第六节　铬

　　铬（chromium），化学符号Cr，由法国化学家沃克兰于1797年从铬铅矿中发现。1948年被认识到是动植物体内的组成成分；1954年证实铬具有生物学活性；1955年，美国科学家Schwarz和Mertz从猪肾中提取出一种能够恢复大鼠葡萄糖耐量损伤的化合物，他们把这类活性成分称为葡萄糖耐量因子（glucose tolerance factor，GTF），后经证实葡萄糖耐量因子为一种含铬的复合物，并由此确定了铬是动物的必需微量元素。1968年有研究表明营养不良婴儿口服250μg铬（CrCl 3 ）能够改善葡萄糖清除率。1977年在接受全肠外营养（total parenteral nutrition，TPN）的患者出现糖耐量异常时进行铬的补充使糖耐量异常得到纠正，至此铬才真正被认为是人体所必需的微量元素。

　　一、理化性质

　　铬的原子序数是24，相对原子质量为51.9961，熔点为（1857±20）℃，沸点为2672℃，接近室温时密度为7.22g/cm 3 ，是一种银白色有光泽的多价金属。铬的化学性质不活泼，常温下对氧稳定，当温度高于600℃时开始和氧发生反应，表面生成氧化膜后反应变慢，当温度达到1200℃时，氧化膜被破坏，反应重新变快。铬能溶于盐酸、硫酸和高氯酸，遇硝酸后钝化。铬能与镁、钛、钨、锆、钒、镍、钽、钇形成合金，铬及其合金具有强抗腐蚀能力。铬常见的化合价为+2、+3、+6价，其中二价铬不稳定，可很快被氧化为三价铬。三价铬在机体内是稳定的，天然食物中和膳食补充剂中的铬均为三价铬。六价铬在体内极不稳定且具有毒性，它是工业暴露和化学毒性物质中常见的形式。

　　二、吸收与代谢

　　铬在人体组织中分布广泛，主要分布于肾脏（3～11ng/g）、肝脏（5～71ng/g湿重）、脾脏（14～23ng/g）和骨骼（101～324ng/g）。铬在人体内的含量随着年龄的增加而逐渐减少，老年人头发、汗液和血清样品中的铬含量随着年龄的增加而显著下降。

　　（一）吸收

　　机体对铬的吸收率很低，可通过消化道、呼吸道、皮肤及黏膜吸收。机体摄入的铬主要通过小肠吸收。对人体代谢平衡、生理摄入量和尿液排泄量研究，推测铬的吸收率为0.4%～2.5%。影响铬吸收的因素主要有：

　　1.铬的形态

　　六价铬比三价铬更易被人体吸收，有机铬比无机铬更易被机体吸收。人体对无机铬的吸收利用率极低，不到1%；人体对有机铬的利用率可达10%～25%。

　　2.机体的铬营养状况和膳食铬含量

　　当机体存在铬缺乏或膳食中铬含量低时，对铬的吸收率会提高；而膳食中铬含量高时吸收率降低。人体试验发现，当膳食摄入铬10μg/d时吸收率为2%，而摄入40μg/d时为0.5%。

　　3.膳食构成

　　不同的膳食成分如不同种类的碳水化合物能够影响铬的吸收，分别给小鼠喂食葡萄糖、果糖、蔗糖及淀粉，结果喂食淀粉的小鼠组织中铬含量普遍增加。

　　4.其他营养素和食物成分

　　铁、锌、钒可抑制铬的吸收。动物实验发现，缺铁大鼠铬的吸收率高于铁充足的大鼠；缺锌大鼠对 51 CrCl 3 的吸收率升高，给大鼠补锌后，吸收率降低。一些阴离子如草酸盐、吡啶羧酸盐能增加大鼠对 51 CrCl 3 的吸收；肌醇六磷酸盐、高浓度的植酸盐可抑制铬的吸收。抗坏血酸能促进铬的吸收。给三名成年女性进食铬和抗坏血酸，其血浆铬浓度是只进食铬者的1.5～5倍。

