250


150


100 2.40


0.53


0.20
0.40


0.09
9
0.07
3
0.14
0.23


0.02
7
0.01
9



0.01
0 2.16


0.63
0.36
0.29
0.59


1.77


0.32


1.02
0.20


0.06
3
0.14


0.01
2
0.07
7 2.40


1.96


0.31
0.42


0.12


0.06
5
0.14
0.14


1.00


0.02
4 22.0
8
4.42
1.72
5.08
2.98


14.8
8
6.66


1.90
1.14


7.36


0.64


0.17


0.15 1440.00 6.96 1.44 0.19


0.85
17.62 0.45
53.50 0.76 0.072 0.27 0.050
45.40 1.34 0.40 0.25


83.70 8.52 0.034 0.71 0.066


20.68 0.16 0.022 0.13 0.023


23.36 0.75 0.043 0.076 0.010
14.18 0.65 0.056 0.072 0.005
8
0.048 0.009 0.021 0.002 0.096
6 8
13.74 11.73 0.011 0.28 0.005
8
3.13 0.12 0.004 0.010
4
3.51 0.27 0.003 0.008 0.001
0 3 0 6.24


2.98
5.54
1.30
3.70


0.69


0.34


0.70
0.27





0.12


0.03
0
0.05
0 共计 55kg ＞
4.1 ＞
7.6 ＞
5.6 ＞ 63 ＞ 1700 ＞ 33 ＞ ＞ 3.3 ＞
0.66 0.35 ＞
22 Schroeder
资料
（ 体 重
70kg ） ＞ 6 20 ＜ 10 100 2300 30 ＜ 90 80 海 水 中 浓 度
（ ng ／ g ） 1 ～
2.5 0.7
～ 1 1.5
～ 6 1 ～
25 9 ～ 21 0.03 0.2 0.03 4 ～
5




表 1—11 元素的累积

元素 累积的组织 元素 累积的组织 Al
As Au Ba Ca Cd Cs F Fe Hg I 发，肺和皮肤（可能沾污） La 等
发和指甲 P
发（可能沾污） Pb
眼睛的脉络膜 Po
骨和牙 S
肾（随着年龄增加到 40 岁） Sb
肌肉 Si
牙和骨 Sn
骨髓和细胞，肝 Sr
肾，发 Ti
甲状腺，发 Zn 骨（？）
骨和牙 骨
发 发 发
肺和皮肤（可能沾污） 胸腺
骨和牙 肺和皮肤（沾污） 前列腺，眼



三、脊椎动物血液


　　脊椎动物的血液与无脊椎动物的血液比起来，具有较低的总盐量，一价 阳离子对二价阳离子如[Na+＋K+]/[Ca2+＋Mg2+]的比率也较高，可以把血液看 作是红细胞与富含蛋白质血浆组成的悬浮液。红细胞和血浆间 Na+与 K+的分 布随物种而变化。血液的组成受体内平衡的控制，进入血流的多数元素，在 血液循环过程中很快地会从血液中除去。
人体血液中的红细胞和血浆的元素成分见表 1—12[13]。这里假设血液
含 42.8%（V/V）红细胞和 57.2%（V/V）血浆。每个细胞中元素 X 的原子数目， 可由下式计算：4.75×107[X]/M，其中，M 是元素 X 的原子量。此表中的数 据表明，仅放射性元素镭（可能还有锕、镤、钋和钚）以每个红细胞内少于 一个原子的量存在。其它元素或是必需存在、可能有益的量，或是一些沾染 物。

表 1-12 人的血液、红细胞、血浆和血清的元素成分

元素 全部血液 红细胞 血浆 血清 Ag
Al
As
Au
B
Ba
Be
Bi
Br
Ca
Cd
Ce
Cl
Co


Cr
Cs
Cu
F
Fe
Ga
Ge
Hg
I
K
Li
Mg
Mn


Mo
Na
Nb
Ni
P
Pb
Ra
Rb
S
Sb
Sc
Se
Si
Sm
Sn


Sr
Te ＜ 0.003 ①
0.39
0.0017 ～ 0.09
0.00001 ～ 0.00042
0.13
0.068
＜ 0.00001
0.016 ？
4.7
60.5
0.0052
＜ 0.002
2890
0.0002 ～ 0.04


0.006 ～ 0.41
0.0038
1.01
0.5
447
＜ 0.08
0.44 ？
0.0078
0.057
1620
0.004
37.8
0.0016 ～ 0.075


0.001 ？
1970
0.0047 ？
0.01 ～ 0.05
345
0.21
6.6 × 10-9
2.49
1800
0.0033
0.0076 ？
0.171
3.9
0.008 ？
0.29 ？


0.031
0.0055 ？ 0.010
0.064 ？
0.0027
0.0008 ？


0.007



1.45
3.2



2040
00016 ～ 0.086


0.037


0.98
0.45
1050


0.65 ？
0.007


3550
0.028 ？
57.2
0.035


0.017 ？
284


0.083
706
0.46


4.7


0.0046


0.22
4.1 ？


0.38 ？


0.0072 0.0036 ～ 0.044
0.32
0.0024
0.00006 ？
0.12
0.058


＜ 0.0006
4.3
96
0.0026


3610
0.00007 ～ 0.012


0.026 ～ 0.16
0.0031
1.12
0.2 ？
1.1
0.00021
＜ 0.03
0.0065
0.0069
157
0.03 ？
21.2
0.0006 ～ 0.068


0.013 ？
3160
＜ 0.01
0.054 ？
121
0.13 ？
16.6 × 10-9
1 ？
330 ？
0.0032 ？


0.03 ～ 0.59
0.43 ？
＜ 0 · 002
＜ 0 · 004 ～
0 · 1
0 · 036
＜ 0.03 0.003 ～ 0.2
0.23
0.03 ？
0.00008 ？


0.06



3.9
97
0.0028


3650
0.0002 ～
0.062
0.002 ～ 0.02
0.0016
1.19
0.027 ？
1.09


0.29 ？
0.012 ？
0.066
191
0.009 ？
21.7
0.00054 ～
0.061
0.006 ？
3250
＜ 0.06
0.003
142
0.016 ～ 0.13


0.2
1200
0.0026
0.00015
0.122
6.9 ？


0 · 03


0 · 037

来自 Iyengar 等（1978）概括的数据。文献中对于全部血液中 As、Au、
Co、Cr、Mn 和 Th 的数值范围较大，目前确定最好的平均值还有困难。不一 致的或者未证实的数据用（？）标出。
①Howlett 和 Taylor，1978。
②Byrne 和 Kosta，1978。

