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    2018平特精版料免费:微量元素与生命科学

    【标    题】:

    微量元素与生命科学


    【作者单位】:

    山东济宁东盛电子仪器有限公司


    【内容摘要】: 微量元素研究是关系到中华民族复兴强盛的大事     “古罗马兴盛打败古埃及,掠夺大量的铅锌合金为宫廷打造各种餐饮器具,供王公贵族使用,结果权贵们生怪病、不生育,“铅元素导致古罗马消亡”。近代,“日本”国土小,人矮小,天皇很伤心。文革期间在东海长江口捞 “攀枝花钢厂倒到金沙江的钢碴”。经分析钢碴:钒、钛、钴、镍含量比天然矿石高出很多倍。改革开放了,日本指名买:含硒的四川魔芋,富钼的绍兴加饭酒,在内蒙要买整个中华麦饭石山,拟搬运到日本。现在日本人不矮了。所以,微量元素研究是关系到中华民族复兴强盛的大事?!盵1] ——陈祥友   &nbs [更多详细]

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    【正文内容】:  微量元素研究是关系到中华民族复兴强盛的大事
        “古罗马兴盛打败古埃及,掠夺大量的铅锌合金为宫廷打造各种餐饮器具,供王公贵族使用,结果权贵们生怪病、不生育,“铅元素导致古罗马消亡”。近代,“日本”国土小,人矮小,天皇很伤心。文革期间在东海长江口捞 “攀枝花钢厂倒到金沙江的钢碴”。经分析钢碴:钒、钛、钴、镍含量比天然矿石高出很多倍。改革开放了,日本指名买:含硒的四川魔芋,富钼的绍兴加饭酒,在内蒙要买整个中华麦饭石山,拟搬运到日本。现在日本人不矮了。所以,微量元素研究是关系到中华民族复兴强盛的大事?!盵1]
    ——陈祥友
        微量元素研究已经渗透到生活的方方面面,尤其是与生命科学紧密相连,更体现出其实用价值。
    一、微量元素简介
        微量元素是相对主量元素(宏量元素,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。
        1.岩石中的微量元素
        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;铂族元素(PGM,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。
        2.人体中的微量元素
        人体是由60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0.01%以上的元素,如碳、氢、氧、氮、钙、磷、镁、钠等,称为宏量元素;凡是占人体总重量的0.01%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。它们的摄入过量、不足、或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异?;蚍⑸膊?。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必须直接或间接由土壤供给。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。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。如缺锌可引起口、眼、肛门或外阴部发红、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不可忽视的作用。 
    二.微量元素研究的应用及前景[2]
        中国的微量元素研究涉及的学科面广,技术面深,积累的数据和资料丰富,获得的经验和创见多多。20多年来的研究和实践为今后的深入探讨、实验应用和理论创新奠定了扎实基础。近十年来,微量元素研究主要集中在金属离子活化酶的领域及金属蛋白的结构、性质、功能和生化反应机理方面。用最新的生化理论设计某些金属离子的配合物的催化反应模型,以探索生命金属元素在生物体中的存在方式、状态及对生命运动的作用机理 ,诸如基因转移、氧化还原或水解过程。 
