微量元素是酶和维生素不可缺少的激活剂。酶是一类结构复杂的蛋白质，具有高度专一的独特的生物催化作用。在已知的1300多种酶中，大多数酶的分子结构中都含有一个或多个金属原子（离子）。根据金属离子和酶蛋白结合的稳定性，通常分为金属酶和金属激活酶两类。例如锌能激活肠磷酸酶及肝、肾过氧化酶，又是合成胰岛素和碳酸酐酶的必需成分，Mn2+可激活精氨酸酶和胆碱酯酶等；钴是维生素B12的组分之一。实验表明，从酶中除去金属，其活性下降；当将金属复原时，酶的活性又恢复如初。
微量元素对维持核酸的正常代谢有重要作用。核酸（RNA）是遗传信息的载体，含有多种微量元素如钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、镍（Ni）、锌（Zn）等，它们对于稳定核酸的构型和性质以及对于脱氧核糖核酸（DNA）的正常复制都有重要影响。例如，已知铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）过多而锰（Mn）、锌（Zn）、碘（I）不足时，干扰（DNA）的自我复制，使之产生误差，导致细胞的某些功能退化，代谢异常，甚至造成细胞死亡。
激素有重要的生理功能，它是人体内分泌腺所分泌的进入血液中的化学物质。微量元素或者是某些激素的组分，或者是调节过程的参与者。例如，碘是甲状腺激素的重要组分之一，铁是叶绿素光合作用过程的催化者。
保持美妙的青春，和衰老作斗争，也就是在老年时代也能保持健康、智慧和活力，一直为人类所憧憬。这方面，微量元素影响重大。
对一种早老症患儿的头发样品进行过多种微量元素分析，发现其锌值是正常儿童的平均值的2.6倍（1000例对照），说明锌的排出量大。曾报道可对比条件下健康人和衰老症患者的脑组织中的微量元素分析结果，发现衰老症患者脑部神经元的细胞核中的铝含量为健康人的4倍。而且在有大量神经斑块的脑区，铝含量特别高。给动物注射中毒剂量的铝时，就会出现衰老症。
近年来的研究表明，人体中微量元素含量与年龄有很大关系。几乎所有必需微量元素都是新生儿、婴幼儿比较高，到中年以后逐渐下降；另一方面，一些非必需元素或有毒元素则在婴幼期含量很低，而随着年龄的增长，在体内器官中逐渐积累。例如，据统计，10岁时肝中锌浓度降到出生时的一半，铜浓度为婴儿时的三分之一；肾和肝中的铬，则在20多岁时降到低点，以后基本维持定值；肾中铁（Fe）、锰（Mn），肝中溴（Br）、钼（Mo）、铷（Rb），血液中的硒（Se）、锌（Zn）等在中年以后下降；而有毒元素如铅（Pb）、镉（Cd）、锑（Sb）则在老年时增加。
在抗衰老中微量元素功勋卓著。动物试验表明，给动物补充必需的元素，能够延长其寿命，增加其活力。接受铬的大鼠比对照组生长迅速，创造了4年之久的长寿记录，比对照组高1倍；游泳长度和速度都比对照组大，而且死亡后的动脉中都没有粥样硬化斑，但对照组有20％的主动脉可以观察到病斑。长期喂食硒的大鼠，有50％活到了988天，相当于人82岁；而不喂硒的只活到750天，则相当于62岁。环境调查表明，美国东南沿海地区35～74岁的男性白人，死亡率比中西部和北方高出1倍，原因在于后一地区水土中微量元素锌、硒、铬含量较高。我国广西长寿地区巴马县居民头发中锰含量明显高于非长寿地区；而铜含量则明显低，呈现锰高铜低的明显特点。
