微量元素鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬營養(yǎng)與人體健康

馬彥平，石 磊，何 源

(1.上?；ぱ芯吭河邢薰?國家化肥質量監(jiān)督檢驗中心〔上?！?上海 200062；2.華中農業(yè)大學農業(yè)農村部長江中下游耕地保育重點實驗室/微量元素研究中心 湖北武漢 430070)

糧安天下，無“微”不至。微量元素是植物、動物、人體生長發(fā)育不可或缺的，植物必需的微量元素有鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬、氯等，每一種元素對植物的生長發(fā)育、生理活動都起著“四兩撥千斤”的功效。我國從2005年全面實施測土配方施肥項目以來，微量元素營養(yǎng)調控就開始成為現(xiàn)代高效集約化農業(yè)必不可少的技術措施之一，合理施用微量元素肥料不僅可提高農作物的產量和品質，甚至可起到治療一些典型地方病的作用。超市貨架上的富鋅和富鐵大米、富硒茶葉等也成了消費者追捧的對象。隨著健康中國戰(zhàn)略的提出，微量元素與人體健康的關系被提到了前所未有的高度。“質量替代數(shù)量”戰(zhàn)略下的品質農業(yè)也把微量元素施用作為了關鍵因子。

生命必需元素按其在人體中的含量分為常量元素和微量元素，常量元素占人體總質量的99.25%，它們構成機體組織，在體內起電解質作用；微量元素指在人體中質量分數(shù)低于0.01%的元素，含量雖然很低，但卻能起到非常重要的生理作用[1]。微量元素不能在人體內自行合成，只能來自飲食、空氣及各種外源性物質。微量元素參與了人體酶的組成，以及某些激素、維生素、蛋白質的合成和代謝，可以說，微量元素在人體生命過程中有著極其重要的作用[2]。不容忽視的是，隨著我國糧食、蔬菜、果樹等農作物產量的不斷提高，氮肥、磷肥、鉀肥投入量不斷增加，卻忽視了植物必需的微量元素的補充，造成微量元素失衡狀況日趨嚴重，因土壤中微量元素缺失引起的人體微量元素“隱性饑餓”的現(xiàn)象越來越突出。

研究微量元素與人體健康的相關性，利用微量元素來預防和診斷疾病、延長壽命已經成了大健康領域研究的熱點課題。本文綜述了植物生長必需的微量元素鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬與人體健康的關系，以期進一步強化人們對微量元素在生命活動過程中重要性的認識，引導人們有針對性地通過食物補充微量元素，進而探索肥料-土壤-植物-動物-人體健康的互動關系。

1 鐵與人體健康及人體鐵來源

1.1 鐵在人體健康中的生理功能

鐵是人體內含量最高的必需微量營養(yǎng)元素，在人體中的質量范圍為4.2～6.1 g[3]。鐵在人體多個組織中都有存在，尤其以血液、肝、脾中含量最多。鐵是人體血紅蛋白和肌紅蛋白的組成部分，參與人體氧的運輸和貯存，以及細胞色素氧化酶、過氧化氫酶等的合成，同時它與琥珀酸脫氫酶、細胞色素C還原酶、乙酰輔酶A活性等密切相關[4]。當機體攝入鐵不足時，往往導致缺鐵性貧血、電子傳遞和氧化還原等代謝紊亂，在人體所必需的微量元素中，鐵的重要性居首位[5]。世界各國的調查研究結果表明，在經濟落后、食品不充足的地區(qū)，發(fā)生缺鐵及缺鐵性貧血的現(xiàn)象非常普遍，特別是嬰幼兒和妊娠期婦女尤為嚴重[6]。

1.2 人體的鐵營養(yǎng)來源

人體鐵營養(yǎng)來源有兩條途徑，一是來源于食物中的鐵，二是來源于紅細胞破壞釋放出來的鐵[7]，其中食物補鐵是人體鐵來源的主要渠道。這就要求人們從日常的飲食搭配著手，選擇性地食用含鐵較多的食物，如動物血、豆類、芝麻醬、牛肉、羊肉、獼猴桃、南瓜子、西瓜子、粗糧以及各種蔬菜和水果等[8]。

