二、微量元素
一般把含量占人体体重0.01％以下的元素称微量元素。微量元素与人的生长、发育、营养、健康、疾病、衰老等生理过程关系密切，是重要的营养素。人体必需微量元素的生理功能表现为：①酶和维生素必需的活性因子；②构成某些激素或参与激素的作用；③参与核酸代谢；④协助常量元素发挥作用。
1990年FAO/IAEA/WHO三个国际组织的专家委员会重新界定了必需微量元素的定义，按其生物学作用分为三类：①人体必需微量元素，共8种，包括碘、锌、硒、铜、钼、铬、钴和铁；②人体可能必需的元素，共5种，包括锰、硅、硼、钒和镍；③具有潜在的毒性，但在低剂量时，可能具有人体必需功能的微量元素，包括氟、铅、镉、汞、砷、铝和锡7种。
（一）铁
由于铁是血红素（heme）分子的组分，在氧和电子的输送中起着核心作用。因此，它对高级形式的生命是必需的，也是人体最重要的营养素之一。和其他微量元素相比，它对人的生命和健康具有更直接更敏感的影响。
1.铁在人体内的含量、分布和功能
人体内含铁量随体重、血红蛋白浓度、性别而异。成年男子每公斤体重平均约含50mg，成年女子则为35mg。
体内的铁按其功能可分为必需与非必需两部分。必需部分占体内铁总量的70％，存在于血红蛋白、肌红蛋白、血红素酶类（细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶）、辅助因子和运输铁中。非必需部分则作为体内的储备铁，主要以铁蛋白和含铁血黄素的形式存在于肝、脾和骨髓中。
铁在体内的生理功能主要是作为血红蛋白、肌红蛋白、细胞色素等的组成部分参与体内氧的运送和组织呼吸过程。血红蛋白能与氧可逆地结合，当血液流经氧分压较高的肺泡时，血红蛋白能与氧结合成氧合血红蛋白；而当血液流经氧分压较低的组织时，氧合血红蛋白又离解成血红蛋白和氧，从而完成把氧从肺泡送至组织的任务。肌红蛋白能在组织内储存氧，细胞色素能在细胞呼吸过程中起转运电子的作用。
2.铁的吸收
食物中的铁主要是三价铁，须在胃中经过胃酸的作用使之游离，并还原成二价铁后才能为肠黏膜所吸收。吸收部位主要在十二指肠和空肠。
铁在体内可被反复利用。一般情况下，铁损失很少，除肠道分泌和皮肤、消化道与尿道上皮细胞脱落可损失一定数量（平均每日不超过1mg）外，几乎不存在其他途径的损失。因此，只要从食物中吸收的铁能弥补这些损失，机体对铁的需要就能够得到满足。妇女因经期失血，孕妇需将铁转移给胎儿，故应适当增加铁的供给量。
膳食中铁的吸收率平均约为10％。但各种食物间有很大的差异，动物性食品铁的吸收率一般高于植物性食品，例如牛肉为22％、牛肝为14％～16％、鱼肉为11％，而玉米、大米、大豆、小麦的铁吸收率只有1％～5％。所以，如果膳食中植物性食品较多时，铁的吸收率就可能不到10％。鸡蛋的铁的吸收率低于其他动物性食品，在10％以下。
食物中有些成分，如维生素C、胱氨酸、半胱氨酸、赖氨酸、组氨酸、葡萄糖、果糖、柠檬酸、琥珀酸、脂肪酸、肌苷、山梨酸等能与铁螯合成小分子可溶性单体，阻止铁的沉淀，因而有利于铁的吸收。其中维生素C除了能与铁螯合以促进铁的吸收外，作为还原性物质，它可在肠道内将三价铁还原为二价铁从而促进铁的吸收。必须指出，维生素C应与含铁的膳食同时摄入，才能促进膳食中铁的吸收。铁剂和燕麦粥共食时，同时摄入25mg维生素C，可使铁的吸收率增加2倍。
食物中另有一些成分可妨碍铁吸收，如茶叶所含的鞣酸在肠内与铁形成难溶性的复合物，以致妨碍铁的吸收。
铁的吸收也受体内铁的需要程度的影响，如缺铁、患血色病、妊娠的后半期和红细胞生成作用受刺激时，铁的吸收增加；而铁负荷过量和红细胞生成受抑制时吸收减少。
