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許多無機化學物質(如汞、鉛、鎘及其他化合物)可以通過飲水對人和溫血動物產生危害作 用。世界衛生組織早在1970年即指出：不僅要研究化學物質隨飲水進入人體後的致毒作用 ，而且還要研究它們的致癌作用(產生惡性腫瘤)；致畸作用 (引起新生兒畸形)；和致變作 用(引起遺傳變異，即引起基因的變化，這種作用不僅在一代動物身上有反映，出現症狀， 而且還影響子孫後代)。
在試驗條件下，砷、硒、鋅、鐳、鈀、釔等隨飲水進入體內，或鉻(六價)、鈹、鉛、汞、 鎳、鈷、銀、鈰、鍗、鉭、鏑、釓、鈾、白金和鐠等由其他途徑進入體內，對溫血動物均 有致癌作用。在試驗條件下，砷、鎘、鉛、鋰、鈷、鋁、鎵等對動物有致畸作用。以紅鱒 魚作試驗，証明硫化鋅可使之產生致變作用。
水中含鐵、銅、錳、鋅、氯化物、硫酸鹽和氨的濃度高時，水的色、嗅、味性狀會發生變 化，某些無機化合物有劇毒，在土壤和植物體內有累積作用，含有這類化合物的水(或廢 水)，則不能用來灌溉農田。聚積在魚體組織內的有害無機化合物，通過食用，對人有致 毒危險，如汞在微生物、魚及其餌料體內，可累積到很高濃度，對小黑鱸和中弓魚進行六 個月的試驗表明，水中鎘濃度為0.0005∼0.85毫克/升時,累積在魚體內的鎘濃度，可達到 水中鎘含量的2∼210倍；累積在牡蠣組織內的鎘、銅、鋅的含量，較水體內高3∼4倍；魚 類既使短期(一周)生活在含鎘的魚缸內，也可發現其機體內聚積鎘：肝臟內為4.91∼6.71 毫克/公斤體重，腎臟內2.26∼4.13毫克/公斤體重。在水體中生活的牡蠣，其組織內還可 累積鉛、汞、鎘、鋅、銅和鈷等。
在一些工業城市中，有害無機化合物以各種化合物的形式進入水體，這些化合物對人體、 溫血動物、水生植物或微生物均能產生共同作用，即所謂的聯合作用，這種作用有以下幾 種情況：
(一)協同作用：即某些毒物的作用效率，大於其簡單總合作用；
(二)拮抗作用：即某些毒物的作用效率，小於其簡單總合作用；
(三)加成作用：即簡單總合作用；
某些物質，特別是許多有害物質聯合作用時，常常出現協同作用；但有時也不出現這種現 象，如水中的鎘和鋅與氰化物作用時，毒性增大，而砷與硒作用時，毒性則減小。
水的物理化學性能，如水溫、含氧量、硬度、PH值等，對許多無機化合物的毒性均有影響。 隨著水溫的增高，水生物的新陳代謝作用也加快，所以吸收的毒物也增多。 各種有害物質在不同硬度的水中(軟水的碳酸鈣含量為20毫克/升，硬水為 260毫克/升)， 對魚類的平均致死濃度(毫克/升)，列表如下：
| 實 驗 | 平均致死濃度 | ||
|---|---|---|---|
| 化合物 | | | |
| 氯化鎘 | 淡水魚 | | |
| 硫酸銅 | 淡水魚 | | |
| 硫酸錫 | 淡水魚 | | |
| 氯化鉛 | 淡水魚 | | |
| 硫酸鈹 | 淡水魚 | ||
| 鋅 | 紅鱒魚 | | |
PH值由6.6提高到8.0，和鋅濃度為7毫克/升時，淡水鮭的平均存活時間可延長２倍。由此 可見，在硬度低的水體中，雖然也有金屬致毒作用小的情況，一般說來，它的致毒作用還 是較大的，因此，自來水經軟化，硬度降低後，會使金屬在水中的毒性增高。
由上述情況的介紹，可見無機化學物質通過飲水對人體的危害作用甚大，世界衛生組織， 於七十年代初，即制定了食水水質的國際標準，(包括有害物質的含量)，不過以前，在提 出水中有害物質的最高允許濃度論據時，僅考慮了有害物質隨飲水進入試驗動物體內，而 未考慮隨空氣和食物進入體內的問題，因而規定的最高允許濃度標準是不夠合理的，故世 界衛生組織強調指出食水的國際標準，不僅要考慮有害物質可隨飲水進入體內 (據計算， 體重70公斤的人，每天飲水量為2升)，而且應考慮所有其它進入體內的途徑；此外還應考 慮外界環境中，規定的物質總含量，及其對生物體的生理指標和生化指標的影響，以及這 些物質產生致癌、致畸、致突變作用的可能性，這是七十年代以來，世界許多國家對食水 課題研究的主攻方向。
