第六章 钙磷镁与微量元素的临床生物化学

钙盐和磷酸盐是人体内含量最高的无机盐，成人体内钙总量约为400-800g，约99％的钙和86％以上的磷存在于骨骼和牙齿中。
（一）体内Ca2+的生理功能
⒈血浆Ca2+可降低毛细血管和细胞膜的通透性，降低神经、肌肉的兴奋性当血浆Ca2+的浓度降低时，神经、肌肉的兴奋性增高，可引起抽搐。
⒉血浆Ca2+作为血浆凝血因子Ⅳ参与凝血过程它是因子Ⅸ、因子Ⅹ、凝血酶原、因子ⅩⅢ等的激活作用中不可缺少的辅因子。
⒊骨骼肌中的Ca2+可引起肌肉收缩当肌细胞内储存Ca2+受神经冲动而释放，Ca2+浓度增大到10-7-10-5mol/L时，Ca2+可迅速地与钙蛋白的钙结合亚基结合，引起一系列构象改变后导致肌肉收缩。
⒋Ca2+是重要的调节物质一方面作用于质膜，影响膜的通透性及膜的转运。一方面，在细胞内Ca2+作为第二信使起着重要的代谢调节作用。此外，Ca2+还是许多酶（脂肪酶、ATP酶）的激活剂，Ca2+还能抑制维生素D3-1α-羟化酶的活性，从而影响代谢。
（二）磷的生理功能
⒈血中磷酸盐（HPO42-/H2PO4-）是血液缓冲体系的重要组成成分。
⒉细胞内的磷酸盐参与许多酶促反应如磷酸基转移反应、加磷酸分解反应等。
⒊构成核苷酸辅酶类（如NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等）和含磷酸根的辅酶（如TPP、磷酸吡哆醛等），还构成多种重要的核苷酸（如ATP、GTP、UTP、CTP、cAMP、cGMP等）。
⒋细胞膜磷脂在构成生物膜结构、维持膜的功能以及代谢调控上均发挥重要作用。酶蛋白及多种功能性蛋白质的磷酸与脱磷酸化则是代谢调节中化学修饰调节的最为普遍、最为重要的调节方式，与细胞的分化、增殖的调控有密切的关系。

（一）血钙与血磷 ⒈血钙血钙几乎全部存在于血浆中，正常人血钙波动甚小，保持于2.25-2.75mmol/L（10±1mg/dl或4.5-5.5mEq/L）。血浆钙分为可扩散钙和非扩散钙两大类。非扩散钙是指与蛋白质（主要是白蛋白）结合的钙，约占血浆总钙的40％，它们不通透毛细血管壁，也不具有前述生理功用。 血浆（清）钙的60％是可扩散钙，其中一部分（占血浆总钙的15％）是复合钙，即是与柠檬酸、重碳酸根等形成不解离的钙。发挥血钙生理作用的部分是离子钙，占总钙的45％，非扩散钙与离子钙之间可以互相转化。临床上常测定血清总钙量以观察血清离子钙的变化情况，方法简便。但由于非扩散钙部分可随血清白蛋白浓度的增减而改变，即同时引起血清总钙含量的增减，但不影响血清离子钙的浓度。目前已可应用离子选择电极等方法直接测定血清中离子钙的浓度，其正常参考值为0.94-1.26mmol/L。 血清pH值对血钙浓度有显著影响，酸中毒时蛋白结合钙向离子钙转化；碱中毒时，血浆离子钙浓度降低，此时虽血浆总钙含量无改变，亦可出现抽搐现象。 ⒉血磷血液中的磷以有机磷和无机磷两种形式存在。有机磷酸酯和磷脂存在于血细胞和血浆中，含量甚大，血磷通常是指血浆中的无机磷，正常人血浆无机磷含量为成人1.1-1.3mmol/L（3.5-4.0mg/dl），婴儿为1.3-2.3mmol/L（4-7mg/dl），血浆无机磷酸盐的80％-85％以HPO42-的形式存在，其余为H2PO4-，PO43-仅含微量。 血浆磷的浓度不如血浆钙浓度稳定，新生儿血磷约为1.8mmol/L（5.5mg/dl），6个月婴儿可升高至2.1mmol/L（6.5mg/dl）。此后随年龄增长又逐步下降，15岁时达成人水平。儿童时期血磷高是由于儿童处于成骨旺盛期，碱性磷酸酶活性较高所致。成年人血磷也有一定的生理变动，进食、摄糖、注射胰岛素和肾上腺素等情况下，由于细胞内磷的利用增加，也可引起血磷降低。血钙与血磷之间也有一定的浓度关系，正常人钙、磷浓度（mg/dl）的乘积在36-40之间，病理条件下此值可高于40或低于36。 （二）钙磷代谢及其调节 ⒈钙、磷的吸收与排泄正常成人日摄入钙量在0.6-1.0g之间。发育期儿童、少年、孕妇及授乳妇女需较多的钙。食物钙主要含于牛奶、乳制品及果菜中。钙主要在十二指肠吸收，成人每日可吸收0.1-0.4g，钙吸收主要是在活性维生素D3调节下的主动吸收。肠管pH明显地影响钙的吸收，偏碱时可以促进Ca3（PO4）2的生成，因而能减少钙的吸收。乳酸、氢基酸及胃酸等酸性物质有利于Ca3（H2PO4）2的形成，因此能促进钙的吸收。食物中的草酸和植酸可与钙形成不溶性盐，影响钙的吸收。食物中钙磷比例对吸收也有一定影响，Ca：P＝2：1时吸收最佳。 钙通过肠管及肾排泄。由消化道排出的钙一部分是未吸收的食物钙，另一部分是肠管分泌的钙（每日可达600mg），分泌的钙量可因摄入高钙膳食而增加，严重腹泻排钙过多可导致缺钙。经肾排泄的钙占体内总排钙量的20％。每日由肾小球滤出约10g钙，其中约一半在近曲小管被重吸收，1/5在髓袢升段被吸收，其余在远曲小管和集合管被吸收，尿中排钙量只占滤过量的1.5％（约150mg）。尿钙的排出量受血钙浓度的直接影响，血钙低于2.4mmol/L（7.5mg/dl）时尿中无钙排出。 成人每日进食磷约1.0-1.5g，以有机磷酸酯和磷脂为主，在肠管内磷酸酶的作用下分解为无机磷酸盐。磷在空肠吸收最快，吸收率达70％，低磷膳食时吸收率可达90％。由于磷的吸收不良而引起的缺磷现象较少见，但长期口服氢氧化铝凝胶以及食物中钙、镁、铁离子过多，均可由于形成不溶性磷酸盐而影响磷的吸收。 肾是排泄磷的主要器官，肾排出的磷占总磷排出量的70％，30％由粪便排出。每天经肾小管滤过的磷可达5g，约85％-95％被肾小管（主要是近曲小管）重吸收。 ⒉钙磷代谢的调节钙、磷的吸收与排泄、血钙与血磷的水平、机体各组织对钙磷的摄取利用和储存等都是在活性维生素D、甲状旁腺激素及降钙素这三种激素的调节下进行的。 ⑴甲状旁腺素：甲状旁腺素（parathyroidhormone，PTH）是由甲状旁腺的主细胞合成并分泌的一种单链多肽。初合成的是含115个氨基酸残基的前甲状旁腺素原，再在粗面内质网去掉N端25个氨基酸残基形成甲状旁腺素原，后者在高尔基复合体内从N端去掉一个六肽，形成84个氨基酸残基的PTH，分子量9500。 PTH的合成与分泌受细胞外液Ca3+浓度的调节，血钙浓度低（如降至1.3mmol/L）时可明显促进PTH的合成与分泌；血钙浓度高（如达3.9mmol/L）则抑制PTH的合成与分泌。血钙在1.3-3.9mmol/L范围内，血钙浓度与PTH分泌呈负相关关系。 在肝枯否细胞及肾小管细胞，PTH均可被分解为N端两个片段，N片段具有PTH活性，可被肝细胞、肾及骨组织摄取，C片段无PTH活性（表）6-1。 表6-1 血中PTH各片段的活性比较

片段	分子量	产生器官	激素活性	靶器官	百分比	血中	代谢
完整PTH	9500	甲状旁腺	＋	肾	＜10	＜10分钟	肝、肾
N片段	3000-4000	肝、肾	＋	肾、骨	＜10	＜10分钟	肾、骨
C片段	6000-7000	肝、肾	－	／	＜80	＞1小时	肾
		甲状旁腺