3.铁的每日需要量和来源
我国营养学会1988年修订的标准中，每日膳食中铁的供应量为：初生～12个月婴儿10mg，1岁以上不足10岁的儿童为10mg，10岁以上不足13岁的儿童为12mg，13岁以上至不足18岁的少年男子为15mg，少年女子为18mg，18～40岁成年男子为12mg，成年女子为18mg，孕妇和乳母为20mg。
动物性食品如肝脏、瘦猪肉、牛羊肉不仅含铁丰富而且吸收率很高，但鸡蛋和牛乳的铁吸收率低。植物性食物中则以黄豆和小油菜、芹菜、鸡毛菜、萝卜缨、毛豆等铁的含量较高，其中黄豆的铁不仅含量较高且吸收率也较高，是铁的良好来源。
用铁质烹调用具烹调食物可显著增加膳食中铁含量，用铝或不锈钢取代铁的烹调用具就会使膳食中铁的含量减少。
4.铁缺乏和铁中毒
（1）铁缺乏症 铁缺乏常见于婴幼儿、青春期女青年、孕妇及乳母。缺铁时血液中血红细胞数量及血红蛋白含量减少，导致缺铁性贫血。其主要症状是皮肤黏膜苍白，头晕，对寒冷过敏，体质虚弱，记忆力减弱，工作能力下降。缺铁性贫血仅仅是缺铁对身体的影响之一。缺铁还可对人体的其他系统产生影响。如神经系统缺铁，可能影响神经传导而使儿童出现智力降低和行为障碍。肌肉缺铁，可能使肌肉代谢特别是α-甘油磷酸脱氢酶活力异常，从而使肌肉活动能力降低。
铁缺乏可采取下述措施：
①改进膳食组成，增加含铁丰富及其吸收较高的食品，如肉类和大豆类食品。
②增加膳食中的维生素C，并使与含铁食物同时摄入，以提高膳食中铁的吸收与利用。
③合理地有计划地发展铁强化食品，尤其是婴儿食品。如铁强化的乳粉和代乳糕等。使用铁质烹调用具对膳食起着一定程度强化铁的作用。
（2）铁中毒症 铁中毒可分为急性和慢性，急性中毒常见于过量误服铁剂，尤其常见于儿童。主要症状为消化道出血，死亡率很高。慢性铁中毒或称负荷过多，可发生于消化道吸收的铁过多和肠外输入过多的铁。
（二）锌
1.锌在人体内的分布和代谢
成人体内含锌约2～3g，存在于所有组织中，3％～5％在白细胞中，其余在血浆中。头发含锌量约为125～250μg/g，其量可反映人体锌的营养状况。锌主要在小肠内吸收，先与来自胰脏的一种小分子量的能与锌结合的配体结合，进入小肠黏膜，然后和血浆中的白蛋白或运铁蛋白结合。
人们平均每天从膳食中摄入约10～15mg的锌，吸收率一般为20％～30％。锌的吸收率可受食物中的含磷化合物植酸影响，植酸与锌可生成不易溶解的植酸锌复合物而下降。植酸锌还可与钙进一步生成更不易溶解的植酸锌-钙复合物，使锌的吸收率进一步下降。纤维素也可影响锌的吸收，植物性食物锌的吸收率低于动物性食物，这与其含有纤维素和植酸有关。锌的吸收率还部分地决定于锌的营养状况。体内锌缺乏时，吸收率增高。
吸收的锌，经代谢后主要通过胰脏的分泌而由肠道排出，只有小部分（每天约0.5mg）经尿液排出。汗液中也含有锌，一般约为1mg/L，在无明显出汗时，每天随汗液丢失的锌量很少，但在大量出汗时，据测定一天随汗丢失的锌可高达4mg。
2.锌的生理功能
（1）参加人体内许多金属酶的组成 锌是人体中200多种酶的组成部分，在组织呼吸以及蛋白质、脂肪、糖和核酸等的代谢中有重要作用。
（2）促进机体的生长发育和组织再生 在人体，缺锌儿童的生长发育受到严重影响而出现缺锌性侏儒症。不论成人或儿童缺锌都能使创伤的组织愈合困难。锌对于蛋白质和核酸的合成以及细胞的生长、分裂和分化的各个过程都是必需的。因此，锌对于正处于生长发育旺盛期的婴儿、儿童和青少年，对于组织创伤的患者，是更加重要的营养素。