健康挚友
健康是个宝，人人不可少；一旦疏忽它，后悔莫及了。有许多东西，只有当失去它时，才觉得它的可贵，健康就是其中最重要的一项。人为什么会生病？这个问题一直困扰着古今许多医学和化学大师。从宏观元素学的角度着眼，人体的某些疾病的发生是微量元素的平衡失调（即特定元素的缺乏或过量）所致，人们试图将微量元素化合物做成各种药物和食品（以及饲料）添加剂等用于医疗和预防；从微观病因学的角度考虑，疾病是由于生物体内的各种“游离基”与分子氧形成“过氧基”（O-2），使组织受到损坏，而某些微量元素可以清除自由基，从根本上揭示防病和治病的动因，成为健康不可缺少的朋友。
铁是人体含量最大的微量元素，主要以铁卟啉络合物（血红素）形式存在。铁卟啉是血红蛋白（Hb）、肌红蛋白（Mb）、细胞色素、过氧化氢酶和过氧化酶的必需组分。体内其余的铁存在于含铁蛋白（如铁硫蛋白）内，它们是生物氧化还原反应中的主要电子载体，是所有生物体内能量转换反应中不可缺少的物质。人们通过食物摄入的铁只有10％能为肠道吸收，加之饮食的日益精料化等其他原因，缺铁性贫血（IDA）非常普遍，成为全球性营养疾病之一。目前全世界约有15％～20％的人患缺铁性贫血，尤其是发展中国家的儿童和妇女。对于IDA患者直接给予铁剂治疗是非常必要的，以往常用硫酸亚铁、乳酸亚铁、柠檬酸铁，甘油磷酸铁等；20世纪90年代以来，美国提出用氨基酸铁作为补铁剂效果最佳。
预防胜于治疗。为了提高全民的体质，在食品中进行微量元素强化，经济而有效。美国34个州的法律规定：面粉和面包中应含有丰富的铁盐，例如每磅面包中应以铁盐形式加入8～12.5毫克的铁。我国卫生部最近也规定在一些食品中进行铁盐强化。目前，一些科研究院所正在进行上述各种铁剂及焦磷酸铁、改性焦磷酸铁等食品铁强化剂的研制。还应注意，在进行食品的铁强化时，其他营养成分特别是其他微量元素的平衡是非常必要的。已知饮食中的蛋白质和维生素C能提高铁的利用率，铁是生命的长城。
1961年在伊朗和埃及的某些乡村发现“小儿侏儒症”并服硫酸锌治愈以来，锌的生物化学作用引起人们的高度重视。锌能促进维生素B族的正常吸收并使之发挥作用，它参与胰岛素的组成和核酸的合成，它是上百种酶的组分。因此，人们把锌誉为“生命之花”、“人体的宝矿”。目前关于锌药物的研制与儿童的保护有很大关系。1972年美国科罗拉多州丹佛市的小儿科医生哈姆比奇对132名4～16岁儿童进行发检时注意到，其中约有8％的儿童头发中锌含量低于70微克／克，低于正常值（150微克／克）的一半。而据对北京等我国19个省市学龄前儿童发锌含量分析，约有60％低于正常值。对于缺锌症，用硫酸锌和维生素B等做成复合锌片口服，进行预防和治疗，效果良好。按照我国古典医药思想：药食同源，因而在食物中添加锌这类微量元素营养强化剂有意义。美、日等国用硫酸锌、葡萄糖锌，我国卫生部已批准在食品加工中添加上述锌盐以及乳酸锌、柠檬酸锌，还有氨基酸锌等，均是有效的锌制剂。
硒是20世纪50年代才最后确认的一种多功能人体必需微量元素。1977年美国生物无机化学会议上认为硒能抑制多种癌变，具有抗癌、防癌功能。这是因为硒是组成谷胱甘肽过氧化物酶的一个重要元素，该酶能阻止不饱和脂肪的氧化，能有效地切断易诱发各种癌症的过氧化物和游离基形成。我国科学工作者发现缺硒地区肝癌发病率高。克山病则是一种地方性心肌病，与缺硒有关。服用亚硒酸钠等硒制剂，对上述病患的发病率均有显著降低的效果。
