化学元素与人体健康教案（化学元素与人体健康教案鲁教版）

原生地球化学环境与人体健康

(一)地球化学元素与人体健康

存在于人体中的化学元素有几十种，除碳、氢、氧、氮主要以有机化合物的形式存在外，其余各种元素均呈无机盐或矿物质形式。其中有些矿物质是维持人体正常生理功能所必需的，因而必须从膳食中不断得到供给。这些在体内含量较多的氧、碳、氢、氨、钙、磷、钾、硫、钠、镁、氯等11种元素，称为人体必需的常量元素，约占人体总成分(质量分数)的60%～80%。这些常量元素主要是从蛋白质、脂肪、糖、无机盐、维生素、水等物质中补充，以满足人体新陈代谢的需要。其他一些元素在机体内含量极少，有的甚至只有痕量(含量以μg/kg计)。一般将体内含量低于0.1g/kg的元素称为微量元素。目前已知，人体必需的微量元素有铁、锌、碘、铜、硒、氟、钼、钴、铬、镍、钡和硅等14种。微量元素在人体的血液、肝、脾、骨、肌肉、脑、胰脏、甲状腺、肾上腺、视网膜、胰岛组织、前列腺、心脏、齿、指甲、肺中都有存在。微量元素对人体生理功能的影响主要包括:①促进酶的催化作用;②参与激素的分泌活动，如甲状腺、肾上腺分泌激素的活动;③是遗传物质核酸的构成部分;④参与新陈代谢———人体内氧化还原系统的活动。微量元素主要来自食物、饮水、空气和药物，在人体营养中生物微量元素比维生素更重要。

人体中各种元素组成的平均丰度与地壳岩石中的平均丰度具有一定的相关性。除了人体原生质中的主要成分碳、氢、氧、氮和地壳中的主要成分硅以外，其他化学元素在人体血液中的含量和地壳中这些元素的丰度具有惊人的相似性，由此可以说明人体化学组成与地壳演化具有亲缘关系，现代人体中的化学成分是人类长期在自然环境中吸收交换元素并不断进化、遗传、变异的结果。自然界中痕量元素进入人体的途径如图93所示。

图9-3 自然界中痕量元素进入人体途径示意图(据Carla W M，1997)

人体摄入的各种微量元素，有些属于人体必需的，没有它们人就无法生存或不能保持健康状况，如氟、锌、钴、溴、铜、钡、硒、锰、碘、镍、钼、铬等;有些元素则对人体具有毒害作用，如砷、镉、汞、铅、锑、铊及稀土金属等。人体对各种微量元素的需求量取决于年龄、生理条件、环境条件及遗传因素等。据世界卫生组织公布，成年人对一些必需微量元素的需求量如表9-12所示。

表9-12 成人对必需微量元素的需要量

人体内的微量元素虽然甚少，但在生物化学过程中却起着关键性的作用，维持着生命的代谢过程。表9-13为几种主要微量元素的生理意义、缺乏症状和主要来源。

表9-13 几种主要微量元素的生理功能、缺乏症状、主要来源和供给量标准

医学专家认为，当今人类疾病的90%以上与人体内微量元素的“贫”、“富”有关。许多疑难病症和地方性疾病的发生都与人体微量元素失衡有关，而维持人体微量元素的正常动态平衡只能通过人体与环境间的物质交换来实现。也就是说，元素的环境地球化学分布对人体健康有着直接且非常重要的影响。当人群长期生活在因所需元素偏低或过剩的自然环境之中时，必将引起人体中某种(些)元素的平衡失调，进而引发器官组织病变，这就是通常所说的“地方病”。地方病的发生与地理位置、地形、地质、水文、气候及居民生活习性等密切相关。最常见的地球化学性地方病主要有甲状腺、氟中毒、克山病、大骨节病等。

(二)甲状腺肿

甲状腺肿，又称地甲病，是一种因环境缺碘或富碘所引起的地方病。碘缺乏病(国际上简称为IDD)是一种严重危害人体健康、影响儿童智力发育的地方性疾病，它主要影响人体的正常发育、脑和神经系统的功能以及机体热量的保持。轻者表现为甲状腺肿大(俗称大脖子病)，称为地方性甲状腺肿;重则表现为发育迟滞、聋哑、矮小、瘫痪等障碍，生活不能自理，称为地方性克汀病(俗称地克病)。由于严重缺碘而产生的地方性甲状腺肿在儿童和成年人中均可发生。如果在胚胎期脑发育阶段，孕妇严重缺碘，则可导致胎儿脑发育不全，出生后的临床症状为呆傻、矮小、聋、哑、瘫等。

碘是人体必需的微量元素之一，关系到体格与智力的发育、神经、肌肉和循环功能及各种营养的代谢。健康成人机体内碘的总量约为20～50mg，每日所需的碘约为50～200μg，人体内的碘70%～80%存在于人体甲状腺中，用于甲状腺激素的合成，以调节人体的新陈代谢和促进人体的生长发育。人体内碘的来源主要为食物和水。但由于在地球的发展过程中，地质历史变迁的差异，使地壳表面碘元素分布不均匀，一般大地低于海洋，山地低于平原，平原低于沿海。因此造成大部分山区、高原及少数平原地区地理环境中缺乏碘元素，从而使居住于这些地区的人群体内得不到足量的碘。

1.碘的地质地理分布

甲状腺肿是一种较广泛流行的地方病，世界上许多国家和地区都有发生。较严重的病区分布于喜马拉雅山、阿尔卑斯山、高加索和美洲西海岸等地区。重病区几乎都发生在边远山区及经济和生活水平比较低的地区。目前全世界约有10亿人生活在碘缺乏病区，地方性甲状腺肿患者约2亿人，地方性克汀病人约300万。

中国是一个受碘缺乏病威胁较严重的国家，约有4.25亿人生活在碘缺乏病区，地方性甲状腺肿大及严重的克汀病人达15万人，主要分布在西北、西南、中南、东北、华北等山区。中国几百万的痴呆人群中约90%为缺碘所致。