　　5.药物

　　某些药物可影响铬的吸收。大鼠口服 51 CrCl 3 后，给其灌胃阿司匹林，可显著增加血液、组织和尿中的 51 Cr含量；口服 51 CrCl 3 前，给大鼠腹腔注射吲哚美辛，也可显著增加血液、组织和尿中 51 Cr含量，这就提示阻断胃肠道前列腺素的合成，口服 51 CrCl 3 可以促进铬的吸收，而给大鼠灌胃前列腺素E2类似物会使其血液和组织中的 51 Cr降低。

　　（二）代谢

　　六价铬被吸收后穿过红细胞膜与血红蛋白中的球蛋白结合，而三价铬不能穿过红细胞膜，只能与血浆中的α-球蛋白结合，由转铁蛋白运送到组织中去。胰岛素水平升高可刺激转铁蛋白受体从细胞内的小囊泡移位到细胞膜，携带铬的转铁蛋白与细胞膜上的转铁蛋白受体结合后通过内吞作用进入细胞。在细胞内，通过三磷酸腺苷驱动的质子泵，使内吞小泡的pH下降，将铬从转铁蛋白中释放出来。

　　口服的铬有约98.1%不能被肠道吸收而随粪便排出。吸收后无机铬由肾经尿排出，少量自汗、毛发、胆汁排出，有机铬主要自胆汁排出。大鼠实验发现，铬以“低分子质量铬结合物”（chromium low-molecular-weight chromiumbinding substance，LMWCr）的形式由尿液排泄。

　　铬的排出量受很多因素影响。膳食补充铬后，尿铬含量升高，当补充 51 CrCl 3 200μg/d时，尿铬的排出量比不补充铬时提高4倍。在一项对19名男性和18名女性的研究中，服用高糖膳食（总能量的35%来源于单糖类，15%来源于复合型碳水化合物）的个体比服用参考膳食（总能量的35%来源于复合型碳水化合物，15%来源于单糖类）的个体尿铬的排出量增加，说明高糖膳食促进尿铬的排泄。另外，处于应激状态时，如剧烈运动、哺乳、外伤、感染等铬的排出也可增加。

　　三、生理功能

　　（一）参与糖代谢的调节

　　近年来的研究发现，三价铬能够改善胰岛素抵抗、增强胰岛素作用、抑制自由基产生、降低收缩压。胰岛素在体内发挥作用时需要铬的参与，而GTF也只能在胰岛素存在的情况下，才能发挥生化效应。铬是胰岛素发挥降糖作用必需的元素，Cr 3+ 通过与烟酸结合形成GTF或与氨基酸形成其他有机铬化合物协同胰岛素发挥其生理功能，其作用机制主要是通过GTF调节胰岛素A链上的硫与细胞膜上受体的巯基形成二硫键，促进胰岛素与特定受体结合，使胰岛素发挥最大生物学效能。铬缺乏状态下胰岛素的功能降低，糖尿病患者补充铬后，葡萄糖耐量受损会得到改善，现有研究表明补充铬有利于糖尿病患者控制血糖。常规剂量下补充铬能够提高糖尿病患者糖化血红蛋白（HbA1c）和空腹血糖（FPG）水平，大剂量（200～1000μg/d）补充三价铬对糖尿病患者的血糖具有明显的改善作用，而且对于非糖尿病患者无影响。

　　（二）促进蛋白质代谢和生长发育

　　1.调节蛋白质的代谢

　　铬在体内可通过协助胰岛素来促进蛋白质的合成，并可与血液中焦磷酸盐、核蛋白、蛋氨酸、丝氨酸等结合，对蛋白质代谢起调节作用。铬对蛋白质代谢的影响一方面可能是通过提高葡萄糖利用效率，减少生糖氨基酸的分解；另一方面可能是通过胰岛素、生长因子、胰岛素样生长因子等内分泌激素，间接促进蛋白质的合成。

　　2.影响生长发育

　　给营养不良的儿童补铬后，其生长速率较未补铬的营养不良儿童显著增加。

　　四、缺乏与过量

　　（一）缺乏

　　1.铬缺乏的原因

　　机体铬缺乏的主要原因是摄入不足。人体摄入铬主要通过食物。食物精制过程会造成铬的丢失，如精制面粉损失铬40%，砂糖为90%，大米为75%，脱脂牛奶为50%。此外，饮用水的铬含量较低也有一定的影响。有报道，耶路撒冷周围难民营居住的儿童大部分患有糖耐量障碍，而居住在约旦的儿童则全部正常。这两个地区食物全部相似，其原因在于这两个地区饮水中铬的含量相差3倍。另一原因是机体铬的消耗增加，人体在应激状态下，如摄入血糖指数高的食物、哺乳、感染、外伤、高强度训练等可引起铬的消耗增加。