PTH是维持血钙正常水平的最重要的调节因素，它有升高血钙、降低血磷和酸化血液等作用，其主要靶器官是骨、肾小管，其次是小肠粘膜等。PTH作用于靶细胞膜。活性腺苷酸环化酶系统，增加胞质内cAMP及焦磷酸盐浓度。cAMP能促进线粒体Ca2+转入胞质；焦磷酸盐则作用细胞膜外侧，使膜外侧Ca2+进入细胞，结果可引起胞质内Ca2+浓度增加，并激活细胞膜上的“钙泵”，将Ca2+主动转运至细胞外液，导致血钙升高。 PTH对骨的作用：骨是最大的钙储存库，PTH总的作用是促进溶骨，提高血钙。PTH可在数分钟到数小时内引起骨钙动员，使密质骨中的钙释放入血，此种作用迅速但不持久。数小时至数日内，PTH的作用是将前破骨细胞和间质细胞转化为破骨细胞，使破骨细胞数目增多，引起溶骨作用和骨钙的大量释放。PTH对破骨细胞的作用是使细胞内Ca2+浓度增加，进而促使溶酶体释放各种水解酶；另一方面抑制异柠檬酸脱氢酶等酶活性，使细胞内异柠檬酸、柠檬酸、乳酸、碳酸及透明质酸等浓度增高，促进溶骨。此外，胶原酶活性也显著升高，这均有利于溶骨作用。 PTH对肾的作用：主要是促进磷的排出及钙的重吸收，进而降低血磷，升高血钙。它作用于肾远曲小管和髓袢上升段以促进钙的重吸收；抑制近曲小管及远曲小管对磷的重吸收，使尿磷增加。 此外，PTH促进肾活性维生素D的形成，它能促进肾25-（OH）-D３lα-羟化酶的活性增高，从而促进25-（OH）-D３lα-羟化作用。 PTH对小肠的作用是促进肠管对钙的重吸收，这一作用是通过活性维生素D来实现的。PTH刺激肾25-（OH）-D３lα-羟化酶，促进lα，25-（OH）-D３的生成，后者作用于小肠，促进小肠对钙和磷的吸收。 ⑵降钙素：降钙素（calcitonin，CT）是由甲状腺滤泡旁细胞（parafollicularcell，C细胞）合成、分泌的一种单链多肽激素，由32个氨基酸残基组成，分子量3500。CT在初合成时是由136个氨基酸残基组成的分子量为15000的前体物。此前体物中还含有一个称为下钙素（katacalicin）的21肽肽段。当血钙增高时，降钙素及下钙素等分子分泌，下钙素能增强降钙素降低血钙的作用，血钙低于正常时CT分泌减少。CT作用的主要靶器官是骨、肾和小肠。CT对骨的作用是抑制破骨细胞活性，从而抑制骨基质的分解和骨盐溶解，同时抑制破骨细胞的生成，还有使间质细胞转变为成骨细胞的作用，结果促进骨盐沉淀，降低血钙。此外，它还抑制肾小管对磷的重吸收，以增加尿磷，降低血磷。 ⑶维生素Ｄ：天然存在的维生素D有两种，即维生素D2（麦角钙化醇，erqocalciferol）及维生素D3（胆钙化醇，cholecalciferol）。维生素D2及D3具有相同的生理作用，且都必须在体内进行一定的代谢转变，成为活化型后才能发挥其生物学作用，肝和肾是维生素D活化的主要器官。 肝细胞微粒体中有维生素D3-25-羟化酶系，可在NADPH、O2和Mg2+参与下将维生素D3羟化生成25-（OH）-D３。在肝生成的25-（OH）-D３与血浆中特异的α2-球蛋白（D结合蛋白）结合，运输至肾，在肾近曲小管上皮细胞线粒体中的25-（OH）2-D３lα-羟化酶系（包括黄素酶．铁硫蛋白和细胞色素P450）的催化下，羟化生成lα，25-（OH）2-D３。后者具有较强的生理活化，其活性比维生素D3高10-15倍，被视为维生素D的活化型，并被当作激素。 1α，25-（OH）2-D３能反馈地抑制25-OH-D3-1α-羟化酶的活性，但可诱导肾25-OH-D3-24-羟化酶的合成。故当体内1α，25(OH)2-D3减少时，25-(OH)-D3倾向于合成高活性的1α，25(OH)2-D3；而当1α，25(OH)2-D3过多时，可形成低活性的1，24，25-(OH)2-D3，这对于防止体内活性维生素D产生过多，控制维生素D中毒有重要意义。 无机磷可抑制25(OH)-D3-1α-羟化酶系的活性，故当血磷降低时可促进1，25-(OH)2-D3的生成，血磷正常或增高时，25-(OH)-D3-1α-羟化酶系活性降低。甲状旁腺激素亦可促进1α，25-(OH)2-D3的生成；而降钙素则抑制此过程。 活性维生素D3作用的靶器官主要是小肠、骨和肾。 对小肠的作用：1α，25-(OH)2-D3具有促进小肠对钙、磷的吸收和转运的双重作用，即促进肠粘膜细胞膜对钙的通透、细胞内的结合及转运。钙主要在十二指肠吸收，肠粘膜上皮细胞刷状缘存在着可控制Ca2+通透的孔道，而在基底膜一侧，Ca2+向血液的转运是在Ca2+-ATP酶作用下的主动耗能过程。 1α，25-(OH)2-D3进入肠粘膜上皮细胞后，首先与细胞液中特异受体结合，然后起到下述生理作用：①与受体结合的1α，25-(OH)2-D3直接作用于刷状缘，改变膜磷脂的结构与组成（增加磷脂酰胆碱和不饱和脂肪酸含量），从而增加钙的通透性；②与受体结合的1α，25-(OH)2-D3进入细胞核，加快DNA转录mRNA，促进与Ca2+转运有关的蛋白质（钙结合蛋白，Ca2+-ATP酶）的生物合成；③与受体结合的1α，25-(OH)2-D3还刺激基底膜腺苷酸环化酶的活化。这样，进入细胞的Ca2+和cAMP都作为第二信使，发挥其调节作用。 在1α，25-(OH)2-D3的作用下，细胞内钙浓度升高，一部分Ca2+进入线粒体，钙结合蛋白多位于粘膜细胞的基底膜侧，它可从线粒体接受Ca2+，再将Ca2+转运到基底膜的钙泵上，将Ca2+输送至血液中。小肠粘膜还可通过Na+-Ca2+交换体系（需与Na+，K+-ATP酶相偶联）将Ca2+转运至血液。 1α，25-(OH)2-D3还能促进小肠粘膜细胞对磷的吸收。 对骨的作用：1α，25-(OH)2-D3对骨的直接作用是促进溶骨，用佝偻病动物实验证明：骨钙沉积于骨端软骨的作用也以1α，25-(OH)2-D3为最高。1α，25-(OH)2-D3与PTH协同作用下，加速破骨细胞的形成，增强破骨细胞活性，通过促进肠管钙、磷的吸收及促进溶骨，使血钙、血磷水平增高以利于骨的钙化。也就是说，1α，25-(OH)2-D3能维持骨盐溶解与沉积的对立统一过程，有利于骨的更新与生长。 对肾的作用：1α，25-(OH)2-D3对肾小管上皮细胞的作用是促进对钙、磷的重吸收，其机制也是增加细胞内钙结合蛋白的生物合成。 在正常人体内，通过PTH、CT、1α，25-(OH)2-D3三者的相互制约，相互协调，以适应环境变化，保持血钙浓度的相对恒定。现将上述三种激素对钙磷代谢的影响列于表6-2。 表6-2 三种激素对钙磷代谢的影响

激素	肠钙吸收	溶骨作用	成骨作用	肾排钙	肾排磷	血钙	血磷
PTH	↑	↑↑	↓	↓	↑	↑	↓
CT	↓（生理剂量）	↓	↑	↑	↑	↓	↓
1α，25-(OH)2-D3
	↑↑	↑	↑	↓	↓	↑	↑

↑升高：↑↑显著升高；↓降低

钙磷代谢的异常包括高钙血症、低钙血症、高钙尿症、高磷血症以及低橉血症。现分别叙述如下。 （一）高钙血症 按病因学分类（表6-3）引起高钙血症（hypercalcemia）的原因包括溶骨作用增强、小肠钙吸收增加以及肾对钙的重吸收增加等。高钙血症是由于过多的钙进入细胞外液，超过了细胞外液钙浓度调节系统的调节能力或钙浓度调节系统的异常所致。较多见的是恶性肿瘤，其次是原发性甲状旁腺功能亢进症。 上述引起高钙血症的原因中，最多见的是由于溶骨作用而引起的高钙血症。PTH、前列腺素、破骨细胞激活因子（osteoclastactivationfactor，OAF）、甲状腺素、1α，25-(OH)2-D3等都可促进溶骨作用。现将几种常见的高钙血症略加说明。 ⒈原发性甲状腺功能亢进和PTH异位分泌这两种情况都造成PTH过多，促进溶骨作用，又促进了维生素D的活化，间接地促进了肠管对钙的吸收，引起高钙血症。 ⒉恶性肿瘤恶性肿瘤骨转移是引起血钙升高的最常见的原因。65％的乳腺癌病人有骨转移，多发性骨髓瘤和Burkitt淋巴肉瘤亦多有骨转移。这些肿瘤细胞可分泌破骨细胞激活因子，这种多肽因子能激活破骨细胞。肾癌、胰腺癌、肺癌等即使未发生骨转移亦可引起高钙血症，这与前列腺素（尤其是PGE2）的增多导致溶骨作用有关。 表6-3 高钙血症的病因学分类

