微量元素及检验课件.ppt

微量元素及其检验,检验科,生命科学中的微量元素是一门新兴的,由多学科相互渗透的边缘学科，它与化学，生物学，医药学、环境科学、地学、食品营养学等有着密切的关系，是当今国际科学界引人瞩目的崭新领域人的生，老，病，死是与生物分子如蛋白质、肽、脂类、多糖、核酸、激素和维生素等联系在一起的随着生命科学的发展，尤其是痕量分析技术的提高和生物医学成果的涌现，发现微量元素与上述生物分子的有机联系，它起着关键步骤的调控作用，其次，微量元素不象某些维生素能在人体内自行合成从这种意义上说，在人体所需的营养中，它们甚至比维生素更为重要微量元素主要来自饮食，空气和各种外源性物质，因此容易产生缺乏或过量积累人们希望，通过对微量元素与健康相关性及其内在联系的探索，在某些疾病，特别是微量元素缺乏、过量积累及失控等造成的疾病(包括某些地方病)的防治方面有所发现和改善在研究元素的化学形态，大分子结构和生化，生理机制的基础上，既注意它的营养，又避免其毒性，并与动物，植物，土壤，水源等周围环境统一起来进行考察人们相信，有朝一日能通过合理的食物组成维持生命的有机平衡和健康，从而使微量元素的研究给人类社会带来重大的效益显然，它展示着当代生命科学活跃的前沿和趋向。

微量元素的检验,一、微量元素的概述二、微量元素的检验三、几种重要的必需微量元素四、有害微量元素铅、 镉,1、微量元素（trace elements）的定义：含量占人体总重量万分之一（ 0.01% ）以下，每日需要量在100mg以下者称为微量元素（trace elements）2、微量元素可根据其生物学作用不同划分为必须的、无害的及有害的三类 Ⅰ必需微量元素：得到多数国际微量元素学术会议和世界卫生组织(WHO)公认，在人体或高等动物体内构成细胞或体液的特定生理成分，具有明显营养作用，人体生理过程中必不可少，缺乏该元素后产生特征性生化紊乱、病理变化及疾病，补充该元素能纠正特征性病理变化或治愈，称为必需微量元素目前人类必须的微量元素是铁（Fe）、锌（Zn）、铜（Cu）、锰（Mn）、钴（Co）、铬（Cr）、钼（Mo）、镍（Ni）、硒（Se）、碘（I）、钒（V）锡（Sn）、氟（F）、硅（Si）等14种 随着研究方法的进步和研究内容的不断深入，可能有其他更多的必须微量元素被发现Ⅱ无毒微量元素：凡未发现有营养作用，又无明显毒害作用的元素，称为无毒微量元素，如钡、钛、铌、锆等 Ⅲ有害微量元素：凡无营养作用，人体又对其缺乏精密调节机制，且在体内具有蓄积倾向和明显毒害作用的微量元素归入此类，有害的微量元素铋（Bi）、铍（Be）、镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）、 铝（Al）等。

由于微量元素在体内需要量极微，仅在很小的范围内波动，容易产生供应量不足或超量导致异常 任何一种必须微量元素的缺乏都会引起相应的功能异常而出现疾病，但这些必须微量元素在体内的含量超出正常需求量时，也会对机体产生毒害作用（下图描述了必须微量元素与生理功能之间关系的简单模式）,死亡区，为微量元素严重缺乏区，功能将受到严重破坏 缺乏区，代表微量元素稍缺乏区，即边缘性缺乏，由于其浓度低于临界浓度下限，则其功能遭到破坏 最佳区，代表安全与适宜的摄入量，即最适宜剂量范围，在这个范围内功能可正常调节，这就是微量元素正常发挥生物学作用所必需的浓度限区，即浓度阈值 毒性区，为微量元素稍过量区，由于其浓度超过临界浓度上限，其功能同样遭到破坏，产生边缘性中毒 致死区，为严重超重区，会产生严重中毒现象，甚至死亡必需元素含量与生理机能的关系,死亡区,,,缺乏区,,,,最佳区,,,毒性区,,致死区,组织内浓度或营养素的摄入,,生理机能,最佳浓度限区的大小是由元素的不同而改变的，也随着器官的不同而不同，其宽度是由 生物机体或体系的驻体恒定容量或体内的微量元素平衡所决定的前述曲线的右半部分，即剂量和毒性反应关系的部分了解的比较多，但对于曲线的左半部分则了解的比较少，因为微量元素在体内维持其必需性所需的浓度愈低，其必需性就愈不易被发觉和证实，因此，这需要更高级更精密的仪器设备和精密的实验设计，其正常浓度限区越小，则研究起来困难越大。

