微量元素生物学效应精.ppt
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1、微量元素生物学效应第1页,本讲稿共120页第一节第一节 微量元素的生物转运过程微量元素的生物转运过程(一)微量元素的吸收(一)微量元素的吸收微量元素存在于多种环境介质(空气、水、微量元素存在于多种环境介质(空气、水、土壤、生物体)土壤、生物体)不同环境介质、不同吸收途径:不同环境介质、不同吸收途径:呼吸道呼吸道、消消化道化道、皮肤黏膜皮肤黏膜大多数微量元素:大多数微量元素:饮水和食物经消化道饮水和食物经消化道吸收吸收来满足机体的生理需要。来满足机体的生理需要。第2页,本讲稿共120页胃肠道吸收:胃肠道吸收:多在小肠多在小肠多需在胃内酸性条件下与食糜中的配体形成多需在胃内酸性条件下与食糜中的配体
2、形成复合物后才易吸收复合物后才易吸收金属元素金属元素铁、锌、铜等主要经铁、锌、铜等主要经十二指肠十二指肠和空和空肠吸收,但十二指肠对锌的吸收能力更强,肠吸收,但十二指肠对锌的吸收能力更强,锰锰:十二指肠:十二指肠钴钴主要在空肠吸收。主要在空肠吸收。三价三价铬铬最易被吸收的部位是空肠,其次是回最易被吸收的部位是空肠,其次是回肠和十二指肠。肠和十二指肠。第3页,本讲稿共120页碘碘在整个胃肠道均可被吸收,但在在整个胃肠道均可被吸收,但在胃和小肠吸收迅速胃和小肠吸收迅速,空腹时空腹时1 12h2h可可完全吸收。完全吸收。胃肠道有食物时胃肠道有食物时3h3h也可完全吸收也可完全吸收机体对碘、氟、硒无内
3、稳态调节机制机体对碘、氟、硒无内稳态调节机制 第4页,本讲稿共120页肠道内的吸收方式肠道内的吸收方式不同:不同:氟:被动吸收过程氟:被动吸收过程锌:消耗能量锌:消耗能量铁的吸收可以分为三个阶段:铁的吸收可以分为三个阶段:肠道肠道铁摄入;铁摄入;肠黏膜上皮细胞内转运;肠黏膜上皮细胞内转运;细胞内贮存和细胞外转运。细胞内贮存和细胞外转运。第5页,本讲稿共120页吸收率吸收率差别:差别:氟、硒、碘氟、硒、碘等由于机体不存在吸收调节机制,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,其吸收率摄入量增加,吸收量也相应增加,其吸收率可达可达70%90%70%90%以上。以上。水溶性的水溶性
4、的氟氟几乎可全部吸收,食物中的氟约几乎可全部吸收,食物中的氟约80%80%被吸收,碘几乎可以被完全吸收,粪便被吸收,碘几乎可以被完全吸收,粪便中排出的碘很少。中排出的碘很少。元素元素硅硅虽然经饮食摄入较多,但吸收率仅虽然经饮食摄入较多,但吸收率仅1%1%。第6页,本讲稿共120页吸收率差别:吸收率差别:正常人经口摄入的正常人经口摄入的铜,吸收率可达铜,吸收率可达32%32%。钼在胃肠道的吸收率约钼在胃肠道的吸收率约50%50%钒离子的吸收率为钒离子的吸收率为10%10%,锰在胃肠道内,锰在胃肠道内吸收吸收率率3%4%3%4%,缺铁性贫血患者对锰的吸收率可达缺铁性贫血患者对锰的吸收率可达70%7
5、0%。第7页,本讲稿共120页无机无机铬铬的吸收率较低,约的吸收率较低,约0.4%3%0.4%3%,天然的有机铬配合物较易吸收,吸收天然的有机铬配合物较易吸收,吸收率为率为10%15%10%15%。葡萄糖耐量因子形式的铬,其吸收率为葡萄糖耐量因子形式的铬,其吸收率为无机铬的无机铬的100100倍。倍。第8页,本讲稿共120页血血红红蛋蛋白白、肌肌红红蛋蛋白白,经经胃胃酸酸和和蛋蛋白白酶酶消消化化后后而而游游离离出出的的血血红红素素铁铁,能能直直接接被被肠肠黏黏膜膜细细胞胞摄摄取取,在在细细胞胞内内经经血血红红素素氧氧化化酶酶分分解解成成原原卟啉和铁而被吸收。卟啉和铁而被吸收。食食物物中中最最易
6、易吸吸收收的的铁铁化化合合物物血血红红素素铁铁在在小小肠肠内内的的吸吸收收率率高高达达37%37%,而而非非血血红红素素铁铁如如来来自自铁铁盐盐、铁铁蛋蛋白白、含含铁铁血血黄黄素素及及植植物物性性食食品品中中的的高铁化合物等仅为高铁化合物等仅为5%5%。第9页,本讲稿共120页(二)影响微量元素吸收的因素(二)影响微量元素吸收的因素 影响微量元素的吸收因素:影响微量元素的吸收因素:胃胃肠肠道道内内的的pHpH、机机体体内内环环境境稳稳定定性性调调节节、微微量量元元素素的的理理化化性性状状、膳膳食食结结构构和和成分,以及微量元素间的成分,以及微量元素间的相互作用相互作用等。等。第10页,本讲稿共