⒈溶骨作用增强	原发性甲状旁腺功能亢进症
	PTH的异位分泌
	甲状腺功能亢进
	恶性肿瘤（白血病、多发性骨髓瘤等）
	废用性骨萎缩
⒉小肠钙吸收增加	维生素D摄入过量
	维生素A摄入过量
	类肉瘤病
⒊肾对钙重吸收增多	应用噻嗪类药物
⒋其他	乳-碱综合征
	肾上腺功能不全（如艾迪生病）
	急性肾功能不全
	婴儿特发性高钙血症

⒊维生素D中毒治疗甲状旁腺功能低下或预防佝偻病而长期服用大量维生素D可造成维生素D中毒，维生素D在体内的半寿期长，中毒可持续数月，高钙高磷血症引起头痛恶心等一系列症状及软组织和肾的钙化。 ⒋甲状腺功能亢进甲状腺素具有溶骨作用，中度甲亢病人约15％-20％伴有高钙血症。 （二）低钙血症 低钙血症（hypocalcemia）的病因学分类见表6-4。 表6-4 低钙血症的病因学分类

⒈溶骨作用减弱，成骨作用增强	甲状旁腺功能低下（原发性，手术）
	假性甲状旁腺功能低下
	甲状腺功能亢进病人手术后
	低镁血症（酒精中毒，吸收不良综合症）
	恶性肿瘤骨转移（前列腺癌）
⒉肠管钙吸收的抑制	维生素D缺乏
	维生素D摄入不足或紫外线照射不足
	吸收不全综合征
	维生素D活化受阻
⒊其他	低白蛋白血症（肾病综合征）
	急性胰腺炎
	妊娠、肾功能不全
	大量输血

甲状旁腺功能低下可因甲状旁腺或甲状腺手术的失误所引起。由于PTH的分泌减少，骨中破骨细胞减少，成骨细胞增加，造成一时性低钙血症。假性甲状旁腺功能低下主要是由于PTH的靶器官受体异常，对PTH应答不良所引起。低镁血症时PTH的分泌减少，也可由于引起PTH靶器官对PTH反应低下而造成低钙血症。食物中维生素D缺少或紫外线照射不足，或消化系统疾病造成维生素D吸收障碍都可引起维生素D缺乏性佝偻病。此时血循环中的活性维生素D减少，引起肠钙吸收减少及血钙降低。血钙降低又刺激PTH的分泌，促进骨钙动员和增加肾小管对钙的重吸收，通过此种代偿机制维持血钙正常水平。 急性胰腺炎时机体对PTH的反应性降低，CT和胰高血糖素分泌亢进。急性胰腺炎时的低血钙与溶骨作用的抑制可能有关。 肾功能不全时由于肾功能低下而造成活性维生素D产生不足，结果PTH对溶骨的促进作用降低，造成低钙血症。 低血钙时神经、肌肉兴奋性增加，外界刺激可引起肌肉痉挛、手足搐搦。维生素D缺乏引起的佝偻病可表现方头、O形或X形腿、鸡胸及念珠胸，血清碱性磷酸酶可因软骨细胞增加而活性增高，可高达50-60布氏单位（正常值为5-15布氏单位）。 （三）高磷血症 高磷血症（hyperphosphoremia）主要是由于肾排出减少，溶骨作用亢进，磷摄入过多，磷向细胞外移出及细胞破坏等原因所造成。临床上常伴有血钙降低的各种症状和软组织的钙化现象。高血磷的病因可见表6-5。 表6-5 高磷血症

⒈摄入磷过多	摄取磷过多
	小肠磷吸收亢进（维生素D过量）
	使用含磷缓泻剂
	磷酸盐静注
⒉磷向细胞外移出或组织破坏	呼吸性酸中毒
	糖尿病性酮症、酸中毒
	乳酸性酸中毒
	骨骼肌破坏
	高热
	恶性肿瘤（化疗）
	淋巴性白血病
⒊肾排磷减少	肾功能不全（急性、慢性）
	甲状旁腺功能低下
	原发性甲状旁腺功能低下
	继发性甲状旁腺功能低下
	假性甲状旁腺功能低下
	甲状腺功能亢进症
	肢端肥大症
⒋其他	镁缺乏
	细胞外液量减少
	家族性间歇性高磷血症

⒈急、慢性肾功能不全肾小球滤过率在20-30ml/min以下时，肾排磷减少，血磷上升，血钙降低，PTH的分泌增多。肾的病变使1α，25-(OH)2-D3的生成减少，血浆钙浓度降低，也有利于高磷血症的发生。 ⒉甲状旁腺甲状旁腺功能低下，尿排磷减少，导致血磷增高。 ⒊维生素D中毒由于维生素D的活性型促进溶骨，并促进小肠对钙、磷的吸收以及肾对磷的重吸收，因而维生素D中毒时伴有高磷血症。 ⒋甲状腺功能亢进同时出现高钙血症与高磷血症，这与溶骨作用亢进有关。 ⒌肢端肥大症活动期可出现高磷血症。生长激素可促进小肠对钙的重吸收，增加尿钙排出，减少尿磷排泄，导致血磷增高。 （四）低磷血症 血清无机磷的降低即低磷血症（hypophosphoremia）可由于小肠磷吸收减低、尿磷排泄增加、磷向细胞内转移等所引起，引起低磷血症的病因学分类见表6-6。 表6-6 低磷血症

⒈小肠磷吸收减低	对磷摄取不足，饥饿、呕吐
	1α，25-(OH)2-D3不足〔维生素D缺乏、维生素D活化障
	碍，对1α，25-(OH)2-D3感受性低下〕
	吸收不良综合征
	结合磷酸的制酸剂（氢氧化铝凝胶、碳酸铝、氢氧化镁等）
⒉尿磷排泄增加	急性乙醇中毒
	甲状旁腺功能亢进症（原发性、继发性）
	肾小管性酸中毒
	Fanconi综合征
	维生素D抵抗性佝偻病
	代谢性酸中毒
	糖尿病
	糖皮质类固醇投予
	利尿剂投予
⒊磷向细胞内转移	摄取糖类
	静注葡萄糖、果糖、甘油
	高热量输液
	营养恢复综合征
	过度换气综合征（呼吸性碱中毒）
	应用胰岛素、乳酸钠
	投予水杨酸
	应用雄性激素
	严重烫伤恢复期投予葡萄糖

⒈甲状旁腺功能亢进症无论原发性或继发性甲状旁腺功能亢进均可使PTH过多，无机磷随尿排出增多，造成低磷血症。 ⒉维生素D缺乏维生素D摄入减少或肾1α-羟化酶受抑制，1α，25-(OH)2-D3合成不足，均可引起小肠磷吸收降低，尿排磷增加，导致低磷血症。 ⒊肾小管性酸中毒与Fanconi综合征肾小管性酸中毒时由于H+排出受阻导致钙磷代谢障碍，出现骨软化症、肾钙化、肾结石等。酸中毒可抑制肾小管对钙的重吸收，出现低钙血症、高PTH和低磷血症。Fanconi综合征表现为高钙血症、低磷血症和高碱性磷酸酶血症。低磷血症是由于肾小管对磷的重吸收显著减低所致。病人尿中大量排磷，即使血磷很低，尿磷仍很高。

尿路结石症是地区性常见病、多发病。我国尿石症的多发地区是广东、广西、贵州、云南、四川、福建、台湾、浙江、江西、安徽、湖南、湖北、陕西、河南东部、山东、苏北、吉林双城堡等地。 尿石症大体可分为上尿路结石症（肾结石、输尿管结石）与下尿路结石症（膀胱结石、尿道结石等）。随着工农业生产的发展和生活水平的提高，上尿路结石就诊率明显升高，下尿路结石明显下降。 （一）尿路结石的化学组成及结构特点 尿石一般由三部分组成：①中心部或核；②沉积的晶体物质；③基质。 尿石的核心通常位于尿石的中心，是尿石生成中最早出现的部分。核心的组成常能反映当时体内的代谢变化。对尿石核心的分析对探讨尿石的成因也有一定价值。有的尿石核心由晶体物质及基质组成，也有的尿石核心是凝血块、细胞碎屑、管型、菌落、异物等。 尿石的基质是各种尿石共有的成分，是由粘蛋白类构成，基质在含钙尿石中占结石总量的2.5％左右，在胱氨酸结石中基质约占9％-11％，而在罕见的基质结石中基质可达结石总重量的60％左右。基质作为结石的网架，晶体沉积于其上。 尿石的晶体物质种类较多，其性质及来源各不相同，尿石的晶体成分见表6-7。 表6-7 尿石的晶体成分