第四节生物元素的功能
　　　　　　　　　　一、元素的自然选择 人类是经过漫长的进化过程而逐渐形成的，有充分的科学根据认为：生
物的初期进化是在海洋中进行的。如将海水中的元素按浓度分类，则可看出 它们与人体必需元素含量的关系。
（1）＞106nmol/L：氢，氧，钠，氯，镁，硫，钾，钙，碳，氮等；
（2）102～106nmol/L：溴，硼，硅，锶，氟，锂，磷，铷，碘，钡等；
　　（3）5～102nmol/L：铝，铁，锌，铝，铜，钛，锡，钒，锰，镍，钴， 硒，铬等；
（4）＜5nmol/L：其它元素。 显然，第（1）类组成人体常量必需元素；而第（2）类和第（3）类的若
干元素构成人或生物体所必需的微量元素。这说明了生物不断地从环境中选 择某元素去完成所需的功能。
在生物演化过程中，它们遵循下列规则选择元素[3]：
　　1.丰度和生物利用度 生物体选择自然界中存在较丰富的元素，因而人体 内的常量元素都是海水中最丰富的元素。在酶所依赖的金属中，最常见的是 铁、钼、铜和锌，它们在海水中都有一定的浓度并可被利用。大多数生物选 择钙的碳酸盐或磷酸盐作为构成内、外骨骼的材料，正是利用了这两种盐的 难溶性以及较高的钙丰度。
2.基本适宜性 一种无机元素（通常为金属元素）若被选择，它就具有某
一特定的功能。例如，自然界选择金属组成氧化还原酶时，即利用了金属离 子对氧化还原反应的催化作用，这与金属离子的价电子数、最佳配位数、配 体和氧化还原系统的电位都有关系。这一规则主要是从热力学上阐明某元素 的简单化合物可否被选择来完成某种功能。
3.有效性和特异性的进化规则生物体选择较有效的化合物加以利用。例
如，在铁氧还蛋白中的功能单位是铁硫原子簇；黄素氧还蛋白则是以黄素单 核苷酸作为辅酶。这两种蛋白都有传递电子的功能，由于后者不如前者有效， 它只是在缺铁介质中被利用，而铁含量丰富的细胞就不含黄素氧还蛋白。
被选用的元素需在与生物大分子结合成某种特殊形式的情况下去完成功
能，离开这一特定的大分子就不能发挥作用。例如，血红蛋白的生物功能是 在血液里结合氧分子和释放氧，它依靠了血红素分子中的 Fe2+离子。如果没 有特殊蛋白质与其结合，Fe2+遇到氧分子时只会被氧化，不能可逆地结合和
释放氧。选择铁作为人体的氧载体——血红蛋白的活性金属，与此蛋白的演
化有关，这一特定结构保证了活性或有效性。另一些生物没有选择铁而是选 择钒或铜，那是由于该生物大分子在演化过程中产生了不同的蛋白质之故。
　　　　　　　　　二、生物元素功能和分类 现将生物元素及其功能归纳于表 1—13 中。在生命物质中，除碳、氢、
氧和氮参与各种有机化合物外，其它生物元素各具有一定的化学形态和功
能，这些形态包括它们的游离水合离子、与生物大分子或小分子配体形成的 络合物以及构成硬组织的难溶化合物等。


表 1—13 生物元素及其功能
元素 符号 功能 氢
（硼） 碳
氮 氧 氟* 钠 镁 硅* 磷 硫 氯 钾 钙 钒 铬* 锰* 铁* 钴* 镍* 铜* 锌* 硒* 钼* 锡* 碘* H
B C N O F Na Mg Si P S Cl K Ca V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Se Mo Sn I 水，有机化合物的组成成分
植物生长必需 有机化合物组成成分 有机化合物组成成分 水，有机化合物的组成成分
鼠的生长因素，人骨骼的成长所必需 细胞外的阳离子， Na+
酶的激活，叶绿素构成，骨骼的成分 在骨骼、软骨形成的初期阶段所必需
含在 ATP 等之中，为生物合成与能量代谢所必需 蛋白质的组成，组成 Fe － S 蛋白质 细胞外的阴离子， CI-
细胞外的阳离子， K+ 骨骼、牙齿的主要组分，神经传递和肌肉收缩所必需 鼠和绿藻生长因素，促进牙齿的矿化
促进葡萄糖的利用，与胰岛素的作用机制有关
酶的激活、光合作用中水光解所必需 最主要的过渡金属，组成血红蛋白、细胞色素、 Fe － S 蛋白等
红血球形成所必需的维生素 B12 的组分
酶的激活及蛋白组分，膜构造与功能 铜蛋白的组分，铁的吸收和利用 许多酶的活性中心，胰岛素组分 与肝功能肌肉代谢有关 黄素氧化酶、醛氧化酶、固氮酶等所必需 鼠发育必需
甲状腺激素的成分

注：标有*号的为微量元素，其余为常量元素。
根据它们的形态、功能和分子大小，可作如下分类：
　　（1）无机结构物质：钙、氟、磷、硅和少量的镁，以难溶无机化合物形 态存在于硬组织中，如 SiO2、CaCO3、Ca10（PO4）6（OH）2 等。
　　（2）具有电化学和信使功能的离子：钠、镁、钾、钙和氯等，分别以游 离水合阳离子和阴离子形式存在于细胞的内、外液中，两者之间维持一定的 浓度梯度，这种梯度的建造依靠膜以及与膜结合的金属泵，也依靠在一侧存 在的配体结合金属离子。例如，K+和 Na+离子在细胞内、外大都是游离的，但 依靠 K 和 Na 泵造成两侧差异，而 Mg2+和 Ca2+离子除相应泵的工作外，也因在 细胞里部分地被大分子配体、膜组分结合而远低于细胞外浓度。
　　（3）生物大分子：系指蛋白质、肽、核酸及类似物等需要金属结合的大 分子，包括具有催化性质和贮存、转换功能的各种酶。参与结合的金属元素 见图 1—3。
　　
　　金属蛋白质指有金属 X 以化学计量方式牢固地结合的蛋白质；其中，具 有催化性质的金属蛋白络合物称金属酶。在金属酶中的 X 一般是必需的，至 少当 X 缺乏或被其它元素取代时，酶的活性就会大大降低。与金属激活酶不 同，当纯化时，X 不容易被除去，[X]/酶活性比应接近于常数值。在以非金 属元素如 X=Se 或 I 为必需元素的酶中，这些元素是蛋白质多肽链的一个组成 部分；作为蛋白质或其辅基，也可成为另外金属离子的配位原子。在这些金 属酶中，金属元素可以成为活性中心，也可以起改变或稳定蛋白质三级结构 的作用。
　　金属激活酶所表现的催化活性必须依靠特定金属离子 X 的存在，虽然结 合着金属离子，但酶本身是指未结合金属的蛋白质。由于 X 的结合是不稳定 的，在纯制时随酶蛋白纯度的提高，X 含量越来越低，而且常可被类似元素
取代。相当多的金属激活酶可被简单的主族金属离子如 Mg2+、K+活化，它们 没有传递电子或传递配体等作用，推想金属离子的重要功能可能是结构（构 象）固定作用等。
（4）小分子：包括形成大分子的单体，如硒代蛋氨酸等；与大分子建立
平衡的低分子量配体络合物，如血浆中的氨基酸络合物；离子载体，如 Cu2+ 与血浆中存在的 Gly·His·Lys 三肽，Fe3+的柠檬酸、天然羟肟酸络合物、 大环配体；膜磷酯结合金属；电子传递化合物（叶绿素）等等。
　　现代生物科学从分子和亚分子水平研究生命过程，进而探索用生物科学 解决生产、生活实际问题的途径。由此观点看，生命活动是许多具有生物活 性的物质参与各种化学反应的总结果。这些反应在规定部位、按规定程序和 程度进行，它们之间是相互关联和制约的。在这些生物活性物质中，有不少 就是含无机元素（特别是金属元素）的络合物，即作为构成金属蛋白、核酸 络合物、辅酶中的一部分等，它们在固碳、固氮、载氧、生物矿化、细胞调 节、神经传导、免疫应答等生物过程中起着关键作用（图 1—4）。



