在生物组织中的化学元素其正常含量如仅占体重的0.01%，称为微量元素。人体每天所需要的各种微量元素分别为50μg～18mg，微量元素各有各的特殊功能，是生命不可缺少的。根据微量元素在体内的作用，可分为必需微量元素和非必需微量元素。目前已被认识到的人体必需的微量元素有14种： 铁、碘、铜、锌、锰、钴、钼、硒、铬、镍、氟、钒、硅和砷。很可能随着实验技术的进一步发展，又有其他元素加入此行列中。这些微量元素与人体健康有密切的关系。

必需微量元素 必需微量元素狭义的定义是维持人类生长、发育、生命活动不可缺少的元素;广义的定义是这种元素在长期摄取量不足时，会使机体某一功能降低或受损，当补充该元素使其达到生理需要量时，有预防或修复这一损伤的作用，则此种元素称为必需微量元素。其生理功能有： ①帮助将普通元素运到全身。如铁是血红蛋白的一个重要部分，血红蛋白在体内能将氧带到每一个细胞中去。②在酶系统中起着特异的活化中心作用，大多数的酶都含有一个或几个微量金属原子。如过氧化氢酶中含有铁离子，碳酸酐酶分子中含有锌离子，酪氨酸酶分子中含有铜离子等。当酶分子中失去微量金属原子时，酶的活力就下降或丧失。③帮助机体的激素发挥效用。微量元素浓度的增减可对下丘脑一垂体前叶一靶腺体轴产生影响。如碘对甲状腺素的合成以及抑制其释放有重要作用。④微量元素可能与致畸有关，核酸是遗传信息的携带者，它含有很多微量元素。初步证实，这些微量元素的不足或过量能影响核酸的代谢作用，与畸胎的发生有关。⑤微量元素是某些维生素的组成成分，如钴是维生素B12的重要成份。⑥微量元素与肿瘤的发生有关。如人体缺碘时，可引起单纯性甲状腺肿，甲状腺肿易转化为甲状腺肿瘤。因甲状腺机能低下时，通过反馈机理可使过量的垂体促甲状腺激素不断作用，结果导致甲状腺组织增生及发生肿瘤。

人体对每一种元素都有一个安全和适宜的需要量范围，在此范围内，通过体内的调节作用，使组织浓度和功能维持在最佳状态; 超过这一范围，就对机体有潜在毒性。美国国家科学院食品与营养委员会1980年订出9种微量元素的每日膳食中供给的推荐量(表1)。

表1 成年人每日膳食中微量元素的安全适宜摄取量

(1) 铁： 铁主要是血红蛋白的组成成分，此外，还存在于细胞色素酶、过氧化氢酶和过氧化物酶内。它在机体中参与氧的转运、交换和组织呼吸过程，如果铁的携氧能力被阻断，或铁的数量不足，可对机体发生缺铁性或营养性贫血。

(2)锌： 锌是很多金属酶的组成成分或酶的激活剂，已知锌可同59种酶结合，如碱性磷酸酶、醇脱氢酶、碳酸酐酶、乳酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、胸腺嘧啶核苷激酶及羧肽酶等。当锌缺乏时，很多酶的活性受到抑制。许多研究表明，锌是RNA聚合酶和DNA聚合酶呈现活性所必需的元素。锌还能协助葡萄糖在细胞膜上转运。锌缺乏时，可致生长停滞，少年期性不发育，特发性味觉减退和创伤愈合不良等。摄入过量锌，可引起发热、恶心呕吐、腹泻、生长不良、贫血等。

(3) 铜： 铜为体内很多金属酶的组成成分。如血浆铜蓝蛋白是一种多功能氧化酶，其重要作用之一是催化Fe2+氧化成为Fe3+，以利于铁的吸收。机体缺铜时，表现为： ①贫血和生长停滞。②结缔组织形成损害，由于单胺氧化酶(一种含铜酶)活力下降所致，弹性组织不正常可产生主动脉或其它大血管破裂。③毛发失色症及白化病。这是由于酪氨酸酶的完全缺乏。④Menkes综合症(“卷发”症)。与先天性铜吸收缺陷有关，是婴儿的一种进行性脑病，病变影响中枢神经系统，在这种病人的脑组织中，含铜酶和细胞色素C氧化酶基本消失。

(4) 锰： ①锰与多糖聚合酶及半乳糖转移酶的活力有关，此两种酶的活力对于形成粘多糖并对形成骨基质非常重要。因此，锰缺乏时可致动物骨胳畸形。②锰是二羟甲戊酸激酶发挥催化作用不可缺少的因素，而此种酶又是胆固醇合成所必需的，所以，缺锰时胆固醇生物合成减少，以致性激素缺乏，而有生殖机能紊乱的现象。③锰可能与DNA、RNA和蛋白质的生物合成有关，所以锰缺乏时，可引起生长停滞。④锰有使血糖降低的现象。

(5)铬： 只有三价铬具有生物学功能。铬有维持胰岛素发挥正常功能的作用，它可通过胰岛素影响机体葡萄糖耐量以及氨基酸在体内的转运。铬和脂肪代谢也有明

表2 必需微量元素的功能和缺乏病体征

(录自： Mertz W： 必需微量元素，《国外医学卫生学分册》25，1984)