碘的地球化学特性决定了碘在自然界分布很不均一，因此甲状腺肿的分布受地质因素的影响比较明显。地层中有机质含量低或有机质富集层不发育或缺失，饮水和土壤中碘含量不足都会引起甲状腺肿。碘过量也会引起此种疾病的发生。

2.碘的地球化学特征

原生碘存在于地壳岩石中或通过火山直接喷出地表。碘是一种极活跃的组分，在地表环境下极易氧化，常以分子状态或化合物的形式存在。在地球化学演化过程中，碘具有相对富集和贫乏的特性，在极地、高山地区丰度低，洼地和滨海地区丰度高;在湿润淋溶地区少，干旱地区多;在花岗岩、石英岩中少，玄武岩、海相页岩中多;在灰化土、沙土中少，在沼泽土、腐殖质土、黑钙土和盐渍土中多。

碘在天然水中的含量变化幅度很大。在大气降水中，沿海地区为2μg/L，内陆为0.2μg/L;山区的地表水、浅层地下水含碘低，为0～0.2μg/L;平原地区比较高，为5～100μg/L;盐碱地区约为10～30μg/L。海水的含碘量比较高，达50μg/L。油田一般为5～100μg/L，更高可达500μg/L。

由于碘有生物富集作用，使生物中含碘量较高，海生生物含碘量比地壳中碘丰度的克拉克值高100～1000倍，陆生植物含碘量比地壳中碘丰度的克拉克值高10倍，所以，一般来说，有机质中的含碘量较高，富含有机质的土壤中碘含量也相对比较高。生物富碘作用可使石油和沥青质沉积物中富含碘，并成为碘资源的主要来源。

3.碘的生物化学作用

碘是人体所必需微量元素，它在人体内含量甚微但功能十分重要。碘在甲状腺内合成为甲状腺素，每个甲状腺素分子内必定有4个碘原子。因此，人体内缺碘就无法合成甲状腺素，从而导致甲状腺组织代偿性增生，颈部显现结节状隆起，即甲状腺肿大。

4.致病机理与防治

甲状腺肿的致病原因比较复杂。引发该病的因素有地质-地理、土壤、水、食品和生活卫生条件等(表9-14)。在自然环境中，存在着干扰人体吸收碘的因素，如饮水中有较多的Ca，F，Mg，Zn，Cu，Li等元素，或富含腐殖酸、微生物等，都能影响人体对碘的吸收。此外，食用牛奶(牧草中有过多的十字花科植物)、芸薹属植物、大豆等也会影响对碘的利用，诱发甲状腺肿。这些食物中含有较多的过氯酸盐、硫氰酸盐、亚硝酸盐等，它们被称为致甲(甲状腺肿)物质。

高碘甲状腺肿的发病机理，目前还不十分清楚，多数学者认为与碘阻断效应密切相关。无论是正常人或各种甲状腺疾病患者，给予较大量的碘化钾或有机碘时，都会出现碘离子难以进入甲状腺组织的病症，这种现象称为碘阻断。

表9-14 影响地方性甲状腺肿流行的因素

碘缺乏病的预防主要是为缺碘人群补碘。目前主要选用适宜的饮水和食物，或采取食用碘盐和口服碘油丸、注射碘油、食用加碘食物等 *** 。国内外实践证明，食用碘盐是一项确实有效、经济安全、使用方便的措施。只要缺碘地区人群坚持和正确食用碘盐，同时对育龄妇女实行口服碘油丸，就可以有效地控制新克汀病人出现，消除碘缺乏病。施用富含碘的农肥也可提高粮食中的碘含量，从而为碘缺乏地区的人群提供碘含量高的食物。

(三)地方性氟中毒

地方性氟中毒，也称“地方性氟病”。它是因长期饮用高氟水或食用高氟食物而引起的一种慢性中毒性疾病。全球地方性氟中毒发病区分布相当广泛，约有30多个国家高发氟中毒病。中国各地均有程度不同的氟病流行，全国约有762个县(旗)有氟病发生，约占全国县(旗)的三分之一，主要分布在黑龙江、吉林、宁夏、内蒙古、陕西、河南、山东等省区，受影响的人群大约4500万。

1.地质地理分布

氟中毒病的空间分布与表生地球化学环境密切相关，主要受岩石、地形、水文地球化学条件、土壤以及气候等因素的制约。在火山附近、高氟岩石 *** 区、温泉附近、沿海地带和干旱半干旱区均可能出现高氟地带。

火山灰、火山气体等喷发物中含有大量氟，这些喷出物在火山口周围呈环状分布。生活在火山周围的居民多患氟斑牙病和氟中毒症。世界上一些著名的火山如意大利的维苏威火山、那不勒斯火山、冰岛的火山区等均有地方性氟中毒病发生。

高氟岩石出露区和氟矿区也是地方性氟中毒的发病带，如萤石、冰晶石、白云岩、石灰岩以及氟磷酸盐矿中含有丰富的氟，在风化作用、淋溶作用的迁移转化过程中可使地表水和地下水中的氟含量增高。

温度超过20℃的泉水也能够溶解多种矿物质，温泉水的含氟量一般比地表水高，而且随泉水温度的增高氟含量也相应增加，故在温泉区常有氟中毒病发生。中国 *** 的许多温泉区，泉水的含氟量高达9.3～15mg/L，温泉周围的居民患有严重的氟中毒病。

在沿海地区，由于长期遭受海水浸润而形成富盐的地球化学环境，海水中的氟也易于在此富集。沿海地区大量开采地下水而引起的海水入侵，不仅使土壤盐渍化、水井报废，也可使地下水的氟含量增高，从而引起氟中毒病的发生。中国的天津、沧州、潍坊等沿海地区，均是氟中毒病的高发区。

干旱、半干旱区气候干燥，降水量少，地表蒸发强烈，地下水流不畅，氟化物高度浓缩，易形成富氟地带，也是氟中毒病高发区。在印度的许多地区为氟化物富集区，总量达12×106t(全球约为85×106t)，地方性氟骨症患者高达100万人以上。

