硒元素及人体健康风险评价概述

硒元素及人体健康风险评价概述

赵冰1*,,赵婧2

安徽师范大学生态与环境学院，安徽，芜湖241000

安徽机电职业技术学院，安徽，芜湖，241000

摘要：硒元素是人体必需微量元素之一，对保障人体健康具有重要意义。硒元素主要来源于土壤，经食物链传递后进入人体，当人体缺乏或过量摄入硒元素均会影响人体健康，甚至导致疾病发生。本文结合硒元素的来源，对其在食物链传递过程以及人体健康评价进行论述。

关键词：硒；来源；食物链；人体健康

Selenium and human health risk assessment overview

Bing Zhaoa*, Jing Zhaob

a Anhui Normal University, Wuhu, Anhui, 241002

b Anhui Technical College of Mechanical and Electrical Engineering, Wuhu, Anhui, 241002

*Corresponding author, Tel: +86-553-5910724; E-Mails: zhao2011@ahnu.edu.cn

Abstract: Selenium is one of the essential trace elements in human body, which is of great significance to protect human health. Selenium mainly comes from soil and enters human body through food chain. Lack or excessive intake of selenium will affect human health and even lead to disease. In this review, the transmission process of selenium in food chain and human health evaluation are discussed.

Key words: selenium; Source; food chain; human health

Funding: Anhui Provincial Natural Science Foundation (Grant No. 1908085QD150).

土壤是人类的衣食之源和生存之本，同时也是最基本的生产要素和各种经济关系的物质载体(Yu et al, 2015)。硒元素作为人体必需微量元素之一，对人体健康具有重要意义，而土壤作为重要的硒来源，是开展富硒农产品生产与利用的重要基础(Chen et al, 2015)。土壤中的硒通过食物链富集可对农产品开发利用和人体健康具有重要意义。因此本文对硒元素的性质、来源、分布以及在食物链中的传递过程进行论述，并重点研究当前对硒元素的人体健康评价研究。

1硒元素的性质、来源和分布

1.1硒的性质

硒是地壳中的稀有元素，位于元素周期表中第四周期的砷和溴之间，属于第六族。单质硒有三种同素异形体，分别为无定型硒、晶体硒和金属硒。硒的用途广泛，除应用于玻璃、陶瓷、燃料、化学试剂、高新技术等行业外，近年来硒元素广泛应用于医药、环保和农业生产等领域(Kaur et al, 2014; 刘金秀等, 2019; Noboru et al, 1980)。

1.2硒的来源与分布

自然界中的硒，通过土壤、植物、动物到人类的生态链，最后回归大自然(Schiavon et al, 2017)。土壤环境中硒含量主要取决于土壤母体物质的硒含量，以及在土壤形成过程中和形成后硒的迁移和转化过程。

1.2.1岩石硒

不同岩石的硒含量差异较大。有研究表明，页岩中硒含量高于砂岩和石灰岩，其中页岩以黑色炭质页岩硒含量最为丰富，高硒地区土壤环境中的硒主要来源于沉积岩之一的页岩(钱汉东等, 2006)。刘道荣等(2019)对浙西地区富硒土壤研究表明，该地区土壤硒主要来源于炭质页岩、硅质岩等；徐春燕等(2018)发现湖北富硒岩石主要为炭质页岩、炭质板岩、硅质岩、炭质硅质岩和含炭页岩，是该地区土壤硒的主要来源。

1.2.2土壤硒

从世界范围来看，土壤硒含量约0.4 mg kg-1，含量范围为0.1-2.0 mg kg-1 (Fordyce, 2013)。谭见安(1989)研究指出，我国72%的国土为低硒地带(<0.1mg kg-1)，其中30%为严重缺硒地区。从整体上看，我国从东北向西南延伸的中间带为低硒带，而中间带的西北和东南两侧为相对高硒带，我国典型的富硒地区包括陕西紫阳、湖北恩施和安徽石台。万传杰等(2019))研究认为湖北恩施主要受含硒岩层的控制而形成高硒区。硒作为有机体必需的微量元素，土壤需要提供一定量的有效硒。硒在土壤中存在的形态分类方法较多，通常可划分为化学价态和浸提形态两类，其中按化学价态可划分为硒化物、元素态硒、亚硒酸盐、硒酸盐、有机态硒和挥发态硒，不同价态硒的相互转化可以影响硒的有效性(董广辉等, 2002)。按浸提形态分类是当前土壤硒分类的主要方式，Cutter(1985)利用不同的提取剂将土壤硒形态分为吸附态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和碳酸盐结合态； Martens