依靠食物補鐵的同時，還需要提高鐵的吸收和利用率，如動物肝臟、血和肉中的鐵，人體吸收率一般為22%，最高可達25%，部分富鐵農產品被人食用后吸收利用率也較高。因此，有癥狀或檢查發(fā)現(xiàn)身體缺鐵后，應格外注意有針對性地食補[6]。全國政協(xié)委員、中國農業(yè)科學院原黨組書記、國家食物與營養(yǎng)咨詢委員會主任陳萌山在“會吃才有健康”系列文章中指出，深色蔬菜中的鈣、鐵含量比淺色蔬菜的多1～2倍，甚至數(shù)十倍。陳萌山認為，對于貧血的人或在經期的女性，攝取紅肉補充鐵元素也是非常有效的途徑，只不過成人每日紅肉攝入量不超過75 g為宜[9]。

2 錳與人體健康及人體錳來源

2.1 錳在人體健康中的生理功能

錳也是人體必需的微量元素之一，分布于各個器官與組織中，人體含錳正常范圍為12～20 mg。人體腦下垂體中錳含量最豐富，而腦下垂體又是人體一切高級生命活動的控制中心，因此，錳在人體內的作用相當重要[10-11]。錳同樣參與人體多種酶的合成與激活，不僅可激活100多種酶，還是精氨酸酶、輔氨酸酶、丙酮酸羧化酶等活性中心的組成成分。這就決定了錳具有促進人體生長發(fā)育，調節(jié)內分泌系統(tǒng)，參與人體骨骼造血以及人體糖、脂肪代謝，加快蛋白質、維生素C、維生素B合成，提高免疫功能等重要作用[11-12]。臨床證明，錳對維持人體下丘腦-腦干-垂體-靶組織的生理功能十分重要。男性缺錳易發(fā)生輸精管退行性變，精子數(shù)量少、質量低，性欲減退，性機能障礙，性周期紊亂[10]。有研究觀察到動脈硬化患者的心臟及主動脈內的錳含量明顯低于健康人的，因此認為心血管疾病與錳的吸收不足也有關[13]。同時，研究發(fā)現(xiàn)錳對于穩(wěn)定核酸的構型和性質、DNA的正常復制有著重要作用[14]。有醫(yī)學專家綜合調查發(fā)現(xiàn)，肝癌病人體內的錳含量比正常人的明顯偏低，證實了錳有一定的防癌作用[15]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，錳是超氧化物歧化酶(SOD)的主要成分之一，SOD能夠消除自由基，對機體起保護作用，從而增強人體活力，延緩衰老，使人長壽[13]。

2.2 人體的錳營養(yǎng)來源

人體錳營養(yǎng)主要來源于糧食和果蔬。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，小麥、黑米、黃豆、大米、玉米、馬鈴薯中錳的質量分數(shù)依次為36.7、25.3、22.9、21.4、5.9、5.0 μg/g[16]。研究發(fā)現(xiàn)，錳元素多集中在糧食的胚和表層部分，粗制的米和麥中錳的含量比精制的米和麥中的高，因此建議人們通過粗細食品搭配，保證微量元素錳的攝入。另外，含錳量較高的堅果、甜菜、綠葉和紅葉蔬菜、茶葉等也應成為人們補錳的主要食物品種。有研究顯示，茶葉中錳含量高達219.8 μg/g，飲用含錳量高的茶可用于輔助預防肝癌的發(fā)生[17]?？茖W家對人體攝錳量進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)成人每天攝取2.2～8.8 mg的錳即可滿足生理需要[13]。

