第六章微量元素与维生素检验 卫生部 十二五 规划教材全国高等医药教材建设研究会规划教材 青岛大学医学院徐文华 教学内容 第一节常用微量元素和维生素的代谢及其生物学作用 1 微量元素的定义 人体必需的微量元素及八大主要元素 2 掌握铁的生物学作用 3 掌握铬促进胰岛素的作用及对血糖的调节 4 熟悉维生素的定义 分型 5 列表说明维生素的命名及常见缺乏症 宏量元素 人体总重量1 10000以上 每人每天摄入量100mg以上的元素 微量元素人体总重量1 10000以下 0 01 每人每天摄入量100mg以下的元素 人体内元素 必需微量元素 非必需微量元素 一 微量元素代谢及其生物学作用 宏量元素 共11种 包括 C H O N K Na Cl Ca S P Mg微量元素 必须 Fe Cu Mn Zn Cr Co I F Mo 鉬 Ni 镍 V 钒 Si 硅 Sn 锡 Se 硒 可能必须 Sr 锶 Rb 铷 As 砷 B有害 Hg Pb Al Cd 镉 As 砷 1 铁 Iron Fe 人体内铁分类 功能铁 血红蛋白 肌红蛋白 含铁酶 运铁蛋白等 贮存铁 铁蛋白 可动用 含铁血黄素 含量 约为3 5g 以肝 脾含量最高吸收 整个消化道均可吸收 Fe2 较Fe3 易吸收 排泄 主要通过肾脏 粪便和汗腺排泄 0 5 1mg d 一 主要微量元素 1 代谢 2 生物学作用 合成血红蛋白合成肌红蛋白构成人体必需的酶铁参与能量代谢参与免疫功能 2 碘 iodine I 1 代谢 含量 20 25mg 吸收 以消化道吸收为主 70 80 在甲状腺细胞贮存 排泄 主要通过肾脏排泄 2 生物学作用 碘是通过甲状腺素发挥其生理作用 促进蛋白质的合成 活化多种酶 调节能量代谢 提高中枢神经系统的兴奋性 加速各种物质的氧化过程 3 锌 zine Zn 1 代谢 含量 2 3g 吸收 在十二指肠和空肠被吸收 排泄 主要由粪便 尿 汗 乳汁及头发排泄 2 生物学作用 可作为多种酶的功能成分或激活剂 促进机体生长发育 促进维生素A的正常代谢和生理功能 参与免疫功能过程 4 硒 selenium Se 1 代谢 含量 14 21mg 吸收 主要在十二指肠吸收 排泄 主要从尿排出 部分经胆汁由粪便排出 2 生物学作用 谷胱甘肽过氧化物酶 GSH Px 的重要组成成分 参与辅酶A和辅酶Q的合成 保护视器官的健全功能 是体内抵抗有毒物质的保护剂 增强机体免疫力 保护心血管和心肌 调节维生素A C E K的代谢 可干扰致癌物的代谢 5 铜 cuprum Cu 1 代谢 含量 80 100mg 吸收 在十二指肠和小肠上段吸收 排泄 经胆汁 肠壁 尿液和皮肤排泄 2 生物学作用 维护正常的造血机能及铁的代谢 构成超氧化物歧化酶 赖氨酰氧化酶等多种酶类的必需成分 6 铬 chromium Cr 1 代谢 含量 60mg 吸收 经口 呼吸道 皮肤及肠道吸收 葡萄糖耐量因子中含有元素铬 作为胰岛素的辅助因子 排泄 由尿中排出 少量从粪便排出 2 生物学作用 促进胰岛素的作用及调节血糖 含铬的葡萄糖耐量因子促进细胞膜的巯基 SH 和胰岛素分子A链的两个二硫键 S S 之间形成一个稳定的桥 协助胰岛素发挥作用 降低血浆胆固醇 促进蛋白质代谢和生长发育 7 锰 manganese Mn 1 代谢 含量 12 20mg 吸收 约2 3贮留在线粒体内 在骨骼 肝 脑 肾 垂体等部位含锰较多 排泄 主要由肠道 胆汁 尿液排泄 2 生物学作用 锰是多种酶的组成成分及激活剂 促进生长发育 与造血功能密切相关 过氧化物酶的组成成分 8 钴 cobalt Co 1 代谢 含量 1 5mg 吸收 由消化道和呼吸道吸收 排泄 通过尿液排泄 少量通过肠道等途径排泄 2 生物学作用 VitB12的组成成分 以VB12发挥作用 参与造血 促进红细胞的正常成熟 参与脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成 参与体内一碳单位的代谢 必需微量元素的主要食物来源 二 有害微量元素 1 铅 lead Pb 主要来自工业烟尘污染和含铅汽油燃烧后排出的废气 