2.2　人體內的化學元素分類及其功能[1～4]

2.2.1　人體中化學元素的分類

存在于人體內的元素大致可分為必需元素（按其在體內的含量不同，又可分為常量元素和微量元素）、非必需元素和有毒（有害）元素三種。必需元素主要指以下四類：①生命過程的某一環節必需的元素；②生物體具有主動攝入并調節其體內分布和水平的元素；③存在于體內的生物活性化合物的有關元素；④缺乏該元素時會引起生化生理變化，當補充后又能恢復的元素。有20～30種普遍存在于組織中的元素，但沒有時生命也可維持的元素，它們的濃度是變化的。它們的生物效應和作用還未被人們所認識，所以稱它們為非必需元素。另外一些是能顯著毒害機體的元素。如血液中非常低濃度的鉛、鎘或汞，對人體有害，就稱為有毒或有害元素。

人體內大約含30多種元素，其中有11種為常量元素，如碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯、鈣、鎂、鈉、鉀等，約占99.95%，其余0.05%為微量元素或超微量元素。活組織主要由碳、氫、氧和氮4種元素組成，這4種元素約占人體體重的96%。此外，體內還有少量磷。將人體內這5種元素的化合物燒掉后就會留下一些白灰，乃是無機鹽的集合，大部分是骨骼的殘留物。

2.2.2　人體內化學元素的功能

每一種必需元素在體內都有其合適的濃度范圍（圖2-1），超過或不足都不利于人體健康。例如，人們對碘的需求最小量為0.1mg/d，耐受量為1000mg/d，當大于10000mg/d時就會中毒。有時元素的過量可能比缺乏更令人擔憂，因為某種元素的缺乏易于補充，而過量往往難以排除，或排除過程中會產生副作用。此外，人體中的每一種元素的生物效應還與它的存在狀態和生物活性密切相關。另外，在生物體內還存在協同作用或拮抗作用，即一種元素促進或抑制另一種元素的生物學作用的現象。例如，銅可以促進、鋅可以抑制鎘的毒性和吸收。人體中一些主要元素及其功能見表2-2。

人體中主要元素在人體內所起到的生理和生化作用，概述起來主要有以下幾個方面：

①結構材料　無機元素中鈣、磷構成硬組織，碳、氫、氧、氮、硫構成有機大分子結構材料，如多糖、蛋白質等。

②載體作用　人對某些元素和物質的吸收、輸送以及它們在體內的傳遞等物質和能量的代謝過程，往往不是簡單的擴散或滲透過程，而需要載體。金屬離子或它們所形成的一些配合物在這個過程中擔負重要作用。如含有Fe2+的血紅蛋白對O2和CO2的運載作用等。

③激活作用　人體內約有1/4的酶的活性與金屬離子有關。有的金屬離子參與酶的固定組成，稱為金屬酶。有一些酶必須有金屬離子存在時才能被激活以發揮它的催化功能，這些酶稱為金屬激活酶，金屬離子充當了酶的激活劑。

④調節作用　體液主要是由水和溶解于其中的電解質所組成。生物體內大部分生理、生化活動是在體液中進行的，因此需要維持體液中水、電解質平衡和酸堿平衡等。存在于體液中的Na+、K+、Cl-等離子在調節體液的物理、化學特性方面發揮了重要作用。

⑤“信使”作用　生物體需要不斷地協調機體內各種生物過程，這就要有各種傳遞信息的系統。細胞間的溝通即信號的傳遞需要接受器?；瘜W信號的接受器是蛋白質。Ca2+作為細胞中功能最多的信使，它的主要受體是一種由很多氨基酸組成的單肽鏈蛋白質，稱鈣媒介蛋白質（相對分子質量為16700）。氨基酸中的羧基可與Ca2+結合。鈣媒介蛋白質與Ca2+結合而被激活，活化后的蛋白質可調節多種酶的活力。因此Ca2+能激活多種酶起到傳遞生命信息的作用。