化学元素的人体生理功用浅析，本文主要内容关键词为：化学元素论文,功用论文,人体生理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
组成人体的化学元素多达81种，其中碳、氢、氧、氮、钙、钠、钾、镁、磷、硫、氯等11种属必需的常量元素（含量大于0．01%）；铁、铜、锌、锰、钴、钒、铬、钼、硒、碘等14种为必需的微量元素（含量小于0．01%），钙、钠、钾、镁四种元素约占人体金属离子总量的99%以上。它们大多以络合物的形式存在于人体之中，传递生命所需的各种物质，调节人的新陈代谢。现行的中等教育化学教材中，“化学元素”部分知识只侧重于介绍其原子结构、理化性质和一般用途等，对涉及人体的生理功用却提及很少。
其实，在化学教学实践中，结合元素的生理功能介绍其理化性质，能贴近生活、关注健康、影响社会，因而也更能激发学生的学习兴趣，同时还增加了学生的科普知识，提高他们的综合素质。
一、IA族——碱金属元素
锂盐是治疗躁郁性精神症狂躁期的特效药。饮食中锂高钠低则会引起可逆性的肾损伤；它还影响中枢神经系统，产生疲倦、昏睡、呕吐、腹泻等。钠和钾按比例存在于人体内，是必需的重要元素。
对于维持体液渗透压和平衡有一定的作用；若组织中浓度适量增高，可提高神经肌肉的兴奋性。
食物中钠过高时易引起人体高血压；不足则影响体内的新陈代谢和消化作用。
二、ⅡA族——碱土金属元素
铍中毒主要损害肺脏，故有“铍肺”之称。它还损伤皮肤、粘膜及肝脏，引起全身性的疾病。
镁是人体必需的营养元素，镁对人体肌肉的新陈代谢有相当重要的意义，它是多种酶的激活剂，是细胞内的重要阳离子，对中枢神经系统有抑制作用。镁与钙的吸收有密切关系，缺镁时能显著影响钙的代谢作用。土壤中缺镁可能是某些地区食道癌发病率高的原因。
钙是一种生命必需元素，也是人体中含量最丰富的常量金属元素，正常人体内含钙大约1～1．25kg。人体内钙的99%存在于骨骼和牙齿中，其余主要分布于体液内，参与某些重要的酶反应。钙能降低神经和骨骼的兴奋性，当血钙过低时会发生手足抽搐；钙离子有利于心肌收缩；钙还可降低毛细血管的通透性，可用钙制剂（如葡萄糖酸钙）治疗荨麻疹、过敏性皮炎；血钙还参与血液的凝固作用；钙能中和生物体内的有机酸，对动物体液的生理平衡有重要的作用。缺钙会引起软骨病、神经松弛、抽搐、骨质疏松、凝血机制差和腰腿酸痛。根据年龄不同，人体每天应补充0．6～1．0g钙。
锶也是骨骼和牙齿的组成部分参与机体钙的代谢；促进钠排出、减少钠吸收的生理功能。
三、ⅢA族——土族元素
铝在人体中每70kg体重约含61mg。长期摄入铝，会引起细胞和组织的磷酸化过程，也会影响某些消化酶的活性。医学研究表明，衰老症患者脑部神经元的细胞核中铝含量是正常人的4倍。
镓使肾发生损伤、骨髓异常，并与形成肿瘤和抑制生长有关。
则被用于肿瘤的临床诊断。
铟也是一种亲肿瘤元素，是人体非必需元素。
铊是剧烈的神经毒物，于人体内蓄积在红细胞、肾、骨和软组织中引起中毒。
四、ⅣA族——碳族元素
碳是组成一切有机体的最基本的元素。
硅是哺乳动物正常生长和骨骼钙化所不可缺少的。硅在人的主动脉壁内含量较高，主要存在于胶原和弹性蛋白中，其含量随年龄增长而减少，硅的缺乏与老年人动脉粥样硬化有关。人若长期吸入硅尘将引起慢性病——“矽肺”，它是对人体呼吸系统危害较大的职业病。
锗的有机物具有抗癌、调节免疫功能、抗衰老的作用。而无机锗中毒则引起人体水平衡失调，若积存于脾中会缩短寿命。