　　这些活性络合物起着开关、调节、控制、传递、放大等作用，因此它们 参加的反应具有高选择性、高效率和高收率的特点。
　　金属离子（或其水合离子）本身常不具有某种生物活性，或者活性不够， 只有与具有特定结构的配体结合成配位化合物后，才表现出特定的活性。例
如，Fe2+不能与氧配位结合，只有当它与原卟啉Ⅸ和具有特定结构的蛋白链 结合成血红蛋白后才能氧合。因此，虽然我们研究金属，实际上主要研究的

是与特定生物配体结合的金属。在考察生物分子的结构-性质-活性的关系 时，也必须研究配体的影响。生物配体包括蛋白质、肽、核酸、糖以及糖蛋 白、脂蛋白等大分子配体，也包括一些有机、无机离子（如氨基酸、核苷酸、 有机酸酸根、Cl-、HCO3-、HPO42-等）、某些维生素和激素等小分子配体。广 义地说，O2 分子、CO 分子等也是生物配体。不同配体所含的各种配位基团决 定了对金属的配位能力和配位方式，从而决定了生物功能。例如，在蛋白质 中有着不同可配位的基团（表 1—14）。

表 1—14 蛋白质中参与金属配位的可解离基团
配位解离基团 氨基酸或残基 pK

α－ COOH β， r-COOH 咪唑
α－ NH +

流基
ε－ NH +
酚-OH 胍基

羧酸末端 天冬氨酸、谷氨酸 组氨酸
氨基末端 半胱氨酸 赖氨酸 酪氨酸 精氨酸

3.4 ～ 4
4 ～ 5
6 ～ 7
7.5 ～ 8
10
10
9 · 5 ～ 10.5
12

第五节 微量元素与食物营养
　　　　　　　　　　　一、植物的营养 不同的植物种类对元素的敏感度是有差别的，现将植物培育营养液中若
干元素的不足、适宜和中毒的浓度列于表 1—15[14]。

表 1—15 在营养液中影响种子植物生长的浓度（mg/L）
元素 X X 缺乏 正常生长 X 中毒 元素 X X 缺乏 正常生长 X 中毒 Al
AS （Ⅲ）


B


Ba
Be


Bi
Br
Ca


Cd
Cl
Co


Cr （Ⅵ）
Cu


F
Fe
Ga


I


K


Li




＜ 0.1










0.015 ～ 4



O.01
0.0006



＜ 0 · 01



＜ 0.5



＜ O.000001
0.03 ～
0.12 ＜ 0 · 1
＜ 0.02


0.02 ～ 1


＜ 500
＜ 0.5



＜ 15
0.12 ～
200
＜ 0.05
4 ～ 200
0.001 ～
0.01
＜ 0.5
0 · 01 ～
0 · 1
＜ 5
0.5 ～ 5
0.01 ～
0.02
0.1 ～
0.25
0.1 ～ 320


＜ 10 0 · 1 ～ 32
0.02 ～ 7.5


1 ～ 5


500
0.5


27
15 ～ 600
＞ 500


0.2 ～ 9
＞ 600
＞ 0.1 ～ 3


0.5 ～ 10
0 · 5 ～ 8


＞ 5
10 ～ 200



1


＞ 500


＞ 30 Mg
Mn(Ⅱ)


Mo


N
Na


Ni
P
Pb


Rb
S
Se （Ⅳ）


Si
Sn


Sr
Te （Ⅵ）
Tl


V


W


Zn ＜ 5
0.0025 ～
0.02
＜ 0.01


＜ 1.4
＜ 0.06



＜ 10





＜ 0.7
＜ 0.02


＜ 0.09










＜ 0.0004





＜ 0.0006 12 ～ 50
0.1 ～ 1


0.01 ～
0.5
70 ～ 210
0.06 ～
60
＜ 0.5
20 ～ 150
＜ 3


＜ 90
3 ～ 270
＜ 1






＜ 400
＜ 6
＜ 1


＜ 10


＜ 1


0.002 ～
0.2

1 ～ 100


0.5 ～ 2


＞ 1000
＞ 400


0.5 ～ 2
＞ 500
3 ～ 20
①
＞ 90
＞ 8000
1 ～ 2



＞ 40


＞ 40O
＞ 6
1


10 ～ 40


＞ 10


60 ～
400



①0·2mgPb/L 降低离析的叶绿体对 CO2 的固定作用。


　　对种子植物最毒的元素看来是砷（Ⅲ），诸如铝、硼、镉、钴、铬（Ⅵ）、 铜、碘、钼、镍、硒（Ⅳ）、铊等在低浓度下也有毒性，其中有的是生物必
　　
需微量元素。砷（Ⅴ）、铋、溴、氟、铁、锂、锰、铅、碲、钒、钨和锌具 有中等毒性；而钡、钙、氯、钾、镁、氮、钠、铷、硫和锶等仅在很高的浓 度时才有毒性。
　　植物对 Al3+和 Mn2+离子的容许限度极易变化。在天然环境中，这两种离 子仅在酸性湖泊和 pH＜5 的沼泽地带才能达到一定浓度。表 1—15 中提供的 数据尚不完善，至于生长在土壤中的植物了解得更是不够，为了预测土壤中 某些元素的潜在不足和毒性，还需进行艰苦的工作。此外，这里的资料尚未 包括营养物之间可能产生的相互作用。
二、平衡膳食组成 人类在长期进化过程中，不断地寻找和选择食物以改善膳食，因此在人
体的营养生理需要和膳食之间建立了平衡关系。如果这种关系失调，即膳食
不能适应人体的营养需要，就会产生不利于人体健康的影响，甚而导致某种 营养性疾病。
　　由于新陈代谢，每天都有一定数量的无机盐从各种途径排出体外，因此 有必要通过膳食予以补充。无机盐在食物中分布很广，一般都能满足机体需 要；从实用营养的观点看，比较容易缺乏的无机元素有钙、铁和碘。特别是 对正在发育的儿童，青、少年，孕妇和乳母，常量元素钙和微量元素铁或碘 的缺乏较为常见。
平衡膳食（Balanceddiet）系由多种食物构成。它不但要提供足够数量
的热量和各种营养素，以满足人体正常生理需要，而且要保持各种营养之间 的数量平衡，以利于它们的吸收和利用，达到合理营养的目的。随着对必需 营养素及其相互关系知识的丰富和深入，对有效地利用食物资源、科学加工 食品、合理调配膳食和充分发挥营养效能，提供了科学基础。
我国历史悠久，在营养和饮食方面极其注意与人们健康的关系，并在发
掘食物资源、酿酒、发酵食品、豆制品和烹调技术造诣上享誉世界。许多国 家都制订了膳食供给量的标准，作为评价平衡膳食的基本依据。经中国营养 学会修订提出的我国部分标准见表 1—16[15，16]，其中对常量元素钙和微 量元素铁、锌、硒等的供给量作出了明确的建议，其它必需微量元素包含在 各种蛋白质和多样食物之中。此外，尚需一定量的维生素 A、D、E、核黄素、 烟酸、硫胺素和抗坏血酸等。