碘是人体内含量极少的，其生理功能别无替代的必需微量元素。健康成年人体内含碘约50毫克，约为铁含量的百分之一，为人体重的百万分之一，真可说是一个小小秤砣。碘缺乏是目前世界上已知导致人类智力障碍的主要原因。据调查，我国现有1017万智残人中有80％是因缺碘造成的。缺碘易得弱智病，如地方性甲状腺肿，严重威胁人体健康，直接影响人口素质的提高。国务院在1993年9月召开了“中国2000年实现消除碘缺乏病目标动员大会”向全世界作了庄严承诺。医学界将碘作为“智慧元素”和“智慧之泉”应用于改善人体健康和提高人口素质中，将其视为一件全民族的大事。
常用的碘补给剂有口服含碘药片、食用加碘盐和富碘食品。口服片是将碘制成碘化钾、碘酸钾或碘酸钠，再与添加剂制成药片或碘油胶丸或胶囊。仅大连市辖内北部病区乡镇近二十多年来投放碘化钾药片1000余万片、碘油胶丸400万人份，累积治愈缺碘患者2万余人，使患病率大幅度下降，接近国际标准5％的水平。由于口服含碘药片投放环节多，难度大，又难以保证不漏服，所以，向病区投放碘盐最有效。所谓碘盐就是加碘盐，系将碘化物按1∶20000至1∶50000与食盐（NaCl）均匀混合供食用的盐；加的碘化物主要是碘化钾和碘酸钾。加碘盐怕风吹、日晒、高温、潮湿，现吃现买，不宜久放。我国政府做出决定，从1996年起在全国范围内全部供应加碘盐，由国营商店经销，以防个体摊贩用伪劣品蒙混。吃富碘的食品如海带、紫菜、发菜、海蜇、蚶等，由于其含碘量高达1.8～24克／千克，长期食用，效果极佳。
光环之外
在微量元素群体中除必需的有益元素，对人、对生物体发射友好的信息外，也还有一些有害即有毒的元素，它们在环境中漫游，并进入人体及生物体中，在有益的必需元素给人带来幸福和愉快的光环之外，潜伏甚至爆发出消极的幽光。这些元素有镉、汞、铍、铅、砷及某些放射性同位素。自古妖魔不可轻。这些元素的毒副作用是不可低估的。例如，铅的危害影响到古罗马王室的衰落。据说当时罗马王宫已知道用铅管来输送饮水，而且铅的饮器十分名贵；但铅对人类胚胎严重致毒。19世纪就知道微量的铅不仅使胎儿发育迟滞，而且更多的是导致死胎。曾经报道一例印度死胎肝中铅含量高达毫克级，比正常值高1000倍，这是由孕妇额上点的美人痣中的颜料含铅，经汗液渗入皮肤，又越过胎盘而被胎儿吸收的原因。前面在“资格认证”中已述及镉是痛痛病的祸首，以后还会提到汞是著名的水俣病的罪魁，如同对必需的有益元素予以重视一样，对有害元素也不能掉以轻心。
人体为什么会受到有害元素的骚扰呢？利用环境中藏量丰富的普通元素是生物进化的结果，这涉及生物和人类起源这样的大问题。在正常条件下，不存在缺乏必需微量元素的危险，因此，在长期的进化中，生物包括人体对必需微量元素形成了一整套吸收和代谢或体内平衡机制，以及相应的对它们欠缺和过量时的调节机制也就是防御机制。但对于不常接触到的元素，生物体没有形成对它们的适应，不会有防御机制，这样它们就容易产生毒害作用。另一方面，它们总在环境中存在，就不可避免地会被生物体摄入；而它们与必需微量元素有相似的性质，例如，有害元素镉、汞与有益元素锌位于周期表中同族，化学性质相似，参与类似的生物化学反应。然而，差之毫厘，失之千里，它们的生理效应却迥异。
