共价键与蛋白质联结，构成细胞外无定形基质，这种基质包围着,胶原弹性,纤维细胞，有助于结缔组织发育成纤维成分，并通过硅的交联作用加强纤维的强度和弹性，使胶原结构更加完整。,64,机体生长发育的早期对,钼,的需要量很大，在含硫氨基酸的分解代谢中，含钼的,亚硫酸氧化酶,催化亚硫酸盐转变为硫酸盐，该酶对发育中的组织是必不可少的，特别是对妊娠期胎儿和新生儿格外重要，此酶缺陷或钼辅助因子不足，可引起神经系统损害和生长发育障碍。,65,创伤愈合对,锌,的需要量增加。在组织修复和上皮形成时，锌是细胞快速增殖和分化所必需的。同样锌也是胶原基质获得正常抗张力强度所必需的。,早期伤口的DNA和胶原含量在锌缺乏时减少，随着补锌而使DNA和胶原蛋白合成增多。,66,锌是创伤组织愈合的必需物质之一。外科手术、刨伤、烧伤时血清锌降低，是由于锌被动员运转到创伤组织中，其机制主要是由于锌促进含锌酶及蛋白质的合成，加速细胞的分裂和生长繁殖，增强了能量代谢、组织呼吸过程和细胞膜的稳定性，从而加速创伤组织的愈合。,67,（二） 微量元素与生殖,微量元素,锌、硒、铜、锰,等对维持正常的生殖、生育功能非常重要。,锌参与生殖系统各种酶的组成，对精子的发育成熟起重要作用，并能显著增加精子的稳定性，有利于精子正常功能的发挥。,68,硒,对精子的形成和发育具有特异作用，含硒的磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶（phospholipid hydroperoxide glutathione peroxidase，PHGPx）是一种通过抑制膜磷脂过氧化而保护质膜的抗氧化酶，具有多种功能，在人类精子成熟过程中能变成一种结构蛋白。,69,（三） 微量元素与中枢神经发育,微量元素,铁、锌、碘、硒,等对脑的结构发育和功能完善至关重要。在大脑发育期，严重缺碘、缺硒或碘和硒同时缺乏，对中枢神经系统会产生严重后果，例如严重碘缺乏引起的地方性克汀病、亚临床克汀病等就是最好的例证。,70,铁,是神经系统发育必需的极为重要的物质。铁分布于全脑，但主要存在于大脑白质，基底神经节中含量最高，包括苍白球、尾状核、豆状核和黑质，而大脑皮质和小脑中含量较低。,71,铁缺乏对脑功能影响的可能机制包括：,对含铁的单胺氧化酶（MAO）、色氨酸羟化酶、醛氧化酶等的影响,，因为这些酶的活性降低会导致脑中一些神经递质如儿茶酚胺、5-羟色胺等的代谢障碍；,使中枢神经系统多巴胺D,2,受体数目减少,，影响多巴胺的合成及多巴胺能神经递质的传导，而引起多巴胺介导的行为活动改变；,影响,线粒体电子传递,，进而影响能量代谢；,影响,髓鞘质的合成,而损害神经系统信号传导。,72,锌缺乏对脑功能影响的可能机制包括：,对,海马结构发育和功能,完善的影响，由于海马在脑组织中锌含量最高，并参与学习、记忆、情绪和条件反射的形成过程，锌缺乏势必损害海马的组织结构和行为功能。,对,神经递质,的影响，缺锌可使大鼠脑内谷氨酸（兴奋性递质）浓度降低而-氨基丁酸（抑制性递质）浓度升高。,中枢神经系统中,含锌神经通路,受损，这些含锌通路主要分布在小脑、海马、纹状体和膝状体等部位。,73,（四） 微量元素与免疫,微量元素对免疫系统具有重要作用，体内充足的微量元素是维持正常免疫功能的必要条件。,铁、锌、铜、锰、硒,等微量元素是免疫器官正常发育和功能完善不可缺少的。,74,胸腺,作为中枢免疫器官对细胞免疫功能的建立及免疫状态的调控具有重要作用。,胸腺分泌的与锌有密切关系的胸腺素能使萎缩的淋巴组织重新生长、增殖，使不具活性的幼稚淋巴细胞发育成具有免疫活性的成熟细胞。