表 1-16 我国人民每日膳食中某些营养素的推荐量①



类别 能量
（ kcal ）
② 蛋白质
（ g ） 钙
（ mg ） 铁
（ mg ） 锌
（ mg ） 硒
（μ g ） 碘
（ μ g ） 成 年 男子
（ 体 重
63kg
）






成 年 女 子
（ 体 重
53kg
）








少 年 男子



少 年 女子



儿 童
（ 平 均 值） 极轻体力 劳动
轻体力劳 动
中等体力 劳动
重体力劳 动
极重体力 劳动
极轻体力 劳动
轻体力劳 动
等体力劳 动
重体力劳 动
孕妇（后
5 个月）
乳母
16 ～ 19 岁
13 ～ 16 岁
16 ～ 19 岁
13 ～ 16 岁
10 ～ 13 岁
7 ～ 10 岁
5 ～ 7 岁
3 ～ 5 岁
2 ～ 3 岁
1 ～ 2 岁
1 岁以下


6 个月以 下 2400


2600


3000


3400


4000


2100


2300


2700


3000


+20O


＋ 800
2800


2400


2400


2300


2200


2000
1600
1400
1200
1100
100 ／ kg
体重
120 ／ kg
体重 70


80


90


100


110


65


70


80


90


＋ 20


+25
90


80


80


80


70


65
55
50
45
40
2 ～ 4 ／
kg 体重 800


800


800


800


800


600


600


600


600


1500


1500
100O


1200


1000


1200


1000


800
800
800
600
600
600


400 12


12


12


12


12


18


18


18


18


28


28
15


15


20


20


12


10
10
10
10
10
10


10 15


15


15


15


15


15


15


15


15


20


20
15


15


15


15


15


10
10
10
10
10
5


3 50


50


50


50


50


50


50


50


50


50


50
50


50


50


50


50


40
40
40
20
20
15


15 150


15


150


150


150


150


150


150


150


175


200
150


150


150


150


120


12
70
70
70
70
50


40

①中国营养学会 1988 年 10 月修订，摘自营养学报，（1989），11（1），
93。
　　动物能从它们的食物和环境中富集有毒物质，植物在代谢过程中能蓄积 和合成特殊的有毒物质。生长在植物和动物食品中的细菌和霉菌能产生毒 素。食品中有的化学物是有意加入的，有的是通过人们的各种生产活动而进 入的；还有一些化学物却是在食品中自然存在的。我们对自然存在的化学物 比人为加入的化学物了解较少，然而，人们通常并没有同样关心自然物质的 可能危害。这是由于在长期接触这些物质的经验中，并无危险的征象，至少 按正常方式食用时是没有危险的；另一方面，绝大多数为了一定目的加入的 化学物都是先经过严格的试验确定了它们的毒性，并根据安全界限制订了食 品中的允许加入量和残留量，只要按规定使用，不会产生有害作用。
　　在满足正常营养的需要中，人们也摄入许多有害物质，而摄入的这些物 质却很少有危害的迹象。这个问题有几种相互关联的解释：一种是每日摄入 的若干物质低于中毒剂量，又不会在体内蓄积以至达到中毒剂量；另一种是 毒物之间可能具有的相互拮抗作用，例如锌能降低镉的作用、DDT 诱导产生 的酶能使别的化学物解毒，等等。食品中有毒物质的含量太低，要长期大量 食用某一特定食品才能出现明显的生物学作用。
人们认为，多样化的膳食是获得各种适量基本营养素的最好方法。它不
但符合《黄帝内经》中所指“五谷为养，五果为助，五畜为益，五菜为充” 的广谱而平衡的膳食原则，同时也是避免食品中有毒物质达到有害剂量的科 学方法之一。
三、理想食物中的微量元素 大自然的规律是不可抗拒的。人体每一部分的发展和发育，均有赖于其
组分生长的营养条件。多年来，人们虽已知道，适量的碳水化合物、蛋白质
和维生素等有机成分以及铁、钙等几种无机成分对健康是必不可少的，然而， 人体对许多其它元素的需求，由于它们在人体中的含量太低而被忽视了。
栖息在大自然中的动物能从多样食物中获得微量元素，避免了这些元素
的不足或过量摄取；而人们“纯化了”的食物却导致了某些“文明病”。近 年来，由于地理条件所限的微量元素缺乏症，以及环境污染带来的微量元素 过量积聚情形都已发生，这使得许多生物化学、无机化学、医学和药物学的 科学工作者十分注意微量元素的生物可用性、同化作用、排出机制和浓度的 正确测定[17]。
　　有史以来，人们就已经把各种添加剂——增加鲜味、改善色泽、防腐保 鲜等物质引入到饮食中去了。不管对添加剂的评价如何，为使食品生产能跟 上人口增长的速度、提高营养价值，严格科学地合理配制普通食物中所缺乏 的营养物将起着日益重要的作用，这是一个既成事实，也是人类发展的需要。 人们如何得到完美的营养，使每样物质刚好都是正确的量呢？当前要赋 予理想食物以确切的含义，显然还不那么简单容易。不过，人们注意到应致 力于改善包含营养食物在内的质量和美味，寻找饮食中含量很低的微量元 素，例如铬、钼、镍、钒、硒等，以及食物中应包含有与金属离子相匹配的 合适的配位体，以保证必需元素处于最容易被吸收的形式，而且含量适宜。
　　
表 1—17 列出了已知人造营养食物中典型的必需元素及其含量；而人对膳食 中微量元素的摄取量及排泄情形可参见表 1—18[18]。所谓人造食物系指从 下列三个原料来源制作的食品：用现代化方法加工食品生产中的剩余料，使 未被充分利用的原料进入饮食领域；取消食物链“植物-动物-人”的中间环 节，直接在植物基础上生产新品种的肉、奶制品等；从无机或有机原料合成 氨基酸、蛋白质、碳水化合物、油脂和维生素，然后加工成食品。

表 1—17 某种人造营养食物中典型的元素含量
（盐类与维生素、氨基酸、碳氢化合物混合在一起）
阳离子 （ mg ／ d ） 阴离子 （ mg ／ d ） 钠
钾 钙 镁 锰 铁 铜 锌
维生素 B12 中的钴 1548
2105
800
350
2.81
10.0
1.94
12.5
0.22 μ g 氯离子
磷酸根 硫酸根 碘离子 3216
500
11.5
0.144

表 1-18 人体中存在的痕量元素

元素 原 子 序 比重 人体
（ mg ／
70kg) 血液总 量(mg) 主要分布 部位 膳食的 摄取量 (mg ／ d) 排泄量 尿 (mg 汗 (mg
／ d) ／ d) 毛 发
( μ g
／ g) 锂
铍