主要经呼吸道 消化道和皮肤吸收 大部分经肾脏由尿排出 小部分随大便排出 中毒机制是导致卟啉代谢紊乱 使血红蛋白的合成受到障碍 中毒临床表现复杂如易激惹 惊厥 反复腹痛 反复呕吐 小细胞低色素性贫血 氨基尿 糖尿等 2 汞 mercury Hg 主要以硫化汞的形式存在于岩石中 工业的废渣 废气造成大气 土壤和水源的污染 以蒸气和粉尘形式经呼吸道 消化道 皮肤侵入 主要经肾脏由尿 粪便排出 中毒机制是汞离子与酶的巯基 SH 的结合 使酶的活性丧失 中毒临床表现为头晕 头痛 多汗 易兴奋 精神障碍 乏力 口腔炎 牙齿松动等 水俣病是由汞中毒引起的 3 镉 cadmium Cd 主要存在于锌 铜和铝矿内 锌矿石含量最高 吸收途径为呼吸道 消化道 皮肤吸收 主要由粪便 肾脏排出 少量可随胆汁排出 中毒机制 抑制肝细胞线粒体氧化磷酸化 直接损伤组织细胞和血管 引起水肿 炎症和组织损伤 中毒临床表现 口干 口内金属味 咽痛 乏力 呼吸困难 蛋白尿 骨变形 肝坏死等 主要累及肺 肾 嗅觉 骨骼 睾丸 肝脏等 日本的 痛痛病 是由于镉元素引起的慢性中毒 4 铝 aluminium Al 地壳中含量丰富 摄铝增加主要来自铝食具 炊具 铝尘 食物 饮料 铝制剂等主要由胃肠道吸收 排泄主要经肾由尿排出 部分可由粪便和胆汁排出 铝的毒性可导致机体许多脏器受损 中毒临床表现 高铝血症 消化道症状 铝贫血 铝骨病 铝脑病等 5 砷 arsenic As 砷本身毒性并不大 其化合物如三氧化二砷 As2O3 俗称砒霜 毒性甚大 经呼吸道 消化道和皮肤吸收 主要通过肾脏随尿排出 小部分经毛发 指甲生长等排泄 中毒机制 砷与含巯基的酶结合 使酶的活性丧失影响细胞的正常代谢 中毒临床表现 咳嗽 头晕 头痛 恶心 呕吐 腹泻 肝区痛 皮肤损伤等 维生素 维持机体正常生命活动所必需的一类小分子有机化合物 特点 体内不能合成或合成甚微 必须由食物供给 需要很少 g d mg d 但不可缺少 功能 参体内物质代谢与调节 参与辅酶组成 调节物质代谢 VitB族 二 维生素的代谢及其生物学作用 维生素的分类 脂溶性维生素 维生素A D E K 不溶于水 但溶于脂和有机溶剂 水溶性维生素 维生素B族 C PP M 溶于水 故代谢产物较易排出 必须经常从食物中摄取 维生素的命名 按发现先后 A B C D等 维生素的命名及常见缺乏症 维生素的命名及常见缺乏症 1 维生素A 一 脂溶性维生素 维生素A结构式 维生素A有维生素A1 视黄醇 和维生素A2 3 脱氢视黄醇 之分 1 维生素A的代谢 来源 只存在于动物性食品中 植物食品中含有维生素A原 胡萝卜素 在动物体内 胡萝卜素转变成维生素A的转变率最高 活性形式包括视黄醇 视黄醛和视黄酸 吸收 视黄基酯和维生素A原 在小肠黏膜细胞内水解为视黄醇 吸收后又重新合成视黄醇酯 血循环中的维生素A是非酯化型 它与视黄醇结合蛋白结合 再与前清蛋白结合 形成维生素A RBP PA复合物而被转运 在细胞内 视黄醇与细胞视黄醇结合蛋白结合 2 生物学作用 促进视觉细胞感光物质的合成与再生 参与糖蛋白的合成 促进生长发育 具有抑癌作用 维持机体正常免疫功能 中国居民膳食维生素A日推荐摄入量为 成年男性800 gRE 女性700 gRE RE 视黄醇当量 2 维生素D 维生素D VitD 又称抗佝偻病维生素 它是类固醇衍生物 维生素D主要包括维生素D2 又称麦角钙化醇 及维生素D3 又称胆钙化醇 维生素D结构式 维生素D2和D3的生成 1 维生素D的代谢 来源 仅存于动物性食物中 植物性食物中一般仅含维生素D原 7 脱氢胆固醇 维生素D原经紫外线照射后可转化为维生素D 吸收 食物中的维生素D在小肠吸收 吸收入血后主要与维生素D结合蛋白结合被送至肝脏 经羟化酶作用下生成24 25 OH 2D3 2 生物学作用 促进小肠钙吸收 促进肾小管对钙 磷的重吸收 调节血钙平衡 升高血钙血磷 与降钙素作用相反对骨细胞呈现多种作用 调节基因转录作用 中国居民膳食维生素D日推荐摄入量为 11岁10 g 11 50岁5 g 50岁10 