（3）促进食欲 缺锌可明显导致食欲不振。
（4）锌缺乏导致味觉迟钝 锌可能通过参加构成一种含锌蛋白——唾液蛋白对味觉及食欲起促进作用。
（5）促进性器官和性机能的正常 缺锌使性成熟推迟、性器官发育不全、性机能降低、精子减少、第二性征发育不全、月经不正常或停止，如及时给锌治疗，这些症状都会好转或消失。
（6）影响皮肤健康 动物和人都会因缺锌而影响皮肤健康，出现皮肤粗糙、干燥等现象。
（7）影响免疫功能 机体缺锌可削弱免疫机制，降低抵抗力，使机体易受细菌感染。
3.锌的每日需要量和来源
现在还不知道最适于健康和生长的精确的最小锌的需要，但作为参考数字，WHO于1977年推荐了临时的锌供给量标准如下：（按每人每天计）婴儿及儿童0～12个月6mg，1～10岁8mg；男性11～17岁14mg，18岁以上11mg；女性10～13岁13mg，14岁以上11mg，妊娠妇女15mg，授乳妇女27mg。这一标准是按锌的可利用率为20％提出的。美国也根据锌平衡研究的结果，于1980年初步推荐了如下的每日锌供给量：婴儿0～0.5mg，孕妇在WHO标准基础上加5mg，乳母加10mg。并指出在这一标准中，锌的摄入量应来自含有足够动物蛋白的平衡膳食。我国营养学会1988年10月修订的每日膳食中营养素供给量已包括锌的数字，与上述美国所提出的量相同，孕妇与乳母均加5mg。
锌的来源广泛，普遍存在于各种食物，但动植物性食物之间，锌的含量和吸收利用率有很大差别。动物性食物含锌丰富且吸收率高。
4.锌缺乏和锌中毒
（1）锌缺乏症 儿童发生慢性锌缺乏病时，主要表现为生长停滞。青少年除生长停滞外，还会使人的性成熟推迟、性器官发育不全、第二性征发育不全等。如果锌缺乏症发生于孕妇，可以不同程度地影响胎儿的生长发育，以致引起胎儿的种种畸形。不论儿童或成人缺锌，均可引起味觉减退及食欲不振，出现异食癖。例如发生于伊朗的缺锌性侏儒症中，常见有食土癖。严重缺锌时，即使肝脏中有一定量维生素A储备，也可出现暗适应能力降低。急性锌缺乏病中，主要表现为皮肤损害和秃发病，也有发生腹泻、嗜眠、抑郁症和眼的损害。
（2）锌中毒症 锌中毒可能发生于治疗中过量涂布或服用锌剂及锌容器储存食品时，表现为恶心、呕吐、急性腹痛、腹泻和发热。给实验动物以大剂量的锌，可产生贫血、生长停滞和突然死亡。锌中毒通常在停止锌的接触或摄入后，症状短期内即可消失。
（三）硒
从20世纪60年代起我国克山病防治工作者观察到硒对于防治克山病的作用。在以后的大规模防治中，又进一步验证和肯定了克山病和缺硒的关系，从而肯定了硒是人体必需的微量元素。
1.硒在人体内的分布和代谢
硒广泛分布于除脂肪以外的所有组织中，人体血硒浓度不一，它受不同地区的土壤、水和食物中硒含量的影响。
硒主要在小肠吸收，人体对食物中硒的吸收率约为60％～80％。硒的吸收率因其存在的化学结构形式、化合物溶解度的大小等而不同，蛋氨酸硒较无机形式的硒更容易吸收，溶解度大的硒化合物比溶解度小的更容易吸收。经肠道吸收进入体内的硒，代谢后大部分经尿液排出。尿硒是判定体内硒的盈虚状况的良好指标。硒的其他排出途径为粪便和汗液。
2.硒的生理功能
（1）作为谷胱甘肽过氧化酶的成分 在人和动物体内起抗氧化作用。1973年发现硒是大鼠红细胞中谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分之后，人们才知道硒在人和动物体内的主要作用方式。
（2）促进生长 硒对于人的生长有作用。组织培养证明硒对二倍体人体纤维细胞的生长是必需的。