7、120页1 1肠道内的肠道内的pHpH 胃内酸性环境:微量元素从食物成分中解胃内酸性环境: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:溶解胃酸对非血红素铁的溶解很重要:溶解状态的铁大多在状态的铁大多在5min5min内被吸收。当胃液内被吸收。当胃液pHpH2.52.5时,铁的时,铁的溶解度明显降低溶解度明显降低第11页,本讲稿共120页2 2机体内环境稳态调节机体内环境稳态调节 人体在神经、内分泌系统的协同作人体在神经、内分泌系统的协同作用下,具有调节体内
8、环境使之不受用下,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外界环境的变化而保持相对稳定的能力,称为机体能力,称为机体内环境稳态调节内环境稳态调节(homeostasishomeostasis)。第12页,本讲稿共120页典型实例:典型实例:铁的吸收铁的吸收,体内铁的代谢非常,体内铁的代谢非常旺盛,体内每天约有旺盛,体内每天约有1/1201/120的红细胞需要的红细胞需要更新,衰老红细胞释放的血红素铁约更新,衰老红细胞释放的血红素铁约90%90%又可被重新利用,供给新生红细胞合成血又可被重新利用,供给新生红细胞合成血红蛋白,这部分铁约有数十毫克。红蛋白,这部分铁约有数十毫克。机体每
9、天从胃肠道吸收补充到血液中的铁仅机体每天从胃肠道吸收补充到血液中的铁仅1mg1mg即能满足生理需要。两者相比,相差数即能满足生理需要。两者相比,相差数十倍。十倍。第13页,本讲稿共120页3 3微量元素的理化性状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元素容易被吸收,而物质的溶解度也受胃肠道道pHpH等因素的影响。等因素的影响。水溶性的氟水溶性的氟几乎可全部几乎可全部吸收,而食物中的氟约吸收,而食物中的氟约80%80%被吸收。被吸收。低价铁低价铁比高价铁更易被吸收比高价铁更易被吸收血红素铁比非血红
10、素铁吸收率高,而且不易受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。抗坏血酸、植酸盐等因素的影响。第14页,本讲稿共120页食物中的食物中的无机碘无机碘溶于水形成碘离子在溶于水形成碘离子在胃和小肠吸收迅速而完全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。无机碘吸收迅速且不够完全。牛牛对对各各种种价价态态铜铜吸吸收收的的程程度度:CuCOCuCO3 3CuCu(NONO3 3)2 2CuClCuClCuCu2 2O OCuOCuO(粉粉)CuOCuO(针晶)(针晶)CuCu(金属丝)。(金属丝)。第15
11、页,本讲稿共120页4 4膳食成分膳食成分 膳食中的糖类、脂肪、蛋白质、植酸盐、磷膳食中的糖类、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。的吸收有明显影响。食物中的食物中的果糖果糖含量增加可使铜吸收明显减少,含量增加可使铜吸收明显减少,加剧机体的铜缺乏状态。加剧机体的铜缺乏状态。第16页,本讲稿共120页膳食中的膳食中的蛋白质蛋白质能显著影响铁、铜的生物利能显著影响铁、铜的生物利用率用率-取决于蛋白质的来源。各种取决于蛋白质的来源。各种瘦肉瘦肉都可促进血红素铁和非血红素铁的吸收都可促进血红素铁和非血红素铁的吸收乳类乳类
12、和和蛋类蛋类的蛋白质及的蛋白质及大豆大豆蛋白质则抑制蛋白质则抑制铁的吸收。铁的吸收。第17页,本讲稿共120页食物中的食物中的植酸植酸(六磷酸肌醇)为植物所(六磷酸肌醇)为植物所特有,是谷类和大豆等的天然组分,通特有,是谷类和大豆等的天然组分,通常以盐形式存在,又称植酸盐常以盐形式存在,又称植酸盐(phytatephytate)。)。植酸是重要的抗营养因素,可影响钙、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、铁缺乏的重要原性食品为主的人群锌、铁缺乏的重要原因。因。第18页,本讲稿共120页植酸对铜吸收的影响较小:植