    (一)微量金属离子在医学中的应用 
        微量元素的研究成果表明,人体必需的金属离子主要是以配合物的形式存在于人体内,它是控制体内正常代谢活动的关键因素。但是,人体必需的金属元素在体内的存在量有严格的浓度范围,严重的缺乏或过量都会引起疾病。 
        1.微量元素铜锌与癌症
        研究表明,90%以上的癌症与环境有关,病人癌组织的微量元素谱往往发生变化,其中铜锌与癌症的关系最为重要,对肝癌 、胃肠道癌 、女性生殖器官肿瘤等多种肿瘤患者的血清分析都得出一致的结论:恶性肿瘤患者血清中 Zn/Cu比值明显低于正常人,而进行手术摘除恶性组织或药物治疗后,患者血清中Zn/Cu比值回升。因此,有人认为血清中的Zn/Cu可反映肿瘤恶性程度及判别患者愈后状况。 
        2.微量元素与眼科 
        目前,微量元素与眼科研究主要集中于微量元素在白内障发生、发展中所起的作用。白内障患者晶体中Zn、Cu含量较正常晶体含量少,Ca、Se含量增加,血清中锌含量减少,Mg、Ca含量增加。 
        3.微量元素钴和铁
        钴是维生素 B12分子的一个必要组成部分。维生素 B12能促进红血球的增加和肌肉蛋白的合成。根据实验,如果草饲料中缺少钴,将会引起严重的脱毛症,然而,只要在饲料中加入微量的钴 (每昼夜 1mg)便可治好脱毛症。
        铁:大多数动物的血是红色的,它的红色是由含铁的血红蛋白造成的。Fe2+被四个氧原子所配位,剩下两个位置,其中一个为蛋白质分子组氨酸的氮原子所占据,另一个被O2或 H2O所占据。由于配位在 Fe2+上的 02和H20是可互换的,所以血红蛋白在肺部结合氧,然后随血液输送到体内需氧部位,在那里 02又被H20取代出来。铁的正常代谢过程受到许多疾病干扰.尤其是铁与血液疾病密切关联。 
        4.微量元素与免疫
        必需微量元素如 Zn、Mn、Cu、MS、Se缺乏时,免疫器官发生萎缩,体液免疫和细胞免疫降低;Fe、Zn、Cu缺乏时,T细胞数减少,功能也低。许多有害的微量元素如 Cd、Pb、As、Hg 等有增加对病毒及细菌易感性、抑制抗体产生的作用 。 
        5.微量元素与出生缺陷 
        微量元素缺乏或过多可导致各种出生缺陷。目前经动物实验及临床研究发现的致畸微量元素有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,可由母体经胎盘主动或被动扩散方式进入胎影响胎儿的正常生长发育,其中 Ci、Hg、Tl、Se有对人类致畸的报导。 
        6.化学法模拟生物固氮
        生物体内的反应都是在酶的催化下进行的,在不少酶分子中含有金属离子,固氮酶含于固氮细菌内,其功能是在无氧条件下将分子氨转化为氨或铵盐。固氮酶主要由钴铁蛋白和铁蛋白组成,前者的功能是结合底物氮分子,而后者则起贮存和活化电子的作用。一种蛋白质除含铁外,还含有钼,叫钴铁蛋白;另一种蛋白质含有铁,称铁蛋白。它们在固氮催化过程中起着决定性作用。固氮酶能在常温常压下将氮转化为氨。目前,地球上植物生长所需的氮肥,估计 88%是由自然界植物固氮作用所生成的。因此人类能模拟固氮酶固氮,要比人工合成氨省能源、省材料。模拟生物固氮是一个具有远大经济意义和科学价值的重要课题 ,现已处于实验室阶段。倘若将生物功能原理应用于化学,改善现有的化学工艺,必将创造出崭新的化学工程,专家们预测:2l世纪将是生物无机化工的时代。 
        从营养学的角度讲,饮食应讲究合理的膳食结构,除要保证充足能量供应外,还需要有足够的维生素和适量的微量元素,所以弥补生命必需的营养元素是至关重要的。消费者应注意维生素及微量元素并不是一般意义上的“补药”越多越好。应根据自身的地域、身体等情况合理选用,要有针对性地补;否则,不加选择地大量乱用绝不会起到营养的效果,甚至还会引起副作用。生物无机化学的发展 ,为应用生物学 、无机化学原理解决微量元素学的问题 ,提供了理论基础 ,而微量元素学中某些生物 、化学问题的解决 ,又反过来促进了生物无机化学的发展,随着生物无机化学、分析化学的发展, 必然会带来微量元素学的飞速发展。
