[科普中国]-微量元素

微量元素在人体中存在量极少，通常指低于人体体重0.01%的矿物质。

微量元素是相对主量元素（大量元素）来划分的，根据寄存对象的不同可以分为多种类型，目前较受关注的主要是两类，一种是生物体中的微量元素，另一种是非生物体中（如岩石中）的微量元素。

人体每日对微量元素的需要量很少，但对人体来说必不可少。1

基本含义微量元素(trace element)，又名痕量元素，未有统一认可的定义。习惯上把研究体系(矿物岩石等)中元素含量大于1%称为常量元素或主要元素(major element)，把含量在1%-0.1%之间等那些元素称为次要元素(minor,subordinate)元素，而把含量小于0.1%称为微量元素,或称痕量元素。有人把次要元素也看作微量元素，这取决于研究者的兴趣和对研究问题的帮助。有人认为，在地壳和地球物理中除了O、Si、Al、Fe等几个丰度最大等元素外，其余的可称为微量元素。我们又把人体中存在量极少，低于人体体重0.01%，称为微量元素。具有一定生理功能，并且必须通过食物摄取的微量元素称为必需微量元素。

所谓微量元素也是相对的，因研究对象不同而异。例如，在伟晶岩中，许多地壳丰度极低的元素可以达到相当程度的富集。如一般情况下锆属于微量元素，但是在锆石中它成为主要元素。多数场合下元素钾、钠是常量元素，但在陨石中它们的含量属于微量元素,而镍则被视为主要元素。因此，当我们讨论微量元素时,必需要指出其所在的体系。

非生物体岩石中微量元素基于地球化学行为可分为：

稀土元素（REE）：原子序数57-71的镧系元素以及与镧系相关密切的钪和钇共17种元素在地球化学上又称之为稀土元素，包括：La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Sc，Y。

铂族元素（PGE，原子序数从44至46以及76至78），如果包括金也称之为贵金属元素，包括：Ru，Rh，Pd，Os，Ir，Pt，(Au)。

过渡金属元素（原子序数从21至30）。包括：Sc，Ti，V，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Zn

高场强元素（HFSE）包括镧系元素，Sc和Y，以及Th，U，Pb，Zr，Hf，Ti，Nb，Ta

低场强元素（LFSE）又称大离子亲石元素(LILE)，包括：Cs，Rb，K，Ba，Sr，二价Eu和二价Pb

生物体植物体植物体除需要钾、磷、氮等元素作为养料外，还需要吸收极少量的铁、硼、砷、锰、铜、钴、钼等元素作为养料，这些需要量极少的，但是又是生命活动所必须的元素，叫做微量元素。

人体人体是由50多种元素所组成。根据元素在人体内的含量不同，可分为宏量元素和微量元素两大类。凡是占人体总重量的万分之一以上的元素，如碳、氢、氧、氮、磷、硫、钙、镁、钠、钾等，称为常量元素；凡是占人体总重量的万分之一以下的元素，如铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴、氟等，称为微量元素（铁又称半微量元素）。微量元素在人体内的含量真是微乎其微，如锌只占人体总重量的百万分之三十三。铁也只有百万分之六十。

微量元素虽然在人体内的含量不多，但与人的生存和健康息息相关，对人的生命起至关重要的作用。它们的摄入过量、不足、不平衡或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异常或发生疾病。微量元素最突出的作用是与生命活力密切相关，仅仅像火柴头那样大小或更少的量就能发挥巨大的生理作用。值得注意的是这些微量元素通常情况下必须直接或间接由土壤供给，但大部分人往往不能通过饮食获得足够的微量元素。根据科学研究，到目前为止，已被确认与人体健康和生命有关的必需微量元素有18种，即有铁、铜、锌、钴、锰、铬、硒、碘、镍、氟、钼、钒、锡、硅、锶、硼、铷、砷等。这每种微量元素都有其特殊的生理功能。尽管它们在人体内含量极小，但它们对维持人体中的一些决定性的新陈代谢却是十分必要的。一旦缺少了这些必需的微量元素，人体就会出现疾病，甚至危及生命。比较明确的是约30%的疾病直接是微量元素缺乏或不平衡所致。如缺锌可引起口、眼、肛门或外阴部红肿、丘疹、湿疹。又如铁是构成血红蛋白的主要成分之一，缺铁可引起缺铁性贫血。国外曾有报道：机体内含铁、铜、锌总量减少，均可减弱免疫机制(抵抗疾病力量)，降低抗病能力，助长细菌感染，而且感染后的死亡率亦较高。微量元素在抗病、防癌、延年益寿等方面都还起着非常重要的作用。