et al (1997) 研究认为土壤硒可分为水溶态、吸附态、有机硒、不溶态硒。我国硒形态分类研究始于上世纪90年代，瞿建国等(1990)将土壤中硒划分为水溶态、交换态及碳酸盐结合态、有机物-硫化物结合态、铁锰氧化物结合态及元素态、残渣态硒；吴少尉等(2004)在前人的基础上通过利用不同提取剂将土壤硒划分为水溶态、可交换态、酸溶态、有机物结合态和残渣态硒。研究表明，水溶态和可交换态硒可以被植物直接吸收利用，被称为“生物可利用硒”，对硒在生态系统中的迁移和转化起到重要作用(Xing et al, 2015)。

不同形态硒在土壤中转化受到生物过程和化学过程的影响，包括硒的溶解和沉淀、吸附和解吸、淋失和挥发等过程。土壤中有效硒的迁移转化受到土壤理化性质如土壤pH、有机质含量等因素影响。有研究发现，随着pH升高，土壤中硒形态由亚硒酸盐向以溶解性高的硒酸盐形态转化，而硒酸盐易被植物吸收，从而降低土壤中总硒含量(Masscheleyn et al, 1990; )。土壤有机质可以通过吸附固定增加土壤中的总硒含量，王琪等(2014)对新疆伊犁土壤硒研究表明土壤总硒含量与土壤有机质含量呈极显著正相关(p<0.01)；Bruggeman et al (2007)认为在土壤母质基本相同的条件下，土壤硒含量与有机质含量呈正相关。

1.2.3食物中硒含量

食物中硒含量研究可为硒对人体健康风险评价提供基础数据，而不同食物类型中硒含量存在较大差异。在我国广州地区，谷物硒含量为55 μg kg-1、蔬菜为15 μg kg-1、猪肉为179 μg kg-1、禽肉为136μg kg-1、蛋类为279 μg kg-1、鱼类为345 μg kg-1(余光辉等, 2007)。Cui et al (2017)通过对陕西紫阳地区食物中硒含量研究表明，该地区谷物中硒含量为760 μg kg-1，蔬菜中为1320 μg kg-1，饮用水中为7.85 μg L-1。Yu et al (2015)研究发现青海平安地区谷物中硒含量为57 μg kg-1，蔬菜中为30.6 μg kg-1，肉类中为87.8 μg kg-1，蛋类中为194 μg kg-1，饮用水为3.6 μg kg-1。由此可见，不同地区、不同食物类型中硒含量差异较大，动物性食物由于营养级较高，通过富集作用，硒含量普遍高于植物性食物。

研究表明，硒元素作为矿质元素主要来源于地壳，并通过岩石-土壤-食物-人体的途径进行传递。动植物和人体对硒元素的吸收和富集受不同硒形态影响。

2. 硒与人体健康

2.1 人体硒

硒是人体生理生化反应和新陈代谢过程中的重要元素。人体硒含量约为14-21 mg，主要集中在肝和胰脏组织，且血液中的硒含量高于皮肤和肌肉(Dinh et al, 2018)。硒在人体内主要以无机硒和有机硒两种存在形式，人体中无机硒主要以亚硒酸盐和硒酸盐为主，主要以被动运输的吸收方式。人体中有机硒主要类型有谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px、GPX)家族、硒蛋白、碘化甲腺氨酸脱碘酶(ID)家族、硫氧还蛋白还原酶(TR)和硒代磷酸合成酶(SPS)等多种硒化合物(黄冰霞等, 2019)。Suzuki et al (2010)研究表明不同硒化合物通过相互转化参与和影响人体对癌症的预防和蛋白质翻译。硒元素也能够消除人体消化道内的自由基和其他有害代谢物，还能调节胃肠道内平衡，修复和保护胃黏膜。人体硒缺乏还可导致肝脏、心脏和免疫功能受损，克山病、大骨节病和地方性贫血与人体硒的缺乏有直接关系(Huang et al, 2013)。Gashu et al (2018)研究认为缺硒会导致足够碘营养的儿童甲状腺功能受到影响。适量硒的摄入可以增强重金属在人体内的生物甲基化，从而降低人体重金属损伤风险。此外，摄入硒过量也会导致人体健康受损，Guo et al (2018)研究认为食物中硒的毒性剂量为5 mg kg-1，饮用水中硒的毒性剂量为0.5 mg kg-1。在印度旁遮普地区，作为典型的天然高硒区，当地男性硒摄入量达到632 μg day-1，女性为475 μg day-1，出现了脱发等硒中毒症状(Hira et al, 2004)。Marco et al (2018)对意大利雷吉奥埃米利亚市硒研究表明，人体长期接触河水中无机六价硒会导致癌症和神经性疾病的发病率上升。20世纪60年代初，我国湖北恩施的局部地方人群有脱指甲、脱毛、掉眉等现象，被视为硒中毒症地区(刘培棣, 1993; Huang et al, 2013)。因此，人体硒元素含量的高低均会影响人体健康，其有益或者有害与硒元素的摄入量具有重要联系。

