微量元素测定

人体由多种元素组成，在自然界存在的92种天然元素中，从人体组织中可以测出81种，人体组织中的元素可以分为两大类。一大类为宏量元素或常量元素，有碳、氢、氧、氮、磷、硫，这是机体蛋白质、糖与脂肪等有机物的组成成分；钙、钠、钾、镁与氯是机体的无机物成分。宏量元素占人体重量的99%以上。另一大类为微量元素或痕量元素，有17种即铁、碘、铜、锌、铝、钴、铬、钼、镍、矶、硒、砷、氟、溴、硼、硅、锶，多为金属元素，是人体必需的微量元素，随着研究与认识的发展，人体必需的微量元素还会不断增加。

一、微量元素的生物学功能

微量元素对人体的生长发育，新陈代谢，免疫功能，酶及内分泌的活性等，都是不可缺少的物质。微量元素在体内必须保持一定的量，不能增多，也不能减少，且彼此之间还必须保持平衡。若摄入过多，或不足，或比例失调，都会影响生长、发育、健康，引起疾病，甚至死亡。有人说，在某种意义上讲，微量元素比维生素更重要，因为它不像维生素可在人体内合成，它必须从自然界中摄取。微量元素具有以下生理或生物学功能。

1．运载作用 微量元素作为载体能将宏量元素运送到各种组织中去，如血红蛋白中的铁能将氧运送到全身各个细胞中去。

2．酶激活作用 人体已知的1 300多种酶中大多数带有一个或多个微量金属原子，酶若失去金属微量元素，其活性下降，得到所需的元素时，活性又恢复。如锌能激活肠磷酸酶及肝、肾的过氧化酶，为胰岛素合成所必需的酶。

3．参与激素作用 激素对人体许多重要生理功能有调节作用，微量元素可促进激素的这种调节作用，如锌可促进性激素的功能，铬可促进胰岛素的作用。

4．影响核酸代谢 核酸是遗传信息的携带者，含有多种浓度很高的微量元素，如锰、钴、钼、锌、镍均可影响核酶代谢。

二、结核病微量元素检测的意义

人体微量元素的变化对人体的生理功能与疾病的发生、发展、治疗和预后的影响，日益受到关注。因此，编者在1988—1994年对肺结核患者的血清、头发与支气管肺泡灌洗液做了检测研究。编者1989年首次报道肺结核72例，肺癌15例，结节病14例，与健康成人50人的血清锌、铜、铜／锌比值的测定，结果说明肺结核和肺癌血清锌降低，铜升高，且提出血清铜升高＞1．2ppm，锌下降＜0．8ppm、铜／锌比值＞1．5作为结节病与肺结核、肺癌的鉴别诊断的参考指标。1990年第二次报道了104例肺结核患者血清锌、铜检测结果血清锌肺结核组为（0．77± 0．20）ppm，肺癌组为（0．73±0．05）ppm，对照组为（1．16±0．17）ppm，肺结核与肺癌均明显低于对照组，有非常显著差异（P＜0．01），肺结核与肺癌无明显差异；血清铜肺结核组为（1．17± 0．30）ppm，肺癌组为（1．64±0．36）ppm，对照组为（0．94±0．13）ppm，铜升高肺结核与肺癌均明显高于对照组（P＜0．01），而肺癌组又明显高于肺结核组（P＜0．01），认为血清锌、铜测定对肺结核与肺癌的鉴别诊断有参考意义。1991年第三次报道了70例活动性肺结核患者头发中锌、铜、铁及铜／锌比值测定，结果头发中锌及锌／铜比值均较正常人明显降低（P＜0．01），铜与铁和正常人比较无明显差（P＞0．05），并认为头发受血液滋养，头发与血清中的微量元素代谢及变化应该一致。1994年第四次报告33例肺结核支气管肺泡灌洗液和血清中锌、铜及铜／锌比值的测定，结果支气管肺泡灌洗液中的锌、铜明显低于血清（P＜0．01），患者有无空洞及是否排菌，支气管肺泡灌洗液与血清中的锌、铜均无明显差异（P＞0．05），并认为支气管肺泡灌洗液中微量元素测定的影响因素较血清中微量元素测定的影响因素更多，临床上血清微量元素测定可以代替支气管肺泡灌洗液的测定。