3 硼與人體健康及人體硼來源

3.1 硼在人體健康中的生理功能

硼是植物必需的微量營養(yǎng)元素已被業(yè)內熟知，但直到近些年，科學家才開始注意到硼對人體營養(yǎng)的重要性。硼影響人體生命過程中鈣、銅、鎂、氮、葡萄糖、甘油三酯、活性氧和雌激素等許多物質的代謝，并因此影響著血、腦、腎、骨骼系統(tǒng)的成分和功能。許多研究證實了營養(yǎng)補硼對處于低雌激素水平的絕經后婦女及老人有明顯的預防和治療骨質疏松的積極意義[18]。對于女運動員，運動常會引起體內雌激素水平下降，而充足的硼營養(yǎng)在維持體內激素平衡的情況下還能預防肌肉損傷，因此女運動員較普通女性有著明顯多的硼吸收量[19]。大量研究表明，硼還能提高人體許多重要激素和酶的表達和分泌，據(jù)醫(yī)學專家從臨床病例分析，硼攝取量較高的男性患前列腺炎的概率明顯降低[20]。

3.2 人體的硼營養(yǎng)來源

世界衛(wèi)生組織建議成年人的硼攝入量為1～13 mg/d[21]。臨床證明，硼極易在消化道內吸收，但經尿液排出也很快。硼是人和動物氟中毒的重要解毒劑，這是因為硼與氟在人體腸道內形成BF4，降低了血中氟的濃度，減少了腸道對氟的吸收，促進了氟的排泄，減輕了氟中毒引起的肝臟在凝血方面的損傷[20]。

研究表明，通過飲食攝入硼是人體硼營養(yǎng)的最重要的來源[20]。含硼較多的食物有奶類、豆類、蔬菜、水果、谷類等，其中蠶豆、蘿卜、玉米、大豆、小麥、油菜和水稻中硼的質量分數(shù)依次為15.4、64.5、5.0、37.2、3.3、24.9、2.7 mg/kg，雙子葉植物中硼的含量顯著高于單子葉植物的。

4 鋅與人體健康及人體鋅來源

4.1 鋅在人體健康中的生理功能

鋅是人體必需的微量金屬元素，與人的生存和健康息息相關[22]。鋅是人體中代謝最廣泛的元素，是人體內200多種酶、DNA和RNA的重要組成成分，鋅缺乏會使酶的活性下降，從而影響人體許多系統(tǒng)的正常功能。

鋅在男性精子的生成、成熟及繁殖方面的重要性已得到共識。王麗霞等[23]對男性不育癥患者微量元素含量與精液質量的關系研究結果證實，不育癥患者體內的鋅含量明顯低于生育組的，鋅含量與精子質量呈正相關。因此，鋅常常被稱為“婚姻和諧素”。

除了成人，嬰幼兒補鋅則更為重要，因為鋅缺乏會影響嬰幼兒細胞生長、分裂和分化，引起生長、發(fā)育緩慢[24]。孫雅軍等[25]研究發(fā)現(xiàn)，身材矮小的兒童鋅缺乏比較普遍。趙小媛等[26]也發(fā)現(xiàn)，鋅缺乏是引起兒童矮小的主要因素之一。

4.2 人體的鋅營養(yǎng)來源

Arnold等[27]研究發(fā)現(xiàn)，部分多動癥兒童的血鋅含量明顯低于正常兒童的，可采用含鋅制劑治療兒童多動癥。馮麗等[28]也發(fā)現(xiàn)厭食癥患兒的血鋅含量明顯低于正常兒童的。陳會新[29]調查分析河北省灤縣地區(qū)厭食嬰幼兒體內微量元素后發(fā)現(xiàn)，58.94%的厭食嬰幼兒由鋅缺乏所引起。