        总之,微量金属元素与人体健康的关系是密切而错综复杂的,微量元素主要通过和有机物形成生物大分子来发挥其生理功能。因此,分析体液或组织中微量金属离子可能成为一个重要的诊断方法。专家们预言:未来的医学,必将是以元素类药物主要药物,以元素医学为核心的医学。
    (二)微量元素肥料在农业上的应用 
        农作物的生长发育,不仅需要常量营养元素,而且还需要如Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、B等微量元素 ,这些微量元素和氮 、磷 、钾 三要素同等重要 ,不可代替。由于农作物产量大幅度提高,只施常量元素化肥 ,不增加有机肥料用量 ,就有可能导致某些微量元素的缺乏。例如南方某些地方因土壤缺硼 ,油莱表现为花而不实 ,严重时植株死亡 ,造成绝收;黑龙江嫩江地区曾因土壤缺硼发生过大面积春麦“不稔”现象,严重地降低了产量。这说明农作物对硼的需要量虽然根少 ,但不可缺少 .因为各种必需的营养元素从缺乏到过量之间的临界范围狠窄,缺乏或过量都将对作物产生严重危害。微量元素对植物生理所起的作用愈来愈为人们所瞩目,例如,植物一旦缺铁,叶子就发黄,枝干变得干枯,光合作用锐减,这样,产量将会大大下降;盆栽花卉和果树如果多年生长在同一块地上,更容易得这种植物缺绿症。对染上缺绿症的植物,直接追施硫酸亚铁等无机盐,往往没有效果。这是由于土壤 PH值变化影响了肥效。如果在其根部淋洒些铁的EDTA的配合物 ,效果就会好得多,这是由于此配合物在水溶液中的稳定性较高,不易离解 ,铁离子不会因为土壤的酸碱度波动而产生沉淀 .仍能为植物提供充足的可溶性的铁离子。根据这一思路研制了多种农用配合物作为特种肥料,因此各种新型肥料 、长效肥料 、各种添加剂就相继问世。我国的腐植酸资源丰富,应多使用腐植酸类配合剂。 
    三.微量元素研究对生命科学的重要意义[3]
        中国20年来的经验证明,微量元素研究是关系国计民生的大事,微量元素平衡是人民健康长寿的保证,微量元素实践是发展科学的重要前提??刮⒘吭匮芯慷灾泄镏饰拿骱涂蒲幕姆⒄咕哂兄匾砺垡庖搴褪导室庖?。 
    (一)地方病流行问题
        大量调查已弄清,中国克山病、大骨节病主要分布于东南湿润地带向西北干旱、半干旱地带之过渡地带,形成一条从东北至西南走向的带状区,在带状区内病区呈不连续灶状分布。这一地区的土壤-动物、植物-人体系统处于低硒循环状态,病区硒水平又低于非病区 (中国科学院地理研究,1982)。中国地方性甲状腺肿主要与环境中碘含量异常有关,全国201个地区 (其中包括碘缺乏、碘正常和碘过剩的地区)饮水碘含量经对数转换后与甲状腺肿患病率呈明显的抛物线图式,以患病率5%作为病区划分标准,可以大致定出饮水的最适碘质量浓度范围为10~300μg/L,饮水碘质量浓度低于10 μg/L或高于300 μg/L的地区,甲状腺肿患病率均升高,质量浓度愈低或愈高,患病率愈高 (王明远,1985)。中国地方性砷中毒主要有两种类型。饮水型地方性砷中毒分布于8个省、市、自治区(新疆、山西、吉林、宁夏、青海、安徽、内蒙古、北京)40个县(旗)市,砷中毒患病率与饮水砷最高浓度之间有显著的剂量-效应关系。燃煤型地方性砷中毒主要分布于2个省 (贵州、陕西)8个县市,砷中毒的发生与燃煤释放的砷污染有关 (金银龙,2003)。地方病主要出现于地表元素缺乏或过剩的生物地球化学区内,有人把这种引起生物与环境化学平衡破坏的地区归纳为八种成因类型,王明远 (1985)已根据考察数据和文献资料编制成中国元素缺乏和过剩的生物地球化学区分布图,包括缺硒、缺钼、缺锌、缺铜、缺硼、缺碘区和富硼、富砷、富氟、富硒、富碘、富铊区,以及土壤盐分累积地区。我国还编篡出版了《中华人民共和国地方病与环境图集》(中华人民共和国地方病与环境图集编篡委员会,1989)。 
    (二)有害物质排放问题 