,缺锌可造成胸腺萎缩、重量减轻、胸腺素分泌减少。,75,锌对免疫功能影响的可能机理：,缺锌造成,胸腺素,的合成及其活性降低，影响淋巴细胞的分化、成熟；,锌是多种酶的必需成分，锌缺乏可影响核酸合成中含锌的,RNA聚合酶,和,DNA聚合酶活性,，使DNA复制障碍，进而造成淋巴细胞对各种抗原的增殖反应能力降低；,缺锌使,生物膜结构稳定性降低,，易遭受自由基攻击而发生膜脂质过氧化反应。,76,硒、铁,等对机体的非特异性免疫、细胞免疫和体液免疫均具有重要作用。,硒缺乏可使嗜中性白细胞的杀菌能力和趋化性移动能力均降低，血清补体水平下降，免疫球蛋白和抗体的产生受抑制。,缺铁可影响淋巴细胞转化，使巨噬细胞游走因子减少，中性粒细胞杀菌能力减弱，抗体生成明显减少,。,77,（五）微量元素与衰老,衰老是指生物体发育成熟后，在正常状况下机体随年龄增加，机能衰退、内环境稳定能力下降、机体的结构、组成成分逐渐发生退性行变，趋向死亡这一不可逆转的现象。,衰老过程在整体水平、组织和细胞水平及分子水平均有所表现。,78,体内存在的长寿基因和衰老基因与生物的寿命有关，生物体内,抗氧化酶类,的缺乏可能是短寿的分子基础，长寿种群常伴有丰富的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶。,氧化还原酶类活性常见随年龄增加而降低，自由基也有加速衰老的作用，消除自由基的酶类似与延缓衰老有关。,79,微量元素,锌、铜、锰、铁、硒,等可以作为自由基反应的猝灭剂，能终止自由基反应。,锌、铜、锰是铜-锌超氧化物歧化酶（Cu-Zn SOD）和锰超氧化物歧化酶（Mn-SOD）的组成成分，前者主要存在于胞浆内，而后者主要存在于线粒体 。,含硒的谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和磷脂氢过氧化物谷胱甘肽过氧化物酶（PHGPx）主要存在于细胞浆中，可催化H,2,O,2,和有机氢过氧化物还原，这两种酶含有四个具有催化活性的硒原子。,80,含铁的,过氧化物酶,（catalase，CAT）在H,2,O,2,处于较高浓度时，能有效地从细胞中清除H,2,O,2,。,体内一种重要的含铜蛋白,血浆铜蓝蛋白,（ceruloplasmin，CP）在正常血清浓度时，除具有类似SOD对O,2,的清除作用外，还有非酶促清除作用，与O,2,直接进行化学反应。,81,GSH-Px、SOD、CAT与其它有关的酶一起，在体内构成抗氧化防御酶体系，从而有效清除自由基和过氧化产物，避免过氧化损伤。,在衰老过程中，由于这些酶活性降低，清除自由基的能力减弱，自由基在体内逐渐累积，引发脂质过氧化反应，而产生大量脂质过氧化物（lipid peroxide，LPO）。LPO可攻击细胞膜，影响膜的功能，也可直接对DNA或RNA造成损害,。,82,活性氧自由基引起DNA氧化损伤的途径:,羟自由基,（OH,）引起的DNA损伤。H,2,O,2,易穿过细胞膜进入胞核与铁离子或铜离子反应形成OH,，后者有高度反应活性，能直接结合到DNA上发生羟化反应,核酸酶,的激活导致DNA损伤。氧化应激由于启动了细胞内一系列代谢过程，激活核酸酶，而导致DNA链断裂,83,低硒,能直接促进冠心病的发展 ,是冠心病的死亡原因之一 ,特别是血清硒,低于 45/,时死亡率显著增加 ,其主要原因是其对心肌的损害。在心肌缺血缺氧早期 ,硒有维护心肌细胞膜通透性的作用 ,保持细胞正常代谢 ,减少细胞内乳酸脱氢酶外渗 ,对心肌细胞起保护作用。