微量元素铁、锰、硼、锌、铜、钼营养与人体健康

Trace Elements Iron, Manganese, Boron, Zinc, Copper, Molybdenum and Human Health

马彦平 Yanping MA , 石磊 Lei SHI , 何源 Yuan HE

1 上海化工研究院有限公司/国家化肥质量监督检验中心〔上海〕上海 200062 Shanghai Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd./National Center for Quality Supervision & Testing of Fertilizer 〔Shanghai〕, Shanghai 200062, China 2 华中农业大学农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室/微量元素研究中心湖北武汉 430070 Key Laboratory of Arable Land Conservation 〔Middle and Lower Reaches of Yangtze River〕, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Huazhong Agricultural University/Microelements Research Center, Wuhan, Hubei 430070, China

摘要：

随着氮肥、磷肥、钾肥投入量的不断增加，我国农作物的产量也不断提高，但忽视了植物必需的微量元素的补充，因土壤中微量元素缺乏引起的人体微量元素“隐性饥饿”的现象越来越突出。综述了植物生长必需的铁、锰、硼、锌、铜、钼等微量营养元素与人体健康的关系以及人体获取上述微量营养元素的途径，以期进一步强化人们对微量元素在生命活动过程中重要性的认识，引导人们有针对性地通过食物补充微量元素，进而探索肥料-土壤-植物-动物-人体健康的关系。

关键词：

微量元素; 人体健康; 营养来源; 食物补充;

Abstract：

With continuous increase of application of nitrogenous fertilizer, phosphate fertilizer, and potash fertilizer, the output of crops also increases in China, but the supplement of essential trace elements for plants is neglected, and the phenomenon of "hidden hunger" in human trace elements caused by the lack of trace elements in the soil is becoming more and more obvious. The relationship between iron, manganese, boron, zinc, copper, molybdenum and other micronutrient elements necessary for plant growth and human health, as well as the way the human body obtains the above micronutrient elements are summarized, in order to further strengthen people′s understanding of the importance of micronutrients in life activities, guide people to supplement trace elements through food in a targeted manner, and then explore the relationship between fertilizer, soil, plant, animal and human health.

Keyword：

trace element; human health; source of nutrition; food supplement;

粮安天下，无“微”不至。微量元素是植物、动物、人体生长发育不可或缺的，植物必需的微量元素有铁、锰、硼、锌、铜、钼、氯等，每一种元素对植物的生长发育、生理活动都起着“四两拨千斤”的功效。我国从2005年全面实施测土配方施肥项目以来，微量元素营养调控就开始成为现代高效集约化农业必不可少的技术措施之一，合理施用微量元素肥料不仅可提高农作物的产量和品质，甚至可起到治疗一些典型地方病的作用。超市货架上的富锌和富铁大米、富硒茶叶等也成了消费者追捧的对象。随着健康中国战略的提出，微量元素与人体健康的关系被提到了前所未有的高度。“质量替代数量”战略下的品质农业也把微量元素施用作为了关键因子。

生命必需元素按其在人体中的含量分为常量元素和微量元素，常量元素占人体总质量的99.25%，它们构成机体组织，在体内起电解质作用；微量元素指在人体中质量分数低于0.01%的元素，含量虽然很低，但却能起到非常重要的生理作用^[1]。微量元素不能在人体内自行合成，只能来自饮食、空气及各种外源性物质。微量元素参与了人体酶的组成，以及某些激素、维生素、蛋白质的合成和代谢，可以说，微量元素在人体生命过程中有着极其重要的作用^[2]。不容忽视的是，随着我国粮食、蔬菜、果树等农作物产量的不断提高，氮肥、磷肥、钾肥投入量不断增加，却忽视了植物必需的微量元素的补充，造成微量元素失衡状况日趋严重，因土壤中微量元素缺失引起的人体微量元素“隐性饥饿”的现象越来越突出。