锡在微量时被认为是人体必需的，有促进蛋白质及核酸反应，维持黄酶活性的生理功能。
铅元素对人体毒性较大，我国历代服用“长生不老仙丹”的帝王中就有中铅毒死亡者。它能作用于全：身各系统和器官，有疲倦、失眠、体衰、早死和不孕、流产、死胎等症状。各种铅化物的毒性不同，在体内溶解度大的毒性也大，如碳酸铅等；溶解度小的则毒性较小，如硫化铅、硅酸铅等。
五、VA族——氮族元素
氮为生命元素，是构成所有蛋白质的特征元素（蛋白质中含氮量约为16%）。蛋白质在生物体内所起的许多特殊变化是一切生命过程的基础，没有蛋白质就没有生命。它是构成人体细胞膜、细胞核与各种细胞器的主要成分；体内的许多酶也由蛋白质组成。各种蛋白质都是由多种氨基酸结合而成，氮是各种氨基酸的组成元素。
磷是人体的常量元素，约占体重的1%，其中3/4左右集中分布于人的骨骼与牙齿中。人脑中有磷脂，肌肉、神经组织中都含有磷。磷足体内重要化合物ATP、DNA等的组成元素，它以磷酸根的形式参与许多代谢过程，磷酸一氢盐和磷酸二氢盐(
)是重要的缓冲剂，能维持人体液的酸碱平衡。此外，磷酸、焦磷酸和多磷酸是组成机体核细胞的重要成分之一。人体每天需补充0．74g的磷。
砷的三价化合物剧毒，如砒霜(
)的急性中毒以脑脊髓性中毒症状和胃肠型中毒症状为主；五价砷（如
）则在大量时才有毒。
锑能抑制含巯基(-SH)的酶，干扰体内蛋白质与糖类的代谢，损害肝脏。
六、Ⅵ族——氧族元素
氧对生物体的重要作用是众所周知的，绝大部分生物靠氧气实现呼吸作用。而氢与氧所构成的水，占人体总重量的70%，成人平均一天的进出水量为2500mL。
硫是构成蛋白质的重要元素之一（主要构成甲硫氨酸和半胱氨酸），普通蛋白质中硫的含量约为0．3～2．5%，动物体中的硫大部分存在于毛发、软骨等组织内。
硒是人体必需的微量元素之一。体内总含量为14～20mg，它在人体组织和器官中分布广泛，尤以肝、胰、肾、心等器官含量较多。硒是人体重要自由基清洁剂的重要组分，对细胞膜有保护作用。硒在体内可与重金属汞、镉、铅等结合形成金属硒蛋白复合物而解毒，并使有害金属排出体外。硒有促进生长发育、保护视觉器官及防止肿瘤扩展的作用。缺硒会导致表皮角质化疾病与癌症。
碲可能会包含在酶体系中，与人体蛋白络合，引起肝和肾的退化。
七、ⅦA族——卤族元素
氟是形成坚硬骨骼和预防龋齿所必需的元素。正常骨骼中含氟0．01～0．03%，牙中含0．01～0．02%，在齿骨中均以
形式存在。饮水中含氟1ppm能有效预防龋齿，若超过2ppm反而会使牙釉受损，发生斑釉病。
氯是人体必需的常量元素。在机体中，氯离子除与钾、钠离子合作参与生理作用外，还是多种体液（包括血、尿等）的成分，Cl-能激活唾液淀粉酶，并能形成胃液中的盐酸，所以当食物中缺少NaCl时就会发生胃酸减少、食欲不振、软弱无力、生长迟缓、生殖反常等现象。当然，过量摄入NaCl对于高血压病人也是有害的。
溴的化合物中对中枢神经系统有抑制作用，医学上常将溴化钾(KBr)、溴化钠(NaBr)和溴化铵(
)混合为“三溴合剂”用作镇静剂。
碘在人体中的含量甚微(20～50g)，而甲状腺就集中了其中的1/5。它是合成人体甲状腺激素的原料。因此，若膳食中缺碘，会表现为“地方性甲状腺肿大”；若婴幼儿甲状腺发育不全，则发生呆小症（克汀病），表现为生长发育迟缓、智力低下或痴呆。我国在碘缺乏症的防治中，采取食盐加碘（即添加碘酸钾
）的方法。另外，过量碘对人体是不利的。
八、Ⅷ族——铁系元素
铁、钴、镍均是生物体内必需的微量元素。