硼
氟*
铝


钛


钒*
铬*



锰*


铁*



钴*



镍*


铜*


锌*


砷
硒*


溴
铷
锶
锆
铌
钼*
镉


锡*


锑
碲
碘* 3
4


5
9
13


22


23
24



25


26



27



28


29


30


33
34


35
37
38
40
41
42
48


50


51
52
53 0.53
1.85





2.70


4.54


5.98
7.18



7.21


7.86



8.9



8.90


8.92


7.13


1.97
4.79



1.53
2.54
6.53
8.57
10.22
8.65


5.75


6.69
6.24 2.2
0.036


＜ 48
2600
61


8


＜ 18
1.7



12


4200



1.5



10


72


2300


18 ？
13


200
320
320
420
110 ？
9.3
50


＜ 17


7.9 ？
8.2 ？
11 0.10
＜
0.00052
0.52
0.95
1.9


0.14


0.088
0.14



0.14


2500



0.0017



0.16


5.6


34


2.5
1.1


24
14
0.18
13
13
0.083
0.036


0.68


2.024
0.18
2.9 50 ％肌肉
75 ％骨



98.9 ％骨
19.7% 肺 ，
34.5%骨
49.1% 肺 ， 淋巴结
＞ 90%脂肪
37 ％皮肤



13.4 ％骨


70.5 ％ 血 色 素 中 的 铁
18.6 ％ 骨 髓


18 ％皮肤


34.7 ％ 肌 肉
65.2 ％ 肌 肉


38.3%肌肉


60 ％肌肉


99 ％骨
67 ％脂肪
26%脂肪
19 ％肝
27.8 ％肾、 肝
25% 脂肪 、 皮肤
25 ％骨
骨？
87.4 甲 状 腺 2.0



1.3
2.5
45


0.85


2.0
0.05 ～
0.1


2.2 ～
8.8
15



0.3



0.4


3.2


8 ～ 15


1.0
0.068


7.5
1.5
2.0
4.2
0.62
0.3
0.215


4.0


＜ 0.15
0.112
0.2 0.8



1.0
1.6 0.65
0.1 6.13


0.33 0.001


0.015
0.008 0.059



0.225 0.097


0.25 0.5



0.26 0.017



0.011 0.083


0.06 1.59


0.5 5.08


0.195
0.04 0.34


7.0 0.2
1.l 0.05
0.2 0.96
0.14
0.36 0.003
0.15 0.061
0.3


0.023 2.23


＜ 0.07 0.011
0.53
0.175 0.006




7


5


0.05



0.69
～
0.96
1.0


130



0.17
～
0.28
0.007
5
16 ～
56
167 ～
172
2
0.3 ～
13
12.5


0.05


2.2


0.8 ～
1.8



6.5


0.015

注：带*的为人体必需微量元素，未列出硅*的数值。


　　如果我们调查清楚，除了主要食品外，其它食品中有哪些含有比较丰富 的必需微量元素，将是很有意义的。这样，我们就可以在需要的时候，使用 它们来平衡饮食。表 1—19 中列举了有关的一些数据[2]，可供平衡饮食时参 考。其中未列铁的数据，是因为铁的数据在营养学手册上较易查到。

表 1—19 各种食物中必需微量元素的含量平均值（μn/g）
食物种类 铬 锰 钴 铜 锌 硒 钼 海味
肉类 奶制品 蔬菜 豆荚
根 叶和果 水果 谷类
油和脂肪 坚果
调味品和香料 酒精饮料 非酒精饮料 0.17
0.13
0.10


0.05
0.08
0.03
0.02
0.31
0.15
0.35
3.3
—
— 0.05
0.21
0.70


0.44
0.78
3.47
1.0
7.0
1.83
17.7
91.8
—
3.8 1.56
0.22
0.12


0.15
0.13
0.14
0.14
0.43
0.37
0.26
0.52
0.03
0.01 1.49
3.92
1.76


1.31
0.69
0.42
0.82
2.02
4.63
14.82
6.76
0.38
0.44 17.5
30.6
8.6


10.7
3.4
1.7
0.5
17.7
8.4
34.2
22.9
0.9
0.2 0.57
1.07
0.02


0.02
＜ 0.02
＜ 0.02
＜ 0.02
0.31
—
0.72
0.24
—
0.35 0.10
2.06
0.14


1.73
0.23
0.06
0.06
0.33
0.00
？
0.45
0.08
0.03



由表 1—19 可见，含铬量较高的有坚果和谷类，其次是动物的饱和脂肪，
但植物油对铬的亲和能力较小。锰在坚果和叶菜类中含量较丰，茶叶也是重 要来源，例如，泡一次的茶液中约含锰 6.9μg/g；此外，谷类、小麦、大麦 和通心粉中，锰的含量一般都超过 10μg/g。钴在虾和鱼中含量较多，其余 食物中含量较少。牡蛎含有大量铜，而肝、肾、羊排、葵花子油、蔬莱、坚 果中铜含量都超过 5μg/g。各种饮食中的含铜量变动范围可达数倍，一般人 不会摄取不足。
　　瘦肉和鱼是最丰富的锌源，在蛋黄、小麦、面筋、玉米、茶叶、白扁豆、 可可、酵母等食物中，含锌量超过 20μg/g，只要吃全谷类、坚果、肉类和 海味，就能获得足够的锌。硒存在量较低，人们对它的需求量也相对较少， 通常含于肉类中，对于缺硒造成的地方病，不得不求助于外加硒制剂的方法 来弥补不足。豆荚类和动物脏器中含大量的嘌呤和钼，由于钼是牛奶里一种 酶的组分，所以牛奶也是一个钼的来源。香料中的微量元素含量也颇丰富， 但因人们食用香料的量很少，它们也就不成为微量元素的重要来源。
　　从现有知识来看，没有金属离子是孤立存在的，它同时依赖于所存在的 其它金属离子和配位体。例如，鸡蛋中含有铁的成分，然而它们实际上抑制 了铁在小肠中的吸收。络合溶解的配位体有时可以作为络合微量金属的添加
　　
剂，以防止某一离子状态的金属元素可能在食品中的催化氧化作用。在自然 界的进化中，人类经过生存竞争而幸存下来，这也是因为人体内的竞争反应 能够有效地适应食物中的金属和配位体。迄今，除了开发天然食物以外，一 批“素牛排”、“大豆鸡脯”、“人造果汁”以及多种强化食品已经涌进市 场，为了保证生命的安全，提高人民健康生活水平，达到益智、长寿的目的， 必须认真研究和阐明包括微量元素等各种营养素的理想食物。表 1—20 列举 了目前允许作为添加剂的金属化合物供参考[17]，其中省略了多达一千余种 的配位体。






抗凝（胶）剂

表 1—20 目前允许作为食品添加剂的金属化合物
（为简洁起见略去某些钠盐和钾盐）

硅酸铝钙 硅铝酸钙钠 硅酸钙
硅酸镁
　　硅铝酸钠 硅酸三钙 化学防腐剂
抗环血酸钙，丙酸钙和己二烯酸钙，苯甲酸钠，山梨酸钾 营养物和正规食物的补充物 碳酸钙，柠檬酸钙，磷酸甘油钙，氧化钙，泛酸钙，磷酸钙，焦磷酸钙和硫酸钙 葡萄糖酸铜，碘化铜
磷酸高铁和焦磷酸高铁 葡萄糖酸亚铁，乳酸亚铁和硫酸亚铁
氧化镁，磷酸镁，硫酸镁，氯化镁，柠檬酸镁，葡萄糖酸镁，磷酸甘油镁，次磷酸镁，硫酸 镁和氧化镁，硫酸锌，葡萄糖酸锌，氯化锌，氧化锌和硬脂酸锌
络合溶解剂 醋酸钙，氯化钙，柠檬酸钙，二醋酸钙，葡萄糖酸钙，六聚偏磷酸钙，一元碱磷酸钙和肌醇 六磷酸钙
稳定剂 藻酸钙
各种添加剂 硫酸铝铵，硫酸钾铝，硫酸钠铝
碳酸钙，氯化钙，柠檬酸钙，葡萄糖酸钙，氢氧化钙，乳酸钙，氧化钙和磷酸钙
碳酸镁，氢氧化镁，氧化镁和硬脂酸镁