2.氟的地球化学特征

氟的天然来源有两个:①风化的矿物和岩石;②火山喷发。因自然地理条件不同，土壤的含氟量差异较大。氟在酸性环境中以配合物的形式迁移，在碱性环境中多呈离子状态。地表水和地下潜水中氟的含量与气候带密切相关。湿润气候区的灰化土带属于酸性的淋溶环境，有利于氟的迁移，水中的氟含量一般为0.05～0.20mg/L;干旱和半干旱草原的黑钙土、栗钙土中含氟量较高，盐渍土和碱土中则更高，干旱草原气候带的水中氟含量可达2～12mg/L。

氟在天然水中广泛分布，但极不均一。据研究，海水中的氟含量约为0.1mg/L，河水为0.03～7mg/L，温泉水为1.5～18mg/L，盐湖水高达20～40mg/L。天然水的氟含量还受地形地貌、地下水径流条件等因素的控制。一般是山区低，平原高;岗地低，洼地高。地下水径流条件差的地区水中的含氟量比较高。

3.致病机理与防治

氟(F)元素是人类生命过程中所必需的元素，对人体有着重要的生理功能，人体的各个部位都有它的踪迹。每人每天的正常需氟量为1mg左右，日本与美国的营养学研究机构公布的成人健康维持量为2.1～2.3mg。

人体中的80%～85%的氟集中于骨骼和牙齿中。成年人牙齿的含氟量为11mg/100g，而患有龋齿的人，牙齿含氟量仅为6mg/100g。保持饮用水中含一定量的氟，或从食物中摄入适量的氟，可以抑制细菌分解糖所需的酶，增强牙齿釉质的烃基磷灰石保护层，预防龋齿。其机理是氟能取代珐琅质的一部分羟基磷灰石的羟基，形成不溶于酸的结晶，因而可增强对口腔微生物产生酸的抵抗力。如果氟摄取量不足，则氟转变为牙齿釉质的过程就会发生障碍，促进龋齿的形成。国内调查资料表明，水中含氟量0.5mg/L以下的地区，居民龋齿率一般达50%～60%;水中含氟0.5～1.0mg/L的地区，居民龋齿率则一般仅为30%～40%。

如果每天进入人体内的氟超过4mg，摄入的氟被吸收后淀积于骨组织中，便可导致氟中毒。轻度氟中毒表现为“斑釉病”，引发氟斑齿病;患氟斑牙者，牙齿表面失去光泽、粗糙，有的出现黄色、褐色、黑 *** 素沉着。我国北方不少地区发现此种病症，严重的可出现片状或大块缺损，牙釉质破坏脱落。国内若干地区的调查表明，在一般情况下，饮用含氟0.5～1.0mg/L的水时，氟斑牙的患病率为10%～30%，多数为轻度釉斑;1.0～1.5mg/L时，多数地区氟斑牙发病率已高达45%以上，且中、重度患者明显增多。氟斑牙是人体摄入过量氟的早期体征，也是评价地方性氟中毒严重程度的主要指标之一。

重度患者为“氟骨症”，氟骨症患者早期出现四肢、脊柱骨骼和全身各关节疼痛、全身乏力，严重者可出现骨质变形、关节病变、手掌皮质增厚皱裂、肢体功能发生障碍、腰椎变形、驼背，甚至丧失劳动能力或瘫痪。我国内蒙古阿拉善右旗雅布赖盐池地区，由于饮用水中含氟量达10mg/L，常见此病症。

根据国外相关资料报道，氟摄入量达10mg/kg(体量)左右，可发生急性中毒;每日摄入15～20mg，持续10年后，可出现氟骨症;每日摄入总量20mg，持续20年以上，可导致残废。饮用水中氟含量达8～20mg/L，长期饮用，可引起损伤;3～8mg/L可致氟骨症;超过10mg/L时，会导致残废。

氟与肿瘤亦有密切关系。据美国癌症研究所的报告，美国每年35万癌症死亡者中，十分之一与饮氟化水(人为地向饮用水中加入氟化物)有关。有人用无机氟化物作大鼠的致突变活性试验，结果认为氟是典型的无机致突变剂。我国科技工作者曾对内蒙古10个旗的饮水氟化物作调查，发现有8个旗高于国家标准的规定允许量，在常见的16类恶性肿瘤中有11类与饮水中氟化物呈正相关，其中对胃、食道、脑瘤有显著影响。

人体中的氟约有65%来自饮水，35%来自食物。水中氟含量多少对人体的影响情况如图94所示。世界各国饮用水中氟含量的规定并不一致。例如世界卫生组织(WHO)制订、用以指导世界各国制订饮用水水质标准的“饮用水水质准则”规定氟含量的限值为1.5mg/L。欧洲共同体制订、用以指导欧共体各国制订饮用水水质标准的“饮水水质指令”规定氟的更大允许值为0.7～1.5mg/L。美国“国家暂行一级饮水法规”规定饮水中的含氟量为1.4～2.4mg/L(依环境温度而定)，其他国家大多为1.0～1.5mg/L。我国饮用水的标准规定，水中氟含量为0.5～1.0mg/L。

从防止龋齿角度来看，当饮水中的氟含量低于0.5mg/L时，可以考虑向水中加入一定量的氟化物，这就是所谓进行饮用水的氟化。美国不少地区采用饮水氟化工艺，我国广州市过去也曾向自来水中投加氟化物，后来由于考虑到氟可以从饮食中得到补充以及其他因素，而停止了加氟。

从防止氟中毒的角度来看，当饮用水中氟含量达到1.5mg/L或更高时，需考虑除氟。除氟的 *** 很多，最方便的 *** 是采用 *** 或石灰絮凝、沉淀除氟，但效率较差。在电能便宜的地区可以考虑用蒸馏法，即用含氟水制造蒸馏水。也可用冰冻法生产除氟水，含氟水结冰后，将冰块融化，即可获得较纯净的水。通常采用的是除氟剂吸附除氟法，将含氟水以一定滤速通过除氟剂过滤，滤柱出水即符合饮用水含氟量的规定要求。采用的除氟剂有:磷酸三钙、骨灰、活性氧化铝。前两者机械强度差，再生用强碱强酸，使用不便。活性氧化铝机械强度较好，再生不用强碱强酸，较受欢迎。电渗析、反渗透以及离子交换法也可用于水的除氟，在除盐的同时氟也得以去除。但其工艺较复杂，操作者需经过一定的培训，设备投资也较高，对含盐量及含氟量都高的水，往往采用这些 *** 。