研究微量元素与人体健康的相关性，利用微量元素来预防和诊断疾病、延长寿命已经成了大健康领域研究的热点课题。本文综述了植物生长必需的微量元素铁、锰、硼、锌、铜、钼与人体健康的关系，以期进一步强化人们对微量元素在生命活动过程中重要性的认识，引导人们有针对性地通过食物补充微量元素，进而探索肥料-土壤-植物-动物-人体健康的互动关系。

1 铁与人体健康及人体铁来源

1.1 铁在人体健康中的生理功能

铁是人体内含量最高的必需微量营养元素，在人体中的质量范围为4.2~6.1 g^[3]。铁在人体多个组织中都有存在，尤其以血液、肝、脾中含量最多。铁是人体血红蛋白和肌红蛋白的组成部分，参与人体氧的运输和贮存，以及细胞色素氧化酶、过氧化氢酶等的合成，同时它与琥珀酸脱氢酶、细胞色素C还原酶、乙酰辅酶A活性等密切相关^[4]。当机体摄入铁不足时，往往导致缺铁性贫血、电子传递和氧化还原等代谢紊乱，在人体所必需的微量元素中，铁的重要性居首位^[5]。世界各国的调查研究结果表明，在经济落后、食品不充足的地区，发生缺铁及缺铁性贫血的现象非常普遍，特别是婴幼儿和妊娠期妇女尤为严重^[6]。

1.2 人体的铁营养来源

人体铁营养来源有两条途径，一是来源于食物中的铁，二是来源于红细胞破坏释放出来的铁^[7]，其中食物补铁是人体铁来源的主要渠道。这就要求人们从日常的饮食搭配着手，选择性地食用含铁较多的食物，如动物血、豆类、芝麻酱、牛肉、羊肉、猕猴桃、南瓜子、西瓜子、粗粮以及各种蔬菜和水果等^[8]。

依靠食物补铁的同时，还需要提高铁的吸收和利用率，如动物肝脏、血和肉中的铁，人体吸收率一般为22%，最高可达25%，部分富铁农产品被人食用后吸收利用率也较高。因此，有症状或检查发现身体缺铁后，应格外注意有针对性地食补^[6]。全国政协委员、中国农业科学院原党组书记、国家食物与营养咨询委员会主任陈萌山在“会吃才有健康”系列文章中指出，深色蔬菜中的钙、铁含量比浅色蔬菜的多1~2倍，甚至数十倍。陈萌山认为，对于贫血的人或在经期的女性，摄取红肉补充铁元素也是非常有效的途径，只不过成人每日红肉摄入量不超过75 g为宜^[9]。

2 锰与人体健康及人体锰来源

2.1 锰在人体健康中的生理功能

锰也是人体必需的微量元素之一，分布于各个器官与组织中，人体含锰正常范围为12~20 mg。人体脑下垂体中锰含量最丰富，而脑下垂体又是人体一切高级生命活动的控制中心，因此，锰在人体内的作用相当重要^[10-11]。锰同样参与人体多种酶的合成与激活，不仅可激活100多种酶，还是精氨酸酶、辅氨酸酶、丙酮酸羧化酶等活性中心的组成成分。这就决定了锰具有促进人体生长发育，调节内分泌系统，参与人体骨骼造血以及人体糖、脂肪代谢，加快蛋白质、维生素C、维生素B合成，提高免疫功能等重要作用^[11-12]。临床证明，锰对维持人体下丘脑-脑干-垂体-靶组织的生理功能十分重要。男性缺锰易发生输精管退行性变，精子数量少、质量低，性欲减退，性机能障碍，性周期紊乱^[10]。有研究观察到动脉硬化患者的心脏及主动脉内的锰含量明显低于健康人的，因此认为心血管疾病与锰的吸收不足也有关^[13]。同时，研究发现锰对于稳定核酸的构型和性质、DNA的正常复制有着重要作用^[14]。有医学专家综合调查发现，肝癌病人体内的锰含量比正常人的明显偏低，证实了锰有一定的防癌作用^[15]。此外，研究还发现，锰是超氧化物歧化酶(SOD)的主要成分之一，SOD能够消除自由基，对机体起保护作用，从而增强人体活力，延缓衰老，使人长寿^[13]。