　　2.铬缺乏的表现

　　长期接受全肠外营养而未补充铬的患者，出现铬缺乏的症状，表现为体重降低、糖耐量下降、末梢神经炎、运动失调、呼吸商降低等，补充铬后得到改善。因此，美国医学会（AMA）已经推荐在TPN溶液中加入铬。

　　（二）过量

　　三价铬有利于身体健康，但是摄入过多可引发中毒。三价铬毒性非常低，至今仍不能确定其未观察到有害作用水平（no observed adverse effect level，NOAEL）及可观察到有害作用的最低水平（lowest observed adverse effect level，LOAEL）。六价铬的毒性最大。六价铬来源于工业，从事铬作业（主要是电镀、涂漆行业）或吸入含铬浓度高的粉尘、烟雾或皮肤接触铬化合物均可引起六价铬中毒。金属铬不引起中毒。

　　1.急性毒性

　　人口服铬酸盐的致死剂量约为3g，可见胃黏膜充血溃疡、肾组织坏死、脑水肿、内脏器官出血。大鼠经口摄入Cr（NO 3 ） 3 的LD 50 为3250mg/kg，小鼠为1870mg/kg。此外，短期大量接触六价铬可导致肝、肾损伤。

　　2.慢性毒性

　　国际癌症研究机构（IARC）将六价铬归为Ⅰ类致癌物，并且长期接触六价铬可导致接触性皮炎、皮肤黏膜和鼻黏膜溃疡、职业性哮喘等。人胃液能够将饮用水中的六价铬转化为三价铬，但是饮用水中六价铬浓度超过10mg/L就会中毒。我国规定，排放废水中六价铬的最大允许质量浓度为0.5mg/L，生活饮用水中六价铬不得超过0.105mg/L。

　　3.致畸性和致突变性

　　六价铬可以直接和间接作用于DNA，影响基因表达，从而产生致畸和致突变性。另一方面，六价铬进入细胞后被还原成三价，生成的三价铬与DNA迅速反应增加启动位点数量，从而增加RNA合成产生突变。早在2002年美国国家毒物学计划中心（NTP）发现，吡啶甲酸铬对雌性大鼠有轻微的遗传毒性。体外实验显示，六价铬可产生不同类型的DNA损伤诱导突变，如DNA单链或双链断裂。人群研究发现，制革厂铬接触工人的外周血淋巴细胞DNA存在一定程度的损伤。虽然以上数据不能完全说明三价铬的毒性，但提示三价铬可能致突变或提高突变率。

　　五、营养状况评价

　　对于铬的营养状况评价尚缺乏可靠的指标，仅能通过评价铬的摄入量、病史及临床表现进行推断。铬在血液中浓度低，因此极难检测，另外，检测时一定要避免环境铬的污染。铬在尿液中浓度波动较大，常收集24小时尿液测定其含铬总量。由于还未确定与铬代谢有关的特异性酶，所以无法用酶作为评价铬营养状况的指标。

　　目前测定铬含量较多应用原子吸收光谱法。测量人体中铬的含量时，常规测定24小时尿液的铬水平。当人体摄入铬增加时，尿铬随之增加，尿铬可以反映机体在一段时间内对铬的吸收、保留和排泄状况，因此，可用于对补铬者的营养状况评价。

　　血铬含量较低，接近仪器的检测下限，极难检测。并且血铬可能与其他体液中的铬处于不平衡状态。

　　在受到良好控制的实验条件下，人头发铬水平可以较好地反映机体的铬水平。有报道，53名加拿大居民发铬水平的中位数为124ng/g（79～210ng/g），而接触铬的制革工人发铬水平中位数则为453ng/g（248～738ng/g），并且发铬水平与血铬水平密切相关。对39例糖尿病患者和39例健康人的发铬进行测定，发现糖尿病患者发铬水平为（317±64）ng/g，明显低于健康人（383±75）ng/g，因此，后续研究应关注发铬水平能否反映机体铬的营养状况。

