元素对人体的作用与重要性

医学专家对人体的研究表明,人体是由多种元素组成的,其中碳、氢、氧、氮、钾、钠、钙、镁、硫、磷、氯11种元素占人体总重量的99.95%,称人体中的 宏量(常量)元素。仅占0.05%的其他元素,称为人体中的微量元素。各种元素在人体内的丰度曲线与在地壳中的丰度曲线基本一致。

1979年世界卫生组织公布了14种人体必需的微量元素为:铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、氟(F)、碘(I)、硒(Se)、钒(V)、镍(Ni)、钼(Mo)、锶(Sr)和锡(Sn)。近年来人们又发现和证实了锂(Li)、硅(Si)、溴(Br)、硼(B)、等对人体健康有益。而对人体健康明显有害的,主要是一些毒性很强的元素,如铍(Be)、镉(Cd)、汞(Hg)、铅(Pb)、砷(As)、铊 (Te)、锑(Sb)和碲(Te)等。

微量元素虽然只占人体总重量的0.05%左右,但它的营养作用与对人类的新陈代谢均有重大意义, 这些元素是我们人体赖以生存所必须摄取的。美国著名的医学科学家H.A.施罗德博士(1965)曾作过这样精辟的论述:“对于生命,微量元素比维生素更为重要,因为它们不能像维生素那样可以合成,但是,它们必然以一狭窄的浓度范围存在于环境之中……” 越来越多的研究证据显示, 人体健康的关键是保持每一处组织、体液、细胞和器官内矿物元素含量的平衡。

矿物元素的生理功用

微量矿物元素的生理功用主要包括以下几个方面:

(1)微量矿物元素是在酶系统中起着特异的活化作用中心:有些微量元素是机体内多种酶的重要成分。酶是大的极为复杂的蛋白质结构,它能加速生物化学的反应。在已知的酶中,大多数都含有一个或几个金属原子。当酶分子中失去了微量金属时,酶的活力就丧失或下降。

(2)微量矿物元素帮助机体的激素发挥效用。激素是人体的内分泌腺分泌物进入血流中的化学物质。激素能调节人体重要的生理功能。因为激素只需要与细胞表面或细胞内部的几个关键位置相互作用,而微量元 素正是能够促使激素发挥这样的效力。例如碘在甲状腺素中就起这样的作用。

(3)把普通元素运送到全身:微量元素铁是红细胞血红蛋白的重要成分,血红蛋白把氧带到组织细胞中,如缺铁就不能合成血红蛋白,氧就无法输送,组织细胞就不能进行正常代谢。

(4)平衡人体生理功能:微量矿物元素在体液内能调节渗透压、离子平衡和酸碱并以维持人体正常的生理功能。

(5)遗传作用:微量矿物元素与核酸的功能有关。核酸是遗传信息的携带者,而核酸中带有相当多的微量元素(铬、铁、锌、铜、锰、镍等. 动物实验表明,这些元素能影响核酸的代谢,所以微量元素可能在遗传中起着某种作用。

(6)参与维生素的结构:某些微量矿物元素是维生素的活性组成部分,例如维生素B12中的钴,没有钴就不能合成维生素B12。

大量证据显示矿物元素的存在与否以及这些元素之间的平衡起着重要的生化和营养功用。人体对矿物元素的吸收依赖于很多因素,包括年龄、胃酸分泌量、肠道菌群、肠道疾病和寄生虫以及膳食纤维的摄入量等。

一种食物不管营养有多么丰富,如果不能被吸收就等于零。营养元素若不能顺利通过肠粘膜细胞从而进入血液循环,就等于没有被吃下。营养元素必须进入细胞周围的水溶性微环境,才能参与到细胞的新陈代谢活动,而这是全部组织所赖以生存的关键。