2.2 人体的锰营养来源

人体锰营养主要来源于粮食和果蔬。统计发现，小麦、黑米、黄豆、大米、玉米、马铃薯中锰的质量分数依次为36.7、25.3、22.9、21.4、5.9、5.0 μg/g^[16]。研究发现，锰元素多集中在粮食的胚和表层部分，粗制的米和麦中锰的含量比精制的米和麦中的高，因此建议人们通过粗细食品搭配，保证微量元素锰的摄入。另外，含锰量较高的坚果、甜菜、绿叶和红叶蔬菜、茶叶等也应成为人们补锰的主要食物品种。有研究显示，茶叶中锰含量高达219.8 μg/g，饮用含锰量高的茶可用于辅助预防肝癌的发生^[17]。科学家对人体摄锰量进行了研究，结果发现成人每天摄取2.2~8.8 mg的锰即可满足生理需要^[13]。

3 硼与人体健康及人体硼来源

3.1 硼在人体健康中的生理功能

硼是植物必需的微量营养元素已被业内熟知，但直到近些年，科学家才开始注意到硼对人体营养的重要性。硼影响人体生命过程中钙、铜、镁、氮、葡萄糖、甘油三酯、活性氧和雌激素等许多物质的代谢，并因此影响着血、脑、肾、骨骼系统的成分和功能。许多研究证实了营养补硼对处于低雌激素水平的绝经后妇女及老人有明显的预防和治疗骨质疏松的积极意义^[18]。对于女运动员，运动常会引起体内雌激素水平下降，而充足的硼营养在维持体内激素平衡的情况下还能预防肌肉损伤，因此女运动员较普通女性有着明显多的硼吸收量^[19]。大量研究表明，硼还能提高人体许多重要激素和酶的表达和分泌，据医学专家从临床病例分析，硼摄取量较高的男性患前列腺炎的概率明显降低^[20]。

3.2 人体的硼营养来源

世界卫生组织建议成年人的硼摄入量为1~13 mg/d^[21]。临床证明，硼极易在消化道内吸收，但经尿液排出也很快。硼是人和动物氟中毒的重要解毒剂，这是因为硼与氟在人体肠道内形成BF₄，降低了血中氟的浓度，减少了肠道对氟的吸收，促进了氟的排泄，减轻了氟中毒引起的肝脏在凝血方面的损伤^[20]。

研究表明，通过饮食摄入硼是人体硼营养的最重要的来源^[20]。含硼较多的食物有奶类、豆类、蔬菜、水果、谷类等，其中蚕豆、萝卜、玉米、大豆、小麦、油菜和水稻中硼的质量分数依次为15.4、64.5、5.0、37.2、3.3、24.9、2.7 mg/kg，双子叶植物中硼的含量显著高于单子叶植物的。

4 锌与人体健康及人体锌来源

4.1 锌在人体健康中的生理功能

锌是人体必需的微量金属元素，与人的生存和健康息息相关^[22]。锌是人体中代谢最广泛的元素，是人体内200多种酶、DNA和RNA的重要组成成分，锌缺乏会使酶的活性下降，从而影响人体许多系统的正常功能。

锌在男性精子的生成、成熟及繁殖方面的重要性已得到共识。王丽霞等^[23]对男性不育症患者微量元素含量与精液质量的关系研究结果证实，不育症患者体内的锌含量明显低于生育组的，锌含量与精子质量呈正相关。因此，锌常常被称为“婚姻和谐素”。

除了成人，婴幼儿补锌则更为重要，因为锌缺乏会影响婴幼儿细胞生长、分裂和分化，引起生长、发育缓慢^[24]。孙雅军等^[25]研究发现，身材矮小的儿童锌缺乏比较普遍。赵小媛等^[26]也发现，锌缺乏是引起儿童矮小的主要因素之一。

4.2 人体的锌营养来源

Arnold等^[27]研究发现，部分多动症儿童的血锌含量明显低于正常儿童的，可采用含锌制剂治疗儿童多动症。冯丽等^[28]也发现厌食症患儿的血锌含量明显低于正常儿童的。陈会新^[29]调查分析河北省滦县地区厌食婴幼儿体内微量元素后发现，58.94%的厌食婴幼儿由锌缺乏所引起。