（3）保护心血管和心肌的健康 硒能降低心血管病的发病率，如在北极地区的Lepland有许多含硒丰富的苔藓，以这种苔藓为食料的驯鹿肉中的硒含量很高，吃这种鹿肉的人血硒很高，心血管发病率很低。在我国，与缺硒有密切关系的克山病有心肌坏死现象，主要表现为原纤维型的心肌细胞坏死与线粒体型的心肌细胞坏死。
（4）解除体内重金属的毒性作用 硒和金属有很强的亲和力，是一种天然的对抗重金属的解毒剂，在生物体内与金属相结合，形成金属-硒-蛋白质复合物而使金属得到解毒和排泄。它对汞、甲基汞、镉、铅等都有解毒作用。硒还可以降低黄曲霉毒素B1的毒性。
（5）保护视器官的健全功能和视力 含有硒的谷胱甘肽过氧化物酶和维生素E可使视网膜上的氧化损伤降低。糖尿病人的失明可通过补充硒、维生素E和C而得到改善。
（6）抗肿瘤作用 许多流行病学调查和动物实验显示，硒有一定的抗肿瘤作用。例如，在美国血硒平均含量较低（0.157mg/L）的俄亥俄州Lima市，每10万人死于肿瘤者达188人，而血硒平均含量较高（0.256mg/L）的Rapid市，每10万人死于肿瘤的只有94人。但是，尽管有这些结果，迄今为止硒的抗癌作用仍未完全肯定。
3.硒的每日需要量和来源
1980年美国国家研究委员会营养需要量推荐委员会提出了成人每人每日硒供应量为0.05～0.2mg，婴儿0～5岁为0.01～0.04mg，儿童1～3岁为0.02～0.08mg，4～6岁为0.03～0.12mg，7～10岁为0.05～0.20mg，11岁以上至成年为0.05～0.20mg。1988年我国的推荐供给量为7岁以上的人群不分性别均为50μg/d。食物中硒含量受产地土壤中硒含量的影响而有很大的地区差异，一般地说海味、肾、肝、肉和整粒的谷类是硒的良好来源。
4.硒缺乏病和硒中毒
（1）缺乏病 1957年以后逐渐弄清了动物中许多原因不明的疾病是由缺硒引起的。大鼠单纯缺硒能引起生长停滞、白内障生成和无精症。给鸡喂一种只缺硒饲料会引起羽毛生长不良和胰萎缩。
虽然对克山病的病因还在进一步研究，但与缺硒有密切关系则已肯定。
（2）硒中毒 人因食用含硒量高的食物和水，或从事某些常常接触到硒的工作，可出现不同程度的硒中毒症状，包括毛发脱落、皮肤脱色、指甲异常、疲乏无力、恶心呕吐、呼出气有大蒜气味等。
（四）铬
从1959年报告了微量的铬对大鼠正常的糖耐量是必要的之后，人们才认识到铬的生物学重要性。由于常常无法以已知的病因学来解释人糖耐量降低的原因，使人们增加了对铬的研究兴趣。但由于分析技术上的困难，这种元素在营养和代谢中的作用仍然有待进一步研究。
1.铬在人体的含量、分布及代谢
人体含铬量甚微，仅为6mg或更低，其中骨、皮肤、脂肪、肾上腺、大脑和肌肉中的含量较高。人体组织的铬含量随着年龄的增长而降低。
无机铬的吸收率很低，铬与有机物生成的“自然复合物”的铬较易吸收。吸收的铬主要随尿液排出，少量从胆汁和小肠经粪便排出，微量通过皮肤丢失。摄食混合膳食的健康人每日随尿液排铬2～20μg。
2.铬的生理功能
（1）促进胰岛素的作用 糖代谢中铬作为一个辅助因子对起动胰岛素有作用。其作用方式可能是含铬的葡萄糖耐量因子促进在细胞膜的硫氢基和胰岛素分子A链的两个二硫键之间形成一个稳定的桥，使胰岛素能充分地发挥作用。
（2）预防动脉硬化 铬可能对血清胆固醇内环境稳定有作用。
（3）促进蛋白质代谢和生长发育 某些氨基酸掺入蛋白质受铬的影响。在DNA和RNA的结合部位发现有大量的铬，揭示铬在核酸的代谢或结构中发挥作用。铬对生长也是需要的，缺铬会导致动物生长发育停滞。
3.铬的每日需要量和来源
美国营养标准推荐委员会建议每人每日应摄入铬50～200μg。