年龄的增长导致胃功能退化以及胃酸分泌量的减少,从而使得从食物中摄取矿物元素的功能衰减,这也是加速人体老化的一个重要原因。

表1列出了八种依赖于胃酸才能被人体吸收的矿物元素:铬、铜、铁、镁、锰、钼、锌和硒。这些元素不论在食物中以何种形式存在,都得经由胃酸中的盐酸转化成离子态才能被人体吸收利用。

表 1

锌存在于人体内各个体液、组织、细胞和器官中。锌元素的摄入不足会影响体内超过200种生化酶的正常工作,例如碱性磷酸酶。在厌食症的病人中,锌的缺乏直接影响到大脑对食物需求与否的神经认知和感受。近来的研究也表明,暴饮暴食症同样是由锌缺乏引起的。元素镁参与人体内超过300种生化酶的反应,这其中有很多与心血管病有着直接的联系。

还有两个因素不可忽视:疾病和药物-营养元素的相互作用。疾病会增加身体对多种微量元素的需求量。比如,情绪的紧张都会增加锌元素的需求。药物-营养元素的相互作用会导致细胞内矿物元素的缺乏和失衡。例如,肠道对铁元素的吸收会受到抗酸剂和四环素的影响。镁和锌元素会由于口服利尿剂、肾脏药物、青霉胺和抗酸剂的使用而过量代谢。

表2总结了一些典型的矿物元素的健康益处。

表 2

近来的研究表明,矿物元素在对抗退行性疾病中起着重要作用。最新的研究显示,各种矿物元素达到平衡时起着非经典的生化功能,这些都和衰老等健康问题紧密相关。


毒性矿物元素和保护性矿物元素

毒性矿物元素例如铅、镉、汞和铝等的存在会使得有益的矿物元素在人体细胞中失衡。表3列出了这些毒性元素会影响到的组织和器官。

表 3

镉主要来源于香烟烟雾和工业污染,它导致神经紧张、癌症以及免疫系统失常,同时还会大大增加其他元素的毒性。例如,镉会和氯结合释放出立氯化苯,改变肝脏正常的新陈代谢。镉也会积聚在肿瘤细胞中,研究发现前列腺癌中,镉的含量与癌变程度呈线性关系。幸运的是,几乎很少有镉从口腔中摄入,这得益于保护性的营养元素和矿物质。表4列出了这些具有保护性功能的营养元素和矿物质。

表 4

 

无机与有机矿物

时不时地有营养品公司宣称她们的矿物补充产品更优越,因为是有机质结合态的,而不是无机态的。这些宣传产生了误导,值得在此讨论。

从植物生理学角度来说,矿物质以离子形式进入植物的根部是众所周知的。当有机结合态的矿物元素要进入植物根部时,必须首先被分解成离子形式才能顺利通过木质素层。然后向上通过各种膜进入树叶和其他部分。

 

矿物元素与皮肤健康

矿物元素在皮肤生长和生理功能的发挥中起到关键作用。矿物元素以多种酶的关键组分及一种特别的金属复合蛋白质--金属硫因的形式存在于皮肤组织中。

金属硫因是一种锌和铜复合分子,他能保护皮肤免受多余的锌的伤害。金属硫因存在于表皮的基础角蛋白细胞和毛囊细胞中,而且在受到化学激励或伤口愈合时能激发繁殖基础角蛋白细胞。在活性分裂角蛋白细胞中观察到的高浓度的金属硫因表明了锌在表皮繁殖过程中的重要作用。

人体内6%的锌元素存在于皮肤中,表皮和真皮中,其中表皮中的含量要高5倍。从皮肤生理学的角度来说,锌元素能稳定细胞膜,在几种金属酶中起着必要辅助因子的作用,并参与基底细胞的分裂和异化过程。锌元素也存在于皮肤中许多锌基酶中,包括基质金属蛋白酶、超氧化物歧化酶、碱性磷酸酶和RNA/DNA聚合酶。