(一)微量元素的定義
宇宙萬物都是由物質構成的，構成物質的基本單元是百餘種化學元素。人體也是如此，據 科學研究，現已証實人體是由蛋白質、脂肪、醣、無機鹽、維生素、水及微量生物活性物 質所組成。這些化學元素或物質，在人體內現已發現有60多種，如按化學元素的重量百分 比計算，氧約占65％、碳約占18％、氫約占10％、氮約占 3％，以上４種元素約占人體重 量的96％；其餘７種元素：鈣約占1.94％、磷約占1.15％、鉀約占0.34％、硫約占0.23％ 、鈉約占0.13％、氯約占0.12％、鎂約占0.04％，這７種加起來，約占人體重量的3.95％ ，以上兩組合計11種，占人體總重量的99.95％ ，稱為人體必需常(宏)量元素;另外還有 14種元素，在人體內只占百萬分之一(ppm)∼萬萬分之一 (ppb)，這十幾種元素加在一起 ，僅占人體重量的0.05％，稱之為生物微量元素(biological trace elements )。凡含量 占人體重量0.01％以下，即萬分之一以下的元素，統稱為與人體有關的生物微(痕)量元素。
目前對人體必需生物微量元素公認的定義是：
1.它是維持人體生命、發育、繁殖所必需的元素。
2.它是成人的日攝取量在100毫克以下的元素。
(二)生物微量元素的功能及對人體的關係。 在闡述生物微量元素的功能及對人體的關係之前，還需要先介紹一下人體組成的基本情況 ；上面已經提到人體是由蛋白質、脂肪、碳水化合物、水、無機鹽、生物微量元素、維生 素等物質組成的有生命和思維活動的人，這些化學物質或元素，在人體內均占有一定的比 例，現以一個60公斤(Kg)體重的成人為例，列表如下：
| 項次 | 化學物質名稱 | 含量(Kg) | 占體重％ |
|---|---|---|---|
| 1 | 水 | 36 | 60 |
| 2 | 脂肪 | 10.8 | 18 |
| 3 | 蛋白質 | 9.6 | 16 |
| 4 | 無機鹽及生物微量元素 | 2.58 | 4.3 |
| 5 | 維生素Ａ,Ｂ1,Ｂ2,Ｃ,Ｄ,PP等 | 0.6 | 1 |
| 6 | 碳水化合物 | 0.42 | 0.7 |
| 合 計 | 60 公斤 | 100 ％ |
人體必需的常量元素，主要用於構成人體的機體和起電解質作用，而生物微量元素則是人 類生存不可缺少的營養成份，在人體內成為某些Э、激素、核酸、維生素等的活性中心， 維持著生命的代謝過程，如缺乏某種生物微量元素，就會引起生理功能及結構異常，發生 種種病變及疾病，通常雖不直接危及生命，但為生命活動所必需，故又稱為必需微量元素 ，適量時對身體有益，但過量時就會有害。
生物微量元素對人體的生理功能有：
1.促進 的催化作用──生物微量元素能活化人體內上千種的 ，其中大多數是金屬 和金 屬離子 。微量金屬元素能極大地提高 的催化作用，如失去金屬， 的活力將極度下降， 甚至喪失。
2.參與激素的分泌活動──生物微量元素能參與甲狀腺、腎狀腺等分泌激素的活動，如果 缺少某些生物微量元素則將影響這些激素的合成，從而影響對人體某些生理功能的調節。
3.是遺傳物質核酸的構成部份──核酸是遺傳信息的攜帶者，而核酸中含有多種生物微量 元素，所以生物微量元素能在遺傳中起到某些作用。
4.參與新陳代謝──生物微量元素參與了人體內氧化還原系統的活動，使細胞中儲存的物 質產生能量，並利用這種能量，起到新陳代謝的作用，大多數生物微量元素的含量隨年齡 增長而減少，這說明與衰老有著直接的關係。
5.生物微量元素是人的機體內氧的輸送者。