13、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铜与植酸形成的复合物在肠道内是可溶的的植酸对微量元素吸收的影响取决于微量元素植酸对微量元素吸收的影响取决于微量元素与植酸的与植酸的结合能力结合能力及及结合物的溶解性结合物的溶解性,肠道内肠道内可溶性铜可溶性铜-植酸复合物植酸复合物中的植酸可中的植酸可以被其它螯合物取代,而对铜影响甚小或以被其它螯合物取代,而对铜影响甚小或无影响。无影响。第19页,本讲稿共120页维生素维生素C C和柠檬酸和柠檬酸可明显增加铁的吸收可明显增加铁的吸收率,柠檬酸维生素率,柠檬酸维生素C C,两者有相加作,两者有相加作用。用。维生素维生素C C增强铁利用的原因:
14、维生素增强铁利用的原因:维生素C C作为还原剂促进三价铁还原成二价铁,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。作为络合剂与铁结合成可溶性复合物。第20页,本讲稿共120页5 5微量元素间的相互作用微量元素间的相互作用 竞争性结合同一受体部位竞争性结合同一受体部位:某元素过多可干:某元素过多可干扰另一元素的吸收。扰另一元素的吸收。对金属结合蛋白的诱导对金属结合蛋白的诱导:锌对铜:锌对铜吸收的抑吸收的抑制是由于锌可诱导肠黏膜细胞合成金属硫蛋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
15、结合,从而减少了铜的入细胞的铜更易与之结合,从而减少了铜的吸收。吸收。第21页,本讲稿共120页二、微量元素的转运和分布二、微量元素的转运和分布(一)(一)微量元素的转运微量元素的转运 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,而呈进入细胞内,或者与特异蛋白结合,而呈结合结合态态随血液循环转运至全身各个部位。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少部分未被结合的微量元素则呈游离状态游离状态存在存在于血液中也随血液循环而运输。于
16、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。发挥生物学活性的多为游离状态的微量元素。第22页,本讲稿共120页表表3-1 3-1 与微量元素转运有关的载体与微量元素转运有关的载体元元 素素 元素的转运载体元素的转运载体 铜铜 氨基酸、血浆铜蓝蛋白、白蛋白氨基酸、血浆铜蓝蛋白、白蛋白 铁铁 转铁蛋白、铁蛋白、乳铁蛋白、转铁蛋白、铁蛋白、乳铁蛋白、锌锌 红细胞、白蛋白、红细胞、白蛋白、-球蛋白、转铁蛋白球蛋白、转铁蛋白 锰锰 -球蛋白、锰转运蛋白球蛋白、锰转运蛋白 硒硒 血红蛋白、血浆蛋白血红蛋白、血浆蛋白 -球蛋白球蛋白 氟氟 红细胞、血浆白蛋白红细胞、血浆白蛋白 钼钼 红
17、细胞、钼红细胞、钼-铜蛋白铜蛋白 铬铬 铁蛋白、血清白蛋白铁蛋白、血清白蛋白 钒钒 转铁蛋白转铁蛋白 钴钴 -球蛋白球蛋白 第23页,本讲稿共120页经消化道吸收进入血液的氟经消化道吸收进入血液的氟75%75%存在存在于血浆中,于血浆中,25%25%结合于红细胞。结合于红细胞。血浆氟:血浆氟:蛋白结合氟蛋白结合氟和和离子氟离子氟的形的形式存在,蛋白质结合氟约占式存在,蛋白质结合氟约占75%75%,而,而离子氟约占离子氟约占25%25%,只有离子氟才具有,只有离子氟才具有生理活性。生理活性。第24页,本讲稿共120页(二)(二)微量元素的分布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
18、不同组织和器官在结构功能和生理生化特性上的差异的差异-对不同微量元素的亲和性和需要量对不同微量元素的亲和性和需要量不同不同微量元素在体内不是均匀分布的微量元素在体内不是均匀分布的每种微量元素都有其每种微量元素都有其贮存库贮存库或含量较高的或含量较高的特定特定组织组织,贮存库中微量元素的浓度较高,对某种,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,其浓度也微量元素亲和力较大的特异组织中,其浓度也较高。较高。第25页,本讲稿共120页骨骨骼骼作作为为体体内内微微量量元元素素的的贮贮存存库库,其其容容量量较较大大,多多种种微微量量元元素素如如氟氟、锌锌、铜、铁等易蓄积在此贮存库
19、。铜、铁等易蓄积在此贮存库。肝肝脏脏和和肾肾脏脏也也可可作作为为体体内内某某些些微微量量元元素素的贮存库。的贮存库。贮贮存存库库中中微微量量元元素素的的贮贮存存和和释释放放具具有有重要生理学意义重要生理学意义第26页,本讲稿共120页牙齿、骨骼牙齿、骨骼等:贮存等:贮存氟氟及大多数及大多数金属金属元素元素的主要组织。骨相组织对氟具有特殊的亲的主要组织。骨相组织对氟具有特殊的亲和性,贮存体内氟的和性,贮存体内氟的90%90%。机体对摄入的氟。机体对摄入的氟约约50%50%被骨相组织摄取、贮存。被骨相组织摄取、贮存。碘碘离子随血液循环至全身组织器官。离子随血液循环至全身组织器官。甲状甲状腺腺对碘具