因此，在人体生长发育、生殖遗传、免疫、内分泌等生理过程中，锌有着重要作用，常被人们冠以“生命之花”“智力之源”的美称^[30]。

正常情况下，人体可通过自身调节改变对锌的吸收、利用和排泄，保持体内锌含量的稳定。但在肾病综合征患者因大量蛋白尿引起锌的丢失、糖尿病患者高锌尿引起锌的丢失、酒精可使正常人及嗜酒者尿液排锌量增加、大量出汗可引起锌排出量增加的情况下，如不及时补充锌，极易造成对应人群的锌缺乏^[22]。不同食物中锌含量不相同，一般动物性食物中含锌量最高，其次是豆类、谷类、水果、蔬菜等。因此，以谷类食物为主，尤其长期食用精制米面者较容易缺锌^[30]，这与谷类作物的锌含量本身较低，在加工过程中锌又有许多损失有关^[31]。研究发现，籽粒中的植酸容易与Fe³⁺、Zn²⁺等结合形成不溶配合物，人体消化系统中又缺少水解植酸的酶，直接影响锌的吸收。因此，在以植物性食品，尤其是以谷类为主食的地区，锌缺乏往往较为普遍^[31-35]。世界卫生组织(WHO)建议成人每天锌摄入量为12~16 mg；美国食品营养委员会推荐成人锌的摄入量为15 mg，1岁以下、体质量轻于10 kg的婴儿每天锌摄入量5 mg为上限，1~6岁10 mg为上限，7岁以上可与成人相同。含锌量较高的食物有贝壳类、牛肉、鱼虾、蛋黄、豆类、花生、芝麻、核桃、燕麦、海带、紫菜、芹菜等，易缺锌人群要有针对性地进行食物补锌^[22]。

由于锌为人体血红蛋白合成提供一种酶，缺铁性贫血患者在补铁的同时，都会搭配补锌，旨在提高铁的利用率^[23-25]。

5 铜与人体健康及人体铜来源

5.1 铜在人体健康中的生理功能

正常成人体内含铜质量为100~200 mg，其中50%~70%分布在肌肉和骨骼中，20%分布在肝脏中，5%~10%分布在血液中，仅有少量存在于铜酶中^[36]。平常人们关注较多的是铁、锌等微量元素在保障身体健康方面的作用，铜元素往往被忽视。但对于通过补铁来改善贫血的患者，补充铜就显得格外重要，这是因为铜是铁的得力助手。由肠道进入体内的铁为二价，必须氧化为三价才能被造血组织所利用，该氧化过程需要铜蓝蛋白的参与，所以缺铜时，即使不缺铁也会发生缺铁性贫血，而此时单纯补铁治疗无效^[37]。同时，铜对预防血管破裂和脑血管病等也有着重要作用^[38]。铜是赖氨酸氧化酶的组成成分，对维持血管壁完整性具有重要作用，缺铜时赖氨酸氧化酶活性降低，组织中弹性蛋白合成减少，从而增强了血管及组织的脆性，易造成血管破裂出血。赖氨酸氧化酶对动脉粥样硬化的形成具有重要作用，动脉粥样硬化又是脑血管病的危险因素，故脑血管病患者体内往往铜含量较低。研究还发现，铜参与人体酪氨酸氧化酶、SOD、细胞色素C氧化酶及某些血浆和结缔组织的单胺氧化酶等30多种酶的组成和活化，铜蛋白酶是血清中唯一有效的亚铁氧化酶，能调节血清生物胺、肾上腺素和5-羟色胺酶的浓度^[36]。铜和血浆铜蓝蛋白对机体的防御功能有着重要作用，临床发现，补充铜可显著减少人体受病原体侵袭时的感染机会^[10]。铜还能通过SOD催化反应清除自由基，保护机体细胞免受超氧阴离子的损伤^[39]。