g 3 维生素E 维生素E VitE 主要分为生育酚和生育三烯酚两大类 每类又根据甲基的位置不同而分成 四种 即 T T T T和 TT TT TT TT 其中以 生育酚 T 的生物活性最高 所以通常以 生育酚作为维生素E的代表 维生素E结构式 1 维生素E的代谢 来源 植物种子油中含量最为丰富 吸收 维生素E酯先经胰酯酶和肠黏膜酯酶水解然后吸收 由脂蛋白转运 维生素E与血脂浓度密切相关 主要储存在脂肪组织 2 生物学作用 抗氧化作用 预防衰老 促进血红素代谢 促进蛋白质合成 与生殖功能有关 中国居民膳食维生素E日推荐摄入量为 成人14mg 维生素K VitK 又称凝血维生素 与凝血酶原的生成有关 从植物中提取的维生素K是维生素K1 从动物中分离出的维生素K是维生素K2 维生素K3是人工合成产物 在哺乳类及鸟类体内可变成维生素K4 VitK1 VitK2是天然产物 为脂溶性化合物 而VitK3 vitK4则是人工合成品 为水溶性化合物 4 维生素K 维生素K结构式 1 维生素K的代谢 来源 绿色蔬菜 绿茶含维生素K特别丰富 吸收 主要在小肠 吸收入血后随 脂蛋白转运至肝中储存 2 生物学作用 是羟化酶的辅助因子 维持体内 凝血因子在正常水平 促进骨的重建及钙的动员 中国居民膳食维生素K日推荐摄入量为 成人120 g 二 水溶性维生素 与脂溶性维生素不同 水溶性维生素及其代谢产物比较容易从尿中排出 因而在体内很少蓄积 也不会因此而发生中毒 所以必须经常从食物中摄取 1 维生素B1 又称硫胺素 硫胺素分子是由1个嘧啶环和1个噻唑环 通过亚甲基桥连接而成 硫胺素对亚硫酸盐十分敏感 室温下有亚硫盐存在时即可迅速分解成嘧啶和噻唑 并丧失其活性 人体维生素B1的总量约为30mg 硫胺素焦磷酸 TPP 1 维生素B1代谢 来源 豆类 谷类 肉类 蛋类 吸收 被小肠吸收 肝 肾 心脏含量高 2 生物学作用 硫胺素焦磷酸 TPP 占维生素B1的80 是羟化酶和转铜醇酶的辅酶 参与 酮酸的氧化脱羧和磷酸戊糖途径的转铜醇酶两个重要反应 与神经细胞髓鞘磷脂合成有关 维持心肌的正常功能 中国居民膳食维生素B1日推荐摄入量为 成年男性1 4mg 女性1 3mg 2 维生素B2 又称核黄素 是由核糖和异咯嗪组成 它的异咯嗪环上的第1及第5位氮原子 N1 N5 与活泼的双键连接 这2个氮原子可反复接受或释放氢原子 因而具有可逆的氧化还原性 游离型核黄素对紫外光高度敏感 在碱性条件下可光解为光色素 在酸性条件下可光解为光黄素而丧失生物活性 维生素B2结构式 1 维生素B2的代谢 来源 广泛存在于食物中 吸收 主要在肠道 被吸收后在小肠黏膜的黄素激酶的作用下可转变成FMN 在体细胞内还可进一步在焦磷酸化酶的催化下生成FAD FMN和FAD是其活性型 2 生物学作用 是多种黄素酶类的辅酶 在体内催化氧化还原反应 维持动物正常生长所必需的因素 参与氨基酸和脂肪的氧化 参与蛋白质和某些激素的合成 参与体内铁的转运 中国居民膳食维生素B2日推荐摄入量为 成年男性1 4mg 女性1 2mg 3 维生素PP 抗癞皮病因子 维生素PP包括 尼克酸 nicotinicacid 烟酸 尼克酰胺 nicotinamide 烟酰胺 体内活性形式 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD 尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP 1 维生素PP的代谢 来源 动物内脏 花生 酵母及谷类中含量较多 吸收 在胃肠道迅速吸收 并在肠黏膜细胞内尼克酰胺通过ATP作用形成尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸 NAD 或尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸 NADP 2 生物学作用 尼克酰胺是辅酶 和辅酶 的组成成分 NADP参与脂肪 类固醇等生物合成 NAD有助于基因组的稳定 尼克酸具有增强胰