图9-4 水中氟含量对人体骨骼和牙齿生长的影响

此外，减少食物中的含氟量，限制高氟煤的燃烧和工矿企业含氟“三废”向环境中的排放，是预防食物型氟病和高氟煤烟污染型氟病应采取的措施。

(四)大骨节病

大骨节病是一种严重危害人类健康的畸形骨关节病。该病在全球各地分布很广，虽然已有100多年的研究历史，但至今病因尚未彻底查明。

我国是大骨节病最多的国家，病区分布于我国东部季风湿润地区和内陆干旱地区的过渡带上，从东北到 *** 呈条带状分布，包括黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山西、北京、山东、河北、河南、陕西、甘肃、四川、青海、 *** 、台湾等15个省市自治区的296个县(市、旗)，患者达200万人。其中发病最多的是黑龙江省(66个县市)。在俄罗斯的西伯利亚、朝鲜北部、瑞典、日本、越南等国家和地区也有发生。

1.地质地理分布

大骨节病分布广泛，横跨寒带、温带和热带三大气候带，自然环境复杂多变。病区地质地理环境可分为表生天然腐殖质环境、沼泽相沉积环境、黄土高原残塬沟壑环境和沙漠沼泽沉积环境。

天然腐殖质环境区沼泽发育，腐殖质丰富，土壤多为棕色、暗棕色森林土、草甸沼泽土和沼泽土等。在本区，经常饮用沼泽甸子水、沟水或孔隙渗泉水者大骨节病较重，而以大河水、基岩泉水或深井水为主要饮用水者病情较轻或无病。

沼泽相沉积环境主要分布于平原地区，如我国东北的松辽平原、松嫩平原和三江平原，自然景观主要为半干旱草原。本区地势低平、水流不畅、沼泽湖泊星罗棋布，发病与否主要取决于地下水的开采层位，凡开采湖沼相沉积层内地下水者，大骨节病多发且较严重。

黄土高原的残塬沟壑区侵蚀作用强烈，水土流失严重。当地居民多饮用窖水、沟水、渗泉水和渗井水，而这些地区的地下水水质较差，常诱发大骨节病。

2.致病机理与防治

关于大骨节病的致病机理至今尚未查明。从发病者的年龄来看，以儿童和少年为常见。主要症状为关节疼痛，关节增粗变形，运动障碍和肌肉萎缩，轻者影响正常生活，重者完全丧失劳动和生活能力。多年来，国内外学者就该病的病因提出了许多假说，如生物地球化学说、食物性真菌中毒说、综合生态效应说等，其中以生物地球化学说流行最广。

(1)生物地球化学说

生物地球化学说认为，大骨节病是矿物质代谢障碍性疾病，其致病机理是因病区的土壤、水及植物中某些元素缺少、过多或比例失调所致。有人认为环境中缺乏Ca，S，Se等元素或Cu，Bb，Zn，Ni，Mo等金属元素过多可致病;另有人认为，环境中元素比例失调，如Sr多Ca少、Se多SO2-4少或Si多Mg少等是主要致病原因;大骨节病还与环境中腐殖酸含量高有关。

(2)食物性真菌中毒说

食物性真菌中毒说认为，大骨节病是因病区粮食(玉米、小麦)被毒性镰刀菌污染而形成耐热毒素，居民长期食用这种粮食引起中毒而发病。用镰刀菌毒性菌株给动物接种，可使动物骨骼产生类似大骨节病的病变。

(3)综合生态效应说

综合生态效应说认为，大骨节病是由于多种生态因子造成的，是环境中元素分布异常、食物霉变、蛋白质与蔬菜缺乏以及生活方式不当等多种因素产生的综合生态效应，导致“骨膜缺陷”是大骨节病的主要原因。

防治大骨节病的根本原则是设法消除致病因子，积极调节和改善环境状况。实践证明，改水防病是目前最为有效的措施之一。通过动物实验及软骨细胞实验，证明硒(Se)能抑制水中腐殖酸及镰刀菌毒素的毒性。如将病区饮水中的腐殖酸含量控制在0.05mg/L以下就可以收到明显的效果。此外，提倡杂食、增强营养、适量服用Na2SeO3片剂等对大骨节病也有一定的防治效果。

(五)克山病

克山病是一种分布较广的地方病，国内外都有发生，并具有地理地带性分布特点。20世纪70年代初，中国科学工作者发现克山病与体内缺硒有关，摄取适量的硒对克山病具有明显的预防作用。临床观察认为，克山病是一种营养缺乏症，属于生物地球化学病。克山病的主要症状是心脏扩大、心脏功能失调，发生心源性休克或心力衰竭、心律失常、心动过速或过缓等，是一种较严重的心肌疾病。中国克山病发病区的分布与巨厚的中新生代陆相沉积有关，同时与地形地貌密切相关。在地理分布上表现为一条从东北到西南的斜长条带。据统计，我国有15个省、自治区的303个县(旗)有克山病的分布。

1.地质地理分布

中国的克山病分布大致有东北型、西北型和西南型三种类型，这些地区的共同特点是富含腐殖质。

东北型克山病的特点是克山病患者多患有大骨节病，且两者的分布与病情的严重程度基本相同。自然环境主要为表生天然腐殖质环境和湖沼相沉积环境。病区居民多饮用富含腐殖酸的地下潜水或地表水。