,84,衰老机体的免疫监视功能减弱，对外来抗原免疫反应性降低，对体内异常成分和代谢过程中产生的有害物质的识别和清除能力降低，而对自身抗原的反应性增强，这些都加速了衰老过程。,由于微量元素与机体的免疫功能关系密切，因此从免疫监视角度也可把微量元素与衰老联系起来。,85,（六）微量元素与癌发生,是当今微量元素研究领域中的热点问题，多集中在：,微量元素在癌发生、发展中的作用；,微量元素过多、过少与与癌发生的关系；,微量元素的抗癌作用,86,癌患者血清、组织、癌旁组织、癌组织一些微量元素变化明显：,妇科肿瘤：血清锌恶性肿瘤良性肿瘤非肿瘤；血清铜良性肿瘤恶性肿瘤非肿瘤；铜/锌比值恶性肿瘤良性肿瘤非肿瘤；,颅内肿瘤组织锌铜：恶性肿瘤良性肿瘤正常组织；血清铜和铜/锌比值：恶性脑瘤良性脑瘤一般脑疾患正常对照；,江苏启东肝癌与体内缺硒有密切关系,一般认为多种肿瘤患者血清锌、硒，铜和铜/锌比值，血清铜是多种癌的共同特征。,87,环境介质和体内硒水平与人类癌呈负相关,锌、钼缺乏与食管癌发生有关,六价铬致癌活性强，可引起肺癌、鼻咽癌,广东鼻咽癌高发区大米、饮水中镍含量高，人群头发镍高发区鼻咽癌患者当地健康人群低发区人群；,铁负荷过重易患肝癌；,88,微量元素硒、锌、锰等具有明显抗癌作用：,锌对亚硝胺类引发的大鼠食管癌、胃癌有明显抑制作用；,硒能拮抗多种致癌物的致癌作用，其可能的机制：硒能清除自由基，阻止自由基对生物大分子的攻击。干扰核酸和蛋白质的合成，阻止细胞由S期进入G2期并能影响癌细胞的代谢。促进癌细胞的分化和逆转。抑制化学物的致突变作用。提高机体的免疫功能和免疫监视能力。,89,Thank you for your attention!,90,第五章 微量元素与健康和疾病,目前已知多种疾病的发生与发展和微量元素有密切的关系。,在正常情况下 ,人体的摄入与排泄是接近平衡的。如果人体摄入不足或排泄过多 ,就会导致人体生理功能或形态结构发生异常改变 ,给人体代谢和健康生存带来不良影响 ,甚至会产生严重疾病。,91,当微量元素低于或高于机体需要的浓度时 ,组织功能减弱或不健全 ,甚至受到损害、中毒或机体死亡。,正常人体内通常不会造成微量元素缺乏或中毒 。,不注意合理的膳食营养 (如小孩偏食 )或吸收障碍或食品、环境污染就会引起人体微量元素缺乏或中毒。,92,微量元素与健康的关系非常密切 ,当今人类的疾病有 90 %以上与微量元素有关。在人群中发病率最高及影响最广的疾病是由于微量元素缺乏而引起的。,93,一、微量元素与免疫疾病,机体的免疫反应是一系列复杂的网络调节，受多种因素的影响，也受微量元素的影响。,必需微量元素Fe、Zn、Cu、Se、Mn、I等体内缺乏，可引起机体体液性、细胞性以及非特异性免疫功能不全，易使机体感染和恶性肿瘤发病率增加。,94,研究发现 ,微量元素与机体的免疫功能密切相关 ,Zn、Cu、Mg等缺乏或过量均可使患者的细胞免疫功能低下。,过量的铜使患者体内淋巴细胞、T细胞及其亚群数降低 ,锌和镁缺乏 ,使 DNA、RNA及蛋白质合成障碍 ,淋巴细胞分裂、生长发育受到影响 ,导致淋巴细胞数降低。,95,二、微量元素与泌尿系统疾病,（一） 微量元素与肾病综合征,患者体内微量元素的变化，主要源于蛋白的大量丢失。患肾病综合征时，尿锌排泄量增加。健康人24 h尿锌排出量为10.982.86mol，而该症患者为23.134.46 mol。,96,（二）微量元素中毒性肾病,当人体内的微量元素异常时，可引起肾脏损伤。主要通过四个途径：,细胞毒作用，干扰细胞传递氧。