因此，在人體生長發(fā)育、生殖遺傳、免疫、內分泌等生理過程中，鋅有著重要作用，常被人們冠以“生命之花”“智力之源”的美稱[30]。

正常情況下，人體可通過自身調節(jié)改變對鋅的吸收、利用和排泄，保持體內鋅含量的穩(wěn)定。但在腎病綜合征患者因大量蛋白尿引起鋅的丟失、糖尿病患者高鋅尿引起鋅的丟失、酒精可使正常人及嗜酒者尿液排鋅量增加、大量出汗可引起鋅排出量增加的情況下，如不及時補充鋅，極易造成對應人群的鋅缺乏[22]。不同食物中鋅含量不相同，一般動物性食物中含鋅量最高，其次是豆類、谷類、水果、蔬菜等。因此，以谷類食物為主，尤其長期食用精制米面者較容易缺鋅[30]，這與谷類作物的鋅含量本身較低，在加工過程中鋅又有許多損失有關[31]。研究發(fā)現(xiàn)，籽粒中的植酸容易與Fe3+、Zn2+等結合形成不溶配合物，人體消化系統(tǒng)中又缺少水解植酸的酶，直接影響鋅的吸收。因此，在以植物性食品，尤其是以谷類為主食的地區(qū)，鋅缺乏往往較為普遍[31-35]。世界衛(wèi)生組織(WHO)建議成人每天鋅攝入量為12～16 mg；美國食品營養(yǎng)委員會推薦成人鋅的攝入量為15 mg，1歲以下、體質量輕于10 kg的嬰兒每天鋅攝入量5 mg為上限，1～6歲10 mg為上限，7歲以上可與成人相同。含鋅量較高的食物有貝殼類、牛肉、魚蝦、蛋黃、豆類、花生、芝麻、核桃、燕麥、海帶、紫菜、芹菜等，易缺鋅人群要有針對性地進行食物補鋅[22]。

由于鋅為人體血紅蛋白合成提供一種酶，缺鐵性貧血患者在補鐵的同時，都會搭配補鋅，旨在提高鐵的利用率[23-25]。

5 銅與人體健康及人體銅來源

5.1 銅在人體健康中的生理功能

正常成人體內含銅質量為100～200 mg，其中50%～70%分布在肌肉和骨骼中，20%分布在肝臟中，5%～10%分布在血液中，僅有少量存在于銅酶中[36]。平常人們關注較多的是鐵、鋅等微量元素在保障身體健康方面的作用，銅元素往往被忽視。但對于通過補鐵來改善貧血的患者，補充銅就顯得格外重要，這是因為銅是鐵的得力助手。由腸道進入體內的鐵為二價，必須氧化為三價才能被造血組織所利用，該氧化過程需要銅藍蛋白的參與，所以缺銅時，即使不缺鐵也會發(fā)生缺鐵性貧血，而此時單純補鐵治療無效[37]。同時，銅對預防血管破裂和腦血管病等也有著重要作用[38]。銅是賴氨酸氧化酶的組成成分，對維持血管壁完整性具有重要作用，缺銅時賴氨酸氧化酶活性降低，組織中彈性蛋白合成減少，從而增強了血管及組織的脆性，易造成血管破裂出血。賴氨酸氧化酶對動脈粥樣硬化的形成具有重要作用，動脈粥樣硬化又是腦血管病的危險因素，故腦血管病患者體內往往銅含量較低。研究還發(fā)現(xiàn)，銅參與人體酪氨酸氧化酶、SOD、細胞色素C氧化酶及某些血漿和結締組織的單胺氧化酶等30多種酶的組成和活化，銅蛋白酶是血清中唯一有效的亞鐵氧化酶，能調節(jié)血清生物胺、腎上腺素和5-羥色胺酶的濃度[36]。銅和血漿銅藍蛋白對機體的防御功能有著重要作用，臨床發(fā)現(xiàn)，補充銅可顯著減少人體受病原體侵襲時的感染機會[10]。銅還能通過SOD催化反應清除自由基，保護機體細胞免受超氧陰離子的損傷[39]。

5.2 人體的銅營養(yǎng)來源

食物補充依然是人體銅營養(yǎng)來源的重要形式。銅廣泛存在于各種食物中，牡蠣、貝類以及堅果類等食物中銅的含量較高，動物的肝和腎、谷類胚芽部分、豆類等食物中次之，奶類和蔬菜類食物中最低[39]。因此，飲食時應有針對性地食用蝦、魚、芝麻、蘑菇、黑木耳、黃豆、茄子、白菜等。