四、微量元素与食物链


　　在漫长的地球演变过程中，生物作为一个整体已适应利用太阳光作为基 本能源，将周围环境中丰富的无机物作为自己的结构物质，以维持它们的生 命。

　　生物分为两类：自养生物和异养生物。自养生物由 CO2、H2O、NH3、硫酸 盐和磷酸盐等无机物制造有机物；异养生物却不能由无机物制造有机物，它
　　
们要依靠自养生物作为食物和能量来源。一切生物除了满足自身所需的基本 营养外，还必须从周围的环境中摄取微量养分和水，食物可给非生产者提供 这些微量养分。图 1—5 为食物链（Foodchain）的情况简图。总之，一切生 物都被无机环境包围着，动物虽不能直接依靠无机食物生存，但归根结底是 从无机物中获得所有的食物，人则处在食物链的最高点。
人类生存与健康取决于环境中各元素的质（种类、存在状态）、量及比
（包括相互作用）的动态平衡，由于生物体内不能自行合成它们，因此这种 联系主要通过食物链为媒介的微量元素生态系统来实现，它包括农、林、牧、 渔业的动、植物生产。
　　从世界各国人均日摄入热量与预期寿命相关分析表明，随着生产力的发 展，食物链中含热量对健康的重要性将逐渐降低；微量元素虽含量极少，但 它积极参与了生命活动过程和其它营养素如碳水化合物、蛋白质、某些维生 素的合成和代谢等，因而显示其突出的重要性。
　　我国地少、人多，目前正处于从吃饱向吃好过渡的提高阶段。通过生物 的生产特别是从第一性植物生产入手加强元素调控，改造占现有耕地面积 75
％的中、低产田，不仅可使动、植物生产走向高产、优质、多抗、低耗，更 重要的是通过改善食物链质量，满足人类均衡营养的需要。它将有助于控制 和防治发病率高、危害我国人民健康的显域性（或泛域性）微量元素丰度失 调症，这对提高我国人口素质，也许是一条具有我国特色的重要途径。
裘凌沧提出调控元素可以通过下列的途径进行：
　　（1）生物途径：根据植物对元素的富集和忍耐性，以及其中元素的质、 量、比差异，结合地区元素丰、缺状况进行品种资源的评价、挖潜、开发和 利用；定向选、育种；合理的作物布局和品种配置。
（2）生物地球化学途径：利用内、外环境中微量元素之间的拮抗和协同
作用规律，通过施肥、改土、栽培、管理等措施进行调控，促使元素平衡， 提高作物生产力水平。
（3）技术途径：改善地肥、农药生产和粮食加工技术以适应元素调控和
均衡状态。
　　（4）行政途径：从经济、社会、生态效益综合考虑，研究制订有关环境、 产品监测管理、科学营养指导、生产调配、价格等政策和措施。
由于微量元素生态系统具有整体性、动态性等复杂因素，需要注意综合
微量元素谱和加强横向协作，任何强调单一元素、单一指标或单一措施的作 法，将可能得出片面结论，或者顾此失彼，从而破坏生态系统的元素平衡。

第六节 微量元素的毒性


　　为了利用环境中藏量丰富的那些元素，各种生物都呈现出相适应的代谢 机制或体内平衡机制。利用最普遍存在的元素是生物进化的结果，其目的是 为了保证生物在正常条件下不会遭到缺乏“必需物质”的危险；同理，防御 机制也是生物进化的结果。可以想象，对于不常接触到的元素或化合物，生 物不会有防御机制，因此它们对生物有毒害作用。
　　唐任寰和刘元方等以原生动物四膜虫作动物细胞模型，研究了周期表中 主族和副族元素对其生长分裂的影响。发现对主族元素而言，同族中从上而 下元素对细胞的营养促进作用减弱，毒性抑制增强；同周期中从左至右元素 的营养促进作用减弱，而毒性抑制增强的规律性。为了检验其真实性，他们 又研究了主族元素对植物细胞的代表——衣藻细胞群体生长分裂的影响，结 果一致。这一元素间内在生物学规律的重要揭示，不仅概括了已知生物元素 与毒害元素的归属，确证了生物与环境中存在元素的密切关系，还为稀有元 素和常见元素间关系的研究提供了有益的启示。例如，根据锗在周期表中的 偏前位置以及其环境丰度和生物可用性，预测可能是有益元素；还有锂、铝、 砷、铷、锶等值得研究；而位于周期表中、后部且丰度较低的汞、铊、铅， 倾向是有毒元素。最后这点即与 Schroeder 所说相符。
作者曾明确提出：以元素间生物学规律性内容丰富起来的化学元素周期
律，仍旧是我们研究自然环境和医学科学中“生物元素”的指南。一幅人体 内由大、小生物活性化合物多元交织而成的“生物元素平衡图谱”已从周期 表中逐渐显现出来。
水生生物总是从环境的水中摄取食物和氧气，它们不可避免地要面临有
毒元素的威胁，并因此产生解毒机制。有些生物能富集一些特殊的元素，也 是通过食物链进行的。由于所有的生物都是处于非平衡的稳态（内稳态）， 而这种内稳态调节机制只能在一定限度内有效，当摄入金属离子过多时，就 会对生物体产生有害作用。
　　　　　　　一、元素缺乏症及过量积累的毒性 毒性取决于物种含有元素化合物的生物化学性质，以及该性质是否易被
食物中的其它组分或营养溶液所改变。关于必需元素的理想生长响应曲线见
图 1—6，在 a～c 之间，不表现异常；而在 a 以下及 c 以上显示反应，随浓 度的变化呈 S 状曲线；对非必需的或有毒元素，则只有在高浓度一侧的曲线。


　　在摄取的营养物质中，必需元素的严重不足能导致生长迟缓、繁殖衰退， 甚至死亡。这种失调经常可以通过补充予以纠正。生物和人对环境中微量元 素变化的适应能力是有限度的，当元素变化幅度超过生物忍耐力极限时，生 理上就会起反应，产生损害健康的病症。可见，所有的元素在高浓度时都是 有不同程度的毒性的。例如，必需金属钢在浓度很低时就显示毒性，被广泛 用作灭藻剂和杀霉菌剂；必需元素硒的化合物同时也被当作剧毒物小心加以 保存。这表明，它们在营养物中的最佳浓度范围很窄。鉴于接触剂量对生物 效应显出的极端重要性，因而有人对生物元素的含义和分类持不同的看法。 此外还应当指出，在生物种群中，不同的个体对元素及其化合物的毒性反应
　　
也是有差异的。 人类机体的功能、修复和整体性有赖于必需的常量和微量元素，在 14
种必需微量元素中，属于金属元素的有 11 种。还有些可能有益的元素尚待生 命研究的证实，而镉、铅、汞等元素则具有极高的毒性。由于人类开发自然 资源和生产现代化的进程极度地压垮了生物进化的防御手段，例如，在自然 界岩石和土壤受到河流的侵蚀，因而海洋生物体受到靠近河口土壤元素的侵 蚀；金属的开采量每年以千吨计增加，其中不少最终进入海洋和大气层。这 使生命体变得难以忍受。从表 1—21 中可以看出所含元素的量对哺乳动物的 影响，而表 1—22 则是注入无素化合物的致死剂量。

