鍶元素的生物學功能及其在人體內的代謝研究進展

鍶作為維持機體生命活動必需的微量元素之一，其功能與作用尚未完全揭曉，越來越多的研究表明，鍶在人體健康方面發揮著重要作用。鍶能夠促進骨骼吸收、預防骨質疏松癥、對精液的形成以及非酒精性脂肪肝的預防方面都有著積極的作用。目前鍶在人體內的作用還沒有被完全解釋，其生物學功能、膳食營養功能及營養數據還有待研究。食物和飲水是人體鍶攝入最普遍與安全的途徑，食物中含鍶量與其種類、種植地水質以及土壤含鍶量有關，大米、蔬菜與乳制品等食物中鍶含量相對較多。我國富鍶產品類型少，以礦泉水為主，而目前人類的生活用水則主要是自來水和純凈水，所以從水中攝入的鍶含量可能存在不足的情況，所以提高食物中鍶含量是保證人體正常攝取鍶的一種簡便有效的方式。羅軍強等對研究區(湖北省鐘祥市)不同品種類型水稻中鍶的含量進行了測定，結果顯示，該區水稻中鍶的含量分布不均勻，范圍為0.36～1.893 mg/kg，其富集系數在0.4%～1.8%，優于普通稻米(0.2 mg/kg)中鍶含量。同時通過相關性分析發現，當根系土壤中全量鍶在70 mg/kg以上時,稻米鍶含量在0.6 mg/kg樣本數量最多；土壤pH介于6.5～7.5，稻米鍶含量明顯富集，可以作為生產富鍶水稻的參考。彭闖對遼寧省法庫縣全域水中的鍶進行了測定，水中平均含鍶量為0.89 mg/L，并結合當地肉驢養殖產業發展的基礎，對富鍶驢肉的產業化開發的相關條件進行了分析。綜上所述，鍶在人體健康以及醫學研究領域都有著不可替代的作用，但是日常生活中鍶的攝入量卻達不到人體正常的需要，所以開發富鍶類食品是必要的。人們對鍶的研究還處于初級階段，本研究就鍶的理化性質、含量、鍶在人體內的代謝吸收及鍶與人體健康的關系、鍶的安全水平進行綜述，以期為鍶及富鍶食品的研究提供科學依據。

1 鍶元素的理化性質

鍶(Sr)是元素周期表中第二主族(堿土金屬)中的一種化學元素，它的原子序數是38，標準原子質量為87.62。1808年英國化學家戴維利用電解法從碳酸鍶(SrCO)中分離出了金屬鍶，就命名為strontium，元素符號用Sr表示，而1889年英國化學家阿代爾·克勞費德在蘇格蘭對該元素進行了首次確認。鍶是一種柔軟的銀白色金屬，室溫下略帶淡黃色，具有面心立方晶格(α-Sr)，在231℃時可轉變為六方相(γ-Sr)，在623℃時轉變為體心立方相(γ-Sr)。天然狀態下鍶(穩定鍶)由4種穩定同位素組成：Sr約0.56%、Sr 約9.86%、Sr約 7.02%、Sr約82.56%。放射性鍶共有3種形態:Sr(半衰期 64.8 d)、Sr(半衰期 50.5 d)、Sr(半衰期28年)。

鍶的化學性質活潑，在自然界中無法單獨存在，通常以化合物的形式存在于天青石(SrSO)，含鍶45%～47%；菱鍶礦(SrCO)，含鍶55%～60%等礦石中。鍶在空氣中加熱時會燃燒，同時其粉末能夠在室溫下點燃，且火焰呈洋紅色，對濃堿有很強的抵抗力，易與水和酸作用而放出氫。鍶的主要化合物有：氧化鍶(SrO)、過氧化鍶(SrO)、碳酸鍶(SrCO)、硫酸鍶(SrSO)、鉻酸鍶(SrCrO)、鈦酸鍶(SrTO)、氯化鍶(SrCl)，目前主要用于醫藥、制造合金、光學材料、煙火藥劑、阻燃材料、顏料以及分析化學試劑等。

