啄木鸟怀旧系列经典:微量必需元素硒的作用探析

微量必需元素硒的作用探析                                                                                                          硒在有机体的生命活动过程中具有重要的生物学作用，大量的研究证明硒作为人体必需的15 种每日膳食营养元素之一，硒缺乏与人类许多疾病的发生有密切关系。主要对硒的作用、过量补硒的毒性、中国硒资源及产品开发状况等方面做了综述，同时对硒资源开发利用、存在问题及应用前景进行了展望，期望引起人们对硒补充方面的足够重视，以保障人们的健康生活。关键词：硒；微量元素；必需元素引言有机体内有特殊生理功能的必需元素按含量分为大量必需元素和微量必需元素。大量必需元素是指含量占生物体总重量万分之一以上的元素，如C、H、O、N、P、K、Ca、Mg等，其中C是基本元素。C、H、O、N、P、S等6 种元素是组成细胞的主要元素，大约占细胞总量的97%。微量必需元素是指有机体生活所必需，但需要量却很少的一些元素，如Si、B、Cu、Zn、Se 等[1]。上述元素的缺乏都会引起有机体健康的下降，严重的可导致某些疾病，甚至于影响到生命[2]。其中硒就是生命系统中重要的微量必需元素之一。人体缺硒会导致心脏疾病、甲状腺机能减退、免疫系统功能脆弱，引发许多地方性疾病（克山病、大骨节病和地方性贫血等）；但摄入过量又会产生毒害，现已证实硒与40 多种常见疾病有直接和间接关系[3]。硒是人体必需的一种微量元素，只占人体重量的万分之一以下，不能在体内合成，必须从食物中摄取。尽管硒在人体内的含量非常少，而且每日摄人量也极微，但却在人体的机能中发挥着极其重要的作用。近十几年来，对于硒与人类健康的关系，已成为研究领域十分活跃的课题之一。1 硒的发现和作用1.1 硒的发现硒作为一种微量元素是1817 年被瑞典化学家Berzdius 发现并命名的。他在研究硫酸厂铅室中沉淀的红色淤泥性质时，发现它是一种性质与碲相似的新元素，随即以希腊月亮女神塞勒涅的名字(Selenium)命名为硒(Se)。生物学界对硒的认识始于1934 年。1957年德国的Schwarz K和Foliz C.M.首次发表了硒具有动物营养作用并可防止犊牛白肌病的报告[4]。1973 年Rofruek 等发现硒是谷胱甘肽过氧化物酶的必需成分；20 世纪80 年代初，中国学者杨光圻等报道了硒与克山病关系研究的成果，加深了人们对硒的营养生物学功能的认识[5]。据此，WHO和国际营养组织在1973 年确认硒为人和动物体内必需的微量元素，1988 年中国营养学会也将硒列为人体必需的15 种每日膳食营养元素之一[6]。世界卫生组织（WHO）于1973 年宣布硒是必需微量元素以后，硒在生物和医学中的应用与研究不断进步，并取得了一系列研究成果。20世纪50年代前，人们研究的是硒的毒性，20世纪70年代后开始研究硒的营养作用，20世纪90年代以后研究硒与生命科学中的关系。硒是微量元素研究中唯一一个进入分子水平的元素。1.2 硒的作用1.2.1 硒的保健作用近年来医学领域的大量研究证实，许多疾病的发生与硒的摄入量偏低有关，适量补硒可以提高人体对某些疾病的抵御能力。（1）抗癌作用。硒被科学家称之为人体微量元素中的“抗癌之王”[7-8]。大量研究表明，人的血液中硒含量水平的高低与癌的发生息息相关，一个地区食物和土壤中硒含量的高低与癌症的发病率有直接关系，如果该地区的食物和土壤中的硒含量高，癌症的发病率和死亡率就低，反之，这个地区的癌症发病率和死亡率就高。