西北型克山病以陕北黄土高原和陇东黄土高原为代表。病区居民多饮用遭受有机质污染的窑水、渗泉水和沟水。

西南型克山病主要分布在云南高原、川东山地丘陵区。病区居民多饮用水质不良、有机污染严重的沟水、坑塘水和涝池水。

2.致病机理与防治

克山病的生物地球化学研究取得了较大进展。据林年丰等(1990)对腐殖酸进行的系统研究表明，克山病与饮水中腐殖酸过量有关。腐殖酸可能通过两种途径引发克山病。

1)与多种元素形成配合物或螯合物，进而影响人体对Fe，Mn，Mg等元素的吸收，导致人体缺乏这些微量元素而致病。

2)某种低分子腐殖酸的毒性直接损害心肌而致病。

环境中亚硝酸盐、Ba含量高也可引起中毒，导致克山病的发生。

此外，关于克山病的致病机理还有营养缺乏说和生物病因说等一些观点。营养缺乏说认为，病区食物缺乏维生素A，B，C以及氨基酸等，生物病因说则认为，克山病是一种病毒引起的自然疫源性疾病，属于病毒感染而引起的心肌炎或因食物中某些真菌中毒引起的心肌病。某些病毒学家认为，克山病区存在的某种或某几种病毒因水土条件适宜而发生相互作用，直接或间接地作用于心脏肌肉而发病。

克山病的防治措施主要是改水或换水，以阻截致病因子进入人体。在Se含量低的环境中，通过服用药物增加人体对Se的摄入量也可起到防病治病的作用。

近年来，环境医学的研究表明，癌症的高发区也具有区域分布的特征，这说明地球化学环境也是致癌的重要因素之一。人体缺Mo可能引起食道癌和肝癌，如我国河南省林县是食道癌高发区，病区的地球化学环境特征就是严重缺Mo，长江三角洲的部分地区也是人体内缺Mo的肝癌高发区。

如何创设情境导入化学元素与人体健康这一课

化学元素与健康

人体是由化学元素组成的，组成人体的元素有60多种。其中有钙、钠、钾、镁、碳、氢、氧、硫、氮、磷、氯等11种属必需的定量元素，集中在元素周期表头20个元素内，另有铁、铜、锌、锰、钴、钒、铬、钼、硒、碘等十余种必需的微量元素。其中钙、钠、钾、镁四种元素约占人体中金属离子总量的99％以上。它们大多以络合物形式存在于人体之中，传递着生命所必须的各种物质，起到调节人体新陈代谢的作用。当膳食中某种元素缺少或含量不足时，会影响人体的健康。下面介绍几种元素在人体中的作用：

氮是构成蛋白质的重要元素，占蛋白质分子重量的16％～18％。蛋白质是构成细胞膜、细胞核、各种细胞器的主要成分。动植物体内的酶也是由蛋白质组成。此外，氮也是构成核酸、脑磷脂、卵磷脂、叶绿素、植物激素、维生素的重要成分。由于氮在植物生命活动中占有极重要的地位，因此人们将氮称之为生命元素。植物缺氮时，老器官首先受害，随之整个植株生长受到严重阻碍，株形矮瘦，分枝少、叶色淡黄、结实少，子粒不饱满，产量也降低。蛋白质是生物体的主要组成物质，有多种蛋白质的参加才使生物得以存在和延续。例如，有血红蛋白；有生物体内化学变化不可缺少的催化剂——酶（一大类很复杂的蛋白质）；有承担运动作用的肌肉蛋白；有起免疫作用的抗体蛋白等等。各种蛋白质都是由多种氨基酸结合而成的。氮是各种氨基酸的一种主要组成元素。

钠和氯在人体中是以氯化钠的形式出现的，起调节细胞内外的渗透压和维持体液平衡的作用。人体每天必须补充4～10g食盐。

钙是一种生命必需元素，也是人体中含量最丰富的大量金属元素，含量仅次于C、H、O、N，正常人体内含钙大约1～1.25kg。每千克无脂肪组织中平均含20～25g。钙是人体骨骼和牙齿的重要成分，它参与人体的许多酶反应、血液凝固，维持心肌的正常收缩，抑制神经肌肉的兴奋，巩固和保持细胞膜的完整性。缺钙会引起软骨病，神经松弛，抽搐，骨质疏松，凝血机制差，腰腿酸痛。人体每天应补充0.6～1.0g钙。

铁是构成血红蛋白的主要成分，铁的摄入不足会引起缺铁性贫血症。

磷是人体的常量元素，约占体重的1％，是体内重要化合物ATP、DNA等的组成元素。人体每天需补充0.7g左右的磷。

碘是合成甲状腺激素的原料。缺碘，会影响儿童的生长和智力发育，造成呆小症；会引起成人甲状腺肿大。

为了人体的健康，在我们的日常生活中，要注意饮食的平衡，特别是要注意上述元素和其它一些微量元素（如铜、钾、镁、氟、硒、锌等）的补充，以保证某些生理功能的正常。

下面是各种元素与其生理功能及日常来源的对照表：

元素

生理功能

来源

钠

维持血浆的酸碱平衡

食盐。

钾

酶的激活剂

蔬菜（植物生长需要钾，在植物中含有较多的钾）。

钙

骨骼等硬组织不可缺少的元素，还与肌肉的收缩有密切的关系，它参与人体的许多酶反应、血液凝固，维持心肌的正常收缩，抑制神经肌肉的兴奋，巩固和保持细胞膜的完整性

食物中含有较丰富的钙（但要注意不要与会与钙生成不溶于水的物质一起食用）：动物骨、鸡蛋、鱼虾和豆类等含钙丰富。

镁

酶的激活剂

绿色蔬菜（叶绿素中含有较丰富的镁），豆类，虾蟹

锌

缺锌会引起营养不良，生殖系统失调，还对酶有一定的活性作用和对蛋白质有一定的稳定作用。

豆类、瘦肉、米、面

铜

铜是很多酶的活性元素，可促进细胞成熟、催化体内氧化还原反应，促进铁的吸收和利用，并协同造血，缺铜会引起贫血和发育不良。铜的另外一个更重要的作用是协助DNA的复制。