表 1—21 元素的不足和过量对哺乳动物的影响
元素 X 不足的影响 过量的影响
As 脾脏肿大，头发生长不良 胃痛，惊厥，甲状腺肿①
Be 无 吸入引起肺癌②
Ca 畸形骨骼，手足搐搦 动脉粥样硬化，白内障，胆结石① Cd 减小生长？ 高血压？肾炎②
Co 贫血症 心力衰竭，红细胞增多 Cr 角膜不透明，葡萄糖新陈代谢不良 吸入引起肺癌②
Cu 贫血症，头发卷曲或退色 黄疸，威尔逊（ Wilson ）病症②
F 不良的骨骼和牙齿① 牙齿有斑点，骨骼硬化①
Fe 贫血症① 青铜色糖尿病，铁尘肺① Hg 无 脑炎，神经炎②
I 甲状腺机能减退，甲状腺肿 甲状腺机能亢进① Mg 惊厥 麻木
Mn 骨骼变形，影响生殖腺，头发变红 共济失调 Mo 降低黄嘌呤氧化酶活性 生长受抑 Na 爱迪生（ Addison ′ s ）疾病，痉挛
Ni 皮炎，肝脏变化 皮炎，吸入引起肺癌②
Pb 无 贫血症，脑损伤，神经炎，肾癌② Sb 无 心脏病

Se 不生育，肝脏坏死，肌肉失养症，白
血球失效

癌，指甲和头发变形②

Si 骨骼不良和软骨生长 肾结石，肺病 Sn 生长减弱
V 血清胆固醇降低 生长减弱
Zn 侏儒病，生殖腺发育不全①，皮炎 贫血症


①在一些人群中发现的。
②由于工业上的过度飞散引起的。


　　生物元素在体内的行为和作用常受周围其它营养物质的制约和影响，呈 现错综复杂的相互作用，它既涉及吸收、分布、代谢、排泄的动力学过程， 又包括生理功能方面的多元交叉反应。因此，研究微量元素与各种营养物质 或其它元素之间的相互作用，有助于更好地阐明微量元素的生理功能、生化
　　
代谢和病理毒理机制，无论对临床或预防医学都是十分重要的。随着科学的 迅速发展，目前从相互作用方面进行剖析的研究已日趋活跃。
　　从如下所举现象可看出它们有着复杂的相互关系，这些关系多数是受系 列代谢过程影响的结果，而并非直接相互作用所致。例如：
　　（1）铜与锌：铜与锌在周期系中同属第四周期，化学性质有一定的相似 之处，两者在肠粘膜或金属硫蛋白中可以相互竞争结合部位，从而相互抑制 其吸收。过多的锌会拮抗铜的生理作用，如同时铜缺乏，则促使缺铜更严重。 近年来对铜与锌的比值与某些疾病的发生予以较多的注意。
　　（2）锌与镉、汞：锌、镉、汞同属周期系中的ⅡB 族元素，化学性质相 似，有相互取代及竞争性抑制的作用。锌具有诱导低分子量金属结合蛋白质 合成的作用，它可以作为金属硫蛋白的替换物与镉结合，限制镉以金属硫蛋 白结合形式在肾脏内的沉积。反之，镉能置换金属酶中的锌，或干扰肠道内 锌的吸收，对锌的生理功能起抑制作用。汞亦能取代含锌酶中的锌，从而改 变其活性。

表 1—22 注射入哺乳动物体内的元素急性致死剂量[mg/kg 体重（FM）]

元 素 X 化学式 LD50 动物
（ mg ／
kgFM ） 注射方式 元素 X 化学式 LD50
（ mg
／
kgFM ） 动 物 注射方式 Ag
As
AU


Ba
Be



Cd
Ce


CO
Cr


Cr


Cs
Er



Ga



Ge
Hg
I
I
In



Li
Mg
Mn AgNO3
As2O3
AuCi3

BaCl2
BeCl2



CdCl2
CeCl3

CoCl2
CrCl3

Na32Cr2
O7
CsCl
Er
（ NO3 ）
3
Ga
（ NO3 ）
3
GeO2
HgCl2
I2
NaI
In
（ NO3 ）
3
LiCl
MgCl2
MnCl2 5 ～ 60 兔
6 鼠
10 兔


13 鼠
4.4 鼠



1.3 兔
55 鼠


50 兔
90 兔


15 兔


1200 鼠
30 鼠



20 鼠



500 鼠
1.5 兔
180 兔
1100 鼠
1.6 鼠



90 兔
60 鼠
18 鼠 静脉注射
皮下注射
静脉注射


静脉注射
腹腔注射



静脉注射
静脉注射


皮下注射
静脉注射


静脉注射


腹腔注射
静脉注射



皮下注射



腹腔注射
静脉注射
皮下注射
静脉注射
腹腔注射



皮下注射
腹腔注射
静脉注射 Mo
Nd
Ni


237Np
Pb



Pd
Pr


Pt
239Pu


Re


Rh
S



Sb



Se
Sn
Sr
Te
Te



Th
Tl
U Na2MoO4
NdCl3
NiSO4


？
Pb
（ C2H3O2 ）
4
PdCl2
Pr （ NO3）
3
PtCl2
Pu（Ⅳ）柠 檬酸盐
NaReO4

RhCl3
Na2S



K2SbC4H6O
8

Na2SeO3
SnI4
SrCl2
Na2TeO4
Na2TeO3



ThCl4
TlNO3
UO2(NO3)2 140
125
110 ～
220
3
70



11
4


23
1


1000


100
2.5



25



1.3
35
220
25
2.3



18
15
1 鼠
兔
兔


鼠
鼠



鼠
鼠


兔
鼠


鼠


鼠
兔



鼠



鼠
鼠
鼠
鼠
鼠



鼠
鼠
鼠 皮下注射
静脉注射
皮下注射


静脉注射
腹腔注射



静脉注射
静脉注射


静脉注射
静脉注射


腹腔注射


静脉注射
静脉注射



静脉注射



静脉注射
静脉注射
静脉注射
腹腔注射
腹腔注射



静脉注射
皮下注射
静脉注射



（3）硒与汞、砷、镉：硒化合物不仅对甲基汞有拮抗作用，对无机汞的
毒性也有同样作用。在硒化合物中，以亚硒酸钠对汞的拮抗作用效果较好。 关于硒降低汞毒性的机理，有人提出两种假说：第一，硒在体内增强汞以及 亲汞物质（例如金属硫蛋白）结合，使汞不易达到其靶器官；第二，硒能促 使甲基汞变成低毒的形态。