显关系，它可使血清胆固醇降低。

(6) 硒： 已知生物界有三种酶催化反应需要有硒参加，即细菌中的甲酸盐脱氢酶、梭状芽胞杆菌的甘氨酸还原酶和红细胞的谷胱甘肽过氧化物酶。对动物来说，硒主要是以谷胱甘肽过氧化物酶形式发挥抗氧化作用，以保护细胞膜。灵长类动物缺硒，可引起体重下降，毛发稀少，肝、肾坏死，心肌、骨胳肌变性，甚至死亡。硒可引起某些动物疾病和地方病，如牛、羊的白肌病和猪膳食性肝坏死等。经过我国有关单位的深入研究，认为克山病和大骨节病也与缺硒有关。

(7) 钴： 钴必须以氰基钴胺(维生素B₁₂)的特殊结合形式供给人体，才能有效地发挥生理作用。钴可促进血液中网织红细胞的形成，加速红细胞的再生，缺钴可发生贫血，也会影响甲状腺机能，使地方性甲状腺肿发病率增加。

人类本身不能合成维生素B₁₂，只有反刍类动物可以利用饲料中的钴，借助瘤胃中微生物的作用，将其转变成维生素B₁₂，在瘤胃中吸收。人类则在生物链中得到维生素B₁₂。

(8) 钼： 钼与黄嘌呤氧化酶的活性有关，对于许多能量交换过程是必需的，故缺钼会引起生长不良。此外，钼与醛氧化酶和亚硫酸氧化酶的活性亦有关，在高钼地区生长的儿童，其龋齿病少于对照区的儿童，这对进一步研究龋齿的病因有一定的意义。钼还与铜的吸收有密切的关系，在家畜中已证明钼和铜在硫酸盐存在时可以互相影响其吸收。

(9) 氟： 氟能预防龋齿是因为它能取代珐琅质中一部分羟磷灰石的羟基，形成不易溶于酸的结晶，因而可增强对口腔微生物形成的酸的抵抗力，不易被侵蚀造成龋齿。但摄入氟量过多，可引起氟病(见“地方性氟病”条)，牙齿珐琅质被破坏，牙齿表面原有光泽逐渐消失，出现灰色斑点，即氟斑牙症。长期摄入过量的氟还可出现骨胳和肾脏的损害。

(10)碘： 参与合成甲状腺素，甲状腺素是一种调节细胞内产生能量的激素。这种激素对于生长、智力发育和个性等许多方面的发育都是必要的，当机体缺碘时，甲状腺就会增生、肿大以期加强功能，于是引起颈部的典型肿大称为甲状腺肿，严重缺碘还会妨碍儿童身体和智力的发育(见“地方性甲状腺肿”条)。

(11)镍： 近年来才认为镍为必需的微量元素。它在体内能活化许多酶，包括精氨酸酶、脱氧核糖核酸酶等。镍可能在RNA、DNA和蛋白质结构或功能方面起作用，与核酸的稳定性及脂肪代谢有关。

(12)钒： 钒缺乏可导致动物生长缓慢，鸡的羽毛生长显著减少。有关钒的生理作用了解得还不多，钒可能是一种或几种酶或催化反应中的一种重要辅助因素。药理水平的钒可影响胆固醇的代谢，使胆固醇的生物合成作用减弱，但这种作用似乎仅与青年人有关，而对老年人不产生此作用。钒在骨的代谢或形成方面有一定的功能，在钒缺乏的动物中发现有异常骨的生长。

(13)硅： 硅对禽类羽毛和骨胳的正常发育是不可少的。它存在于骨和其它结缔组织中，缺硅会出现瘦腿骨，并影响羽毛和骨胳的发育。

(14)砷： 现认为砷亦属人体必需的微量元素，它参与一些含有磷酸盐的化学反应，砷广泛存在于地壳和生物体，因此在一般情况下人体不会缺砷。

非必需的微量元素 不具有特殊生理功能的微量元素称为非必需的微量元素。其中无毒性的非必需微量元素有钡、锆、铌、铋、锂、银、钛等，有潜在毒性的非必需微量元素有镓、锗、镉、铟、锑、碲、汞、铅、铍、铊、钍、铀、钋、镭等。

有人模拟人体组织中的浓度，给大鼠长期饲以低剂量的铅，发现其寿命缩短20%。还有一些微量元素与致癌有关，如砷、铍、镉、铬、钴、铅、镍等。

人体中微量元素与环境有着密切的关系，环境中固有化学元素主要通过食物、空气、水进入人体，而水和植物中的含量和地壳化学成分又有密切的联系。当地壳中元素分布呈明显的不均衡性时，生物体内也会呈现出不均衡状态，这种状态如果超出了人类所能适应的正常变动范围，就可能发生地方病(见“生物地球化学性疾病”条)。

除了地质性因素之外，许多元素还往往通过环境的污染而进入人体，而使机体出现急性或慢性中毒，甚至成为潜在的有害物质(见“重金属污染”条)。