动物肝脏、绿叶蔬菜、软体动物等都含有较丰富的铜

铁

铁是构成血红素的主要成分，主要功能是把氧气输送到全身各个细胞并把CO2排出体外，缺铁会引起贫血症。

动物肝脏、蛋黄、海带、紫菜、菠菜（吃含铁高的物质忌饮茶）。

磷

磷在人体内主要分布于骨骼、牙齿、血液、脑、三磷酸腺苷中，其中三磷酸腺苷是人体能量仓库。

肉、虾、鱼、奶、豆等。

碘

甲状腺素的组成成分，缺碘会引起粗脖子病。

海带、紫菜、海参。

氟

存在于骨骼和牙齿中，缺氟会引起龋齿，但氟过量会引起“氟骨病”和“斑釉病”

含氟牙膏

硒

是某些酶的成分，有一定的抗癌作用，缺硒会导致心血管病，还会导致溶血性贫血和克山病。

海米、肉类、动物肝脏、大米、大蒜、芥菜等。

化学元素与人体健康

人体肌体组织主要为有机化合物：由碳、氢、氧、氮元素组成，也含有少量的硫、钾、钠、镁、氯是体液和细胞质中的成分；钙、磷、镁是构成骨骼、牙齿的重要元素。1.2 调节生理功能人的血液总是恒定在微碱性状态，（PH值为7.35～7.45），钾、钠、元素起着巨大作用。人有敏锐的味觉离不开元素锌。人体肌肉维持紧张与弛缓的平衡状态，心脏保持一定的节律，离不开元素钙和镁。1.3 参加酶的活动酶是人体活细胞产生的一种生物催化剂，催化生物体内各种生物化学反应的进程。它的结构比化学催化剂复杂得多，效率也较之强百万倍，乃至千万倍。人体内有2000多种酶、酶的催化作用是单一的，但多种酶的作用又是连续的。它们将食物分解成营养素，然后或者组合成肌肉、血液等新的肌体组织，或者经体内加工后贮存备用，或者将它们变成热能，用来维持体温和脑力、体力劳动所需的能量。酶还可对老化的或死亡的组织、新陈代谢的产物和进入身体的有害物质进行清理，参加酶活动的元素有铁、铜、锌、镁、钴、钼六种。这些元素不足时可使酶的活性降低，使体内生物化学反应紊乱。1.4 运送氧的任务血液中的血红素与二价铁结合形成血红蛋白，随着血液在全身的循环，血红蛋白担负着把肺部吸入的新鲜氧气输送到大脑和全身各组织细胞中，供其完成重要的生理功能。当人体内铁不足时，就会患缺铁性贫血，大脑和全身细胞得不到充足的氧，就会使人感到头晕、疲乏无力、心跳气喘。1.5 参与人体中激素的活动人体内的激素是由内分泌细胞产生的一种物质，它起控制和调节体内各项生命活动的作用。但很多激素需要微量元素参与才能有效的起作用。例如胰岛素需要铬和锰参加，才能有效的调节人体血糖浓度。2 人体中的常量元素人体中的常量元素有碳、氢、氧、氮、硫、氯、钙、镁、钠等11种元素，占体重的99.9%。碳、氢、氧、氮是组成人体有机质的主要元素，占人体总重量的96%以上，还有少量的硫（0.25%）也是组成有机质的元素。钙占人体重的1.7%左右[6]，99%存在于骨骼和牙齿中，血液中占0.1%。离子态的钙可促进凝血酶原转变为凝血酶，使伤口处的血液凝固。钙在其它多种生理过程都有重要作用，如在肌肉的伸缩运动中，它能活化ATP酶，保持肌体正常运动。缺钙少儿会患软骨病；中老年人出现骨质疏松症（骨质增生）；受伤易流血不止。钙还是很好的镇静剂，它有助于神经 *** 的传达，神经的放松，它可以代替安眠药使你容易入眠，缺钙神经就会变得紧张，脾气暴躁、失眠。钙还能降低细胞膜的渗透性，防止有害细菌、病毒或过敏原等进入细胞中。钙还是良好的镇痛剂，还能帮你减少疲劳、加速体力的恢复。成人对钙的日需要量推荐值为1.0克/日以上[7]。奶及奶制品是理想的钙源，此外海参、黄玉参、芝麻、蚕豆、虾皮、干酪、小麦、大豆、芥末、蜂蜜等也含有丰富的钙。适量的维生素D3及磷有利于钙的吸收[8、9]。葡萄糖酸钙及乳酸钙易被吸收，是较理想的钙的补充片剂。成年人体中磷的含量约为700克，80%以不溶性磷酸盐的形式沉积于骨骼和牙齿中，其余主要集中在细胞内液中。它是细胞内液中含量最多的阴离子，是构成骨质、核酸的基本成份，既是肌体内代谢过程的储能和释能物质，又是细胞内的主要缓冲剂。缺磷和摄入过量的磷都会影响钙的吸收，而缺钙也会影响磷的吸收。每天摄入的钙、磷比为Ca/P≈1～1.5更好，有利于两者的吸收。正常的膳食结构一般不会缺磷。镁在人体中含量约为体重的0.05%，它是生物必需的营养元素之一。人体中镁50%沉积于骨骼中，其次在细胞内部，血液中只占2%，镁和钙一样具有保护神经的作用，是很好的镇静剂，严重缺镁时，会使大脑的思维混乱，丧失方向感，产生幻觉，甚至精神错乱。镁是降低血液中胆固醇的主要催化剂，又能防止动脉粥样硬化，所以摄入足量的镁，可以防治心脏病。镁又是人和哺乳类动物体内多种酶的活化剂。人体中每一个细胞都需要镁，它对于蛋白质的合成、脂肪和糖类的利用及数百组酶系统都有重要作用。因为多数酶中都含有VB6，必须与镁结合，才能被充分的吸收、利用。缺少其中一种都会出现抽筋、颤抖、失眠、肾炎等症状，因此镁和VB6配合可治疗癫痫病。镁和钙的比例得当，可帮助钙的吸收，其适当比例为Mg/Co＝0.4～0.5。若缺少镁、钙会随尿液流失，若缺乏镁和VB6，则钙和磷会形成结石（胆结石、肾结石、膀光结石）是不溶性磷酸钙，这也是动脉硬化的原因。镁还是利尿剂和导泻剂。若镁大过量也会导致镁、钙、磷从粪便、尿液中大量的流失，而导致肌肉无力、眩晕、丧失方向感、反胃、心跳变慢、呕吐甚至失去知觉。因此对钙、镁、磷的摄取都要适量，符合比例，就能保证你健康长寿。镁更佳的来源是坚果、大豆和绿色蔬菜。男人比妇女更需要镁。钠、钾、氯是人体内的宏量元素，分别占体重的0.15%、0.35%、0.15%，钾主要存在于细胞内

人体微量元素健康普查项目简介

(一) 钙:

1.①成人正常值：男：988.3(µg/g)女：1080.3(µg/g)

②儿童正常值：男：813.2(µg/g) 女：885.4(µg/g)

2.钙缺乏时有那些症状?