2 環境與生物系統中鍶的含量

元素鍶廣泛分布于巖石、土壤、水、空氣和幾乎所有的生物體中，以鹽或電離二價陽離子的形式存在于相關介質中。鍶元素在地殼中的克拉克數為3.8×10，與鋇的克拉克數接近，其在下列巖石中的平均含量依次為：中火成巖(4.4×10%)、沉積巖(3×10%)、鎂鐵質火成巖(4.4×10%)、長英質火成巖(3×10%)、超鐵鎂質火成巖(1×10%)。鍶的主要礦物是天青石(SrSO)和鍶鐵礦(SrCO)，也可以在鈣、鋇和鉀礦物的晶格中以同構混合物的形式存在，礦石和含有石膏、硬石膏、巖鹽、白堊巖和白云石的沉積巖中也含有一定量的鍶。土壤中鍶的平均濃度(0.035%)與地殼中鍶的克拉克數非常相似，但是在某些地區土壤中鍶的平均濃度可以增加到0.2%，是因為鍶在土壤和沉積物中具有流動性的特點，可以被土壤中的氧化物、粘土礦物和有機物等吸附，其中有機化合物對鍶從土壤中轉移到地下水中的流動性的影響很大。海洋中鍶的含量高于巖石圈中的鍶，海水中鍶的平均濃度為8 mg/L，表層淡水中鍶的平均濃度為0.08 mg/L。陸地動植物干生物量中鍶平均含量分別為(8×10)%和(10～10)%，水生生物比陸生生物對鍶的積累量更大：鍶是海洋生物群積累的第四大常見元素，僅次于銅、鋅和鋇，海藻的鍶含量為0.14%～26%(干重)，海洋動物中鍶的平均含量為0.5%～2%。鍶不是一種生物元素，但它很容易被植物吸收，人與動物食用的植物中鍶的積累取決于土壤中鍶的含量和植物的類型，有時土壤中鍶的濃度達到600 mg/kg也是正常的，過量的鍶濃度(600～1 000 mg/kg)可能會導致農作物中鍶濃度的升高。食品和作物中鍶的典型濃度(mg/kg)：小麥3.0、黑麥7.8～70.2、大麥43.2、蕎麥2.7～6.8、豌豆6.5～39、玉米0.000 8～0.02、土豆0.05、燕麥0.46、三葉草1.3、大豆138、青貯63。

3 鍶在人體內的吸收與代謝

鍶和鈣屬于同族元素，其理化性質和生理功能與鈣相似，同時其在體內的吸收方式以及載體也與鈣有類似。有文獻報道，在人體內鍶的吸收部位為空腸，吸收時需要骨化三醇和鈣離子的幫助，通過腸上皮鈣通道(ECaC2)轉運體完成。還有學者認為，鍶在小腸內以被動擴散的形式被吸收，但之后卻有人提出，鍶的吸收途徑既有主動轉運，也有被動擴散，具體取決于鍶的濃度，當小腸內鍶的濃度較低時以主動轉運為主，濃度較高時以被動擴散為主。細胞對鍶的吸收則是通過膜表面的鈣泵來進行的，當鍶離子進入細胞后會與細胞內的三磷酸肌醇受體(IP3R)結合，隨后激活該受體進行下一步轉運，同時該過程的變化會影響細胞內和骨礦化過程中鈣介導的生化過程，因為在這一轉運過程中要釋放一定程度的Ca。與鈣不同的是，鍶的分子量大于鈣，細胞對其的轉運比較困難，因此其吸收率通常只有鈣的60%～70%。

會上，上海市燃氣管理處副處長莫非致辭，指出，上海市分布式供能項目經過市政府多輪扶持政策取得了長足進步，積累了寶貴的建設和運行經驗，初步形成全市產業市場化發展態勢，希望通過大家共同努力，推動以分布式供能為基礎的區域性能源向能源微網和能源互聯網方向發展，實現節能減排、低碳環保可持續發展。

人體中鍶的攝取主要來自飲用水和食物，鍶不易被人體吸收，其吸收水平約為25%～30%。在世界大部分地區，成年人鍶的每日總攝入量約為4 mg，其中，0.7～2.0 mg來自飲用水，1.2～2.3 mg來自食物(葉菜、谷物和乳制品)，通過空氣吸收鍶的貢獻微乎其微。然而，在食物洗滌和烹調過程中，飲用水中的鍶會被食物中帶負電荷的聚合物(蛋白質和多糖)所吸收，所以在飲用水或土壤中鍶濃度升高的地區，每日鍶的攝入量可能會顯著增加。鍶的吸收可能還受到維生素D、胃腸道功能及年齡的影響，隨著年齡的增長，鍶的吸收率可能會下降，與嬰兒相比，老年人對于鍶的攝取率可下降80%，但也有人認為與年齡和性別無關。