5.2 人体的铜营养来源

食物补充依然是人体铜营养来源的重要形式。铜广泛存在于各种食物中，牡蛎、贝类以及坚果类等食物中铜的含量较高，动物的肝和肾、谷类胚芽部分、豆类等食物中次之，奶类和蔬菜类食物中最低^[39]。因此，饮食时应有针对性地食用虾、鱼、芝麻、蘑菇、黑木耳、黄豆、茄子、白菜等。

6 钼与人体健康及人体钼来源

6.1 钼在人体健康中的生理功能

钼虽然是发现较晚的一种微量元素，但与人体健康息息相关，不但是人体多种酶辅基的重要成分，其组成的辅酶因子钼酶复合物在氧化代谢中也发挥着极其重要的作用^[40]。目前，在生物体内发现的钼酶种类超过40种^[41]，在人体内主要有黄嘌呤脱氢酶/氧化酶、亚硫酸盐氧化酶等。钼酶通过钼辅因子参与调控人体内糖类、脂肪、蛋白质、含硫氨基酸、核酸及铁蛋白中铁等的代谢^[42]。钼通过催化尿酸、抗铜储铁和维持动脉弹性等作用来防止人体疾病的产生^[42-43]。据调查，低钼地区人群的心脏和主动脉中的钼含量明显低于不缺钼地区人群的；尸检也发现，心肌梗塞者心肌中的含钼量明显降低，心肌中含钼越少的部位，受损害的程度越严重^[44]。对克山病多发区的研究发现，克山病人群常常表现为体内缺硒且缺钼，可能与钼和硒在人体内有一系列耦连作用有关^[40]。克山病区甲状腺肿大的患者，病情随着钼的补充得到控制，证实了钼缺乏对甲状腺功能的影响^[45]。流行病学研究结果也显示，钼与食管癌、肝癌、直肠癌、宫颈癌和乳腺癌等的发生有一定关系，缺钼人群食管癌的发病率增高，食管癌高发区人群的血液、头发和尿中钼水平较低^[46]。

6.2 人体的钼营养来源

钼进入人体后主要以两种方式参与物质代谢过程：一种是以无机盐方式与营养物质相互络合；另一种是与蛋白结合，构成含钼酶的辅助因子，然后与各种钼酶的底物相结合，参与人体的各种生化反应^[47]。食物中的钼在人体中主要由消化道吸收，然后迅速进入血液中，进而通过血液运送至肝脏及全身。由于人体对钼的需求量很少，钼只有在安全摄入量范围内才对维持人体营养状态有意义，钼缺乏和蓄积对人体各系统功能均产生不同程度的影响^[45]。人体主要通过食物摄取钼，来源不同的食物中钼含量的差异较大。一般情况下，植物性食物以豆类及其制品中钼含量最丰富，动物性食物以海产品中钼含量最高，其次是动物的肝脏和肾脏^[48]。黄豆、绿豆、赤豆、蚕豆等豆类中钼的质量分数依次为7 660.9、5 451.1、2 708.5、4 202.8 μg/kg；猪肝、海参、鱿鱼、黑木耳、海带、紫菜中钼的质量分数依次为1 388.7、1 469.2、4 461.4、2 324.2、2 368.1、3 191.2 μg/kg；胡萝卜、西红柿、青椒、黄瓜等蔬菜中钼的质量分数在100 μg/kg以内，为典型的低含钼食物。因此，人们通过膳食来满足人体钼营养来源时，要有针对性地选择钼含量高的食物^[49]。

7 结语

综上所述，植物生长必需的微量营养元素铁、锰、硼、锌、铜、钼等与人体健康息息相关，科学研究也逐步证实了人体中的微量元素与地壳元素丰度呈正相关，这正是地壳元素由土壤-植物-动物-人体生物链传递的体现。随着人民生活水平的提高，近年来，土壤-植物营养-人体健康的基础研究、应用研究成为了地球物理学家、生理学家、土壤学家、农业化学(肥料)家、农学家、畜牧学家及医学、卫生学、营养学与环境科学领域关注的热点，以人体健康为导向，也势必会成为新时期微量元素产学研工作新的思路和着力点。

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