钙缺乏容易引起软骨瘤质、骨质疏松、佝偻病，坐骨神经痛、龋齿、白发、肌肉痉挛，心肌功能下降，心脏病，生殖能力下降，经痛、神经兴奋性增强，精神失调、记忆力下降，易于疲劳过敏反应，增加肠癌患病率，高血压，骨骼畸形，痉挛。

3. 钙缺乏时如何治疗?

①保健疗法： 营养高钙素、螺旋藻、钙酵母。食用含钙高的食物。

②食物疗法： 贝壳类、黄豆、牛乳、坚果、海带、牛肉

(二) 镁：

1.①成人正常值：男：75.3(µg/g)女：73.6(µg/g)

②儿童正常值：男：64.0(µg/g) 女：65.7(µg/g)

2.镁缺乏时有那些症状?

镁缺乏容易引起心肌坏死、心肌梗塞、并发生代谢性碱中毒、动脉硬化、心血管病、胃肿瘤，关节炎、胃结石、白血病、糖尿病、白内障、听觉迟钝及耳硬化症，器官衰老症，骨变形，膜异常，结缔组织缺陷，惊厥。

3. 镁缺乏时如何治疗?

①保健疗法： *** 镁、氯化镁、醋酸镁、天门冬氨酸镁、螺旋藻

②食物疗法： 荷叶、香蕉、黄豆、蕃茄、绿豆、红小豆、蕃石榴、蜂蜜、燕麦

(三) 锌：

1.①成人正常值：男：124.3(µg/g)女：131.2(µg/g)

②儿童正常值：男：110.0(µg/g) 女：112.3(µg/g)

2.锌缺乏时有那些症状?

锌缺乏容易引起食欲不振、味觉减退、嗅觉异常、生长迟缓、侏儒症，智力低下、溃疡、皮节炎、脑腺萎缩、免疫功能下降、生殖系统功能受损，创伤愈合缓慢、容易感冒、流产、早产、生殖无能、头发早白、脱发、视神经萎缩、近视、白内障、老年黄斑变性、老年人加速衰老、缺血症、毒血症、肝硬化。大多数疾病和癌症病人血锌含量降低。

3.锌缺乏时如何治疗?

①保健疗法： 锌生宝、锌补晶、高锌蛋。

②食物疗法： 牡蛎、猪肝、鱼类、高锌鸡蛋、板栗、核桃、红枣、黄鳝、海参。

(四) 铁：

1.①成人正常值：男：38.20(µg/g)女：32.30(µg/g)

②儿童正常值：男：32.05(µg/g) 女：27.25(µg/g)

2.铁缺乏时有那些症状?

铁缺乏容易引起贫血，使细胞色素和含铁酶的活性减弱,以致氧的运输供应不足,使氧化还原、电子传递和能量代谢过程发生紊乱，免疫功能降低，影响生长发育。四肢无力，精神卷怠，食欲不振，神志淡漠，容易感冒，吞咽困难、脸色苍白，头痛心惊，口腔炎，肝癌。

3.铁缺乏时如何治疗?

①保健疗法： 铁补晶、螺旋藻、血之铁、含糖氧化铁

②食物疗法： 猪血、瘦肉、波菜、贝类、动物的肝、心、肾、蛋黄、黑枣、黑木耳。

(五) 铜：

1.①成人正常值：男：10.10(µg/g)女：11.40(µg/g)

②儿童正常值：男：11.85(µg/g) 女：11.70(µg/g)

2.铜缺乏时有那些症状?

铜缺乏容易引起营养不良、贫血、中性白细胞减少症，中枢神经系统退化，骨骼缺陷，血清胆固醇升高，心血管损伤，不育，免疫功能受损，溃疡，关节炎，毛发褪色、变硬、卷毛综合症，动脉异常，脑障碍，生长迟缓，情绪容易激动，冠心病。

3.铜缺乏时如何治疗?

①保健疗法： 乙酸铜、柠檬酸铜、1%的 *** 铜溶液，食品加入铜盐，食补。

②食物疗法： 河虾、牡蛎、谷物、动物肝脏、鱼类、乳品、虾皮、莲子、黑芝麻

(六) 锰：

1.①成人正常值：男：4.27(µg/g)女：4.85(µg/g)

②儿童正常值：男：3.88(µg/g) 女：4.12(µg/g)

2.锰缺乏时有那些症状?

锰缺乏容易引起营养不良、生长缓慢、骨和软骨异常，软骨痕疮，智力呆滞，脑机能减退，神经紊乱、生殖功能受抑。糖耐量降低，暂时性皮炎，先天性畸形，头发和胡须脱色，内耳失衡、癞痫，遗传性运动失调、肝癌。

3.锰缺乏时如何治疗?

①保健疗法： 补充乙酸锰、柠檬酸锰，溪黄茶、高锰藤婆茶

②食物疗法： 大豆、茶叶、麦类、紫菜、苋菜、粟、核桃、荷叶、黑木耳、海带。

(七) 锶：

1.①成人正常值：男：2.18(µg/g)女：2.63(µg/g)

②儿童正常值：男：1.84(µg/g) 女：2.10(µg/g)

2.锶缺乏时有那些症状?