        除职业性暴露外,我国一般人群受重金属污染的情况也相当严重。这主要来源于工业废水的排放和通过大气的释放。20世纪80年代初期,中国工业废水每年的汞、镉、铅、砷排放量分别达62、256、3006、 1200 t,到20世纪末,虽然这些有害物质的年排放量已分别降到 l1、179、889、777 t,但从1981年到2000年,20年内汞、镉、铅、砷的累积排放量已达529、3296、28717、22792 t(《中国环境?;ぁ繁辔?,2000)。重金属的废水排放将直接影响饮用水源,我国地表饮水的汞、镉、铬、铅污染已相当普遍(刁维萍,2004)。关于有害物质的大气排放问题,可以燃煤为例加以说明。中国是产煤大国,煤不仅供家庭煮饭取暖之用,也是中国能源的主要来源(占中国总能源的75%左右)。从1978年到1994年,我国煤的消耗量逐年增加,1995年煤耗量已达1978年的3倍。燃煤释放的砷是我国地方性砷中毒的重要原因 (燃煤型地方性砷中毒占中国地方性砷中毒总受影响人口的14%),更是中国汞污染的重要来源。据估计,1995年各类燃煤向大气排放的总汞量达214t,从1978年到1995年,累积排放总量更高达2493 t,每年以4.8%的速度增加 (王起超,1995;Zhang,2002)。有些省份1995年的大气汞排放量高达20 t以上,如山西 (29.88 t)、贵州 (22.58 t)、河南 (19.99 t),有些工业化水平较高、人口较多的城市,每年每104m2地区的汞排放量高达2t以上 (如上海、北京、天津),有些省份也达1~2 t。 
    (三)健康长寿的保障
        营养的评估和监督:调查揭示了当前我国营养和卫生方面存在的问题:我国参考人钙、锌、硒摄入量偏低,铅、镉、锰和钠的摄入量又过高,尤其是近年来铅、镉和汞摄人量的升高,应当引起重视 (诸洪达,2000)。在人体调查中,发现我国儿童钙、锌水平均偏低,据1995~2000年全国17省市33个城市55篇文献数据,中国儿童平均缺锌率为47.4%,缺钙率为31.4%。儿童缺铁的情况也相当严重,例如,江西省妇幼保健院检测了634例0~3岁门诊儿童血液样品,发现有65.6%的血铁值低于正常值下限 (聂忠华,2003)。在中国人的膳食结构中,肉类在微量元素摄入量中是占第三位(如钾、铁、碘、硒、铬),甚至第二位(如锌)的重要因素。但近年来,我国也陆续发现动物微量元素缺乏症或中毒症的流行:硒缺乏和氟中毒已在全国范围内造成危害;新疆20个地区流行羔羊铜缺乏症,发病率高达80%以上;内蒙古巴盟地区流行的绵羊脱毛症,发病率达50%~60%;十几个省市流行过畜禽缺锌症。有些地区猪的碘缺乏发病率达39%,绵羊达60%,牛犊高达70%~80%,母畜流产率达47% (李光辉,2004)。家畜、家禽的微量元素缺乏,也直接影响人体的微量元素平衡。疾病的筛选和诊断:微量元素分析有可能为疾病,特别是疑难疾病做出预报或诊断。1990年,徐辉碧研制成“云锡矿工肺癌风险人群微型计算机预报系统”,对342名矿工进行监测,预报肺癌的准确率达94%。顽症的预防和治疗:许多疾病,特别是一些带有地区性特征的微量元素缺乏病,可通过人群服用补充剂或提高谷物质量的办法加以预防或纠正。以硒为例,山西林县29584名普通人群通过5年补充胡萝卜素、维生素E和硒酵母,使胃癌发病数降低16%,癌总发病数降低8%,胃癌死亡数降低20%,癌总死亡数降低13%(诸亚君,1997)。江苏启东通过作物喷洒亚硒酸钠使玉米和元麦硒含量均提高6倍左右。 
    (四)土壤与恶性肿瘤
        恶性肿瘤 80%~90%与环境因素有关,有些肿瘤具有明显的地区性特征,如江苏启东的肝癌、太行山区及川西北地区的食管癌等等(冯子道,1987)。刘延芳(1993)测定了江西省30个县、市土壤中6种元素含量,结合8种恶性肿瘤死亡率资料进行统计分析,发现硒与结肠癌、直肠癌、肺癌死亡率呈显著负相关;砷与胃癌、肝癌呈显著负相关,而与乳腺癌呈显著正相关;钼与直肠癌、宫颈癌呈显著负相关;锰与直肠癌呈显著正相关;钴与食管癌、直肠癌呈显著正相关;锡与胃癌、肝癌、食管癌呈显著负相关。曾昭华(2002)利用江西省91个县、市土壤l8种元素含量和各类癌症死亡率资料,研究了两者的相关关系和相对危险度,发现癌症死亡率高低与许多微量元素的丰缺有关,如胃癌死亡率随土壤钴、铜、钛、铬、镍、硼、钒、铁含量增高而上升,随锡、铅、铍、氟含量增高而下降,有较明显的剂量-效应关系,与铍和氟的关系更为明显;结肠癌死亡率随土壤铬、钴、钒、镍、铜、钛、汞含量增高而上升,随锡、铍含量增高而降低。曾昭华(2002,2003)还对土壤化学元素与癌症的相关性作了分类探讨,对癌症与土壤重稀土、癌症与土壤锶的关系作了进一步研究。其他研究也表明,江苏启东肝癌高发与缺硒有关;山西林县等太行山区食管癌高发区,土壤中铜、钼含量比低发区低30%~40%;四川阆中、盐亭等川西北地区食管癌高发区,土壤和饮水中铜、锰、镁含量偏低。 