（2）抗氧化作用。硒是谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的组成成分，每摩尔的GSH-Px 中含4 g 原子硒，此酶的作用是催化还原性谷胱甘肽（GSH）与过氧化物的氧化还原反应，所以可发挥抗氧化作用，是重要的自由基清除剂[7-11]。在体内，GSH-Px 与维生素E抗氧化的机制不同，两者可以互相补充，具有协同作用。（3）增强机体免疫力作用。有机硒能清除体内自由基，排除体内毒素、抗氧化、能有效的抑制过氧化脂质的产生，防止血凝块，清除胆固醇，增强人体免疫功能。（4）防止糖尿病。硒是构成谷胱甘肽过氧化物酶的活性成分，它能防止胰岛β细胞氧化破坏，使其功能正常，促进糖份代谢、降低血糖和尿糖，改善糖尿病患者的症状[7-11]。（5）防止白内障。硒可保护视网膜，增强玻璃体的光洁度，提高视力，有防止白内障的作用。（6）防止心脑血管疾病。硒是维持心脏正常功能的重要元素，对心脏肌体有保护和修复的作用。人体血硒水平的降低，会导致体内清除自由基的功能减退，造成有害物质沉积增多，血压升高、血管壁变厚、血管弹性降低、血流速度变慢，送氧功能下降，从而诱发心脑血管疾病的发病率升高，然而科学补硒对预防心脑血管疾病、高血压、动脉硬化等都有较好的作用[7-11]。（7）防止克山病、大骨节病、关节炎。缺硒是克山病、大骨节病、两种地方性疾病的主要病因，补硒能防止骨髓端病变，促进修复，而在蛋白质合成中促进二硫键对抗金属元素解毒。对这两种地方性疾病和关节炎患者都有很好的预防和治疗作用[1，2，7-11]。（8）解毒、排毒。硒与金属的结合力很强，能抵抗镉对肾、生殖腺和中枢神经的毒害。硒与体内的汞、锡、铊、铅等重金属结合，形成金属硒蛋白复合而解毒、排毒[7-12]。（9）防治肝病、保护肝脏。中国医学专家于树玉历经16 年的肝癌高发区流行病学调查中发现，肝癌高发区的居民血液中的硒含量均低于肝癌低发区，肝癌的发病率与血硒水平呈负相关，在江苏启东县居民中进行补硒预防癌症试验补硒可使肝癌发生比例下降，使有肝癌家史者发病率下降[5-12]。1.2.2 硒的毒性作用硒中毒是指生物有机体摄入硒过量或时间过长而发生的急性或慢性中毒性疾病。硒的营养与中毒之间的界限是所有元素中最小的一个。关于硒对作物的毒害作用研究，已有许多报道[13]。美国发现的被称为“碱性病”或“瞎撞病”，它是由于动物摄入了含硒量较高的植物所致。随后，Moxon(1937)及Miller和Schoening(1938)相继报道了猪的硒中毒症，其临床症状包括被毛脱落、蹄匣脱落及蹄匣冠状带断裂等。硒中毒的原因很多，但主要包括以下3个方面：（1）土壤的含硒量过高，如富含硒的岩石经分化后，形成富硒土壤，使当地植物硒含量过高。（2）动物采食高硒植物，如紫云英、单冠毛属和某些棘豆属的植物。（3）防治硒缺乏时硒制剂用量过大或饲料中添加不均[14]。不同生物有机体对硒中毒的症状有很大的差异，非聚硒作物生长在高硒介质中时，通常会表现为徒长黄萎病，叶片萎缩干枯，蛋白质合成下降，作物未老先衰等。而聚硒作物在吸收大量硒之后不会表现出硒中毒症状。1978 年SIGN等对硒含量、核酸、蛋白质的含量变化进行了具体的研究，得出了硒导致了作物中的普遍抑制作用，降低了作物的产量[15]。台培东等[16]通过室内培养的方法研究了硒对小麦、黄瓜的毒害作用，结果表明，低浓度的硒有利于作物的生长发育。但浓度高时会导致作物抗逆境反应物质脱落酸的增加，影响植物的正常发育；甚至植物出现毒害症状，同时表明外源脱落酸对硒的毒害明显的拮抗作用。