是“紅富士”的早熟變異。2011年通過貴州省品種審定委員會審定。其主要的優良變異體現在成熟期上，在威寧縣8月下旬成熟，成熟期較普通“紅富士”提前25～30天。果實近圓形，果形指數0.85，單果重170～200克。果實底色黃綠，果面偏紅，著色均勻。果點中大，果肉黃白色，硬度10.82公斤/平方厘米，肉質細、致密，脆而多汁，香味濃，可溶性固形物14.42%。

4 鍶對人體健康的作用

4.1 鍶對骨骼的作用

鍶對精液質量或生殖健康積極作用的具體機制尚不清楚。早期的動物研究結果表明，Sr可以通過降低丙二醛(MDA)水平和提高超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性來抑制氧化應激，而人體研究中也表明，暴露于鍶與8-羥基-2-脫氧鳥苷和MDA等氧化應激生物標志呈負相關。研究已經證明，高水平的氧化應激通過影響下丘腦-垂體-性腺(HPG)軸，破壞精子核中的DNA，以及改變酶活性而導致精液質量低下，因此鍶可能通過降低氧化應激對精液質量產生保護作用。此外，研究發現，Sr可以減少生精細胞的凋亡和穩定Ca，已有研究表明，Ca積極的參與精子的運動并誘導頂體反應，鍶和鈣的行為相似并發揮協同效應，因此，鍶還可能通過影響Ca的過程來改善精液質量。總體來說，鍶對精液的影響還缺乏大量的人體證據，仍需要開展更多的研究來解釋。

根據硼鎂改性磷酸二氫鋁的穩定性研究，當Na2B4O7·10H2O添加量超過3.0g時粘結劑穩定性變差，在固定MgSO4加入量為4g且不加入H3PO4改性聚乙烯醇的情況下，使用硼鎂改性磷酸鹽混砂制樣，測試強度圖1。

一系列報告指出，在過去幾十年中，精子數量和濃度反映出人類精液質量確實在下降。越來越多的研究表明，暴露于鎘、鉛、汞等非必需元素會對精液質量造成不利影響，而暴露于某些必需元素，如硒和鋅，已被觀察到對精液質量有有利影響，因為這些元素通常是維持正常精子發生和精子成熟所必需的。有研究表明，Sr可以改善動物和人類的精子活力、獲能和頂體反應。臨床研究結果顯示，在單精子胞漿內注射(Intracytoplasm sperm injection,ICSI)后用含Sr的培養基激活人工卵母細胞可以提高受精率、臨床妊娠率和活產率等。一份關于8對受精率低或完全受精失敗夫婦的報告顯示，在用Sr激活卵母細胞后，受精率和高質量卵裂胚胎的比例都有所增加。最近，伊朗的一項臨床研究也發現，Sr促進了ICSI后高質量胚胎的發育。以上研究結果表明，Sr對人類生殖健康方面存在積極的作用，然而有關鍶對男性生殖健康不利影響的報道同樣也不容忽視。

4.2 鍶與骨質疏松癥

骨質疏松癥是一種骨骼系統的代謝性疾病，這是一個普遍存在的公共衛生問題，可能導致殘疾，特別是在老年人中。由于其潛伏的、無癥狀的病程，它通常在骨折發生時首先被診斷出來。在骨質疏松癥治療中，通常使用抗吸收藥物或合成代謝藥物，這些藥物通常有單向作用，即抑制破骨細胞的活性或刺激成骨細胞的作用。而鍶對骨質疏松的治療作用主要體現于雷奈酸鍶，它是一種對骨細胞有雙重作用的藥物。與其他通過刺激成骨細胞活性或抑制破骨細胞活性來發揮作用的藥物相反，雷奈酸鍶對骨組織有多重作用：能夠通過影響骨組織的細胞從而顯著影響骨組織礦物質部分的重塑，進而導致皮質和松質骨體積的增加，刺激骨形成并改善其微結構，從而來增加骨骼的機械強度并改善骨組織的整體質量。其次雷奈酸鍶在刺激成骨細胞活性的同時還能減少破骨細胞的分化和吸收作用，從而增加膠原和非膠原蛋白質的合成。雷奈酸鍶治療骨質疏松癥的推薦劑量是2 g/d，以混懸劑的形式口服。在臨床實驗中，上述劑量使用了3年未發現異常，而在連續5～10年的隨訪研究中得到的長期結果卻發現，雷奈酸鍶存在嚴重的副作用，對心血管和非致命性心肌梗死存在風險。對此，歐洲藥品管理局(EMA)發布了一份關于雷奈酸鍶如何使用的概述，并對其進行了許多限制。因此，為了將口服給藥的嚴重副作用降至最低，雷奈酸鍶的另一種給藥方式已被尋求。