    四、微量元素研究现状及展望 
        自从地球上出现生命以来,它经历了几十亿年的演化过程,已达到至精至灵的地步。生命本身蕴藏着无尽的奥秘,仅有数百年发展史的人类近代科学与生命体的优良机制相比,真可说是望尘莫及。 
        在生命科学的研究中,以生物元素及其化合物为对象的生物无机化学占有重要的地位。微量金属元素参与了人体中50%~70%的酶组分;构成体内重要的载体和电子传递系统;参与某些激素和维生素的合成;与某些原因不明的疾?。ㄈ绨┲⒑偷胤讲。┫喙氐?。随着分子生物学、超微量分析和结构测试技术的发展,人们研究了生物体内金属元素存在的状态、结构及其生物功能。微量元素研究作为生物无机化学的重要分支,已经以蓬勃的活力向生命科学各个领域交叉、渗透而迅速发展,并获得实际应用。应用最广泛的领域是医学,从地方性疾病、心血管病、免疫功能失调、某些肿瘤至新药物和营养素,从减轻病状至增进健康和防止衰老,无处不显示出生命微量元素的活力。有人预言:微量元素不“微”,它将与抗生素、维生素、激素并驾齐驱,为人类健康做出新贡献。今日人类对于自身命运的重视,随着新世纪的降临而愈加突出。 
        我国的微量元素研究具有密切联系实际的特点,综合运用了生物无机化学和基础医学科学等有关的方法、观点、理论,不少研究课题都来自生产和生活实践,并取得了可喜的成果。人类在21世纪将面临诸如全球性污染、天然资源和能源耗竭、人口膨胀等严重影响生存的各种难题,为促使这些问题得到解决,就需要加强生命科学各前沿领域的研究,积极开展微量元素的研究工作正是适应了国内外的这种发展趋势。 
    当前比较活跃的方面有哪些? 
    (一)微量元素与地方病 
        目前,我国患各种地方病的病人多达6 000多万,威胁农村的大片人群。其中克山病、大骨节病和某些地方性癌症与环境低硒有关。采用补硒的防治方法,使克山病的发病率从13%降低至0.02%,这是我国科学家使用微量元素征服疾病的创举。流行于28个省、市的地方性氟中毒,经查明是饮水或食物中的高氟量所致。现有1000多万智力残疾人的地方性甲状腺肿和克汀病是缺碘引起的;还有高碘地区地方性甲状腺肿,其中以患克汀病的儿童痴呆、畸形的危害为大。中国政府于1993年制定了《中国2000年实现消除碘缺乏病规划纲要》,并已全面施行食盐加碘的措施?;褂谢肪掣呱橐鸬纳橹卸?、可能与硫酸盐和镁过多有关的新疆“伽师病”等等。鉴于这些地方病的病因和发病机制尚未被充分彻底的认识,我国有关专家建议对非金属元素硒、氟、碘、砷以及硅酸盐、磷酸盐等予以更多的关注。法国医学家预言:目前存在着一种能制造血液、但尚未被人知晓的生物领域,这就是植物。他们发现,玉米、油菜、烟草中含有类似人体的血红蛋白基因,如加入微量的铁原子,就可造成人体所需的血红蛋白。人体血液主要由血浆、血球和血小板三种成分组成,血红蛋白则是血球的重要组成部分。这项试验如获成功,它将为人类提供取之不尽、用之不竭的血源。这种“植物源血液”不会给人体带来因输血而感染的肝炎、艾滋病等疾病,也不会出现人体免疫系统的排异问题。这样血液的问世,对广大缺铁性贫血病患者和输血病人,将是莫大的福音。 
    (二)微量元素与癌症 