人類對生物微量元素的認識，有一個漫長而又逐步加快的過程。鐵是最早發現的人體必需 生物微量元素， 150年前發現了碘，其後以十年左右發現兩個必需生物微量元素的速度前 進，至七、八十年代，人們開始進一步重視生物微量元素，同時對生物微量元素在生命過 程中的意義、生理功能，代謝過程、缺乏時的表現及防治、過量時的中毒及防治等，有了 更詳細的了解，到目前為止，已知人體必需生物微量元素有14種，它們是：
鐵、鋅、銅、碘、錳、硒、氟、鉬、鈷、鉻、鎳、釩、鍚、硅。
隨著科學研究的進展，有生物功能的人體微量元素的數目還將增加，而不僅限於目前已知 的數目。
人體微量元素在體內分布甚廣，一般在所有器官中均可檢出，但非均勻分佈，有些器臟組 織含有某種生物微量元素，相對比較集中，如：
鐵──血液、肝、脾、骨；
銅──肌肉、肝、腦、骨骼；
鋅──視網膜、胰島組織、前列腺；
碘──甲狀腺、腎上腺、肌肉；
錳──骨骼肌、肝、胰、腦；
硒──肝、胰、心、腎；
氟──頭髮、齒、指甲、骨；
鉬──肝、腎；
鈷──肝、腎、肌肉；
鉻──心、肝、肺等；
機體微量元素的分佈不均，表明機體某部位結構與生物微量元素的特異性功能密切相關， 在某些病理情況下，就可幫助檢測人體的組織狀況，或臨床診斷疾病。
人體必需微量元素在體內的作用，有著定量的生理劑量範圍，在攝入不足而出現缺乏症狀 ，與攝入過多而出現中毒反應的劑量之間，呈現出一段最適宜的安全攝取量，不同的元素 有不同的適宜量範圍，如飲水中碘的含量與甲狀腺腫患病率的關係中，缺碘與碘過多，均 可引起地方性甲狀腺腫；而且，機體微量元素對人體的適宜劑量與中毒劑量的界限，大都 很小，所以，對攝入量的研究，是當今各國重點研究的對象。
機體微量元素之間，彼此既有協同作用又相互拮抗，而處於精密的平衡狀態。這是由於電 子結構和化學物理特性的差異，元素之間彼此起著生物干擾作用，如有拮抗作用的元素： 鐵──錳； 鐵──銅； 銅──鋅； 銅──鉬； 硒──汞；
有協同作用的元素：
銅──汞； 硒──鈷； 砷──鉛。
人的機體內，某種元素的缺乏或過多的原因，一般有兩種情況：
一是直接來自本身的原因；二是其它元素干擾了其功能的間接反應，如元素之間的拮抗作 用，可增強元素的毒性作用，所以，研究人體內機體微量元素之間的相互關係和適宜比例 ，與研究某單一元素的作用，是同等重要的。
隨著生命科學的發展，微量分析技術的提高和生物醫學成果的累積，人們逐漸認識到，生 物微量元素對人類的生、老、病、死及遺傳代謝，有著重要的，甚至是決定性的作用。由 於生物微量元素不像某些維生素能在人體內自行合成，而是主要來自食物、飲水、空氣和 藥物等，所以有人說，在人體所需的營養中，生物微量元素比維生素更為重要。
在研究生物微量元素與人體健康的關係中，微量分析技術則是關鍵手段之一，八十年代微 量分析技術的靈敏度已比六十年代提高了兩個數量級，目前國際上所用的儀器分析法，如 石墨爐原子吸收法，火花源質譜法和電感耦合等離子體質譜法的檢出限，已可達到ppt級 (即億萬分之一)，中子活化法可達10 ppt，而激光共振電離光譜法則可達到10 ppt。不過
這些儀器分析法,還存在著基體干擾問題，需要在進行檢測前除去其基體。所以只有進一步 研究和發展精密的靈敏度高的微量分析儀器和化學分析，才能提供更精確可靠的微量元素 分析數據，做為研究人體生理機能的依據，以提高人們對生物微量元素與人體健康的相互 關係的認識，以及與激素、維生素間的關係，以了解在極微量的範圍內，生物微量元素的 有效性和毒性的平衡，還要從營養學方面來進一步研究生物體內所需含有生物微量元素的 微量成分，進而預防某些疾病、癌症、畸形或遺傳變異的發生。
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