成分	分子式
一水草酸钙	CaC2O4·H2O
二水草酸钙	CaC2O4·2H2O
磷酸镁铵	MgNH4PO4·6H2O
碳酸磷灰石	Ca10（PO4，CO3OH）6（OH）2
羟基磷灰石	Ca10（PO4）6（OH）2
二水磷酸氢钙	CaHPO4·2H2O
尿酸	C5H4N4O3
尿酸钠	NaHC5H2N4O3·H2O
尿酸铵	NH4HC5H2N4O3·H2O
磷酸三钙	Ca3（PO4）2
胱氨酸	[-S.CH2CH（NH2）·COOH]2
黄嘌呤	C5H4N4O2

一种尿石可含一种或数种晶体成分，据国内有关报告初步统计，我国国内尿路结石以含草酸钙的混合结石最为多见，个别地区尿酸结石较其他地区为高。尿石分析可用化学分析方法、微量重结晶分析法、X线粉晶分析、红外线光谱分析、偏光显微镜分析等。 尿石的结构及其意义见表6-8。 （二）尿路结石的成因及形成机制 尿路结石的成因问题颇为复杂，它涉及结石成分由尿中排泄增加、尿液pH的变化、环境及某些生活习惯、营养因素、神经因素及尿液淤滞等。 表6-8　尿石的结构特点及其意义

结构	组成成分	意义
核心	基质与晶体成分（草酸盐、磷酸	为尿石生成中最早出现的部分，肾小管中形成
	盐）、血块、细胞碎屑管型、菌	的微石进入肾盏，长大成为尿石
	落、异物等，核心一个或多个
同心层	由晶体及基质组成年轮样结构，基质也	在草酸钙结石及尿酸结石中同心层结构明
	具有同心层结构，形成结石网架	显
放射条纹	与同心层相垂直，长度相当于1个同心	只存在于一水草酸钙、尿酸或磷酸氢钙等单一
	层的宽度，由纤维状基质组成	成分区域，与同心层并存
小球体	每个尿石中皆有不同数目的1mm左右	小球体即微小结石，尿石可为多个小球体的聚
	的小球体存在，由基质及晶体组成	合体，说明微小结石不断从肾乳头脱落，聚集
		成尿石

⒈高钙尿症尿钙的增高与含钙尿石的形成有密切关系，但是高钙尿症并非形成尿石的唯一决定性因素。许多尿石患者尿钙含量正常，高钙尿症也不一定都合并尿石症。只是在原发性甲状旁腺功能亢进症、肾小管性酸中毒、特发性高钙尿症等情况下较多见尿石的发生。 ⒉草酸代谢紊乱草酸钙是尿路结石的主要成分。尿中排泄的草酸约有40％来自富含草酸的食物，还有一半是来自体内氨基酸（甘氨酸、丝氨酸、羟脯氨酸）和维生素C的代谢转变。原发性高草酸症是先天性的酶缺陷所致，包括Ⅰ型（α-酮戊二酸－乙醛酸裂合酶缺陷）和Ⅱ型（D-甘油酸脱氢酶缺陷）。原发性高草酸尿症Ⅰ型由前述三种氨基酸代谢生成的乙醛酸难于进一步转变成α-羟基β-酮基已二酸，因而造成乙醛酸堆积，由乙醛酸生成草酸增加。原发性高草酸尿症Ⅱ型则表现为由丝氨酸生成的羟基丙酮酸堆积，导致L-甘油酸和草酸的生成增加。 维生素B6及维生素B1构成上述氨基酸代谢酶的辅酶，因而当维生素B6与B1缺乏时亦可导致草酸代谢紊乱，即乙醛酸向氨基酸的转化发生障碍而转向草酸的生成，因而促进草酸钙结石的生成。草酸代谢紊乱与镁的缺乏也有密切的关系，动物实验表明，饲以缺镁食饵即可形成草酸钙结石，而且这种结石形成过程可因投予镁而被阻止。据认为镁的吸收可以抑制钙的吸收，镁离子可使尿中草酸钙的溶解度显著增高，有人曾主张测定尿中镁/磷比值，若镁/磷比值在0.1以下即可认为是“镁失调尿”，他们认为“镁失调尿”是草酸钙结石形成的重要条件。 内生性草酸的35％-50％是由维生素C转变而来。维素C（L-抗坏血酸）在体内首先被氧化成L-脱氢抗坏血酸（在细胞色素、分子氧等参加下），再经内酯酶作用而生成2，3-二酮古洛糖酸，后者再分解成草酸和L-苏阿糖酸。大量服用维生素C可引起内生性草酸的大量生成而有发生草酸钙结石的可能，动物实验也表明了这一点。 ⒊尿酸代谢紊乱尿酸是体内嘌呤代谢的产物。发生高尿酸血症的原因在于组织中核酸分解破坏的增加以及摄取富含嘌呤及核酸食物的增加。约25％的痛风病人有尿酸结石，尿酸结石病人的25％合并痛风。高尿酸血症可同时出现高尿酸尿症。 随着鱼肉类食品及乙醇饮料摄取量的增加，痛风及无症状性高尿酸血症有增加的趋势。痛风已被看做是以原发性高尿酸血症为基础、以关节炎发作为主要症状，合并肾损害（痛风肾）、高血压、脂类及糖代谢异常、肥胖等的全身性代谢异常的疾病。其尿液pH有强烈的偏酸的倾向，因而易形成尿酸结晶和尿酸结石。血清及尿中尿酸浓度越高，肾结石发生率也越高。尿pH越低，肾结石发生率亦越高。尿酸在偏酸（pH6以下）条件下易处于过饱和状态，而利于尿酸结石的形成。 黄嘌呤是嘌呤代谢的中间产物，溶解度低。黄嘌呤结石是由于黄嘌呤氧化酶的缺陷而致嘌呤代谢障碍，尿中黄嘌呤沉积而成为尿石。 ⒋胱氨酸代谢障碍胱氨酸尿症是肾及肠道中氨基酸转运的先天性异常。尿中胱氨酸、鸟氨酸、赖氨酸等排出增加，可出现复发性尿路结石。 ⒌尿pH与结石形成的关系（表6-9）。 表6-9 成石物质的溶解度与尿pH的关系

成石物质	酸性尿中情况	碱性尿中情况
尿　酸	（pH5.0附近）沉淀	（pH6.5以上）溶解
胱氨酸	（pH4.5-7.0）沉淀	（pH7.5-7.8）溶解
草酸钙	（pH6.0以下）沉淀	（pH＞7）沉淀
磷酸钙	（pH6.0以下）溶解	（pH＞7）沉淀
磷酸镁铵	（pH6.0以下）溶解	（pH＞7）沉淀

由表6-9可以看出不同成分尿石的形成是在不同的pH下进行的，在偏酸性的尿中易形成尿酸及胱氨酸结石；在偏碱性尿中易形成磷酸钙及磷酸镁铵结石。 ⒍尿中结晶抑制物的缺乏尿中成石物质的浓度一般都大于其溶解度，因而都处于过饱和状态。在正常尿中存在着一些作用很强的结晶抑制物－焦磷酸盐、粘多糖、柠檬酸、镁离子、尿素、丙氨酸、锰离子在及锌离子等。尿石症病人尿中由于缺乏某些结晶抑制物，导致其尿液的结晶倾向增高。例如草酸钙结石病人尿镁浓度的减低，尿石病人尿液柠檬酸排出量减低等均是这方面的例证。 ⒎结石基质在尿路结石形成中的作用尿石形成的基质学说认为是基质前身物先转化为基质，再以基质为模板吸附或粘着晶体物质而形成结石。在结石形成者的尿中，粘多糖的硫酸化程度比正常尿中的为高。硫酸粘多糖上的硫酸根可能起着在肾内形成难溶性钙盐的作用。因此，高度硫酸化的粘多糖看来是含钙结石形成的重要因素，基质物质A为基质主要成分。 ⒏其他因素关于水质硬度与尿石发生的关系报告尚不一致，广东东莞、花县以及贵州六盘水地区尿石的发生与水质硬度有关。维生素A缺乏易导致过饱和的碱性尿液，还可使上皮脱落，刺激基质蛋白的分泌。精神紧张与交感神经反射的刺激易引起肾石发生。尿石病人尿中尿激酶活性比正常人低，而尿激酶能促进纤维蛋白溶解，保持尿路的通畅。 关于各种尿石的生化成因及特点列于表6-10 （三）尿中防治的临床生化（表6-11） 表6-10 各种尿石的生化成因及特点