2.2硒对人体健康风险评价

当前硒对人体健康风险评价主要集中在硒的摄入量风险评价。为了保障硒安全摄入，世界上很多国家都制定了各自的膳食日硒推荐摄入量标准，美国、加拿大和欧盟为55

μg (Hellwig et al, 2006)。我国最新的2013年中国膳食硒营养素推荐日硒摄入量标准为60 μg (程义勇, 2014)。根据梅紫青(1985)硒膳食营养水平判别标准以及世界卫生组织(WHO, 1996)规定，日硒允许最高剂量为400 μg。将硒的PDI (probable daily intake)指数与硒元素摄入参考剂量比较，成为当前学者通常采用的硒健康风险评价方法(Cui et al, 2017)。在我国克山病发病地区，当地居民硒PDI值仅为7 μg，远低于日硒摄入量标准为60 μg (程义勇, 2014)。在湖北恩施和陕西紫阳，当地居民硒PDI值分别为2144 µg和1067 µg，远高于世界卫生组织最新规定的每日硒允许最高剂量(400 μg)，具有较大的硒摄入风险。在国外，日硒摄入量也被广泛应用于硒元素摄入风险评价，有研究发现新西兰、荷兰、瑞典、斯洛文尼亚、加拿大和美国的PDI值分别为56.2 µg、67 µg、70 µg、88.3 µg、87 µg、98.3 µg、132.0 µg，均低于允许最高剂量(400 μg day-1)(Sirichakwal et al, 2005; 谭见安等, 1989)。

当前国内外学者对居民膳食硒摄入健康风险评价时一般以固定标准(体重、饮食量等)来衡量，这些指标会由于人的个体差异而出现变化，从而对评价结果的准确性有一定影响(Cui et al, 2017)。利用食物中的硒含量直接计算PDI值时，忽略了食物中的硒并不会被人体完全吸收，也会使评价结果产生偏差(Yu et al, 2015。因此，最有效的健康风险评价应是人体样品分析，常见的人体样品生物指示物有血液、尿液和头发等(秦俊法等, 2005)。对于硒元素来说，正常人发硒含量通常在0.35-0.75 mg kg-1 (Schroeder et al, 1970; Kvícala et al, 1999)。按照Kvícala et al (1999)的分类标准，健康人群发硒含量小于0.2 mg kg-1属于严重缺硒，0.2-0.36 mg kg-1属于轻微缺硒，0.36-0.6 mg kg-1为最适水平。我国学者谭见安(1989)将人发硒含量大于3 mg kg-1作为硒中毒标准。因此，通过对头发中硒元素含量检测可以较为直观评价硒的人体健康安全风险。根据上述研究结果可以看出，日硒摄入量计算并结合人体生物样品的测定是评价硒元素长期暴露对人体健康影响的重要方式。

   综上所述，硒元素主要来源于岩石、土壤等环境背景，其可通过植物吸收后经食物链传递进入人体，适量摄入硒有助于人体健康，过量则对人体健康有害。因此，科学合理利用硒资源对特色农业发展和保障人类健康生活具有十分重要的意义。

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基金资助：安徽省自然科学基金资助项目（项目编号：1908085QD150）