6 鉬與人體健康及人體鉬來源

6.1 鉬在人體健康中的生理功能

鉬雖然是發(fā)現(xiàn)較晚的一種微量元素，但與人體健康息息相關，不但是人體多種酶輔基的重要成分，其組成的輔酶因子鉬酶復合物在氧化代謝中也發(fā)揮著極其重要的作用[40]。目前，在生物體內發(fā)現(xiàn)的鉬酶種類超過40種[41]，在人體內主要有黃嘌呤脫氫酶/氧化酶、亞硫酸鹽氧化酶等。鉬酶通過鉬輔因子參與調控人體內糖類、脂肪、蛋白質、含硫氨基酸、核酸及鐵蛋白中鐵等的代謝[42]。鉬通過催化尿酸、抗銅儲鐵和維持動脈彈性等作用來防止人體疾病的產生[42-43]。據(jù)調查，低鉬地區(qū)人群的心臟和主動脈中的鉬含量明顯低于不缺鉬地區(qū)人群的；尸檢也發(fā)現(xiàn)，心肌梗塞者心肌中的含鉬量明顯降低，心肌中含鉬越少的部位，受損害的程度越嚴重[44]。對克山病多發(fā)區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，克山病人群常常表現(xiàn)為體內缺硒且缺鉬，可能與鉬和硒在人體內有一系列耦連作用有關[40]?？松讲^(qū)甲狀腺腫大的患者，病情隨著鉬的補充得到控制，證實了鉬缺乏對甲狀腺功能的影響[45]。流行病學研究結果也顯示，鉬與食管癌、肝癌、直腸癌、宮頸癌和乳腺癌等的發(fā)生有一定關系，缺鉬人群食管癌的發(fā)病率增高，食管癌高發(fā)區(qū)人群的血液、頭發(fā)和尿中鉬水平較低[46]。

6.2 人體的鉬營養(yǎng)來源

鉬進入人體后主要以兩種方式參與物質代謝過程：一種是以無機鹽方式與營養(yǎng)物質相互絡合；另一種是與蛋白結合，構成含鉬酶的輔助因子，然后與各種鉬酶的底物相結合，參與人體的各種生化反應[47]。食物中的鉬在人體中主要由消化道吸收，然后迅速進入血液中，進而通過血液運送至肝臟及全身。由于人體對鉬的需求量很少，鉬只有在安全攝入量范圍內才對維持人體營養(yǎng)狀態(tài)有意義，鉬缺乏和蓄積對人體各系統(tǒng)功能均產生不同程度的影響[45]。人體主要通過食物攝取鉬，來源不同的食物中鉬含量的差異較大。一般情況下，植物性食物以豆類及其制品中鉬含量最豐富，動物性食物以海產品中鉬含量最高，其次是動物的肝臟和腎臟[48]。黃豆、綠豆、赤豆、蠶豆等豆類中鉬的質量分數(shù)依次為7 660.9、5 451.1、2 708.5、4 202.8 μg/kg；豬肝、海參、魷魚、黑木耳、海帶、紫菜中鉬的質量分數(shù)依次為1 388.7、1 469.2、4 461.4、2 324.2、2 368.1、3 191.2 μg/kg；胡蘿卜、西紅柿、青椒、黃瓜等蔬菜中鉬的質量分數(shù)在100 μg/kg以內，為典型的低含鉬食物。因此，人們通過膳食來滿足人體鉬營養(yǎng)來源時，要有針對性地選擇鉬含量高的食物[49]。

7 結語

綜上所述，植物生長必需的微量營養(yǎng)元素鐵、錳、硼、鋅、銅、鉬等與人體健康息息相關，科學研究也逐步證實了人體中的微量元素與地殼元素豐度呈正相關，這正是地殼元素由土壤-植物-動物-人體生物鏈傳遞的體現(xiàn)。隨著人民生活水平的提高，近年來，土壤-植物營養(yǎng)-人體健康的基礎研究、應用研究成為了地球物理學家、生理學家、土壤學家、農業(yè)化學(肥料)家、農學家、畜牧學家及醫(yī)學、衛(wèi)生學、營養(yǎng)學與環(huán)境科學領域關注的熱點，以人體健康為導向，也勢必會成為新時期微量元素產學研工作新的思路和著力點。