　　硒与砷可形成相似的离子型，都能在体内甲基化，故有拮抗作用。动物 实验观察到硒增加时砷从胆汁中的排出，反之亦然。此外，硒能保护哺乳动 物胚胎，减轻镉的致畸胎作用。
（4）锗与硒的拮抗作用。
（5）硒和维生素 E 对 H2O2 毒性的拮抗作用。
二、金属中毒机制 金属或其化合物对生物体内某些器官和系统中的生物分子有特殊亲和
力，这种作用与金属的侵入途径、浓度、溶解性、存在状态、代谢特点、金 属本身的毒性、生物体的种类及其健康状况等因素密切相关，可见金属毒性 机制是十分复杂的问题。
下列任何一种机制都能引起金属的毒性：
（1）阻断了生物分子表现活性所必需的功能基。例如，Hg（Ⅱ）、Ag
（Ⅰ）离子与酶中半胱氨酸残基的 SH 基结合，半胱氨酸的 SH 基是许多酶的 催化活性部位，当结合重金属离子后，就抑制了酶的催化活性。
（2）置换了生物分子中必需的金属离子。例如，Be（Ⅱ）可以取代 Mg
（Ⅱ）-激活酶中的 Mg（Ⅱ），由于 Be（Ⅱ）与酶结合的强度比 Mg（Ⅱ）大， 因而它会阻断酶的活性。
（3）改变生物分子构象或高级结构。为了使生物分子具有一定的功能，
它必须具有某种特定的构象，金属离子的结合能改变一些生物大分子如蛋白 质、核酸和生物膜的构象。例如，多核苷酸负责贮存和传递遗传信息，一旦 发生变化，可能会引起严重后果，如致癌和先天性畸形。
在生物分子中，蛋白质、磷脂、某些糖类和核苷酸都具有许多能与金属
离子结合的配位基团或原子，例如，咪唑（组氨酸）、NH2（赖氨酸等）、嘌
呤和嘧啶碱基（DNA 和 RNA 内）中的氮原子，OH（丝氨酸、酪氨酸等）、COO-
（谷氨酸、天冬氨酸等）和 PO43-（磷脂、核苷酸等）中的氧原子，SH（半胱
氨酸）和 SR（蛋氨酸、CoA 等）中的硫原子等，都可作为配位原子。上述三 种毒性机制都是以金属离子对生物分子的配位能力为基础的。
现在进一步说明这个问题。
　　除上述 Hg（Ⅱ）和 Ag（Ⅰ）离子能抑制酶的催化活性外，其它重离子如 Cu（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）等对含硫配体都具有较高的亲和力，这正是 它们抑制巯基酶的主要原因。
　　在金属激活酶中，必需的金属往往结合得不太牢固，因此，置换作用容 易破坏它的生物功能。这种破坏作用只与金属离子对生物分子的亲和力有 关。在金属酶中，金属离子结合得比较牢固，由其它离子置换它则不太容易。 置换作用发生在蛋白质合成期间或合成后的瞬间，象碳酸酐酶和羧肽酶那样 的锌酶，它们的 Zn（Ⅱ）可被 Co（Ⅱ）或 Ni（Ⅱ）等 2 价金属离子取代， 但只有 Co（Ⅱ）酶有酶的活性。
　　金属离子进入生物体到达靶部位之前，要通过各种屏障，例如细胞壁或 细胞膜等。物质所带的电荷越小，亲脂性越大，它就越容易透过生物膜，例
如，CH3Hg+离子的通透性大于 Hg（Ⅱ），而（CH3）2Hg 的通透性又大于 CH3Hg+。
可以预料，[MⅡ（有机的 L-）]0 会比[MⅡ（H2O）n]2+更容易进入细胞内。

　　新的研究正在向微量元素失控导致的疾病深入，还揭示着元素浓度失调 和健康异常之间越来越多的联系。预计测定不同器官中有关元素的浓度将会 成为疾病诊断与病性监测的一种手段；但通过控制元素的浓度及其化学形 态，在疾病的预防中可能会有更大的作用，并得以矫正体内某种元素的含量 和各个元素之间的失调状况。
　　细胞膜是毒物对细胞产生效应时首先遇到的屏障。质膜选择通透性的能 力对于控制细胞体积和离子组成、营养料输入和废物排出以及兴奋神经肌肉 细胞动作电位的激发等，都具有极其重要的意义。同时，多细胞机体的整个 内环境稳定性也取决于各种细胞和某些细胞器的功能。例如，膜的完整性对 于线粒体内的氧化磷酸化作用或叶绿体内的光合作用过程，也是不可缺少 的。这些功能均与膜选择通透性的特性密切相关，而这种特性又取决于构成 各种生物膜的脂类和蛋白质的结构。通常能与金属离子起化学反应引起结构 改变的功能团有巯基、磷酰基、咪唑和氨基等。
　　现有充分证据说明，重金属的毒性与生物膜结构改变有关。重金属引起 的膜通透性改变，并不局限于外层细胞膜，在线粒体、微粒体、叶绿体内也 可见到。膜通透性的改变随金属离子对膜上配体的化学亲和力以及金属离子 到达敏感性位点的能力而变化，即与金属离子所带的电荷、大小和溶解度等 因素有关。因此，为了把改变膜功能的作用与特殊金属的环境毒性联系起来， 就必须特别注意环境接触后的浓度（0.1～10μg/g）及其化学结构（如甲基 汞）。某些重金属也象电离辐射或空气中自由基诱导物一样，能增强脂类过 氧化反应。由于细胞膜和细胞器膜是脂类过氧化反应损伤的主要部位，可以 推测，其通透性的改变是磷脂屏障、载体蛋白质或两者都有改变的结果。
细胞膜与亚细胞膜的结构脂类过氧化降解对生命系统是个灾难。例如，
红细胞脂类的过氧化降解与红细胞通透性增高及溶血有关。总之，脂类过氧 化作用是细胞损害的一种特殊形式，发生于膜脂类的多不饱和脂肪酸侧链。 活细胞具有抵御这种损伤的机制，例如维生素 E、含硒的谷胱甘肽过氧化物 酶可能有保护细胞和亚细胞膜的功能。还有人认为，红细胞中的超氧化物歧 化酶（SOD）可保护需氧细胞避免超氧化物阴离子自由基产生的有害作用。这 种保护性机理，可能涉及超氧化物歧化酶所催化的下列超氧化物阴离子自由 基的歧化反应：
·O2-+·O2-+2H+—→O2+H2O2
三、食品中的金属毒物问题 食用动物和植物都是在自然环境中生长和发育的，其组织内往往含有一
些金属元素，来源如下：
　　1.自然环境有的地区因地理条件特殊，其土壤、水或空气中某些金属元 素含量较高，在这种环境里生长的动、植物体内往往也有较高的量。
　　2.食品生产加工在加工时所使用的机械、管道、容器或加入的某些食品 添加剂中，存在的金属元素及其盐类在一定条件下可能污染食品。例如，酸 性食品可从上釉的陶、瓷器中溶出铅和镉，机械摩擦可使金属尘埃掺入面粉 等等。
　　3.农用化学物质及工业“三废”的污染随着工、农业生产的发展，有些 农药中含有毒性金属，在一定条件下，可造成土壤的污染和在食用作物中的
　　
残留。含有各种金属毒物的工业废气、废渣和废水不合理的排放，也可造成 环境污染，并使这些工业“三废”中的金属毒物转移入食品。
　　来自食品和饮料中的金属毒物经消化道吸收，通过血液分布于体内组织 和脏器。不少含金属毒性化合物可在生物体内蓄积，随着蓄积量的增加，机 体便出现各种反应。各种金属在体内的吸收、代谢、排泄和蓄积的途径各不 相同，停留时间长短有别表 1—23，表 1—24），故毒性作用也有差异。它们 逐渐经肾脏和肠道排泄，有些还可经毛发、汗液和乳汁排出。