三、结核病微量元素变化的机制

所有感染性疾病包括结核病体内锌含量减少。锌是人体17种必需微量元素中比较重要的微量元素，有80多种酶的活性与锌有关，它是DNA和RNA聚合酶、碳酸酐酶等各种酶的组成成分或酶激活因子，直接参与核酸和蛋白质的合成能量代谢、氧化还原过程，生理功能很多被誉为“生命之花”。缺锌必然引起上述功能紊乱或障碍，使生长发育缓慢，免疫器官的胸腺、脾脏及淋巴结明显减轻，免疫力下降，增加对结核菌的易感性，锌减少可以引起免疫缺陷，发生各种感染性疾病，比如肺部感染、肺结核、肝炎，非感染性疾病（如肝硬化、心肌梗死、心力衰竭、胃部疾病、糖尿病、肿瘤、贫血）。反之，各种感染又可引起锌的代谢失常，使锌更加减少，所以，锌减少与感染之间形成恶性循环。治疗结核病使用INH和EB，INH和EB的抗结核作用，是通过螯合锌起作用，因而消耗锌离子，经过INH或EB治疗的结核病，比治疗前明显减少，INH或EB治疗又加剧了锌的减少。

与锌相反，各种感染包括结核感染而使铜升高。其机制可能由于感染刺激分叶核白细胞，释放内源性白细胞递质，后者作用于肝脏，促进肝脏合成一系列防御反应所必需的物质。其中包括血浆铜蓝蛋白，血清中96%的铜是以铜蓝蛋白形式存在，因而导致血清铜升高。铜是正常心血管功能必需的微量元素，铜升高，也常见于动脉粥样硬化、肺癌、白血病。

活动性肺结核血清钙降低，未治疗的肺结核比治疗的肺结核更低。结核病干酪病灶偏酸性，有吸收血中钙盐的特性、导致血钙降低。经过抗结核药物治疗后，干酪病灶吸收好转，血钙降低较治疗前有所减轻。

李氏报告肺结核患者血清钴、钒降低。认为INH的抗结核作用也消耗金属离子钴而导致血钴降低。血钒减少的机制尚不清楚。

党氏认为感染包括结核感染血清铁降低，其机制可能系炎症与细胞损伤有关，详细机制也不清楚。

四、结核病微量元素检测的评价

1．微量元素检测对结核病的发生、发展、观察病情变化与预后有一定参考意义。活动性结核病发病、病情进展或恶化时，体内部分微量元素如锌、铁、钙、钴、钒降低，铜升高，当结核病好转或治愈时，则可逐渐恢复。

2．微量元素检测对结核病的治疗有辅助作用。锌摄入减少容易感染结核，患结核病时使锌减少，使用INH与EB治疗又进一步引起锌减少，因此，结核病患者应加强微量元素的摄入，如多进食含锌、铁、钙丰富而含铜少的食物，若患者消化吸收功能差，必要时可补充含这些微量元素的药物。所以，检测微量元素可以作为结核病患者观察INH与EB治疗的影响与指导患者营养疗法的参考指标。

3．微量元素检测对结核病的诊断与鉴别诊断意义不大。正常健康人也可能存在某些微量元素变化。不同的疾病可引起相同的微量元素变化，数种疾病可引起一种微量元素变化，反之，同种微量元素变化，又可引起数种不同的疾病。因此，微量元素检测不是定性检测，除碘元素外，缺乏特异性。微量元素检测是定量检测，但目前没有统一的正常值标准与疾病的异常值标准。各实验室所用仪器、方法不同。检测微量元素受干扰的因素多，影响检查结果。所以，各家报道的结果均说明对结核病的诊断与鉴别诊断帮助不大。

4．微量元素检测具有取样方便（血清），出结果快，价格便宜，患者易于接受和易于推广的优点。

5．微量元素检测的样本以血清应用最多，最方便，最有代夫性。血清微量元素检测可以代替头发与支气管肺泡灌洗液的微量元素检测，因为头发微量元素易受洗发剂的影响，支气管肺泡灌洗液的采集麻烦，使患者有一定痛苦，受一定条件限制。

五、微量元素测定

微量元素测定（microelement）存在于人体所有组织中，其浓度相当恒定，当人体缺乏某种微量元素时，将在不同组织中产生相似的结构及生理功能异常，补充该元素能防止此类异常变化或使失去功能和结构的组织恢复正常状态。一般某元素在人体中的含量是人体重量的1／10万，如铁、铜、锌、钴、硒等共有41种之多，占人体体重的0．05%，统称微量元素。

