生物中的主要元素的组成大体上都是相同的，即使是动、植物之间也是如此，例如，文献表明人体和苜蓿之间也有着很多相似之处。而在微量元素上，各生物间则有着较大的差别，例如钠就不是植物所必需的元素，又如脊椎动物血液中的含盐量就要比无脊椎动物血液中的含盐量低。

1.人体中微量元素分布的一些主要数据

生命科学家对人体中微量元素的分布如同对主量元素的研究一样做了大量的研究工作，表7-6中给出了人体中的微量元素的分布以及从食物中摄取和排泄的情况。一般来说，在人体中微量元素蓄积最多的部位应是肝脏、肾脏和血液。表7-7中给出了人体中某些金属的化验正常值。

表7-6　人体中的微量元素的主要分布

续　表

表7-7　人体中某些微量元素的化验正常值

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从表7-6和表7-7中可以看出，人体对大部分金属元素的调节能力并不强，一旦人体对其摄入量大于其排泄量，这些元素就会在人体内蓄积，在体内容易蓄积的金属元素如镉、铍、锑、汞、铅等均是对人体极其有害的元素。医学检验证明，很多金属的主要排出途径就是经肾脏而由尿排出，如铅、汞、镉、锰、铬、镍、锑、铍、锗、钴、钯、铱、铂、铊等。

从上述表中还可以看出，临床医学所需要大量关于人体中微量元素的数据主要是来自对血、尿和头发的检测。对于这三类样品所测得的数据，要注意它们之间存在着一定的差异。由于心理上的作用，验血总是受到病人的排斥；而小便又不稳定，更易受到短期的体内变化以及外部因素的干扰。这两者化验的结果都是瞬时数据，反映的只是在并不长的间隔时间中人体微量元素的变化情况，适合于诊断急性疾病。而头发就不一样了，它取样方便，数据也稳定，反映的则是相当长的一段时间中微量元素的变化情况，但它不是即时情况，有着滞后性，适合于长期的慢性疾病的分析。发样的分析在过去还常受到仪器和检测能力的限制，但如今对于一般医院来说已不成问题。

2.人体微量元素代谢的“忠实记录者”——头发

如上所述，头发是人体排泄微量元素的途径之一。在头发中，大约含有40多种化学元素，其中有20多种与人的健康有着密切的关系。头发的有机成分主要是角蛋白，其中含有大量的含硫氨基酸，它们的巯基极易与重金属元素相结合。头发的生长速度平均为0.1～0.4毫米/天，生长寿命大约为1400～1700天。因此，头发的生物化学的代谢转变十分缓慢，金属元素一旦沉积其中“固定”后，就不容易再发生变化，这一特点就使得它具备了能“记录”微量元素在人体内积累情况的功能。所以，国际上将头发视为一种较理想的能反映环境与人体相联系的“生物纪录丝”。

许多化合物，特别是积聚在头发里的微量元素，其浓度可以比在血液和尿中高出100倍。一些药物被吞下后，很快就能在头发中反映出来，并可存留数月之久。此外，头发还是测量人们受到环境污染侵害程度的最好生物材料。

已有好多例子说明了头发里的微量元素与疾病的关系：如苯酮尿症，这是一种可能致死的遗传性疾病，会使儿童体内积聚有毒性的代谢产物，因而引起精神发育迟缓。患这种病的人，头发里发现缺少镁和钙；英国伯明翰爱斯顿大学的科学家们发现，精神分裂症患者的头发中锰、镉的含量很低，而铅、铁的含量很高。

据密执安大学一位博士的研究，头发还可显示出智商和学习新事物的能力。他发现，名牌院校学生头发中的锌、铜含量要比一般院校学生稍高一些，而碘、铅和镉的含量较低。尽管大家对他的这一发现还有争议，然而已有几位科学家证明，动物及儿童学习能力低下是与缺少锌有联系的。

蒙特利尔的马克吉尔大学的科学家们还断言，他们通过检查头发中十四种元素含量，把正常儿童与学习能力低下的儿童区分开来，其精确度可达98%。学习能力低下儿童的头发中铅、镉、锰的含量较高，而锂和铬的含量较低。当这些儿童接受了两年行为疗法和补充含有矿物质的饮食后，他们的学习能力会提高，头发中微量元素的平衡也恢复到接近正常水平。

头发微量元素的分析最早受到重视的是它在法医上的应用。现代法医学通过检验头发的“微量元素谱”可以确切地判断人的血型、人体是否含有毒物，还可提供被检人的性别、国籍、职业、文化程度、居住地的环境、特别接触史和习惯、嗜好等线索。另外与法医学有关的精神病、先天性智力是否低下的鉴别，也能提供有用的信息。例如性别鉴定：美国一位科学家测定了126名男性和55名女性头发中微量元素的含量，结果表明，女性头发中镁、铜、镍和钴明显高于男性，含有的锰和镍一般是男人的3倍和1倍。又如年龄鉴定：铜、钼、磷在全年龄段较恒定，而钙、镁、钾随年龄增加有较明显的变化。另外，匈牙利的研究人员还发现心脏病患者头发中的含钙量都是很低的，他们测得60名心脏病患者头发的含钙量为0.09%，而79名健康者则为0.26%，几乎是患病者的3倍。

