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夏弈明中国预防医学科学院营养与食品卫生研究所 北京100050

　　微量元素营养作为生物和医学领域中的一个独立分支,可能是近50年才逐渐形成的。它的进展是与近代科技飞速发展分不开的。特别是尖端物理和化学分析手段的建立，为生物样品中含量极微的无机元素的生物学作用研究奠定了基础。

　　自然界中天然存在的元素在生物体内几乎都可以找到。按其在体内的含量，以占体重1／万为界，分为常量元素和微量元素两类。已知常量元素有碳、氢、氧、氮、磷、硫、氯、钾、钠、钙、镁等11种，其余均为微量元素。1990年FAO／IAEA／WHO人体营养专家委员会提出，在组织中浓度不超过250mg/g的为微量元素。另外，按其生物学作用又分为必需和非必需元素两类。

必需微量元素的发现
　　元素的必需性一直没有明确的定义，但广泛接受的含义是：维持生命和机体正常生理活动所必需的。1972年美国W.Mertz 提出了３条判别元素必需性的标准和办法：1）该元素长期摄入不足会导致生理功能损伤；2）补充该元素达生理水平，即可预防或治愈这种损伤；3）有一个以上相互独立的研究报告和一个以上动物品种的证明。

　　发现必需微量元素的证据基本上可分为３类。第１类必需性的证据来自于天然发生的缺乏病。如1832年Frodisch报告黄萎病患者血中铁含量低于正常人；1850年法国A.Chatin报告甲状腺肿发生与缺碘有关；1935年澳大利亚E. J. Underwood 和J.F.Filmer报告钴缺乏是牛羊消瘦病的病因；1961年伊朗报告儿童锌缺乏；1979年中国报告硒缺乏是克山病发生的基本因素。第2类必需性的证据是用缺乏某元素的天然或纯化饲料造成的动物缺乏模型。如1928年美国E.B Hart和C.A.Elvehjem证明铜是大鼠和家兔必需的；1931年又证明锰是大鼠和小鼠必需的；1953年D.A.Richert报告钼是大鼠必需的；1957年德国 K.Schwarz和C.M.Foltz证明硒是大鼠必需的；1959年德国K.Schwarz和 W.Mertz证明铬是大鼠必需的。第3类必需性的证据是在德国J.C.Smith和K.Schwarz 发明了塑料隔离器技术后，在严格控制环境污染的纯净条件下造成的动物缺乏模型。由此Schwarz实验室在1970～1972年间连续证明锡、镍、矾、硅、氟为大鼠等动物必需。之后，1974～1991年间 K.Schwarz 、F.H.Neilson和 M.Anke 等分别证明铅、砷、镉、锂、硼、溴是动物必需的。

　　1973年WHO专家委员会按上述判别标准，将当时已发现的14种微量元素确定为动物必需的，并提出了其日摄入量范围。

微量元素营养研究思路的扩展更新
　　70年代以来，微量元素研究技术有了很大的进步。如原子吸收技术灵敏度提高；中子活化分析和同位素稀释质谱法出现；生物参考材料质控的应用；超纯实验室的建立等极大地推动了微量元素研究。

　　基于膳食中单个元素缺乏对健康的影响来证明它的必需性是微量元素研究的基本思路之一。但与此同时，新的研究思路也逐渐形成融入。首先，在对单个元素进行分析的同时，也考虑膳食中影响其吸收利用的各组分间的相互作用以及元素与机体营养状态的体内平衡调节关系。其次，以往将元素武断地分为必需和有毒两类似不恰当，现在认识到任何营养素包括微量元素在内均有剂量-反应关系（Bertrand曲线)，摄入（接触）量是元素生物效应的关键。再者，用短期缺乏实验确定元素需要量时，也应注意元素对人体健康各个方面的长期影响。

必需微量元素的定义
　　由于微量元素必需性的定义一直不明确，不同作者有不同的看法，因此造成文献中必需微量元素数目其说不一的局面。1990年FAO／IAEA／WHO联合组织了人体营养专家委员会，根据1973年以来研究技术的发展和研究思路的扩展，讨论提出了必需微量元素的定义。即若该元素的摄入量减少到低于某一限值，总会导致一种重要生理功能的损伤；或该元素是机体内生物活性物质有机结构的必需组分。专家委员会还强调，一种元素在一个动物种属中证明是必需的，并不能推断为对另一种动物或人也必需，也即要单独一一证明。基于以上定义，专家委员会将目前在人体中已研究的微量元素分为三类：第一类为人体必需微量元素，它们是碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴、铁；第二类为人体可能必需的，它们是锰、硅、镍、硼、矾；第三类为有潜在毒性的元素，但低剂量时可能具有必需功能，它们是氟、铅、镉、汞、砷、铝、锂、锡。随着研究的深入，将会发现更多的微量元素是人体必需的。

微量元素营养重要性和研究内容
　　微量元素营养的重要性在于微量元素与人体健康密切相关。摄入缺乏或过多均会影响人体正常生理活动。除了与其它营养素相同的原因外（如食物品种单调或偏食、食物加工不合理、吸收利用率低等），环境地理因素也会造成必需微量元素缺乏或过多。因此，从微量元素与人类有关疾病关系考虑，又可将微量元素分为营养缺乏型和生物地球化学型两类。营养缺乏型的元素多为阳离子。它们在食物中的生物利用率较低，如谷物中锌、铁和铬的生物利用率仅分别为20%～30％、1％～2％与0.2％～0.5％。因此，这些阳离子元素不大有膳食中毒的可能性，但在以谷物和蔬菜为主要膳食来源的人群中却易发生缺乏。生物地球化学型的元素多为阴离子，如碘、氟、硒、钼等。它们的吸收率较高，因此，它们会通过食物和水受土壤中分布不均匀（缺乏或过多）的影响而导致人体和动物出现缺乏或中毒症状。

　　微量元素营养研究主要侧重三个方面。其一，为微量元素生物学功能研究，包括它们的生物活性形式；不同化学形式的代谢、生物利用率及影响因素；以及与人类健康关系的研究。其二，为微量元素安全摄入量范围研究，即最低需要量、生理需要量和最高安全摄入量研究。要考虑不同正常生理状况（儿童、老人、孕妇乳母等）和病理状况人体差异。其三，微量元素方法学研究和应用，包括质控参考物质和灵敏的物理化学分析方法的建立和改进，以及细胞生物学和分子生物学方法的应用。

参考文献

1.MertzW. Essential trace metals: new definitions basedon new paradigms. Nutrition Reviews, 1993,51; 287-295.

2.MertzW. The history of the discovery of the essential trace elements, In: Anke M, Meissner D and MillsCFeds. Proceedings of the 8th international symposiumon trace elements in men and animals,Verlag Media Touristik ,1993:22-28.

3.WHO Expert committee. Trace Elenents in Human Nutrition. WHO Tech. Rep. Ser. No.532,1973

4.In: Joint FAO/WHO/IAEA Expert consultation, Trace elements in human nutrition and health, Geneva:WHO,1996.