结石种类	生化成因	尿液及结石的特点
草酸钙结石	原发性高草酸尿症（先天性酶缺陷）	尿钙高
	甲状旁腺功能亢进	尿草酸增高
		尿镁及尿磷降低
	继发性高草酸尿（膳食性）	尿pH5.0-6.5
	维生素B6、B1缺乏，Mg2+缺乏，回肠	尿中有草酸钙结晶
	切除，胆盐重吸收减弱，胆盐分解放出	成堆现象
	甘氨酸，转化成草酸，形成草酸盐结	尿沉淀加盐酸溶解
	石，多数特发性草酸钙石原因未明	尿石同心层明显，二水草酸
		钙白而脆，一水草酸钙褐色坚硬
磷酸钙结石	特发性高钙尿症	尿钙增高
	甲状旁腺功能亢进症	尿pH＞7.0
	肾小管性酸中毒，长期卧床	尿沉淀和醋酸溶解
	骨肿瘤引起高钙尿症尿液	结石白色松脆
	偏碱，尿中粘蛋白改变等	碳酸磷灰石加HCl有气泡生成
磷酸镁铵结石	尿路感染，细菌尿素酶将尿素分解为氨	尿细菌培养阳性
	与CO2形成碳酸铵，再与镁及磷酸盐形	尿可见磷酸镁铵结晶尿pH＞7.0
	成磷酸镁铵沉淀	尿沉淀加醋酸溶解
尿酸结石	高尿酸尿症	尿中尿酸可增高
	尿pH偏酸，尿酸沉积	尿液pH＜5
	“特发性尿酸结石”机制未明	尿沉淀加碱溶解
		尿中可见尿酸结晶
		尿石呈金黄色，同心层明显
胱氨酸结石	胱氨酸、鸟氨酸、精氨酸、赖氨酸在肾	尿中胱氨酸增加
	及小肠转运障碍，肾重吸收障碍，尿中	尿pH偏低
	大量排泄胱氨酸，沉积而成为胱氨酸结	尿中可有胱氨酸结晶
	石

表6-11 防治尿石的生化原理

结石种类	防治药物	防治尿石的生化原理
	氧化镁	纠正镁失调，Mg2+与Ca2+竞争草酸根，阻止尿石生长，增
		加草酸钙溶解度
草酸钙结石	维生素B6	纠正氨基酸代谢紊乱，降低内生性草酸
	无机磷酸盐	增加尿中焦磷酸盐，抑制结石生长
	亚甲蓝	阻止基质与晶体结合，妨碍基质的产生，
	磷酸纤维素	聚合与钙形成不吸收的复合物，降低尿钙
	酪氨酸	降低内生性草酸，阻断羟脯氨酸生成草酸
	别嘌呤醇	抑制尿酸生成，防止草酸钙结合长大
	四环素	与金属离子螯合，与亚甲蓝作用类似

续表

结石种类	防治药物	防治尿石的生化原理
磷酸钙结石	氢氧化铝胶	在肠道与磷形成不溶性磷酸铝减少吸收
	柠檬酸	在尿中与钙形成可溶性物质
	葡萄糖醛酸	形成葡萄糖醛酸甙，利于钙结石溶解
	萜烯类	与葡萄糖醛酸结合成葡萄糖醛酸甙
	酸性磷酪盐与NH4+Cl-	酸化尿液，促进磷酸钙溶解，降尿钙
	磷酸纤维素	与钙形成不吸收的复合物，降低尿钙
磷酸镁铵结石	抗生素	控制尿路感染，减少尿中尿素酶及尿铵
	乙酰羟肟酸	尿素酶抑制剂，减少尿素分解
	丙氨酸	防止尿粘蛋白的聚合
尿酸结石	别嘌呤醇	抑制体内黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸生成
	柠檬酸盐	碱化尿液至pH6.5，使尿酸结石溶解
胱氨酸结石	青霉胺	青霉胺与半胱氨酸结合，形成溶解度很大的复合
		物，减少胱氨酸的生成
	柠檬酸盐	碱化尿液至pH7.5，促进胱氨酸结石的溶解

镁在人体内的总量约为21-28g，居构成机体元素的第11位。Mg2+是体内含量较多的阳离子（居第4位）。体内57％的镁存在于骨中，约40％存在于软组织中，其余存在于体液中（表6-12）。 表6-12　新鲜组织和体液中镁的浓度

组织	浓度（mg/kg）	体液	浓度（μg/L）
骨	18.00	唾液	10.8-65.0
脑	4.83	胃液	25-590
骨骼肌	1.92	胆汁	50-183
心	1.92	胰液	25-33
胰腺	1.83	肠液	483
肝	1.67	脑脊液	200
小肠	1.67	乳汁	192-208
肾	1.50	汗液	0.25-19.2

（一）镁的吸收与排泄
镁存在于除脂肪以外的所有动物组织及植物性食品中，日摄入量约为250mg，其中2/3来自谷物和蔬菜。小肠对镁的吸收是主动转运过程，吸收部位主要在回肠。每日镁的吸收量约为2-7.5mg/kg体重，未吸收部位随粪便排出。摄入量与排出量存在一定正比关系。消化液中也含有多量的镁，成人每日可从消化液的吸收过程中回收约35mg的镁。长期或短期大量丢失消化液是造成缺镁的主要原因。消化道手术或造瘘术后未及时补充镁，便会出现缺镁综合征。
体内镁的主要排泄途径是肾，每日经肾小球滤过镁1.8g，再由肾小管（特别是髓袢）将大部分滤过的镁重吸收，仅有2％-5％由尿排出。男性每日由尿排镁100mg，女性为90mg，分别相当于每排出1mg肌酐排出0.068mg及0.076mg的镁。镁的排泄量因摄入量不同及地区差异而不同。红细胞中的镁约为血清镁的3倍，故测血清镁时应防止溶血。
（二）血镁
血清镁：正常人血清镁约为0.81mmol/L（0.75-1.00mmol/L），男略高于女。血清镁若低于0.75mmol/L即为低镁血症，高于1.0mmol/L即为高镁血症。血清镁有三种存在形式：Mg2+约占血清总镁量的55％；与重碳酸、磷酸、柠檬酸等形成的镁盐约占15％；蛋白结合镁约占30％。前两类属于可滤过镁，离子镁具有生理活性，红细胞镁可作为细胞内镁的指标进行测定，其结果可用于了解镁在体内的动态，正常人每升红细胞中含镁56mg。
（三）肌肉镁
在核细胞中存在的镁约有80％存在于肌肉中。肌肉是维持镁平衡的重要组织。急性镁缺乏实验所引起的低镁血症不波及肌肉镁。慢性镁缺乏病人虽然血镁在正常范围，但肌肉镁却显著降低。急、慢性高镁血症时肌肉镁均不增加。
（四）镁的生理功能
镁一半以上沉积于骨中。Mg2+　对神经、肌肉的兴奋性有镇静作用，血清Mg2+与血清Ca2+在生理作用上有相互拮抗的关系。Mg2+是近300种酶的辅助因子，Mg2+与ATP分子的β-和γ-磷酸基构成螯合物，降低ATP分子的电负性，参与一切需要ATP的生化反应。Mg2+还通过与磷酸基的络合作用维持DNA双螺旋的稳定性。Mg2+还参与维持tR-Na和核蛋白体的构象。核蛋白体和mRNA及氨基酰tRNA之间的相互作用需要Mg2+，Mg2+还参与氨基酸的活化、核蛋白体循环中转肽及核蛋白体移位等重要步骤。因此Mg2+与体内重要的生物高分子蛋白质、核酸、酶的结构、代谢与功能都有密切关系，在维持机体内环境的相对稳定和维持机体的正常生命活动中起着重要的作用。

镁代谢异常包括低镁血症（包括镁缺乏）和高镁血症两方面。低镁血症时处于镁缺乏状态。其原因可能是镁摄取不足，吸收不良，由肾脏丧失，镁向细胞内移动，经消化道等途径丧失等。高镁血症的原因可能是外因或内因性镁负荷的增加或肾对镁排泄的障碍，较为多见的则是肾功能不全时投予镁制剂。 镁代谢异常的病因学分类见表6-13 （一）低镁血症与镁缺乏症 低镁血症的发病原因较多，且常伴有其他电解质的紊乱。 ⒈肾疾病 肾疾病可因肾小管对镁的重吸收能力降低而引起低镁血症。钠利尿同时也伴有镁排出增多。急性肾功能不全多尿期可出现低镁血症，髓袢利尿剂、噻嗪类利尿剂、渗透压利尿剂引起利尿时均可造成尿镁排出增多，因此，长期服用利尿剂的慢性心功能不全病人和高血压病人可同时发生镁与钾的缺乏。 ⒉内分泌紊乱 原发性醛固酮症时尿中排镁增加。原发性甲状旁腺功能亢进时可出现症候性镁缺乏症，这是由于高钙血症导致肾保留镁的能力降低所致，此时尿镁的丢失增加。肠管对钙和镁的吸收具有相互竞争作用，肠管对钙的吸收增加，势必造成镁吸收的降低。糖尿病酸中毒用胰岛素治疗，由于镁向细胞内转移，可造成低镁血症。 表6-13　引起镁代谢异常的疾病