,改变人体蛋白质性质，引起免疫反应-变应性肾病综合征。,引起微循环累积的微小损伤或引起肾小球前动脉收缩，使肾血流供应减少。,引起休克、脱水或溶血，而导致肾前性或肾后性肾损伤。,97,经长期暴露于镉污染环境下，肾脏可聚积大量镉而成为慢性镉损害的主要靶器官，靶部位是肾近曲小管，主要改变在质膜、线粒体、溶酶体等细胞器，临床特征是管型蛋白尿。,98,（三）微量元素在尿结石形成中的作用,各种类型的尿结石除含有钙、磷、尿酸等主要成分外，尚含有锶、铁、钼、硅、氟、锰、钍、锆等20多种微量元素；,在各类尿结石中钼、锶、锌的含量较高；,草酸盐及尿酸盐结石,中铁和铅的含量也很高；,磷酸盐结石,由于特殊成分及结构产生“海绵”效应，故其所含的微量元素种类最多；,硅尿石,中的硅常与铝及宏量元素硫、钾等共存。,99,三 、微量元素与呼吸道疾病,（三） 微量元素与慢性阻塞性肺病,微量元素在慢性阻塞性肺病的发生、发展过程中有着重要的作用，有研究表明，慢性阻塞性肺病患者全血Mn、Cu高于正常对照组，全血Cr、Fe低于正常对照组,。,100,大量研究表明，Cu为铜蓝蛋白、酪氨酸酶、赖氨酸氧化酶、细胞色素C氧化酶、超氧化物歧化酶等酶的组成成分，在细胞呼吸、抗氧化作用等方面发挥重要作用。血浆铜蓝蛋白也参与Fe的代谢。,101,在反复,上呼吸道感染,和,哮喘,发作时，体内微量元素也见有显著变化。Zn的缺乏使细胞免疫功能降低，T细胞功能降低引起继发性的,免疫球蛋白,降低，低Zn引起血清IgA降低，从而影响其,分泌型IgA,的合成，增加了呼吸道感染的机会。,102,四 、微量元素与心血管疾病,微量元素V、Ba、Sr、Li与心脏病发病呈负相关，Cu、Mn与其呈正相关。饮水,锶,与高血压心脏病发病呈负相关；尿锶水平又与动脉硬化正相关。,心血管疾病又导致体内某些微量元素含量的改变。,103,铅、镉,等可致动物高血压，给大鼠皮下注别铅每周20mg或饮用高铅水，引起血压升高，可能是铅蓄积于肝脏和肾脏，引起肾动脉硬化和肾功能改变，进而导致高血压。,镉诱发动物高血压，但与铅作用机制不同，镉与钙共同参与血管的舒缩，使胆固醇升高，因此镉摄人过量也是高血压的危险因素。,104,（二）冠状动脉性心脏病,冠状动脉性心脏病(CHD) 患者体内铜水平降低，CHD的发病和死亡率增高。在心肌梗死患者尸检中，心肌铜含量明显降低，更加证明,缺铜是患CHD的原因之一,。,105,三价铬,能激活血卵磷脂胆固醇酰基转移酶、肝内皮细胞脂酶及脂蛋白脂酶的活性，使血脂、胆固醇下降，同时影响葡萄糖耐量因子(GTF)等，补充铬可降低胆固醇含量，改善动脉硬化病人的症状 。,106,微量元素锶具有保护心血管的效能，可能机制：增强骨骼肌、血管平滑肌的收缩能力；稳定线粒体结构，减少线粒体肿胀或变性；参与心血管活动的神经调节。,107,低硒,能直接促进冠心病的发展 ,是冠心病的死亡原因之一 ,特别是血清硒,低于 45/,时死亡率显著增加 ,其主要原因是其对心肌的损害。,心肌缺血缺氧早期 ,硒有维护心肌细胞膜通透性的作用 ,保持细胞正常代谢 ,减少细胞内乳酸脱氢酶外渗 ,对心肌细胞起保护作用。,108,（三）动脉粥样硬化,缺硒,可导致GSH-Px活性降 ,LPO,浓度增高 ,抑制血管壁前列腺环素(,PGI2,)的合成 ,使PGI2/TA 2 (血栓素)比值下降 ,致血栓形成 ,血管壁损伤区胆固醇沉积及血管平滑肌增生 ,促进动脉粥样硬化。,109,加硒,可明显抑制高脂血清中小牛主动脉内皮细胞LPO的形成 ,升高PGI2的含量 ,防止血栓形成。