（一）铁的测定

铁（ferrum，Fe）在血浆中主要以Fe3＋和运铁蛋白结合，然后运到骨髓被幼红细胞或各组织利用。铁的吸收部位主要是十二指肠，只有Fe2＋才能被细胞吸收。结核患者由于MTB含有分枝菌酸（mycobactin）与铁蛋白Ft竞争性结合铁离子供MTB生长所需，从而导致结核患者体内血清铁降低，红细胞内血红蛋白含量降低，呈小细胞低色素贫血。

目前血清铁测定方法常用双吡啶比色法和原子吸收分光光度法，后者因许多实验室受条件所限，在此仅介绍前者。

1．原理 用亚硫酸钠作还原剂，使血清中Fe3＋还原成Fe2＋，然后与2、2－双吡啶显色。根据颜色深浅，计算血清铁含量。

2．试剂

（1）1．3%亚硫酸钠溶液新鲜配制。

（2）0．1%2、2－双吡啶溶液：称取2、2－双吡啶100mg用3%醋酸溶液溶解并稀释至100ml，棕色瓶中保存。如显红色，不能应用。

（3）三氯甲烷。

（4）10%硫酸溶液。

（5）储存标准液（0．1mg／ml）：精确称取硫酸铁铵置于烧杯中，加蒸馏水约50ml，10%硫酸溶液20ml，水浴中微热助溶，待稍冷后移入1．0L，容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度。

（6）铁应用标准液（0．01mg／L）：吸取储存标准液1．0ml置于100ml容量瓶中，加10%硫酸溶液2ml，以重蒸馏水稀释至刻度。

3．方法 按表3－21操作。

表3－21 铁元素测定步骤

置沸水中加热5min，待冷后各加三氯甲烷1ml。加塞后用力混匀，以每分钟2 000转离心15min，取上清液520nm测其A值。

4．计算

5．参考值

（1）成年人男性0．6～1．5mg／L。

（2）女性0．5～1．3mg／L。

（3）儿童0．5～1．8mg／L。

（4）老年人0．4～0．8mg／L。

6．临床意义 活动性结核病患者血清铁含量降低，属体内铁丢失增加，肾结核尤为明显。

（二）铜的测定

铜（cuprum，Cu）在人体内具有特殊功用，能氧化Fe2＋为Fe3＋，帮助铁的运输，铜也是血红蛋白合成的催化剂（辅助因子），参与细胞色素氧化酶、赖氨酸氧化酶的组成等。

血清铜含量随不同的测定方法有一定的差异．最理想的测定方法是原子吸收分光光度法，但因价格高而难以推广。下面介绍二乙基二硫代氨基甲酸钠比色法。

1．原理 血清经盐酸处理后，使铜和蛋白分离，用热的三氯醋酸溶液沉淀血清蛋白，无蛋白滤液中的铜与二乙基二硫代氨基甲酸钠起显色反应。试剂中加入枸橼酸钠与铁形成可溶性铁复合物，以排除铁的干扰。

2．试剂

（1）2mol／L HCl浓盐酸与蒸馏水2∶13混合之。

（2）0．1%二乙基硫代氨基甲酸钠称取二乙基硫代氨基甲酸钠0．1g，用重蒸馏水溶解并稀释至100ml。新鲜配制。

（3）30%三氯醋酸溶液：称取三氯醋酸20g，用重蒸馏水溶解并稀释到100ml。

（4）枸橼酸钠饱和溶液：如果枸橼酸钠含铜，可用下法除去，将枸橼酸钠饱和溶液移入分液漏斗中，加浓氨水调pH至9．0，加二乙基二硫代氨基甲酸钠试剂1ml，用异戊醇5ml抽提，弃去异戊醇层，再重复抽提，直至异戊醇层无色为止。

（5）焦磷酸钠饱和溶液：可使用2d。

（6）铜储存标准液（1．27mg／ml）：称取硫酸铜（CuSO4·5H2O）0．5mg，置于100ml容量瓶内，以重蒸馏水溶解并稀释至刻度。

（7）铜应用标准液（2．54μg／ml）：将铜储存标准液按1∶500稀释即可。

3．方法

（1）取试管3支，标明空白、标准和测定，在空白管中加入重蒸馏水2ml，2mol／L盐酸2ml，20%三氯乙酸溶液2ml。在标准管中加入铜标准液2ml，2mol／L。HCl 2ml和20%三氯乙酸溶液2ml。在测定管中加入血清2ml、2mol／L盐酸2ml，加塞。置90～95℃水浴中15min，每隔5min混匀1次，流水冷却离心。