4.3 鍶與精液質量

鍶影響骨骼的機制尚未完全闡明。鈣檢測受體(Calcium-sensing receptor,CaSR)能夠對鈣離子濃度非常微小的波動做出反應，并激活一系列信號，從而促進鈣離子恢復到正常水平，而鍶特定的過程主要是通過CaSR進行的。研究表明，這種受體也存在于成骨細胞和破骨細胞中，是甲狀旁腺中CaSR的同源物。在骨組織中，CaSR調節鈣的濃度和骨細胞中發生的過程中Sr也可以激活CaSR。鍶離子通過成骨細胞上的CaSR受體作用增加護骨素(Osteoprotegerin,OPG)的產生，影響破骨細胞成熟階段的信號通路，從而抑制破骨細胞凋亡。已有研究表明，Sr與Ca結合具有促進骨細胞增殖和骨形成的作用，但這與Ca的濃度有關系，Sr只有與合適的Ca環境結合才能發揮成骨作用。同時還表明，鍶對骨再生的雙重行為與鈣濃度有關，且鍶對骨形成的影響依賴于鈣的濃度，鍶在低劑量下抑制骨再生，在高劑量下促進骨再生。

骨骼的正常生長需要很多的元素來維持，其中鍶也是必需的一種元素。鍶對人體的功能主要是與骨骼的形成密切相關，主要體現在2種對立的機制：促進成骨細胞的形成與抑制破骨細胞的吸收。成骨細胞負責產生骨細胞物質成分，參與骨形成過程；破骨細胞反過來影響骨吸收的過程，通過分泌水解酶來溶解骨成分并吞噬它們，從而破壞骨組織。具體表現于鍶對骨組織的雙向作用，一方面在于增加成骨細胞的增殖和分化，從而促進了新骨組織的形成，成骨基因如、、和的表達增加證明了這一點。另一方面，鍶會抑制破骨細胞的形成和分化，促進破骨細胞的凋亡，從而減少骨吸收。最后鍶還可以促進成骨細胞中骨基質蛋白的合成以及相關細胞的凋亡，從而促進成骨細胞的存活。

對時諧波而言，(7)式中后兩式可由前兩式推導得到[15].因此，只有前兩式獨立，使用邊值關系時，只需使切向電場、磁場連續即可.對于上述結構的SPP波導，邊值關系為：

鍶與鈣在人體的代謝過程存在相似性且相互影響，兩者都具有“趨骨性質”，在骨骼和血液中不斷進行轉換，處于動態平衡。當機體攝入的鍶含量增大時，骨骼中的鍶含量會相應的升高，同時還會增長血液鍶的攝入時間。血液和骨骼中的鍶與鈣主要通過腎臟排出，少部分通過乳汁和糞便排出。在腎小球中，鍶可以輕松地過濾到初級尿液中，然而與鈣相比，鍶由于分子量較大，所以鍶的管狀重吸收要比鈣低3倍，同時還會與鈣的轉運體ECaC1和ECaC2發生競爭，這就導致了鍶在腎臟的排出率高于鈣。

