2.2　人体内的化学元素分类及其功能[1～4]

2.2.1　人体中化学元素的分类

存在于人体内的元素大致可分为必需元素（按其在体内的含量不同，又可分为常量元素和微量元素）、非必需元素和有毒（有害）元素三种。必需元素主要指以下四类：①生命过程的某一环节必需的元素；②生物体具有主动摄入并调节其体内分布和水平的元素；③存在于体内的生物活性化合物的有关元素；④缺乏该元素时会引起生化生理变化，当补充后又能恢复的元素。有20～30种普遍存在于组织中的元素，但没有时生命也可维持的元素，它们的浓度是变化的。它们的生物效应和作用还未被人们所认识，所以称它们为非必需元素。另外一些是能显著毒害机体的元素。如血液中非常低浓度的铅、镉或汞，对人体有害，就称为有毒或有害元素。

人体内大约含30多种元素，其中有11种为常量元素，如碳、氢、氧、氮、硫、磷、氯、钙、镁、钠、钾等，约占99.95%，其余0.05%为微量元素或超微量元素。活组织主要由碳、氢、氧和氮4种元素组成，这4种元素约占人体体重的96%。此外，体内还有少量磷。将人体内这5种元素的化合物烧掉后就会留下一些白灰，乃是无机盐的集合，大部分是骨骼的残留物。

2.2.2　人体内化学元素的功能

每一种必需元素在体内都有其合适的浓度范围（图2-1），超过或不足都不利于人体健康。例如，人们对碘的需求最小量为0.1mg/d，耐受量为1000mg/d，当大于10000mg/d时就会中毒。有时元素的过量可能比缺乏更令人担忧，因为某种元素的缺乏易于补充，而过量往往难以排除，或排除过程中会产生副作用。此外，人体中的每一种元素的生物效应还与它的存在状态和生物活性密切相关。另外，在生物体内还存在协同作用或拮抗作用，即一种元素促进或抑制另一种元素的生物学作用的现象。例如，铜可以促进、锌可以抑制镉的毒性和吸收。人体中一些主要元素及其功能见表2-2。

图2-1　必需元素生物功能-浓度关系

表2-2　人体中一些主要元素及其主要功能

人体中主要元素在人体内所起到的生理和生化作用，概述起来主要有以下几个方面：

①结构材料　无机元素中钙、磷构成硬组织，碳、氢、氧、氮、硫构成有机大分子结构材料，如多糖、蛋白质等。

②载体作用　人对某些元素和物质的吸收、输送以及它们在体内的传递等物质和能量的代谢过程，往往不是简单的扩散或渗透过程，而需要载体。金属离子或它们所形成的一些配合物在这个过程中担负重要作用。如含有Fe2+的血红蛋白对O2和CO2的运载作用等。

③激活作用　人体内约有1/4的酶的活性与金属离子有关。有的金属离子参与酶的固定组成，称为金属酶。有一些酶必须有金属离子存在时才能被激活以发挥它的催化功能，这些酶称为金属激活酶，金属离子充当了酶的激活剂。

④调节作用　体液主要是由水和溶解于其中的电解质所组成。生物体内大部分生理、生化活动是在体液中进行的，因此需要维持体液中水、电解质平衡和酸碱平衡等。存在于体液中的Na+、K+、Cl-等离子在调节体液的物理、化学特性方面发挥了重要作用。

⑤“信使”作用　生物体需要不断地协调机体内各种生物过程，这就要有各种传递信息的系统。细胞间的沟通即信号的传递需要接受器。化学信号的接受器是蛋白质。Ca2+作为细胞中功能最多的信使，它的主要受体是一种由很多氨基酸组成的单肽链蛋白质，称钙媒介蛋白质（相对分子质量为16700）。氨基酸中的羧基可与Ca2+结合。钙媒介蛋白质与Ca2+结合而被激活，活化后的蛋白质可调节多种酶的活力。因此Ca2+能激活多种酶起到传递生命信息的作用。