        微量元素与肿瘤的发病、防治存在着密切的关系。从有关肿瘤的流行病学研究,从器官、细胞进而分子水平的动物实验,以至人体临床试验都已证明,体内硒、铜、锌、钼、铁、碘、锰、锗等多种微量元素的多寡和比例失衡与否,在很大程度上影响着肿瘤的产生、发展及其防治和预后。其中许多研究成果已开始用于肿瘤及其癌前病变的预防和治疗,前景令人鼓舞。硒和锌、镁、钼、铜可以抑制癌症的发生。在我国江苏省启东肝癌高发区,用硒防癌已获得实际效果。有关硒的防癌机理存在几种认识,较为重要的是含硒的谷胱甘肽过氧化物酶具有破坏体内过氧化物,从而?;は赴っ馐芩鹕说淖饔?。锌则是参与超氧化物歧化酶的组分,可阻滞细胞脂膜过氧化而防癌。对锌的其他研究也颇活跃。 我国的补硒预防肝癌项目经16年艰苦研究后证实,补硒可使肝癌发生率下降35%,使有肝癌家族史者发病率下降50%,并能阻断乙肝病毒表面抗原携带者发生肝癌,阻抗人群中病毒性肝炎的传播。最近国外研究也同样证实补硒可使人群中肝癌、肺癌和结肠癌的发病率降低40%~50%。硒显示为微量元素群中最具抗癌力的主攻手。在抗肿瘤化学药物中,用得最多的是顺铂型配合物,例如顺式二氯三氨合铂[Pt(NH3)2Cl2] 等。在非铂抗肿瘤配合物方面,锗有机化合物和锡有机化合物的抗癌活性,以及它们的合成、表征、药理、构效关系的研究也值得重视。此外,钛、钡、铁、钴、铜和钼等的相应配合物都有一定的抗癌作用。稀土放射性同位素已被用来诊断和治疗肿瘤,例如90Y治疗前列腺癌和乳腺癌,169Yb广泛用于大脑、肝、肺、骨等癌症的诊治。有致癌作用的元素(大量时)有镍、铬、砷、铁;可疑的有铍、镉、钴、钛、锌等;有促癌作用的是铜、锰等。由动物实验还得到硒、铝、银、汞都有致癌作用。上述元素的作用机制和条件尚未清楚,由于锌和硒已在较大范围内作肥料和防治疾病使用,故对它们的潜在危险应充分弄清。 
    (三)农业用微量元素 
        我国许多地区施用锌、锰、硼、铜、铁等微肥,稀土元素近年来也已广泛使用,增产效果明显。由于在农业上使用的微量元素可直接通过食物链进入人体,则需对这些微量元素进行深入探究。经初步卫生毒理学试验得知,稀土毒性虽低,但从它们能与生物分子作用以及长远效果考虑,仍应查明稀土化合物的生物安全性;在粮食、肉类等食物中的存在状态;在动、植物和人体内的吸收、运转、变化形式,与不同配体的关系;对多种酶或酶原的激活和抑制作用,以及稀土化合物的药理性质等。目前,在某些地区已在应用微量元素饲料。如何使这种饲料既能收到经济效益,又不致给人体带来潜在危害,是摆在我们面前的重要课题。鉴于我国是稀土矿藏丰富的国家,那么致力于解决如何充分发挥稀土元素的科学与生产效益这个问题,也就成了极具现实意义的研究课题。 
    (四)微量元素的营养与毒性 
        英国Hamilton等人在研究人体血液与地壳物质的化学组成后,发现人体血液的化学元素组成不仅与海水成分相似,而且各元素的丰度分布趋势也有很大的类似性。这种相关性表明,人体与环境的物质循环和能量交换存在着稳态平衡。 本书作者等关于生命活细胞与过渡系元素等生物学相关性的研究,则从动态实验有力地支持了这一观点。鉴于生命与自然环境表现出如此息息相关的依存关系,他们认为人体内存在着一个广泛平衡的生物元素三维图谱,它包括微量元素平衡在内的调控系统。一旦这个平衡遭到外来因素的破坏,使得某种元素不适于平衡量的上、下阈值时,人的健康就会受到影响或损害。因而必须通过食物和药物的添补进行调理,使之恢复生物元素谱的多元平衡关系,以复原体内正常进行着的种种生物化学反应。人们除了注意微量元素与地方病、与癌的相关性以外,还对内分泌、心血管、肺气肿、肾功能、免疫缺陷、白内障等其他疾病进行了某个元素或多个元素与发病相关性的研究。应当指出,膳食中如缺乏氨基酸、维生素和无机盐,可能会诱导或抑制微粒体酶,从而改变有毒化学物的生物转化速率,也能影响细胞膜的功能。缺乏蛋白质、钙、磷和维生素C,会使有害金属的毒性增强。发生在贫困和交通闭塞地区的一些疾病,随着人们生活水平的提高,将会自然减少和消失。这说明营养不良也是发病的重要因素,需加强有针对性的研究和开发。 
    (五)中医中药的微量元素 
        我国的科学工作者继承和发扬了古代的科学遗产,积极开展中医中药的微量元素研究工作,出现了可喜的苗头。例如,中医的“证”与微量元素的关系,地道药材、中药归经、炮制方法与微量元素含量的关系,某些微量元素与中药有效成分之间关系的研究等,均取得了一定的成绩,并获得了各种药材所含元素的大量数据。早在明代李时珍所著的《本草纲目》中就记载有161种矿物药,并对金属矿石的性质及与疾病的关系作了论述。其中有不少论述是有关微量元素的,这些都是世界上有关微量元素的早期宝贵资料。目前,这方面有待在深度和广度上进行深入研究。我国有关专家曹治权等提出,要在系统论和中医药理论的指导下,对中医药的微量元素及其活性配合物等存在状态作全面研究后,再进行综合分析,以便推动祖国医药事业的发展。 