头发中得到的数据是长年累月积累所形成的，因此，一个人的饮食习惯和嗜好对头发中的微量元素含量就会有较大的影响。日本人由于终年多食鱼，头发中汞和硒的含量平均值均为世界第一位；又如住在海边的居民头发中含碘量比深山区的居民要高得多。美国、加拿大人因长期食用“精制”食品，他们头发中的含铬量就显著减少。头发中的含镉量偏高，意味着这个人可能是一个烟瘾很大的人，因为香烟中含镉量高。患多尿症的孩子，头发中含铬量会偏低。精神分裂症患者，头发中镉和锰的含量很低，而铝和铁的含量偏高。营养不良的孩子，头发中含锌量会偏低。

有过一个广为知晓的著名故事，那是1957年11月，一位瑞典的牙科医师，在《分析化学》杂志上读到一篇论文——用一根头发就能分析出头发中的砒霜含量。他立即给作者去信请教。原来，他下决心要查明拿破仑的死因。3年后，他又专程去巴黎，向拿破仑侍从的后裔索取到了拿破仑的头发，又经过许多年的努力，终于用现代技术鉴定出了拿破仑头发的化学成分。他发现，越是接近头发根部，其中所含的砷就越多，比正常人头发中的砷含量高40多倍。这一发现证明了拿破仑很可能是被人用砒霜毒死的。

类似的故事还发生在牛顿、贝多芬身上。1979年，英国普敦大学的两位科学家，用牛顿的几根头发进行化验，查出了其中含有高浓度的铅、锑、汞、砷等有毒物质。历史资料表明，牛顿确实有在实验中经常接触这些物质的记录。后来，德国和美国科学家又根据对贝多芬一束头发的科学测定，再次证实1872年贝多芬死后的验尸报告：他是因铅中毒导致肝硬化而病故。

这样的故事一直延续至今，最新的故事主角则是我国清朝的光绪皇帝。一百多年来，有关光绪死因的讨论连篇累牍，却始终没能形成学术定论。2003年，央视纪录片编导钟里满偶尔得知，1980年清西陵文物管理处曾对光绪及隆裕皇后的棺椁（曾于20世纪30年代末被盗）进行清理并重新封闭，两人的头发被移至棺椁外面，保管在清西陵库房里。于是钟里满开始了长达5年的边测试研究、边拍电视纪录片的过程。他们先后提取了光绪分别长26厘米、65厘米的两小缕头发，清洗后晾干，剪成1厘米长的截段，逐一编号、称重和封装，然后用核分析方法逐段检测光绪头发中的元素含量。结果显示，光绪头发中含有高浓度的元素砷，且各截段含量差异很大，第一缕头发的砷高峰值出现在第10段（2404微克/克），第二缕头发的砷高峰值出现在第26段（362.7微克/克）和第45段（202.1微克/克）。而同时对比测试的头发砷含量，当代人的为0.14～0.59微克/克，与光绪同时代并埋在一起的隆裕皇后的为9.20微克/克，清末一个草料官干尸的为18.2微克/克。

头发中汞含量的测定也因为分析检测技术的进步而变得快速而简便。复旦大学化学系分析化学教研室在1972年首创研制发明了F-732冷原子吸收测汞仪，由于检测灵敏度很高，可测出十亿分之一级的汞含量，所以当时就曾被邀请参加了马王堆女古尸头发的汞含量分析，并给出了考古分析的重要结论。

环境科学家们发现城市居民头发中的含铅量比农村居民高，而公路沿线居民的头发中含铅量是最高的，这是由于汽车排放含铅的废气所造成。我国发现克山病后，全国也对各地数万人的头发含硒量进行过调查。令人惊异的是，在黑龙江省富裕县的一个乡发现，这个乡所属的十几个镇中，唯有一个镇没有发现克山病，其余的镇都发现有十分严重的克山病。头发取样分析表明，那个没有克山病的镇的农民，头发中含硒量要比其他镇的农民高出一倍。原来，那个大队有一个盛产鲜鱼的水泡子，农民们每年吃鱼200斤，鱼中含硒多，于是农民们头发中的硒含量也多。

从头发的分析中，还可以断定是否吸过毒（如吸海洛因等毒品）。甚至可以根据毒品在头发中的分布，按头发的生长速度推算，来算出吸毒的时间。2009年12月，香港科技大学生物系主任詹华强教授研制成功一种利用头发检测人是否曾经吸毒的新技术，只需受检测人5至10根头发，便可查出此人在测试之前7天至3个月期间的吸毒时间、剂量和毒品种类。

采用当今的现代分析技术“中子活化分析”、“能量色散X荧光分析”等方法，对头发中的微量元素进行分析已经是轻而易举的事情。只要将头发用中子照射，这样，就会使头发中的元素具有了放射性。此时不同的元素射出的丙种射线（也就是γ射线）的能量不同。因此，只要用仪器测量这丙种射线的能量，就可以推算出头发中含有什么元素、含量多少。已能够测量出一百亿分之1克的元素。