　　六、膳食参考摄入量

　　目前的资料还不足以制定铬的EAR和RNI，所以我国参考世界主要国家的参考摄入量，制定了铬的AI，见表1-8-12。表1-8-12　中国居民膳食铬参考摄入量/（μg·d -1 ） 引自：中国营养学会．中国居民膳食营养素参考摄入量（2013版）．北京：科学出版社，2014．

　　（一）AI

　　1.婴儿

　　0岁以上婴儿铬的AI根据母乳中铬的含量计算，我国目前缺少母乳中铬含量的数据。参考美国人母乳中的铬含量0.252μg/L，并根据我国0岁以上婴儿母乳摄入量为0.75L/d计算后得到我国0～6个月婴儿AI值约为0.2μg/d（0.252μg/L×0.75L/d）。0.5岁以上婴儿铬的摄入量来源于母乳和辅食。应用代谢体重比的方法，0.5岁以上婴儿每天摄入0.6L母乳，其中可摄入的铬为0.15μg/d（0.252μg/L×0.6L/d）。辅食铬摄入量=能量×13.4μg/1000kcal。辅食中的摄入的能量=婴儿EER-婴儿母乳摄入的能量，700kcal/d［80kcal/（kg·d）×8.75kg］-413kcal=287kcal。辅食摄入铬的量为3.85μg/d（287kcal×13.4μg/1000kcal）。因此，0.5岁以上婴儿铬的AI为4.0μg/d（0.15μg/d+3.85μg/d），结果见表1-8-12。

　　2.儿童和青少年

　　我国目前没有足够的资料得出儿童和青少年铬的适宜摄入量，通过能量比对法，根据成人的AI值外推得出，结果见表1-8-12。

　　3.成年人

　　参考美国的制定依据，平衡膳食中的铬含量为13.4μg/1000kcal。根据我国不同年龄段和性别成年人中等体力活动水平时的能量需要量，得出成年人不同年龄段和性别人群的AI值。结果见表1-8-12。

　　4.孕妇和乳母

　　孕妇膳食铬AI应为成年女性自身的需要量与怀孕期增加量之和。孕早期、孕中期、孕晚期能量需要量分别增加50kcal/d、300kcal/d、450kcal/d。按照13.4μg/1000kcal后推算，得到铬摄入量需要分别增加为1.0μg/d、4.0μg/d、6.0μg/d。

　　乳母铬AI应为成年女性自身的需要量与泌乳所需的补充量之和。由于乳母对铬的吸收率难以确定为一个准确的数值，所以泌乳所需的补充量无法确定。但泌乳期能量需要量的增加值为500kcal/d，同样可以乘以13.4μg/1000kcal后得到乳母需增加铬摄入量为7.0μg/d。

　　（二）UL

　　尽管国外曾有人体大剂量补充三价铬导致肾功能、肝功能障碍的个案报道，但还不足以确定三价铬毒性的剂量-反应关系。有研究报道，动物实验吡啶甲酸铬的未观察到有害作用的剂量（NOAEL）为2400mg/（kg·bw·d），不宜以此来推导人体UL。美国报道，大剂量服用吡啶甲酸铬补充剂的人群，每日的三价铬膳食摄入量与通过补充剂摄入量之和为2055μg/d，并没有出现毒副作用；欧洲食品安全局（EFSA）提到从膳食和补充剂总铬摄入量也可高达2120μg/d，但资料仍尚显不足，故暂不制定UL值。

　　中国居民膳食铬参考摄入量见表1-8-12。

　　七、主要食物来源

　　铬最好的食物来源分别是海鲜类，未加工的粮谷类、坚果类、奶类，谷类。肉类、肝脏和其他内脏，以及豆制品也含有较多的铬。蔬菜特别是根茎类蔬菜、调味品和油脂含铬量很低。

　　食品加工对铬含量影响极大，食物精制过程中铬丢失严重。而用不锈钢制品烹调和盛装酸性食品时，铬可以溶出。由于精确地收集和分析食物样品中的铬含量存在很大的难度，有关食物中铬含量的可靠数据也非常有限。