    (六)微量元素与健康的理论探索 
        生物无机化学研究元素和疾病发生、发展以及防治的关系时,与流行病学、营养学、毒理学等的方法不同。它将人体看成是与各种化学反应密切配合的体系,当某个触发因子引起微扰时,经放大导致分子损伤,不正常细胞和死细胞增多,内稳态体系失常而发病。有关肿瘤、衰老、炎症、心血管病、白内障等的病理很多,但这个化学病理体系是从分子和亚分子生物学的角度去考虑的,认为共同的触发因子是自由基。已有大量实验证明,超氧离子自由基•O2-及由它衍生的活性氧如•OH、H2O2、1O2、ROOH等对重要生物分子起损害作用,甚至造成DNA链断裂或变异。从对大骨节病、克山病和癌症的研究中,都可找到自由基存在的依据,而硒则对因脂质过氧化产生的自由基起消除剂的作用。结合国内实际和国际动向,开展“自由基”、“过氧化”的理论研究将是颇为有益和必要的,以便我们从更深的层次认识疾病的本质。 
        有关微量元素的学术机构正在全国各地涌现,已有较为健全的全国性研究会和省、市级学术组织。我国有关微量元素研究的论文每年数以百篇计,分别发表在国内、外各种学科刊物上。国内已出版和即将出版的有“微量元素”(1984~1992年起更名为“微量元素与健康研究”)、“中国地方病学杂志”(1982年~)、“微量元素与食物链”(1990年~)、“微量元素科学”、“广东微量元素科学”、“营养学报”、“中华肿瘤杂志”、“中草药”、“中国中药杂志”、“中华医学杂志”、“中华儿科杂志”、“卫生研究”等刊物,建立了大型微量元素数据库,有关微量元素的专著和会议论文集也陆续发行。不少医院和高??蒲械ノ怀闪⒘宋⒘吭匮芯渴一蛎耪锊?,走向多学科联合的道路。
        国外常见的则有:Bioinorg.Chem.、Biol.Trace Element Res.、Trace Element in Med.、J.Clin.Nutr.、J.Inorg.Nucl.Chem.、Med.Sci.Res.等专业刊物,以及为数众多的会议文集。译文或综述有《国外医学:医学地理分册》(1980年-  )和《卫生学分册》等。此外,有关微量元素研究方面的论文也发表在其他医学、环境科学、营养学、卫生保健、分析化学等相关刊物上。 我国科学工作者的长期实践表明,在微量元素领域里充满着许多诱人的问题等待人们去探索和解决。随着科学的普及和深入,对微量元素的研究成果必将为我们提供更加合理的营养和食物,帮助人们征服疾病与增进健康。 美国一批著名科学家在关于优先发展领域的倡议中郑重提出,要应用和发展化学技术去解决属于分子水平的生命问题,加速转化有关生物方面的定性知识,使其在人类、动物医药和农业等方面成为生物工程中的有用物品。出生、成长、繁衍和死亡等生命过程都是生物和化学变化的表现,各门学科尤其是生物和化学正处在分子水平及分子聚集体水平上揭示这些复杂过程的岔口上。我们相信,强化本领域的工作并使之获得更大的进展,必将为21世纪的自然科学及提高人类健康水平增添新的活力。 
    五、存在问题[3]
        中国微量元素研究在过去的几十年中取得丰硕的成果,但也存在思想认识不一,实验数据缺乏可比性,以及组织结构分散等方面的不足: 
    (一)对人体内外生态环境的整体性和系统性认识不足 
        自然界的微量元素存在着一定的规律,如元素的普遍性,元素时空分布的不均一性,元素丰度变化的有序性,元素生物效应的规律件和多重性,元素相互关系的协同性和制约性,元素平衡的可调性,以及地球生态环境的可变性,等等。因此,整个大自然是一个统一体,任何重大自然活动或人类行为都可能破坏原先的平衡而引起微量元素的缺乏或过剩;任何元素含量异?;蚴Ш舛伎赡芤⒍锖腿说牟皇驶虿±肀浠?,无论有症状的还是无症状的;任何疾病都是元素“关系病”,而不是单元素“要素病”;微量元素,实际上本无所渭“必需”或“有毒”,而仅仅是一个剂量问题或认识与否、证明与否的问题。FA0/IAEA/WH0多少也已改变过去对必需微量元素的提法,而把所谓的“必需微量元素”分为三 类:(1)人体必需微量元素,共8种,包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钻及铁:(2)人体可能必需的元素,共 5种,包括锰、硅、硼、钒及镍:(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,包括氟、铅、镉、汞、砷、铝及锡,共7种(WHO,1996;中国营养学会,2000)。因此,开展所谓的“零铅工程”或“零×工程”的提法是不科学的,也是不现实的。 