3、微量元素的一般的特性： 虽然许多微量元素的功能还未知，但一般的特性是已知的，包括微量元素的活性扩增、特性、动态平衡和相互作用 ⑴、活性扩增 对于整个器官的最佳状态只需要非常少量的微量元素的活性一种少量的微量元素缺乏（如铁）可以引起临床异常（贫血），这种异常与微量元素的量是不相称的微量元素活性扩增的基础是微量元素的组分，或与酶和激素的相互作用以调节大量生物化学基质代谢假如该基质也参与调节，其效果就更加扩增⑵、特性 基础微量元素在体内功能是特定的，它们不能被相似的化学元素所取代基础金属或元素与供电子原子如氮、硫和氧相互作用，这种相互作用要根据立体构象和结合物类型而定某些微量元素在多价状态是稳定的（如Fe、Cu、Mo），有生物氧化-还原功能，然而其他的只能在单一状态是稳定的（Zn2+、Ni2+），有更多构象或基质结合作用⑶、动态平衡 保证一个元素最佳体内分布的机制，不只是摄入的量构成元素动态平衡系统，应包括吸收、贮存和排泄虽然，微量元素吸收过程的许多细节仍然在讨论，一种微量元素在肠道和相关组织的浓度增高，其吸收率降低大多数微量元素的排泄途径是经粪便排除粪便排泄反映饮食摄入和动态平衡机理，如胃肠道吸收和内源性金属分泌进入肠道。

相对少量的微量元素经尿排除，但卤化物（碘和氟）、硒、铬、硼能有效地通过尿排除微量元素通过其他途径丢失，如头发、指甲、皮肤细胞脱落，以及出汗，丢失量相对较少一些微量金属从体表丢失，如部分Zn、Se、和Fe在天热或在应激情况下发生丢失⑷相互作用 某些微量元素之间还会相互影响，一种微量元素含量过量会影响其他微量元素的利用一种引起中毒的微量元素可以被其他“保护性”微量元素所缓解如食物中锌含量过高会干扰消化道对铜的吸收，此时尽管食物中铜的含量正常也会产生铜的缺乏；已知铜的长期缺乏会导致铁缺乏和贫血在化学类型与钼相似的元素钨，同时大量给药时钼缺乏出现更早毒性元素的相互作用包括：镉的潴留增加，铅与铁缺乏相关，硒有对抗镉和汞毒性的保护效应Cu 与 Fe：,Fe 与 Zn：,铜参与造血过程，主要影响铁的吸收、运送和利用铜可以促进无机铁变为有机铁，、由三价铁变为二价铁，因而促进铁的吸收和利用，缺铜亦可引起贫血相互拮抗动物实验表明：过量锌的摄入可抑制铁的 吸收和利用，同样铁对锌的吸收利用亦有抑制作用但铁以血红素形式加入即使Fe/Zn＝3：1也不影响锌的吸收，提示它们间的作用可能与存在状态有关Fe与 Mn：,Cu 与 Zn：,有相似的电子轨道 构型和配位数，它们间既能相互干扰彼此在消化道的吸收过程，又能协同造血，协同生血。

锰与造血有关，贫血的人血锰低缺铁可使锰的吸收增加，高铁可抑制锰的吸收和利用相互拮抗；大量锌的摄入可抑制机体对铜的吸收，大量锌会拮抗铜的生理作用，如铜的缺乏，相反，铜对锌的影响不大微量元素对人体各种生命活动的影响： 1、促进机体的生长发育 已发现铁、铜、锌、锰、钴及碘等均能促进机体的生长发育这些元素作为体内重要的酶和激素的组成成分，缺乏任何一种均能引起生长停滞适当补充缺乏的元素则能促进机体恢复正常状态 2、对神经系统结构和功能的影响 铁、碘、锌、铜、锂、钴及锰等元素与中枢神经系统的正常结构和功能关系密切，缺乏时导致功能和结构的异常，表现为智力低下这些元素的过量摄入则引起毒性反应或病变如铜、锰过多时可引起脑底和神经节的广泛病变过量的铜、铁、铅则和精神病发病有关3、内分泌系统的影响 关系密切而复杂，多种微量元素过多或缺乏均能引起某些内分泌功能失常如铜的缺乏可影响到垂体、肾上腺皮质及性腺的内分泌功能，而铜过高则可引起排卵异常导致不孕此外，铁、镍、锌、锰、铬等元素的过量或不足也可影响内分泌功能4、对免疫系统的影响 某些微量元素直接参与人体免疫功能，如铁、铜、锌等，缺乏时可降低机体免疫力。