20、有高度富集能力,一个对碘具有高度富集能力,一个25g25g的甲的甲状腺含碘约状腺含碘约10mg10mg,几乎占人体总碘量的,几乎占人体总碘量的80%80%。第27页,本讲稿共120页血中微量元素的浓度较为稳定,当其浓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度增加时可被转运至贮存库贮存库,而浓度降,而浓度降低时又可从贮存库中释放出来,以维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。持血中微量元素的正常水平。机体的机体的内稳态调节作用内稳态调节作用对于维持正常对于维持正常的生理生化功能具有重要意义。的生理生化功能具有重要意义。第28页,本讲稿共120页三、微量元素的代谢与
21、排泄三、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,微量元素也可随月出体外。在特殊情况下,微量元素也可随月经、授乳等排出。经、授乳等排出。第29页,本讲稿共120页多途径排泄:以某一种为主,如多途径排泄:以某一种为主,如氟、氟、碘碘等主要经肾脏
22、随等主要经肾脏随尿尿排泄,排泄,铁、铜、铁、铜、锌等以肠道、胆汁锌等以肠道、胆汁排泄为主,排泄为主,锰锰则主则主要随肝脏分泌的要随肝脏分泌的胆汁胆汁进入肠道而排出。进入肠道而排出。由于微量元素的生物学效应、代谢动力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。代谢与排泄的方式各异。第30页,本讲稿共120页血锌的血锌的80%80%存在于红细胞内的碳酸酐酶存在于红细胞内的碳酸酐酶-构成构成活性中心。活性中心。血浆中的锌约血浆中的锌约50%50%与白蛋白疏松结合,与组与白蛋白疏松结合,与组织锌进行交换,织锌进行交换,20
23、%20%40%40%与游离氨基酸结与游离氨基酸结合,合,5%5%参与超氧化物歧化酶的合成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,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。层中,在前列腺和精液中锌含量也很高。第31页,本讲稿共120页正常成年人体内含锌约正常成年人体内含锌约2 23g3g,大量存在于肌,大量存在于肌肉(约肉(约1420mg1420mg)和骨骼()和骨骼(660mg660mg),分别占),分别占66.2%66.2%和和28.5%28.5%,在眼球色素层中占,在眼
24、球色素层中占4%4%。前列。前列腺含锌量为腺含锌量为87mg/kg87mg/kg湿重。湿重。成人摄锌量为成人摄锌量为1415mg/d1415mg/d,吸收量,吸收量2.52.5 4.0mg4.0mg每日锌排出量:粪便每日锌排出量:粪便11.811.813.7mg13.7mg,尿,尿0.60.60.8mg0.8mg;汗液;汗液0.5mg0.5mg,在酷暑期每天汗腺排锌,在酷暑期每天汗腺排锌可达可达3mg3mg。第32页,本讲稿共120页1414种必需微量元素中铬有减少倾向,种必需微量元素中铬有减少倾向,氟有蓄积倾向氟有蓄积倾向其余其余1212种的排泄量接近吸收量种的排泄量接近吸收量第33页,本讲
25、稿共120页第二节第二节 微量元素的生物学效应微量元素的生物学效应 第34页,本讲稿共120页一、微量元素的生理功能一、微量元素的生理功能微微量量元元素素通通过过参参与与体体内内的的新新陈陈代代谢谢、生生理理生生化化反反应应、能能量量转转换换等等过过程程,在在机机体体的的生生命命活活动动中中发发挥挥重重要要作作用用,其其突突出出的的特特点点是是微微量量元元素对生命过程的素对生命过程的必需性必需性。必必需需:机机体体不不能能通通过过自自身身的的生生理理生生化化反反应应来来合合成成微微量量元元素素,必必须须从从外外界界环环境境中中摄摄入入到到体体内才能维持正常的生命活动。内才能维持正常的生命活动。
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