锶缺乏容易引起骨折难愈合，副甲状腺功能不全等原因引起的抽搦症，血锶明显减少。白发，龋齿，老年性骨质疏松症。

3.锶缺乏时如何治疗?

①保健疗法： 口服溴化锶、碘化锶、乳酸锶、水杨酸锶。

②食物疗法： 小麦、面粉、谷物、山楂、海参、紫菜、黑枣、莴苣、黑芝麻。

(八) 铬：

1.①成人正常值：男：0.82(µg/g)女：0.96(µg/g)

②儿童正常值：男：0.96(µg/g) 女：1.01(µg/g)

2.铬缺乏时有那些症状?

铬缺乏容易引起当铬降低时，胰岛素缺乏辅助元素，活性下降，血糖增加，同时胆固醇增加，而蛋白质合成不足，葡萄糖耐量降低，胰岛素功能失常，动脉粥样硬化等心血管病、糖尿病及高血糖症，血脂升高，末稍神经疾病和脑病，冠心病、胆石症。

3.铬缺乏时如何治疗?

①保健疗法： 补充氯化铬、醋酸铬和高铬酵母、葡萄糖酸铬、铬酵母。

②食物疗法： 人参、黄芪、鸡、鱼、海产、贝类、海藻，海参、羊肉、南瓜。

(九) 钼：

1.①成人正常值：男：0.38(µg/g)女：0.49(µg/g)

②儿童正常值：男：0.31(µg/g) 女：0.38(µg/g)

2.钼缺乏时有那些症状?

钼缺乏容易引起营养不良综合症，生长阻碍，尿酸清除障碍，心血管病，胃溃疡、肾结石、食管癌、痛风性关节炎、阳萎、龋齿。

3.钼缺乏时如何治疗？

①保健疗法： 钼酸钠、倍力添营养液

②食物疗法： 粗粮、动物肝肾、扁菜、黄豆、萝卜缨、核桃、绿豆、红枣、黑芝麻

(十) 钴：

1.①成人正常值：男：0.06(µg/g)女：0.06(µg/g)

②儿童正常值：男：0.04(µg/g) 女：0.05(µg/g)

2.钴缺乏时有那些症状?

钴缺乏容易引起恶性贫血、神经退化，乳汁停止分沁，消瘦，气喘、心血管病，脊髓炎，眼压异常，青光眼。

3.钴缺乏时如何治疗？

①保健疗法： 补充维生素B12、氯化亚钴、乙酸亚钴，铁—钴铬合剂静脉注射液。

②食物疗法： 海参、墨鱼、海带、莲子、猪肉、黑枣、黑芝麻。

(十一) 硒：

1.①成人正常值：男：0.65(µg/g)女：0.75(µg/g)

②儿童正常值：男：0.37(µg/g) 女：0.49(µg/g)

2.硒缺乏时有那些症状?

硒缺乏容易引起心血管病，关节炎、婴儿猝死综合症、蛋白质、能量缺乏性营养不良，溶血性贫血、染色体损伤，白内障，糖尿病性视网膜病，癌症，大骨节病，克山病，高血压，肝脏坏死，心肌病，缺血性心脏病，胰腺炎，肌肉萎缩症，多发性硬化症，衰老，白肌症。

3.硒缺乏时如何治疗？

①保健疗法： 施用 *** 钠、硒酵母、高硒蛋。

②食物疗法： 泥鳅、鸡肝、海蟹、大蒜、大豆、蘑菇、田鸡、蚕蛹

(十二) 镍：

1.①成人正常值：男：0.84(µg/g)女：0.76(µg/g)

②儿童正常值：男：0.24(µg/g) 女：0.34(µg/g)

2.镍缺乏时有那些症状?

镍缺乏容易引起肝硬化、慢性尿毒症，肾衰竭，肝脂质、磷质代谢异常，糖元代谢低下，减少氮的利用，降低铁的代谢。

3.镍缺乏时如何治疗？

①保健疗法： 氯化镍注射液、口服镍盐。

②食物疗法： 黄瓜、茄子、洋葱、海带、金针菜、红枣、莲子、牛肉

(十三) 铅:

1.①成人允许值：男：7.14(µg/g)女：7.42(µg/g)

②儿童允许值：男：7.35(µg/g) 女：7.82(µg/g)

2.铅过多时有那些症状?

智力低下、易激动、多动、注意力短暂、功击性行为、反应迟钝、贫血、心率失常、糖尿、脑炎、神经炎、高血压、死胎、流产、不孕、癌症、影响维生素D、Ca（钙）、Zn（锌）、Cu（铜）的吸收。

3.铅过多时如何治疗？

①保健疗法： 排铅口服液、青果锌、甲壳素、千千灵。

②食物疗法： 海参、海蜇、海带、紫菜、刺梨、猕猴桃、沙棘、水果

(十四) 镉：

1.①成人允许值：男：0.42(µg/g)女：0.36(µg/g)

②儿童允许值：男：0.22(µg/g) 女：0.20(µg/g)

2.镉过多时有那些症状?

严重影响儿童智力发育，导致神经系统功能紊乱。危害胎盘发育，致略率高，略形类型多，慢性支气管炎、肺气肿、蛋白尿、肾炎、肾结石、动脉高血压、毒血症、癌症、衰老。

3.镉过多时如何治疗？

①保健疗法： 甲壳素、青果锌、千千灵、补充钙和锌。

②食物疗法： 海蛎、羊肉、蘑菇、干枣、核桃、大蒜、海带、水果

(十五) 铝：

1.①成人允许值：男：56.4(µg/g)女：76.2(µg/g)

②儿童允许值：男：53.4(µg/g) 女：69.20(µg/g)

2.铝过多时有那些症状?

现已明确将它划入有害元素。胎儿生长停滞、致略、脑损伤、早老性疾呆症、神经性和行为性退化、令超氧化物歧化酶（SOD）活性降低，加速人的衰老。

3.铝过多时如何治疗？

①保健疗法： 甲壳素、青果锌、千千灵。

②食物疗法： 海蜇、海带、黑芝麻、大蒜、芹菜、山楂、水果