铁是哺乳动物的血液中构成血红蛋白的主要成分(60～70%)，参与
和
的运输及交换，并参与组成呼吸酶类。铁以两种最常见的氧化态(
和
)在人体内来回转变，几乎不需要什么能量。铁不足会引起缺铁性贫血症（可服用硫酸亚铁治疗），同时一些含铁酶的活性降低，会造成智能发育障碍。
钴是维生素
的必需组分，缺钴能使无法正常合成，导致“巨幼红细胞”症，引起恶性贫血。钴具有趋脂作用，能防止脂肪在肝中堆积。
镍能激活酶的活性，有刺激造血、促进红细胞再生的功能。但镍多了会使人头发变白。
九、B族——副族元素
钛能刺激吞噬细胞，使免疫作用增强。
钒存在于人的骨骼、牙齿与脂肪中，使铁迁移至肝。有促进造血、抑制胆固醇合成的作用。
铬的+3价氧化态是人体糖与脂肪代谢、特别是胆固醇代谢所必需的。由于食物成分精制而造成的缺铬，会使身体不能有效地利用糖，也是患动脉粥样硬化的重要原因。氧化态为+6价的铬对人体有毒，它干扰重要的酶体系，与肺癌及肝、肾损伤有关。
锰也是生物体必需的微量元素之一。
是多种酶的组分，它还能激活其他酶，对组织中的氧化还原过程有着极大影响，对血液的循环与生成也有关系。锰还有趋脂作用，可影响动脉硬化患者的脂类代谢。缺会导致贫血和儿童骨骼畸变。但若吸入大量锰尘则会引起锰中毒（帕金森氏综合症）和肺炎。
钼包含在与染色体有关的金属酶之中，它还存在于醛氧化酶中，参与有毒醛类的新陈代谢。环境中缺钼将导致硝酸盐的积累和
的破坏，有利于强致癌物亚硝胺的合成。
铜是人体的必需微量元素之一，在体内组成含铜金属酶，常以铜蛋白的形式存在。缺铜可造成贫血，铜参与造血过程，促进无机铁变为有机铁，有利于铁的吸收；它还能促进铁进入骨髓，加速血红蛋白的合成。铜还与身高有密切关系：当骨细胞中铜不足时，酶系统的活性降低，并延缓了蛋白质的代谢作用，导致骨组织生长缓慢，身材矮小。另外有发现表明，缺铜也是引起“少白头”的原因之一，甚至还会引起白癜风和脱发。
银离子是良好的消毒剂，常被用于医药上，但银在生物体内是否参与生理作用尚不清楚。
锌是对人体生长发育及其重要的一种微量元素，是人体中100多种酶的组成成分，在组织呼吸及物质代谢中具有重要作用。研究表明，锌能包含在许多金属蛋白中，它促进蛋白质合成，并通过唾液蛋白对味觉和食欲起促进作用；它促使性器官的发育和性功能的正常，同时对智力发育也起促进作用。缺锌则伤口不易愈合，“伊朗侏儒症”就是典型的缺锌病。
镉污染能使其在人的肾脏中积聚，严重的镉中毒会引起极痛苦的“骨痛病”。
汞化合物的毒性是脂溶性大于水溶性。如
（水溶）为剧毒，因为
与含硫的蛋白质有很强的结合力，会使肾脏组织丧失从血液中排除废物的能力（故蛋白质可作为的解毒剂，替代人体蛋白与紧密结合而沉淀下来）；脂溶性的甲基汞毒性更大，它能渗入脑或细胞中沉积下来。汞中毒会引起特有的中枢神经疾病——“水俣病”，甚至死亡。
综上所述，可以发现人体必需的11种常量元素都集中在周期表开头的20种元素内；人体必需的微量元素（除碘、氟、硒而外），几乎都是过渡元素。随着元素原子序数的增大，元素对人体的毒性也相应增大，表现在同一主族的元素中尤为明显，而大多致癌元素则在第五、六周期中。这说明，化学元素在人体中的生理效应主要取决于元素及其化合物的结构及理化性质。
元素各有特性，对人体有利有弊。同一元素既能提供营养，又能损害人体，关键在于其不同的化合物和不同的量。人体时刻都在进行着元素参与的高度精细的生化反应，元素不仅是构成人体的基本要素，而且在人的生长、发育、衰老、疾病和死亡中都起着举足轻重的作用。