	低镁血症（镁缺乏）	高镁血症
肾脏	肾盂肾炎，肾盂积水，肾硬化症，肾小管性酸中毒，肾病综合征，高度利尿，急性肾功能不全多尿期，肾移植后利尿期	急性肾功能不全少尿期，慢性肾功能不全末期（尿毒症）、血液透析
内分泌紊乱	原发性醛固酮症，甲状腺功能亢进症，甲状旁腺功能亢进症，糖尿病酮症酸中毒（胰岛素治疗）	艾迪生病，肾上腺摘除，甲状腺功能低下症糖尿病酸中毒
消化系	慢性腹泻，脂肪性腹泻，长期呕吐，小肠切除，消化液长期引流，消化道造瘘，急性胰腺炎，酒精中毒性肝硬化，蛋白-能量营养不良综合征，镁摄入不足等	先天性巨结肠症 病毒性肝炎 投予含镁的制酸药 缓泻剂等
恶性肿瘤	溶骨性恶性肿瘤，肾上腺皮质癌，胸腺淋巴肉瘤，骨癌，慢性骨髓性白血病	慢性淋巴细胞白血病多发性骨髓瘤，淋巴瘤
神经系	癫痫、帕金森病、肌营养不良症、慢性酒精中毒，Huntington舞蹈病
循环系	动脉粥样硬化症、心肺旁路
药物	利尿剂、泻剂长期使用，抗痉挛剂、大量的低镁输液，毛地黄中毒，大量氯化铵，细胞毒性药物，庆大霉素、维生素B1过量	含镁泻剂过量，锂治疗维生素D过剩，含镁制酸剂，抗醛固酮剂使用，生长激素等
其他	妊娠、长期哺乳、特发性低镁血症，饥饿，寻常性鱼鳞癣，急性间歇性卟啉症	乳-碱综合征，低温麻醉，慢性感染，血液浓缩，组织破坏等

⒊消化系统疾病 镁在小肠及一部分结肠被吸收。脂肪泻时由于消化管内的镁与脂肪结合成不能被吸收的碱性复合物而引起低镁血症。镁在肠管中吸收较慢，其吸收速度与镁在肠管中通过的时间及肠管内镁的浓度成比例关系。慢性腹泻、小肠切除均可因镁在肠管内通过时间过短而导致吸收减少。每升消化液中含镁12mg，引流、瘘管等造成的消化液的丢失也是缺镁的重要原因。下消化道肠液中镁的浓度较高，溃疡性结肠炎、细菌性肠炎、蛋白-能量营养不良综合征以及长期服用泻剂都可引起镁的丢失过多。 此外，一些抗生素如庆大霉素可因肾的损害造成大量钾和镁的丢失。慢性酒精中毒可造成大量镁的丢失。各种原因引起的饥饿状态下，尿镁的排出并不因进食不足而减少，肾不具备防止体内镁丢失的防御机制。不含镁的高能量输液有症状性缺镁的可能，至少每日补充96mg的镁才有可能抵消肾镁的丢失。 缺镁的主要表现是神经-肌肉障碍和精神与行动的异常，表现为乏力、衰弱感、体温调节不良。严重时可有神经过敏、震颤、搐搦、肌肉痉挛、眼颤以及吞咽困难等。 尿镁含量测定发现，尿镁低于36mg/L（0.88mmol/L），用镁补充治疗，其尿镁也不增加时，可以协助诊断镁缺乏症。简化的镁平衡试验是：对病人做初步的肾功能检查后，静脉输入40mmol硫酸镁（约4.8g），于60-90分钟内输完，由注射开始收集48小时尿液。肾功能正常的病人，48小时内至少排出35mmol的镁（约4.2g硫酸镁）。病人体内缺镁时，排出量可低于25mmol（相当于3g硫酸镁），这种方法可协助镁缺乏的诊断。 （二）高镁血症 肾功能不全（尿素症）及急性肾功能不全少尿期，由于肾清除作用降低，血浆及红细胞内镁含量均增高，可出现高镁血症。当肌酐清除率在30ml/min以下时，血镁含量显著增高。高镁血症的临床表现有心动过速、各种心传导阻滞、血压降低、腱反射消失、肌肉瘫软、啫唾，重者转入昏迷。治疗高镁血症不外乎改善肾功能、加速镁的排泄，可用钠利尿剂以增加尿镁的排泄，还可给以葡萄糖钙等钙剂以与镁相拮抗。钙、镁两种离子由于化学上甚为接近，因此可与同一神经细胞的生化系统相互竞争，增加Ca2+浓度就能排斥Mg2+与该生化系统的结合，从而起到治疗的作用。

微量元素在当代以其广泛的生物学作用、生理功能及临床诊断治疗价值吸引了地球化学、医学地理、农业、环境保护、分子生物学、生物化学、营养学、免疫学、遗传学、药理学、地方病学、老年医学、肿瘤学等许多基础医学及临床医学领域的学者，并取得许多令人瞩目的进展。微量元素在许多疾病的病因学、发病学、诊断学、防治学方面具有重要的意义。
人体内必需的微量元素有铁、锌、铜、锰、铬、钼、钴、硒、镍、钒、锡、氟、碘、硅；非必需的微量元素中属于可能必需的有铷、砷、锶、硼、锗；属于无害的则有钡、钛、铌、锆等；有害的微量元素有铋、锑、铍、镉、汞、铅、铝等。上述微量元素（占人体总重量的1/10000以下者）与宏量元素（占人体总重量1/10000以上者，包括碳、氢、氧、氮、钙、磷、镁、钠、钾、氯、硫）相比，只占人体总重量的0.05％左右。

（一）人体内微量元素的含量（表6-14） 表6-14　人体内微量元素的含量

微量元素	体内存在量	微量元素	体内存在量
铝（Al）	60mg	锰（Mn）	12-20mg
砷（As）	1-2mg	汞（Hg）	13mg
钡（Ba）	20mg	钼（Mo）	10mg
镉（Cd）	50mg	镍（Ni）	10mg
铬（Cr）	6mg	铷（Rb）	320mg
钴（Co）	1.5mg	硒（Se）	6-12mg
铜（Cu）	80-100mg	硅（Si）	2-3g
氟（F）	3g	锶（Sr）	320mg
碘（I）	11mg	锡（Sn）	17mg
铁（Fe）	3-5g	钒（V）	1.5mg
铅（Pb）	120mg	锌（Zn）	2-3g

（二）微量无素的生理功用 ⒈微量元素与酶的关系 酶是一种生命现象及生物化学反应的基础。人体内发现的近1000种酶中有50％-70％的酶含有微量元素或以微量元素的离子作为激活剂。已知锌与上百种酶有关，铁与数十种酶有关，锰和铜亦与数十种酶有关。钼与黄嘌呤氧化酶等有关，硒与谷胱甘肽过氧化物酶等有关。因此微量元素常作为酶的组成成分或激活剂。 ⒉微量元素构成体内重要的载体及电子传递系统 铁参与组成血红蛋白、肌红蛋白，运输和储存氧；铁构成的细胞色素系统（细胞色素b、C1、C、aa3，b5、P450等）是重要的电子传递物质；铁硫蛋白作为呼吸链中的电子传递体。 ⒊参与激素和维生素的合成　钴组成维生素B12，碘构成甲状腺激素T3、T4，因而微量元素与代谢的调控有密切关系。 ⒋微量元素影响免疫系统的功能，影响生长及发育 锌影响生长发育，能增强免疫功能，硒能刺激抗体的生成，增强机体的抵抗力。

不论必需微量元素缺乏或过多，有害微量元素接触、吸收、贮积过多或干扰了必需微量元素的生理功能和营养作用，都会引起一定的生理及生物化学过程的紊乱而发生疾病。反之，在各种疾病情况下，会对微量元素的吸收、运输、利用、储存和排泄产生一定的影响。 微量元素缺乏或过多，可导致某些地方病的发生。例如缺碘与地方性甲状腺肿及呆小病有关；低硒与克山病和大骨节病有关；缺锌与伊朗乡村病和肠原性肢端皮炎有关。接触或吸收过量的有害微量元素还可引起种种职业病，即使是必需微量元素，像铁、铜、钴、锰等进入机体过多也会引起急性或慢性中毒。如接触六价铬可引起特征鹰眼状铬溃疡及鼻中隔穿孔；砷过多引起砷性皮肤癌及中毒；还有锰中毒、铁中毒、锌中毒等。 微量元素的检测还可用作某些疾病的诊断指标，对于某些微量元素缺乏症还可用补充微量元素的方法进行治疗。 （一）微量元素的缺乏症与过多症 ⒈微量元素的缺乏症 微量元素的缺乏可导致缺乏症的出现，现将重要的微量元素缺乏症列于表6-15 表6-15　微量元素的功能与缺乏症

微量元素	功能	缺乏症
锌（Zn）	细胞分裂，核酸代谢，生长，辅助因子	伊朗乡村病，肠原性肢端皮炎
铁（Fe）	造血原料，构成细胞色素类	缺铁性贫血
铜（Cu）	Hb合成，结缔组织代谢	贫血，毛发异常，脑功能障碍
铬（Cr）	构成葡萄糖耐量因子	耐糖能力↓，糖尿病，动脉硬化
碘（I）	构成T3、T4，促进生长、发育	地方性甲状腺肿，呆小病
钴（Co）	构成维生素B12，造血	恶性贫血，甲基丙二酸尿症
硒（Se）	抗氧化	克山病，大骨节病
锰（Mn）	多种酶的激活剂	生长发育迟缓，中枢神经系异常
氟（F）	骨、牙齿形成	龋齿