所以说硒并不是越多越好的，有一个适度范围。研究表明每天成人的摄入量应控制范围在50~300 μg。因此，对作物体中的硒含量应控制在一个适宜的范围之内，才能充分发挥硒对作物的有利作用，对人体也不会造成危害[17]。2 中国的硒资源分布状况硒在地壳中分布广泛但含量不均。据WHO公布的资料，全球有40多个国家属于低硒和缺硒地区。对中国1094个县市的土壤硒含量进行了测定，结果显示：中国是个缺硒国家，达到国际公布正常临界值（0.1 mg/kg）的县只有1/3。其中含量小于或等于0.02 mg/kg 的占29%，为严重缺硒地区。据《中华人民共和国地方疾病与环境因素图集》揭示，从东北三省起斜穿至云贵高原，占中国国土面积70%地区存在一条低硒地带。全国有72%的人口存在不同程度的硒摄入不足[6]。陕西省安康市是世界重要富硒区之一。陕南安康市的汉阴县、紫阳县、平利县、岚皋县等地，均含有丰富的硒资源。含硒碳质页岩和石煤已出露面积为850km2，分为南北二带，总储量有待研究（25亿t），每吨含硒500~7400 g，最高达84 kg，土壤含硒最高7.4208 mg/kg；平均含硒量达到了平均19.11 kg/kg 以硒矿床为中心的乡、镇均为高硒区，约占全市总面积的70%，硒的地质资源十分丰富（内部资料：王浩东等，2008 年安康市土壤硒的分布与含量普查报告）。仅以汉阴县为例，据安康学院硒资源普查研究发现：安康市境的汉阴县土壤的含硒量如下，土壤以黑沙土最高，最高达7.4208 mg/kg；其次为水稻土，最高达3.9681 mg/kg；其余依次为石渣土，最高达3.3310 mg/kg；壤土，最高达3.0154 mg/kg；黑石渣土，最高达1.8406 mg/kg；沙壤，最高达1.6599 mg/kg；黄泥巴，最高达1.5355 mg/kg；小红土，最高达0.7395 mg/kg；潮沙土，最高达0.3940 mg/kg；黄沙壤，最高达0.2279 mg/kg；黄锦土，最高达0.2155 mg/kg；青消泥，最高达0.0751mg/kg；含硒量最低为绵沙土，最高达0.1812 mg/kg；各性质土壤含硒量均高于全国绝大部分地区，同时可以看出，水稻土的富硒能力较强，可能与其发达的根系有关（内部资料：王浩东等，2008 年安康市土壤硒的分布与含量普查报告）。3 硒产品开发应用检索1958 年以来国内学术刊物发表的关于硒的研究论文发现，在总计6266篇文章中，有将近600篇是报道硒产品开发的。在硒产品研发种类方面，主要集中在以下几方面。3.1 富硒茶湖北思施和陕西紫阳都盛产茶叶。紫阳县是中国的两个富硒区之一，因土壤中含硒量高，茶叶及其他植物中含硒量都十分丰富。经测定紫阳富硒茶含硒0.6530 mg/kg，其营养保健作用，已于1989 年通过科学鉴定，获省政府科技奖。3.2 富硒矿泉水陕西省安康市汉滨区洪山镇有一处国内罕见的天然富硒矿泉水，经过陕西地勘局第一水文队勘查评价，陕西省和国家矿泉水鉴定委员会鉴定，含硒0.0395~0.048 mg/L，含锶0.32~0.34 mg/L，是一低钠重碳酸钙型优质矿泉水。3.3 富硒畜禽产品通过饲喂天然富硒饲料，可以获得高硒的鸡蛋、鸭蛋、皮蛋、板鸭、腊鹅肠、腊鹅腿、猪火腿、仔猪等销往市场。