各种有害元素虽然通过血液循环分布于全身，但仍相对集中于特定部位，此部位叫做靶器官。例如，镉大量在肾中积聚，在肝中也存在，肾就是镉的靶器官。汞相对集中于肾、骨；铅主要存在于肝、骨、发和指甲等。还应注意，由于吸收、代谢、排泄和蓄积的途径不同，有毒元素在体内的停留时间也不同。例如汞的停留时间为50～100天，镉为400～800天，而铅和放射性元素铀、钍可长达1600天以上。这个时间与生物学半衰期有关。搞清有毒元素的靶器官和生物半衰期，对医治有关疾病有重要意义。
各种有毒元素在生物体内特别在人体内有特殊的生物化学作用，而且它们起作用的浓度往往比相应的有益元素的低得多。金属硫蛋白是一类金属和含硫蛋白结合的产物，镉与之结合时成为镉硫蛋白。肝、肾中存在很多的天然锌硫蛋白。在遇到进入人体的镉时，锌即被取代而形成镉-锌蛋白（这是一种多元络合物）。正常情况下，在肝或肾中的含硫蛋白与被机体吸收的少量镉结合而解毒；而过量镉则否，它会进攻锌硫蛋白，干扰锌的生理运作，产生毒副作用。镉使含巯基（-SH）的酶失活，也可引起载带遗传密码的核酸立体结构变化，导致重病和畸变。
汞的化合物中甲基汞危害最大，可通过胎盘进入婴儿体内。汞对硫蛋白中的巯基有很强的反应能力；汞也能与细胞膜上的磷酸基因及酶的氨基和羧基反应。这样，汞就能干扰核酸代谢的各个水平，包括核酸的转移和复制能力，引起染色体畸变。甲基汞对细胞的每一步生长过程都有重要影响，特别是引起蛋白质合成活性降低，干扰氨基酸的合成，导致DNA功能障碍，使之不能复制出螺旋状的股结构。生理结果，是人的肾功能衰竭，失去生殖能力，导致畸胎；影响骨质，形成佝偻、曲背、瘫痪等。
铅的最突出的生化作用是它易与蛋白质上的巯基作用而抑制酶的活性。进入血液中的铅迅速分布到骨骼和牙齿中，不易排出，影响深远；当血铅浓度超过50微克／100毫升（正常值的上限）时，就会损伤神经组织和脑组织，出现头晕、头痛，记忆力减退，食欲不振和腹疼（铅绞痛）等症象。儿童大脑对铅比成人更敏感，血铅浓度过高，严重损害其智力和骨骼发育。血铅特易透过母体进入胎盘，侵入胎体，造成器质性和不可逆病变，导致畸胎甚至死婴。
对于这些公认的危害环境的有毒元素，能否将其排出社会之外呢？出于经济和技术考虑，看来现在不行，恐怕将来也不一定行，因为很难找到它们的代用品（例如汞是常温下唯一的液态金属，它在电子技术上的应用很广泛）。但是可以限制它们的应用范围，以铅为例，应规定含铅颜料不得用于制作玩具和炊具，汽油无铅化等。还应综合治理环境，避免人体与有毒元素接触；改善生产条件，使用机器人操作等。如发生中毒后，可用螯合促排法进行特殊治疗。
所谓螯合促排，就是注射或吸入适当的络合剂与有毒金属元素作用，及时排出体外，从而防止或阻止它们与体内的酶及其他活性成分作用。常用巯基络合剂与氨羧络合剂。前者主要有二巯基丙醇（BAl）、青霉胺、二巯基丙磺酸钠、二巯基丁二酸钠，它们对砷、铅、镉、汞的解毒有效；后一类中研究较多的是乙二胺四乙酸（EDTA）及其盐，其中Na2-CaEDTA治疗铅中毒效果最好，还能促排钚、铀、钍等放射性元素。