（2）试管3支，标明空白管、标准管和测定管。于上述空白管、标准管中的溶液及测定管中的上清液各吸取3．6ml，加入相应的试管中。然后在每管中依次加入焦磷酸钠饱和溶液0．3ml、枸橼酸钠饱和溶液0．3ml，氨溶液0．6ml。混合后pH应为8．5～9．0。此时经蒸馏水调零，460nm测各管的A值。

（3）各管比色后即在比色皿内加入0．1%二乙基二硫代氨基甲酸钠0．3ml，充分混匀后，10min内再测A值1次。

4．计算

上列计算式中测定管、标准管、空白管A值均指加二乙基二硫代氨基甲酸钠前后所得读数之差。若空白管及标准管在二乙基二硫代氨基甲酸钠之前读数均为0，则以后在加此试剂之前，即可不必读数。

5．参考值

（1）血清成年男性：0．7～1．4mg／L。

（2）女性：0．8～1．55mg／L。

（3）新生儿：0．12～0．67mg／L。

（4）3－10岁：0．27～1．53mg／L。

6．临床意义 活动性结核病血清铜含量升高，但长期服用INH可引起血清铜含量下降。

（三）锌的测定

锌（zinc，Zn）是细胞生长和繁殖以及维持许多酶活性所必不可少的微量元素。当机体锌含量降低时，免疫功能减退，对MTB的易感性增加。因锌参与细胞介导免疫（cell－mediated immunity，CMI），控制B细胞分泌抗体，还与补体系统、吞噬细胞功能有关。目前，锌含量测定方法有比色法、荧光法和原子吸收分光光度法等，但仍以比色法较为实用，故此介绍吡啶偶氮酚比色法。

1．原理 血清经蛋白沉淀剂去除蛋白，同时蛋白沉淀剂中维生素C使血清中铁、铜还原成Fe2＋和Cu2＋，两者均能同时生成稳定的复合物。锌也能与氰化物结合，但水合氯醛能选择性释放锌。二价锌离子与吡啶偶氮萘酚作用，在碱性条件下生成红色化合物，可比色测定。

2．试剂

（1）三氯乙酸储存液（11．3%）：称取三氯乙酸113g，加少量重蒸馏水溶解后，倒入100ml容量瓶中，再以重蒸馏水稀释至刻度。

（2）蛋白沉淀剂：称取维生素C 0．6g，加入12mol／L HCl 1ml，11．3%三氯乙酸储存液5ml，再加重蒸馏水至50ml。

（3）2mol／L Tris缓冲液。

（4）络合剂：称取氰化钠0．15g，溶于重蒸馏水5ml中。

（5）显色剂：称取吡啶偶氮萘酚10mg，溶于Triton X－100 2ml中，涡旋混匀约15min，使之溶解，再加重蒸馏水8ml，混匀。

（6）暴露剂：称取水合氯醛4g，用重蒸馏水溶解并稀释至5ml。

（7）锌储存标准液（1mg／ml）：精确称取氧化锌124．5mg，溶于浓硝酸少许，加蒸馏水稀释至5ml。

（8）锌储存标准液（1μg／ml）：将储存液稀释1 000倍即成。

3．方法 取试管3支，标明空白管、标准管和测定管。在空白管中加入重蒸馏水1．0ml，在标准管中加入锌应用标准液1．0ml，在测定管中加入血清标本1．0ml，充分混匀。放置5min后，将测定管以每分钟2000转离心，取上清液2．0ml，加入另1支标明为测定管的试管中，并从上述空白管及标准管中各吸出溶液2．0ml，加入另外2支标明为空白管和标准管中。在3支试管中各加入2mol／L Tris缓冲液2．0ml，混匀后，各加络合剂0．2ml，混匀，再各加显色剂0．2ml混匀。以蒸馏水调零，550nm测各管A1值。比色后立即向比色皿中加入暴露剂0．2ml，充分混合后，再在同一波长用蒸馏水校正A值到0点，读取各自A2值。

4．计算

5．参考值 血清锌0．55～1．5mg／L。

6．临床意义 活动性结核病患者血清锌含量下降，铜／锌比值增大，且长期服用EB可使血清锌含量进一步下降。