⒉微量元素的过多症　例如铁过剩的血色沉着病（hemochromatosis）时，铁吸收过多，在心、胰腺、睾丸、肝内沉积，导致纤维化，造成心肌损害、糖尿病、性腺功能不全及肝硬化。先天性铜代谢异常的Wilson病时由于转运铜的铜蓝蛋白生成减少，使过剩的铜在脑的基底核和肝中沉积，出现神经症状及肝硬化。锌过多可引起发热；锰过多可导致中枢神经障碍、运动失调；钴过多可造成心脏病、甲状腺功能异常、听觉障碍等；锡过多可造成呕吐、腹泻、腹痛及肝脏损伤；汞中毒时发生“水俣病”；镉中毒造成疼痛、肾损伤及骨折的“疼痛病”。 （二）微量元素测定在疾病诊断中的应用 由于原子吸收光度法的应用，使得医院检验部门逐步开展体液、毛发中微量元素的检测工作，微量元素的检测在疾病的诊断中的价值开始受到应有的重视。铁、铜、锌、硒等的资料已日渐增多。现将几种重要微量元素的检测对疾病的诊断价值及这些微量元素测定值增高或降低的临床意义列于表6-16。 表6-16　微量元素检测在诊断上的应用（血清）

微量元素	检测方法	正常参考值	低值	高值
铁（Fe）	比色法	男80-200μg/dl	缺铁性贫血	再生障碍性贫血
	（OPT法）	女70-180μg/dl	出血性贫血	铁粒幼细胞贫血
			Banti综合征	血色沉积病
			慢性感染	急性肝炎早期
			肿瘤等
铜（Cu）	比色法	男80-130μg/dl	Wilson病	毛细胆管性肝炎
	原子吸收光度法	女100-150μg/dl	MenkesⅡ型综合征门脉性肝硬化	胆汁性肝硬化 白血病、贫血
		尿10-60μg/日	肾病综合征	感染性疾病
			铜吸收障碍	恶性肿瘤（淋巴
				瘤、骨肉瘤等）
锌（Zn）	原子吸收光度法	男63-147μg/dl	锌缺乏（肠原肢端皮	溶血性贫血
		女63-122μg/dl	炎、高卡量输液）肝胆疾患（肝硬化、肝炎、肝肿瘤等）血液病（白血病、恶性贫血，再障，缺铁性贫血、多发性骨髓瘤等）、癌、恶性淋巴瘤、肉瘤、心肌梗死、肾病综合征，肾炎，多发性神经炎、脑血管疾病，Addison病，糖尿病肾症，肺炎等	红细胞增多症
				嗜酸性细胞增多症
				甲状腺功能亢进症
				原发性高血压
				X线照射后
硒（Se）	原子吸收光度法	80-180μg/L（血清）	溶血性贫血	硒接触过量
			克山病、心肌缺血、癌、肌营养不良症、多发性硬化症、糖尿病性视网膜病变、白内障等
锰（Mn）	原子吸收光度法	5-15μg/L	慢性淋巴性白血病	锰中毒、心梗、急性白血病

续表

微量元素	检测方法	正常参考值	低值	高值
铬（Cr）	原子吸收光度法	0.16-150μg/L	糖尿病	急、慢性铬中毒
		0.05-4μg/L	冠心病
镍（Ni）	原子吸收光度法	0.1-1.5μg/L		急性心肌梗死镍中毒