3.4 富硒农产品硒资源普查研究发现：安康市境内的汉阴县农作物含硒量，大蒜为最高，含量2.3568 mg/kg，其次为大米，0.9206 mg/kg；其余依次小麦，0.5831 mg/kg；茶叶，0.2319 mg/kg；菜籽，0.1142 mg/kg；南瓜，0.0874 mg/kg；玉米，0.0803 mg/kg；芝麻，0.0740 mg/kg；萝卜，0.0716mg/kg；花生，0.0634 mg/kg；洋芋，0.0608 mg/kg；绿豆，0.0540 mg/kg（内部资料：王浩东等，2008 年安康市土壤硒的分布与含量普查报告）。3.5 富硒烟20 世纪80 年代恩施的建始烟厂就与华中理工大学合作，研制出“珍硒”香烟，并进行了动物试验，结果表明，卷烟中的硒有降低烟气中有害物质的作用，抽吸该烟有一定的补硒作用，可以提高机体的免疫能力[18]。除上述产品的开发以外，还有富硒中草药（绞股蓝、黄芪、西洋参、灵芝、丹参，枸杞、天麻等等）、富硒食用菌、富硒麦芽、豆芽、富硒酵母、富硒蜂蜜等产品的报道[19]。4 对策与建议人们对于硒的研究经过了从硒的毒性研究走向硒的营养研究；从基础研究走向产品开发；从硒与疾病的关系研究走向防治疾病的现场试验；从人工转化研究走向人工合成研究；从无机硒的研究走向有机硒的研究；从硒的物理学和化学研究走向硒的生物学、生物化学、分子生物学研究；从硒的工业应用研究，延伸到硒的环境地质、土壤赋存、植物转化、动物营养、疾病防治等方面的深入研究，可以说在微量元素中，没有哪一个元素能够引起人们如此长期的关注和如此热衷的研究。中国在硒的研究和利用方面做了大量的工作，但与国外相比还有不少差距，主要表现在硒标准制定滞后、植物硒资源深加工还属空白、硒资源利用的工业化生产进展缓慢、基础理论研究力量薄弱等方面，尤其是硒在植物体内的中间转化过程的研究尚未突破[20]，因此，对天然富硒产品、富硒作物栽培、富硒动物生产等的开发和生产应予以足够重视。在当前普遍硒摄入不足的情况下，如何合理、安全地满足人和动物硒的需要，保护人和动物的健康是当前人和动物营养所要迫切解决的问题，硒的生物转化无疑具有广阔的前景。一般认为，植物富硒比动物富硒效率要高，前景更为看好。依据植物对硒吸收积累的营养特性，通过农业技术措施，由植物吸收转化，经过食物链系统，调节硒的含量、价态和形态的变化，促进硒从土壤向食物链迁移，以更好地发挥有益于人类健康和畜牧业生产的硒生物效应。因此，从技术上，应该充分利用现代生物技术，结合不同的生物提高硒的生物转化水平和分析测定技术，开发提取硒蛋白，为人体补硒提供条件[21-22]；在理论上，还需对硒在作物体内的生理作用机制、硒对作物生长发育进程的影响、硒在土壤和植物体内迁移与转化、硒在食物链中的迁移与转化等方面进行深入研究[23]；在应用上，加强硒在作物上的有效施用方式研究，做到合理施用硒肥，提高作物产量、品质和作物体内硒含量，特别是有机硒的含量，从而保障人类的食品安全[15]。因此，对于硒自然资源比较丰富的地区，应首先做好硒资源分布带的普查工作，了解硒资源在不同土壤中的分布规律、存在状态以及在不同植物体中的累积规律；建立规范化的操作规程和硒含量检测的标准，然后在此基础上逐步厘清硒资源在人体的吸收利用途径及适量的标准；将来制定硒资源的检测标准和相关产业的行业标准与开发的产品质量控制指标奠定基础。人体硒的主要来源是食物，中国是个缺硒大国，人体补硒是关系到亿万人民健康的大事。因此，针对目前硒资源调查与富硒食品开发中存在的问题，自然富硒地区应通过技术创新和技术集成，开发富硒资源，着手开发与生产富硒食品，并大规模推广富硒食品，用来满足人们生活水平不断提高对食品营养保健的需要，保障人们对全元素营养补充健康的需求。参考文献[1] 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