1990年FAO/IAEA/WHO三个国际组织的专家委员会重新界定必须微量元素的定义并按其生物学的作用将其分为三类：

（1）人体必需微量元素，共8种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴、铁。

（2）人体可能必须的元素，共5中，包括锰、硅、硼、钒、镍。

（3）具有潜在的毒性，但在低剂量时，可能具有人体必需功能的元素，共7种包括氟、铅、镉、汞、砷、铝、锡。

一些必需微量元素对人体的重要作用及成年人每天的适宜摄入量，如表所示：

常见微量元素铬铬是人体必需的微量元素之一，十八世纪末由法国化学家Louis Vauquelin首次发现并命名，在机体的糖代谢和脂代谢中发挥特殊作用。但在随后的100多年中，这种矿物质元素被认为是一种有害元素，甚至是致癌物质，其应用也局限于印染、制革、化工等行业。直至1957年，Schwarz 和Mertz观察到铬在糖代谢中的作用，提出葡萄糖耐量因子假说，并通过实验逐步证实，Cr3 是啤酒酵母中葡萄糖耐量因子(Glucose Tolerance Factor,GTF)的活性组成部分。随后用鼠和人进行的大量研究表明：三价铬主要通过GTF协同 。

铬元素胶囊和增强胰岛素的作用，从而影响糖类、脂类、蛋白质和核酸等的代谢，影响动物的生长、繁殖、产品品质及抗应激、抗病能力，并认为铬(Cr3 )是人和动物机体必需的微量元素。后来，Mertz证实了GTF是以尼克酸－三价铬－尼克酸为轴心，谷氨酸、甘氨酸和半胱氨酸为配体的物质。他还证实了铬的生物化学作用主要是作为胰岛素的增强剂，通过胰岛素影响糖、蛋白质、脂肪和核酸的代谢，从而证明了铬是人和动物的必需微量元素之一。此后，许多学者对铬的代谢、生物学功能及在养殖业中应用作了大量的研究，取得了一些积极的成果和可喜的发现。

人体内铬几乎都是3价的，它很稳定，人体内约含铬6mg，它广泛地存在于人体骨骼、肌肉、头发、皮肤、皮下组织、主要器官(肺除外) 和体液之中。人体对无机铬的吸收利用率极低，不到1%；人体对有机铬的利用率可达10～25%[王文君. 饲料博览，2000,(10) : 12～13]。正常成人需求量20～50μg /d，儿童、孕妇和老人为50～110μg /d，糖尿病患者和肥胖人群为50～200μg /d。铬在天然食品中的含量较低、均以三价的形式存在。啤酒酵母、废糖蜜、干酪、蛋、肝、苹果皮、香蕉、牛肉、面粉、鸡以及马铃薯等为铬的主要来源。人们主要从食物、饮水和空气摄取一小部分铬。

铬与脂类代谢

铬与脂类代谢的关系，国内外都做过广泛的研究：补铬可通过调节各种脂蛋白含量和胆固醇的代谢而对机体的脂类代谢产生有益的调节和改善作用；动物日粮补铬可降低血清甘油三酯和总胆固醇的含量，并提高高密度脂蛋白（HDL）的含量。铬可能通过两种机制调节脂类代谢，一是日粮补铬可提高胰岛素活性（缺铬时活性降低，并通过糖代谢诱发脂类代谢紊乱），调节脂类代谢、改善机体血脂状况，因而和人类冠心病、高脂血症及动脉硬化等的发生有关；二是铬可加强脂蛋白酶（LPL）和卵磷脂胆固醇酰基转移酶（LCAT）的活性，LPL和LCAT对于合成HDL有重要作用，机体缺铬则HDL的合成减少，含量下降。

一些证据表明，铬能增加胆固醇的分解和排泄。Abraham等（198糖尿病人的铬性化营养0）证明铬不仅能降低兔主动脉上胆固醇的沉积，而且能清除沉积于主动脉上的胆固醇。Page（1993）在生长肥育猪日粮中添加不同水平的吡啶羧酸铬（PicolinateChromium），猪血清中胆固醇水平显著降低。Lein（1996）在生长猪饲粮中添加200ppb的铬（GrPic），血清甘油三脂和低密度脂蛋白胆固醇显著下降（P