（一）锌（Zn）
⒈锌的生物学作用 锌是当代微量元素研究中非常活跃的课题之一。
⑴锌可作为多种酶的功能成分或激活剂：锌是碳酸酐酶、DNA聚合酶、RNA聚合酶，胸嘧啶核苷激酶、碱性磷酸酶、亮氨酸氨肽酶等含锌酶的组成成分。
⑵促进机体生长发育，促进核酸及蛋白质的生物合成：缺锌后创伤溃疡难愈合，生长发育不良，性器官发育不全或减退，成为缺锌性侏儒或肠原性肢端皮炎。
⑶增强免疫及吞噬细胞的功能：缺锌后免疫功能减退。
⑷抗氧化、抗衰老及抗癌作用：锌亦是超氧化物歧化酶的组成成分，能防止自由基对细胞膜造成的损伤，减少过氧化脂质的生成，某些肿瘤病人及衰老过程中有缺锌的倾向，因此锌可能具有抗氧化、抗衰老及抗癌作用。
⒉锌在体内的代谢　正常成人体内含锌2-2.5g，平均2.3g。男性比女性稍高，锌以视网膜、前列腺及胰腺中的浓度最高，在肌肉及骨骼中贮存。肌肉内储锌全身锌的62.2％，骨中的锌占全身体内锌的28.5％。正常人从普通膳食中每日摄取10-15mg锌，吸收率为20％-30％，主要在小肠内和胰腺分泌的小分子量配体－前列腺素E2结合后，经小肠上皮细胞吸收。锌进入毛细血管后由血浆运输至肝及全身。锌主要由粪便、尿、汗、头发及乳汁排泄，每天由尿排泄的锌不超过1mg。
含锌丰富的食物有谷类、粗粮、蛋黄、瘦肉、鱼、牡蛎和坚果等。
（二）铜（Cu）
⒈铜的生物学作用
⑴参与造血及铁的代谢：铜主要影响铁的吸收，促进储存铁进入骨髓，加速血红蛋白及铁卟啉的合成。铜还促进幼稚红细胞的成熟，使成熟红细胞从骨髓释放进入血液循环。
⑵构成体内许多含铜的酶（如丁酰辅酶A脱氢酶、酪氨酸氧化酶、尿酸酶、超氧化物歧化酶等）及含铜的生物活性蛋白质（如血浆铜蓝蛋白、血铜蛋白、肝铜蛋白、乳铜蛋白等）。
⑶与DNA结合，在DNA两条链中形成架桥，形成金属络合物，与维持核酸结构的稳定性有关。
⑷铜参与赖氨酸氧化酶的组成，促进弹性蛋白及胶原纤维中共价交联的形成，维持组织的弹性和结缔组织的正常功能。
⑸含铜酶大部属氧化酶类，如细胞色素C氧化酶、酪氨酸酶、多巴胺-β-羟化酶、胺氧化酶等，这些酶类参与儿茶酚胺类激素的代谢、黑色素的生成以及神经递质的代谢，因而对中枢神经系统的功能、智力及精神状态、防御功能及内分泌功能等均有重要影响。
临床上可测定血浆铜蓝蛋白的氧化酶活性，亦可测定血浆铜蓝蛋白，还可测血清铜。
血浆铜蓝蛋白：正常成人在25-43mg/dl之间，在肝豆状核变性（Wilson病，为铜在肝、脑等组织中沉积的慢性内源性铜中毒，为常染色体性隐性遗传性疾病）和Menke综合征（以中枢神经病变为主的、头发卷曲色浅为特征的婴幼儿缺铜性遗传疾病）时明显减低。
血浆铜蓝蛋白氧化酶活性：正常人在66-140单位/L之间。心肌梗死、传染病、肝癌及转移性肿瘤患者明显升高，Menke综合征及Wilson病时显著降低。
血清铜：成人在105-114mg/dl之间，女性稍高于男性。
尿铜：24小时在70μg以下，肝豆状核变性、肾病综合征、急性铜中毒、急性病毒性肝炎、肝硬化时尿铜增加。
毛发铜含量较为恒定，能反映机体营养状态，正常成人平均值9.5-23μg/g。
⒉铜的代谢 铜主要参与造血及酶的合成。正常人体内含铜100mg-200mg，平均150mg左右，约50％-70％的铜存在于肌肉及骨骼内，20％存在于肝。肝是重要的储铜库，5％-10％的铜分布于血液中，微量的铜以酶的形式存在于组织中。一般成年人每日从食物摄取2mg铜已能满足生理需要，富含铜的食品是牡蛎、蛤类、小虾及动物肝肾等。正常人每天从各种渠道排泄铜2mg左右，肠管可能通过含铜复合物的上皮细胞的脱落而排泄铜。
（三）硒（Se）
⒈硒的生物学作用
⑴硒是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的必需组成成分：每摩尔的酶含有4毫摩尔的硒，该酶催化的反应为：
2GSH＋H2O2→GSSG＋2H2O
2GSH＋ROOH→ROH＋GSSG＋H2O
通过GSH-Px的作用，在清除自由基、分解过多的H2O2，减少过氧化物、保护细胞膜、保护细胞敏感分子（DNA、RNA）中占有重要地位。
⑵硒参与辅酶A和辅酶Q的合成，促进α-酮酸脱氢酶系的活性，在三羧酸循环及呼吸链电子传递过程中发挥重要作用。
⑶硒与视力和神经传导有密切关系，虹膜及晶状体含硒丰富，视网膜的视力与含硒量有关。硒是光电管基础物质之一，硒在视网膜、运动终板中可能起着整流器及蓄电器的作用。
⑷硒能拮抗某些有毒元素及物质的毒性：硒可在体内外减低汞、镉、铊、砷等的毒性作用。
⑸硒能刺激免疫球蛋白及抗体的产生，增强机体对疾病的抵抗力。
⑹硒与心血管结构和功能的关系：硒可防止镉引起的实验性高血压，并可防止冠心病及心肌梗死。硒参与保护细胞膜的稳定性及正常通透性，抑制脂质的过氧化反应，消除自由基的毒害作用，从而保护心肌的正常结构、代谢和功能。投予亚硒酸（每周0.5-1mg）可有效地防治克山病的发生。
⑺硒能调节维生素A、C、E、K的代谢。
⑻硒的抗肿瘤作用：许多报道表明结肠癌、乳腺癌、前列腺癌、直肠癌及白血病等的死亡率与其居住地区土壤的硒含量、日摄取量以及血硒水平呈逆相关关系。动物致癌试验中观察到硒对动物的实验性皮肤癌、肝癌、结肠癌、乳癌、肺癌等均有显著的抑制作用，且此种抑癌效果还受食物中维生素A、C、E等含量的影响。关于硒化合物的抗癌作用机制尚未阐明，可能与硒能抑制致癌物质的致突变性、或改变致癌物的代谢、或通过抗氧化作用而抗癌。有报道硒化合物能促进肝癌细胞及白血病细胞的再分化，通过促分化而抗癌。
⒉硒的代谢　 1957年Schwarz证明硒是动物体内必需的微量元素。人体内硒的含量约14mg-21mg，以肝、胰腺、肾中的含量较多，人类对硒的摄入量受环境及食物含硒量的影响。富含硒的食品有蒜、芝麻、啤酒、酵母、蘑菇、小虾、鱼类、肝、肾等，富硒中药有黄芪、地龙等。人对硒的摄入量不应低于40μg/d，一般认为成人每日从食物中约摄取60μg-350μg的硒，每日由尿约排泄约50μg，由粪排泄80μg，由汗排泄20μg，在血浆内的硒主要与α及β-球蛋白结合而运输。
我国不同地区报道的成人全血硒为0.028-0.033μg/ml，还有报道为0.099-0.160μg/ml。克山病区成人及儿童全血硒显著低下，分别为0.018-0.025μg/ml及0.017-0.024μg/ml。癌瘤时血硒明显减少，特别是消化道癌肿病人血硒降低更为显著，往往表明癌的转移、多发或低分化程度。
尿硒成人平均为11.9±2.6μg/24h，克山病区成人尿硒明显降低，平均为7.9±2.6μg/24h。
（四）铬（Cr）
⒈铬的生物学作用
⑴铬形成葡萄糖耐量因子（GTF），使胰岛素与膜受体上的-SH基形成-S-S-键，协助胰岛素发挥作用。
⑵降低血浆胆固醇及调节血糖。
⑶促进血红蛋白的合成及造血过程。
⒉铬的代谢　成人体内含铬6mg，日摄入量5-115μg，进入血浆的铬与运铁蛋白结合运至肝脏及全身。富含铬的食品有红糖、麦麸、鱼、葡萄汁、啤酒酵母等，铬主要随尿排泄，3-60μg/d。
（五）钴（Co）
⒈钴的生物学作用　人类不能利用钴合成维生素B12，主要从能合成维生素B12的动物及细菌摄取，维生素B12在人体内参与造血。维生素B12参与体内一碳单位的代谢，参与脱氧胸腺嘧啶核苷酸的合成，维生素B12缺乏可导致叶酸的利用率下降，造成巨幼红细胞性贫血。维生素B12促进铁的吸收及储存铁的动员，它还促进锌的吸收，提高锌的活性。
⒉钴的代谢　正常成人体内含钴1.1-1.5mg，一般从普通膳食中摄入钴150-450μg/d，吸收率63％-97％，每日吸收钴190-290μg，钴通过小肠进入血浆后由三种运钴蛋白（transcobalbmin Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）结合后运至肝脏及全身，主要由尿排泄，每日排泄量约等于吸收量。当内因子缺乏、运钴蛋白缺乏、摄入量不足或因消化系统疾病而干扰吸收时，可造成钴及维生素B12缺乏。全血及血清钴10.8±6.0ng/ml，在恶性贫血、急性白血病时降低，慢性粒细胞白血病、淋巴肉芽肿时血钴升高。
富含钴的食品有小虾、扇贝、肉类、粗麦粉及动物肝脏。
检测血清不饱和维生素B12结合力（UBBC）及血清维生素B12正常人血清UBBC为0.7-1.6μg/L，血清维生素B12为0.16-0.75μg/L，这两项指标有利于肝癌的诊断。有些AFP不增高、HBsAg阴性的肝癌病例，UBBC及维生素B12亦可显著增高。
（六）锰（Mn）
⒈锰的生物学作用
⑴锰的多种酶的组成成分及激活剂：锰是精氨酸酶、脯氨酸酶、丙酮酸羧化酶、RNA聚合酶、超氧化物歧化酶的组成成分，又是磷酸化酶、醛缩酶、半乳糖基转移酶等的激活剂，与蛋白质生物合成、生长发育有密切关系。
⑵参与造血、卟啉合成、改善机体对铜的利用。
⑶构成Mn-SOD，有抗衰老作用：衰老时Mn-SOD活性降低，肿瘤细胞内Mn-SOD活性亦降低。故Mn具有抗衰老抗肿瘤作用。
⒉锰的代谢正常成人体内含锰12-20mg，分布于一切组织，每日从一般食物摄入锰0.7-22mg，吸收率为3％-4％。吸收的锰经小肠壁进入血流，与β1-球蛋白或“运锰蛋白”结合后，迅速运至富含线粒体的细胞中，血锰5-15μg/L，人体内的锰主要由肠道、胆汁、尿液排泄。坚果、茶叶、叶菜、谷类富含锰。
（七）钼（Mo）
⒈钼的生物学作用
⑴钼是构成黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶、亚硫酸氧化酶等氧化酶的组成成分，可解除有害醛类的毒性。
⑵参与电子的传递及铁从铁蛋白的释放及铁的运输。
⑶钼有抗癌作用，缺钼地区食管癌发病率高，钼构成亚硝酸还原酶（植物），降低环境中亚硝酸含量，减少致癌物亚硝胺的生成。
⑷钼与心血管疾病有关，洋地黄类施用钼肥可提高产量及强心甙疗效。
⒉钼的代谢　成人体内含钼9mg左右，分布于全部组织及体液中。一般成人每日由普通膳食中摄入钼300μg，吸收率为40％-60％，随食物及饮水进入消化道的钼化物可迅速（10分钟）被吸收，80％与蛋白质结合，血清钼590ng/dl，而在食管癌高发区血清钼明显减低为220ng/dl-290ng/dl，癌症病人、心律不齐病人均可有血钼降低，白血病及缺铁性贫血时血清钼增高。
富含钼的食品有豆荚、肝、肾、酵母、牛乳及粗麦粉等。
高钼地区痛风发病率高，可能与黄嘌呤氧化酶活性增高、尿酸生成增多有关。
（八）氟（F）
⒈氟的生物作用 氟为骨骼牙齿的必需组分，与牙齿及骨的形成有关，可增加骨硬度及牙齿的耐酸蚀能力。缺氟易生龋齿，氟过多可引起骨密度增加和斑釉齿，氟在细胞内可抑制多种酶的活性，干扰胶原的合成。
⒉氟的代谢　成人体内含氟量2.6g左右，主要在骨骼、牙、指甲、毛发中。每日约摄入2.4mg的氟，大部分由尿排泄，每日排出约2.4mg。
富含氟的食品有海味（牡蛎）、葱、豆类、茶叶等。
（九）碘（I）
⒈碘的生物学作用　碘是1850年即已发现的必需微量元素，主要构成甲状腺激素T3、T4。甲状腺激素维持正常生长发育及智力发育，调节能量代谢。缺碘可发生地方性甲状腺肿和呆小病，碘过多可造成碘中毒，刺激甲状腺功能亢进。
⒉碘的代谢　人体含碘量约为11mg，每日成人需摄入50-100μg的碘，为防治地方性甲状腺肿，应普遍食用加碘食盐。
此外，近年来对锗这一微量元素的研究日益增多，据报道有些有机锗（如Ge-132）化合物可以提高人体免疫力，诱导干扰素生成，有抗衰老抗肿瘤的作用。有人主张锗是可能必需微量元素。
总之，微量元素在生命科学中的作用、微量元素与地方病、微量元素与职业病、微量元素与衰老、微量元素与肿瘤等领域的研究近十余年来极为活跃，是临床生物化学中令人瞩目的篇章。