缺锌会使得皮肤着色变化,毛发和指甲生长停滞以及皮肤损伤。

硒元素在皮肤细胞中以各种硒酶的形式存在,包括PHGPx和TDR,他们是抗氧化酶,能够消除过氧化物以保护皮肤免受自由基的伤害。TDR也和角蛋白细胞膜紧密相连,并降低UVB射线的伤害。

缺硒会增加几种患癌的风险,包括皮肤癌。缺硒或者硒含量过高都会导致皮肤生变。

硫是对消化和肝脏排毒起到关键作用的一种元素。所有的关节和连接组织包括毛发、皮肤和指甲都需要它。

铜对于女性生殖系统和性功能至关重要,它随着雌激素水平上下波动。铜对于健康的动脉血管,毛发和皮肤的着色,血液的生成,能量制造以及神经传导素比如多巴胺,至关重要。

钴是维他命B12的关键组分。神经系统和血液的生成都需要钴。缺钴导致贫血和痴呆。钴也是健康的皮肤、毛发、指甲的必要成分。VB12帮助细胞繁殖和皮肤的更新, 缺VB12会导致皮肤干燥、痤疮和皱纹产生以及毛发和指甲变脆。

死海矿物盐含有多达35种矿物元素,人们发现它对皮肤病(牛皮癣、皮炎、湿疹、头皮屑、疥疮和皮脂溢),皮肤过敏 (疹、疡、荨麻疹、瘙痒、接触性皮炎和某些过敏反应) 和一般的皮肤问题 (皱纹和皮肤松弛) 都非常有帮助。研究显示死海盐能够使皱纹深度减少多达40%,同时还能帮助保湿、排毒、软化皮肤等。

 

矿物元素和DNA以及免疫系统

大量研究证据表明,微量矿物元素的缺乏会使得免疫系统受损,从而增加疾病和感染的几率。只有足够的摄入量才能保证免疫系统的正常运作和健康。

元素铁存在于和新陈代谢相关的每一个活性组织中。人体中有几百种含铁的蛋白质和酶。核苷酸还原酶是一种非常依赖于铁的生物酶,它是DNA合成过程不可或缺的。因此多种生理功能包括生长、繁殖、愈合和免疫都需要铁。

镁在人体结构和功能中扮演重要角色。成年人体有大约25克镁,60%的镁存在于骨骼中,27%于肌肉中,6-7%于其他细胞中,<1%于细胞外,DNA和RNA以及蛋白质合成过程中的许多步骤需要镁的参与。参与碳氢化合物和脂质体的合成的几种酶也需要镁。谷胱甘肽,一种重要的抗氧化剂,它的合成也需要镁。

元素钼存在于几乎所有含钼的酶中, 在人体中,钼是四种酶的辅助因子:亚硫酸氧化酶 , 黄嘌呤氧化酶(催化DNA/RNA的前体核酸的分解,形成尿酸), 醛氧化酶和线粒体偕胺肟还原组分(mARC)。

矿物元素是存在于所有身体组织和体液中的无机物质,它们的存在对于生命所依赖的许多生理化学过程至关重要。这些矿物元素可以广义的分为宏量 (基本) 元素例如钙、磷、钠、氯 和微量元素 例如铁、铜、钴、钾、镁、碘、锌、锰、钼、氟、铬、硒和硫。这些矿物元素是不同于蛋白质、脂肪、碳水化合物和维他命等的营养实体。尽管量不多,但这些它们是各种酶、激素和细胞的组成部分,它们之间的新陈代谢相互关联也影响到其它组织。

矿物元素对人体健康和人类福祉的重要性已经被意识到。这些营养元素的缺乏或紊乱会对新陈代谢和组织结构产生重要影响,从而导致多种疾病的产生。不幸的是,大多数人并没有从膳食中摄取到足够的这些必要元素。而且,随着年龄的增长,人体对这些基本和微量元素的需求都会增加,同时某些药物的服用也会助长这些元素的缺乏。因此获得摄取的膳食和水中矿物元素含量的信息,以及加工方法对其中的矿物元素含量的影响非常重要。