铬的最好来源一般是整粒的谷类、豆类、肉和乳制品。谷类经加工精制后铬的含量大大减少。家畜肝脏不仅含铬高而且其所含的铬活性也大。红糖中铬的含量高于白糖。
4.铬缺乏
铬缺乏主要引起葡萄糖耐量降低、生长停滞、动脉粥样硬化和冠心病发病率增高。
（五）其他微量元素
1.铜
成人体内含铜量约50～100mg，在肝、肾、心、毛发及脑中含量较高。人体每日需要量约1.5～2.0mg，而推荐量为2～3mg。食物中铜主要在胃和小肠上部吸收，吸收后送至肝脏，在肝脏中参与铜蓝蛋白（coruloplasmin）的组成。肝脏是调节体内铜代谢的主要器官。铜可经胆汁排出，极少部分由尿液排出。
体内铜除参与构成铜蓝蛋白外，还参与多种酶的构成，如细胞色素C氧化酶、酪氨酸酶、赖氨酸氧化酶、单胺氧化酶、超氧化物歧化酶等。因此，铜的缺乏会导致结缔组织中胶原交联障碍，以及贫血、白细胞减少、动脉壁弹性减弱及神经系统症状等。体内铜代谢异常的遗传病目前除wilson病（肝豆状核变性）外，还发现有Menke病，表现为铜的吸收受阻碍，导致肝、脑中铜含量降低，组织中含铜酶活力下降，机体代谢紊乱。
2.碘
正常成人体内碘含量约为25～50mg，大部分集中于甲状腺中。成人每日需要量为0.15mg。碘主要由食物中摄取，碘的吸收较快且完全，吸收率可高达100％。吸收入血液的碘与蛋白结合而被运输，主要浓集于甲状腺从而被利用。体内碘主要由肾排泄，约90％随尿液排出，10％随粪便排出。
碘主要参与合成甲状腺素［三碘甲腺原氨酸（T3）和四碘甲腺原氨酸（T4）］。甲状腺素在调节代谢及生长发育中均有重要作用。成人缺碘可引起甲状腺肿大，称甲状腺肿；胎儿及新生儿缺碘则可引起呆小症、智力迟钝、体力不佳等严重发育不良症。常用的预防方法是食用含碘盐或碘化食油等。
3.锰
成人体内含锰量约10～20mg，主要储存于肝和肾中，在细胞内则主要集中于线粒体中。每日需要量为3～5mg。锰在肠道中的吸收与铁的吸收机制类似，吸收率较低，约为30％。吸收后与血浆β-球蛋白、运锰蛋白结合而被运输，主要由胆汁和尿液排出。
锰参与一些酶的构成，如线粒体中丙酮酸羧化酶、精氨酸酶等。它不仅参加糖和脂类代谢，而且在蛋白质、DNA和RNA合成中均起作用。锰在自然界分布广泛，在茶叶中含量最丰富。锰的缺乏症较为少见。若吸收过多可出现中毒症状，主要是由于生产及生活中防护不善，锰以粉尘形式进入人体所致。锰是一种原浆毒，可引起慢性神经系统中毒。
4.氟
在人体内氟含量约为2～3g，其中90％积存于骨及牙中，每日需要量为2.4mg。氟主要经胃部吸收，氟易吸收且吸收较迅速，主要经尿液和粪便排出。氟对龋齿具有抵抗作用。此外，氟还可直接刺激细胞膜中G蛋白，激活腺苷酸环化酶或磷脂酶C，启动磷脂酰肌醇信号系统等，引起广泛生物效应。氟过多也可对机体产生损伤。如长期饮用高氟（>2mg/L）水，牙釉质受损出现斑纹、牙变脆易破碎等。
5.钒
钒在人体内含量极低，体内总量不足1mg。主要分布于内脏，尤其是肝、肾、甲状腺等部位，骨组织中含量也较高。人体对钒的正常需要量为100μg/d。钒在胃肠吸收率仅5％，其吸收部位主要在上消化道。此外环境中的钒可经皮肤和肺吸收入体中。血液中约95％的钒以离子状态与转铁蛋白结合而被运输，因此钒与铁在体内可相互影响。
钒与骨和牙齿的正常发育及钙化有关，能增强牙对龋齿的抵抗力。钒还可以促进糖代谢，增强脂蛋白脂酶活性，加快腺苷酸环化酶活化和氨基酸转化等作用。因此钒缺乏时可出现牙齿、骨和软骨发育受阻、肝内磷脂含量减少、营养不良性水肿及甲状腺代谢异常等现象。