4.4 鍶與非酒精性脂肪肝

非酒精性脂肪性肝病(Nonalcoholic fatty liver desease,NAFLD)是一種與代謝性疾病相關的慢性肝病，在西方國家20%～30%的成人和3%～10%的兒童存在肝臟脂肪過度堆積的情況，同時我國也是NAFLD的高發國家之一。在許多研究中發現，NAFLD與環境和遺傳因素、脂質過氧化損傷、氧化應激等因素有關，但其具體機制尚不清楚，缺乏有效的預防措施。近年來越來越多的研究發現，內質網應激(Endoplasmic retieulum stress,ERS)在NAFLD的發生過程中起著至關重要的作用，ERS的相關信號被發現與肝臟脂代謝密切相關。有報道描述，含鍶水可以降低動物血脂，而含鍶礦泉水可以降2型糖尿病大鼠的總膽固醇和甘油三酯水平。Jiang等利用人肝細胞株(L02)以及高脂飼喂小鼠建立了體外與體內模型，體外模型中鍶處理可抑制L02細胞內膽固醇、甘油三酯水平和脂質積累，且高濃度鍶的作用更為明顯；體內模型中，鍶治療降低了血清TC、TG和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)水平，同時減少了肝臟脂質堆積；此外，鍶處理還降低了肝組織中內質網應激蛋白78和-2的表達。總體而言，鍶通過降低活體模型中ERS相關蛋白的表達來減輕肝臟脂肪變性，鍶有可能成為防治非酒精性脂肪肝的一種新療法。

5 水中鍶的安全水平

目前，世界衛生組織還沒有建立飲用水中鍶的標準值，大多都是通過動物模型或流行病學調查對鍶的安全劑量給出參考。例如，陶勇等將流行病學研究與動物試驗結果相結合，提出了生活飲用水中鍶的最高限量值為5 mg/L，而秦俊法等在人類流行病學調查的結果中顯示，正常情況下人類飲水中攝入鍶的含量約為食物中的10%，如果將鍶鹽的臨床安全劑量(200～600 mg/d)作為人類飲食中鍶的安全參考劑量，鈣的攝入水平正常時，飲水中鍶含量在10～30 mg/L 應該是安全的。2012年美國發布了“飲用水標準和健康忠告”第二版，報告鍶的參考劑量為0.6 mg/(kg·d)，終身健康的推薦值為4.0 mg/L。在2014年10月，美國環境保護署宣布了一項關于飲用水中鍶的監管決定，并將鍶的健康參考水平(Health reference level,HRL)定為1.5 mg/L。我國在GB8537—2018《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》中僅規定鍶的界限值為≥0.20 mg/L，取消了之前5.0 mg/L的上限。由于鈣的吸收相對于鍶有優勢，在正常鈣攝入情況下，即使鍶日攝入量高達1 000 mg/d 也不會導致異常癥狀。目前，各國對于鍶的每日攝入量都還沒有規定，由于雷尼酸鍶的一般治療用量是采用口服2 g/d，說明每天攝入682 mg不會帶來健康危害，而考慮到人體總的鍶含量為320 mg左右，1天攝入量超過人體總的鍶含量是不合理的。所以鍶作為保健還是治療的最佳攝入量或服用量都還有待研究。

6 研究展望

目前鍶的許多問題都尚未解決，例如:(1)鍶在人體內的作用沒有完全被解釋；(2)鍶的生物學功能以及膳食營養功能也需進一步研究；(3)有關鍶的營養數據有待研究，安全劑量也有待確認；(4)通過富鍶礦泉水、富鍶食品補充鍶也是未來研究的重要方向。

要加強科技集成創新，利用揚州市農業科研力量較強的優勢，在秸稈高值深加工、畜禽糞便低成本處理利用、蔬菜尾菜資源化利用和水產養殖尾水凈化等方面展開攻關科研。要著力增強推廣服務能力，加大技術培訓與成果轉化力度，提升技術普及度和到位率。要加大人才培養力度，培育留得住的鄉土人才，使其成為農業廢棄物資源化利用和生態循環農業技術的創新者、推廣者和應用者。通過推進農業廢棄物資源化利用，加快生態循環農業發展，實現農業經濟增長方式的快速轉變。

牛奶是人們生活中十分常見的一種食品，也是人們飲食結構中十分重要的食品，具備較高的營養價值，被認為是最完美的天然食品之一，同時其在預防各種慢性疾病，促進人體各項機能成長等方面有著顯著功效。隨著人們對牛奶的研究不斷深入，牛奶的營養也廣泛被人們所認知，其生物活性能的研究與開發也逐漸被人們重視起來。眾所周知，牛奶是鈣的良好載體，牛奶構成了人類食物中約80%的鈣的來源，而鍶與鈣具有相似的性質，在動物代謝中的反應也相似，所以牛奶可能是高鍶的來源。那么提高乳中鍶的含量不僅能夠增加人們對鈣與鍶的攝入，同時還能夠豐富牛奶的營養。如何提高牛奶中的鍶含量目前尚不清楚，所以對牛奶中鍶的來源的研究變得極為重要。