Se可使GSH-Px活性的增高能大量破坏在血管壁损伤处集聚的胆固醇 ,调节体内血脂代谢 ,防止或逆转上述动脉粥样硬化过程的发生。,110,五、 微量元素与肝疾病,肝脏是多种微量元素的利用场所和贮存库， 微量元素,Cu、Zn,的变化与肝癌的发生发展密相关 ,检测 Cu/ Zn比值较单独测定 Zn、Cu意义要大。,血清,Cu/ Zn比值升高,可作为,肝癌,的一个重要标志 ,或作为肝癌早期辅助诊断参考指标。机体缺 Zn时 ,组织细胞老化 ,免疫力下降 ,上皮细胞易受致癌物质侵害 ,发生癌变。,111,研究表明，肝硬化患者必需微量元素,锌、锰、硒、钼、铁、硅,不足或缺乏，可能与肝硬化门静脉高压、淋巴系统淤积、肠腔内胆盐减少、小肠功能紊乱、食欲不振等有关，反过来，这些必需微量元素的缺乏，对肝硬化的病程是不利的，势必会加重肝细胞的损伤,。,112,慢性肝硬化的实质是肝纤维增生，其血清中钙、镁、磷及锌等逐渐降低，而铜逐渐增高。,原发性胆汁性肝硬化时，血清磷及铜浓度明显增加。,普遍认为肝,锌,降低在肝硬化的发生和发展中具有重要意义。,113,六 、微量元素与血液系统疾病,（一）微量元素与白血病,白血病可能与体内多种微量元素异常有关，如锌、锡、铁、铜、钴、砷、铬、汞等。这些元素对于核酸的合成起重要作用，微量元素可能是通过参与和调控核糖核酸及组蛋白的合成而影响细胞的增殖和分化。,114,微量元素与白血病发生发展有关的自由基学说认为：在正常情况下，机体具有完备的抗氧化体系，大分子白由基可由超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSHPx)清除，小分子自由甚可由维生素C、E及元素镁、硒清除。,白血病患者因体内微量元素代谢失调及免疫功能紊乱，组织缺氧，器官衰竭而导致自由基的大量产生，影响抗氧化剂的活性，加速病情的发生和发展。,115,七、微量元素与创伤愈合,在创伤愈合处对,锌,的需要量增加。在组织修复和上皮形成时，锌是细胞快速增殖和分化所必需的。,锌也是胶原基质获得正常抗张力强度所必需的。早期伤口的DNA和胶原含量在锌缺乏时减少，随着补锌而使DNA和胶原蛋白合成增多。,116,锌是创伤组织愈合的必需物质之一。外科手术、刨伤、烧伤时血清锌降低，是由于锌被动员运转到创伤组织,机制:锌促进含锌酶及蛋白质的合成，加速细胞的分裂和生长繁殖，增强了能量代谢、组织呼吸过程和细胞膜的稳定性，而加速创伤组织的愈合。,117,八、微量元素与内分泌疾病,某些元素的失调（如Se、Fe、Zn、 Cr、Mn、Li等）与,糖尿病,的发生和发展有重要关系，,锌,是胰岛素的成分，每个胰岛素分子中含有两个锌原子，可能与胰岛素的活性有关。锌缺乏能使胰岛内、细胞数下降，胰高糖素及胰岛素分泌减少，使糖代谢异常。,硒,具有与胰岛素相似的作用 ,可调节体内糖分 ,有利于改善糖尿病的症状。,118,铬是葡萄糖磷酸变位酶的必需成分，参与糖代谢调节，,铬是葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor,GTF）的必需成分,缺铬可使胰岛素活性降低,钒能增加组织对葡萄糖的转运和氧化、激活葡萄糖代谢酶、抑制脂肪分解等作用而发挥降低血糖。,119,适当的硒可以促进碘的吸收和碘的有机化 ,使甲状腺激素合成增加 ,避免,甲状腺肿大,。,硒缺乏会影响甲状腺素代谢 ,使T4升高T3 降低 ,甲状腺组织DNA、RNA、蛋白质合成增加 ,加快组织生长和增强组织的功能 ,导致甲状腺增生肿大。,原因：,型5脱碘酶是一种含硒酶，在外周组织中使T4脱碘形成T3。,120,