    (二)对饮水中微量元素的作用认识不够
        水是生命之源,人体组织中含有70%以上的水。近代研究表明,水中带有微磁矩和亲电性 ,适当的金属离子在人的生命活动或遗传密码子连续性中起着催化、激活、动力的作用。广西巴马长寿村山水是含有多种微量元素的高能态水:高能态水可使人体不正常的血相态和微电场分布 (亦称气场分布)向正常状态转化 (金日光,2000)。
        人体的各个部位,凡是有水的地方就有生命相关元素和生命动力元素离子共存着:长期以来有关纯净水的盲目争论已经开始危害我国瓶装水的健康发展。
        此外,我国评价饮用水水质标准的先进仪器也很缺乏,检测水凝聚体大小的17O核磁共振谱仪和检测血相状态的超短聚集暗场高倍显微镜还很少,而检测人体微电场分布的克里安检测仪国内尚无一台。后两种仪器是鉴定饮用水效果的重要仪器。
    (三)文献数据的不可比性 
        文献中许多数据缺乏可比性,其中有取样不规范问题,实验条件的控制问题,测定过程中的质量保证问题,对照对象不合理,以及参比值(或正常值)不统一等问题。
        有些重要参数还存在严重分歧,最明显的是中国人的膳食汞摄入量,陈君石1993年和1997年的报道值分别为10.3 μg/d和5.2 μg/d,而诸洪达2000年的报道值为34.5 μg/d,两者相去甚远。 
    (四)组织结构分散 
        中国的微量元素组织,就全国范围而言,除中国微量元素科学研究会外,还有许多分属于其他学会的二级学会或专业委员会,它们在推进学术交流和传播科学知识方面起着十分重要的作用,但学会不是权力机构,不能组织或协调重大项目的科研和攻关,也难以就共同性问题,如标准方法的制订,正常参考范围或限值的确定等,开展合作。
        学会组织结构分散也会带来其他方面的负面影响,对有些问题可能会因学派不同或见解不一引起纠纷,有机锗事件即为一例。
        此外,目前虽有三家微量元素专业性杂志, 但尚无全国核心期刊。
    六、几点建议[3]
        近年来,我国大规模的全围性调查研究课题和资料已较过去大为减少,这些调查虽“劳民伤财”,却对政府决策或任务规划十分重要。为了今后中国微量元素科学的顺利发展,作者提出如下建议。 
    (一)成立国家级微量元素专家委员会
        建议在国家科技部或全国政协内成立微量元素科学委员会或专家组,负责定期组织全国性重大专题研究现状、问题及对策研讨会,提出报告,供决策部门参考;负责组织、协调全国性专项调查或评价标准的制订。
    (二)建立中国人体和总膳食全元素数据库 
        建议成立或健全国家级微量元素研究机构,集中优秀人才,采用世界上最先进仪器设备和研究手段,对血液、头发、总膳食全元素谱开展全国性调查,建立中国人体和中国总膳食微量元素数据库,探讨元素谱系内的相互关系或平衡模式。
    (三)开展长寿成因调查 
        我国有两大类六大长寿地区。建议对我国六大长寿区开展生态系物质(包括饮用水)和长寿老人微量元素谱的全面调查,从一个侧面揭示长寿成因之谜。 
    (四)开展中国食用海藻全元素成分调查 
        中国海域宽,食用海藻丰富,但除在建国早期作过部分元素调查外,尚无有系统研究。建议开展食用海藻的全元素调查,特别是南海地区的海藻。建立海藻铅、汞、砷、镉、硒等重金属元素的评价标准。 
    (五)研究和开发大众化元素平衡保健食品 
        提倡、鼓励和号召民营企业资助大众化元素平衡食品的研究和开发,例如,类似元素平衡盐、中国营养平衡米等类食品,有步骤地向全民推广,以抑制现代病的发生和扩展。
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