当机体感染后，通过激素等调节途径可改变微量元素的含量及分布状态，以增强机体防御机能5、对心血管疾病及创伤的影响 实验研究证明，适量的铬、锌、锰、硒等元素有利于心血管的结构和功能食物中锌/镉比值的大小则与高血压的发生和预后有密切关系多种微量元素对机体核酸及蛋白质生物合成产生影响，由此进一步影响到细胞的分裂和增殖，故这些微量元素与机体创伤愈合和疾病恢复有关 6、对肿瘤发生、发展的影响 大量流行病学资料显示，微量元素与肿瘤的发生、发展有密切关系如过量的镍、铁、铜、锌、铬、砷、镉等均已被证实具有致癌作用 7、对胚胎及胎儿发育的影响 缺乏人体必须微量元素如锌、铜、碘等可影响胚胎及胎儿的正常分化和发育，导致先天畸形而其他多种非必须微量元素及有害的微量元素则对 胚胎的正常分化、发育和形成产生有害影响，导致畸形的产生二、微量元素检测微量元素在人体中起着极其重要的作用，与人的生存和健康息息相关，它们的摄入过量或缺乏都会不同程度地引起人体生理的异常或发生疾病通过对微量元素的测验，可以预知身体状况，是经济、科学的健康检测方法之一钙、铁、锌、镁、铜、铅和镉七种元素在人体中尤其重要的元素，应该定期检验血中的这些元素。

以下几类人群应定期进行微量元素检测：第一类人群是少年儿童因快速生长发育，消耗较大，补充不足，饮食结构不合理，厌食、偏食、易生病等原因，易缺乏微量元素第二类人群是孕妇及哺乳期妇女因胎儿快速生长发育，消耗量较大，孕妇由于妊娠反应也往往会导致摄入不足等原因，易缺乏微量元素第三类人群是免疫力低下者及中老年人因免疫力低下、胃肠吸收功能下降，且易患慢性消耗性疾病等原因，易缺乏微量元素 第四类人群是有害的微量元素铅，镉等摄入过多，造成中毒性损害注意：采样时要防污染既往将耳垂和指尖取血称毛细管采血，实为小动脉、毛细管和小静脉血及组织液的混合，国外文献都改称“皮肤针刺血”（Skin Puncture Blood）耳垂和指尖采血的差异已为临床所熟知，我国逐步摒弃耳垂采血目前，各仪器厂家在技术上都可以实现微量血检测，可是卫生部的标准要求在采样时还是要采静脉血，这样做有如下优点：①尽可能防止皮肤表面污染和组织液渗入②测试结果异常可及时复查③符合卫生部的标准，避免医疗纠纷采血时要彻底清洁静脉穿刺部位的皮肤,使用无铅注射器、试管、抗凝剂等;采血后要充分混匀、完全抗凝等1、传统的微量元素检测的方法目前可用于人体微量元素检测的方法有：同位素稀释质谱法（ID—MS）、分子光谱法、原子发射光谱法、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱分析法、中子活化分析法（NAA）、生化法、电化学分析法等。

但在临床医学上广泛应用的方法主要为生化法、电化学分析法、原子吸收光谱法这几种 下面简单介绍一下生化法、电化学分析法这两种检验方法的主要特点：,1、生化法（锌原卟啉法、双硫腙法、其它比色法等）的特点： (1) 用血量较大 (2) 需要前处理，操作复杂，澄清血清耗时长 (3) 检测血清，而血清受近期饮食等因素影响极大，从而使数据缺乏客观准确性 (4) 试剂成本较高 (5) 检测元素种类受限制 (6) 灵敏度达不到临床检测的要求 (7) 重复性差,2、电化学分析法的特点： （目前尚有部分医院和非正规医疗机构采用，常称之为电位溶出法或溶出伏安法等） (1) 仪器价格较低 (2) 可以用于痕量的测量，但误差较大 (3) 测定多种元素时，重复性差 (4) 对环境和实验人员污染严重 (5) 很难将保养到最佳条件 (6) 前处理极其繁杂耗时 (7) 整个实验很难控制，结果非常不稳定 虽然上述的两种方法均可以在临床测定人体微量元素中应用，但由于其自身的种种弊端，已基本被现代更先进、更准确的方法所取代其中应用最为广泛的是原子吸收光谱法二、原子吸收光谱分析法的介绍所谓原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectroscopy ) 又称为原子吸收分光光度法，通常简称原子吸收法（AAS），其基本原理为：从空心阴极灯或光源中发射出一束特定波长的入射光，在原子化器中待测元素的基态原子蒸汽对其产生吸收，未被吸收的部分透射过去。

通过测定吸收特定波长的光量大小，来求出待测元素的含量原子吸收光谱分析法的定量关系可用郎伯-比耳定律，A-abc来表示a式中，A是吸收度，a是吸光系数，b是吸收池光路长度，c是被测样品浓度该法具有灵敏度高、精确高;选择性好、干扰少;速度快，易于实现自动化;可测元素多、范围广;结构简单、成本低等特点，也正因为如此，该法的发展也相当迅速 。