生命对于人仍然充满了神秘。尽管人类早已告别了百步穿杨的冷兵器时代，经历了有巨大爆炸力的热兵器时期，如今又向远射程的信息兵器年代迈进；人们可以飞越太空，在月球上定点着陆，可以潜入深海远洋，可以观察计算遥远的星辰，然而，人对自身的生老病死却难以控制，在各个环节上潜伏着很多未知数。继维生素发现、合成和深入研究后，微量元素受到普遍重视，这是生命研究途程中的一块新的里程碑。人们一直怀着美好的心愿，期待有朝一日能通过合理的食物组成，糖、蛋白质、脂肪、维生素和微量元素的巧妙搭配，维持精力充沛，身心健康和快乐长寿。微量元素的作用是人类在经过长期探索后逐步认识的，只是从支配无生命物质世界的规律及其表现中，才对生命现象及其本质予以深入的揭示。人体像是蕴含着各种金属和非金属元素的矿藏，它们聚集成维持生命活动的各种构件，控制着人的生命各环节，有的元素其量虽微，也参与“决策”。秤砣虽小压千斤。
资格认证
前面已经提到，生命元素又称生物元素，通常泛指存在于生物体内的元素；也有的特指必需元素，即在活的有机体包括各种动、植物和微生物中维持其正常的生物功能所不可缺少的那些元素。就人体而言，每一元素有不同的生物效应，效应的正负强弱取决于其性质、含量、形态及相互作用。这些元素大致可分为4类：第一类是已述及的（第一部分“全新领域”）生物必需元素；第二类是潜在有益辅助或营养元素，如锂、锗、铷、锶和对植物的硼、稀土等；第三类是污染元素，如砷、汞、氡等；第四类是有毒元素，如镉、铅、铊等。在实际生活中，确定某元素的类位即是否为生物体所必需，或者划分必需与毒害的明显界限，尤为不易。除与它在体内的含量有关外，还与它的赋存状态（价态、物种）、生物活性、宿主组织部位密切相关；同时这种认证还是一个统计学和模糊数学问题，有相当的不确定性。但不论如何困难，这种资格的认证仍然是必要的、认真的、科学的。
以必需元素的确定为例，科学界提出了不少规定。在1939年美国植物生理学家亚仑和斯托特提出的必要性、不可替代性和具有一定生理功能的基础上，迄今大致在下列方面取得共识：若没有该元素，生物既不能生长，也不能完成生命循环，它至少参加了生命过程中的某一环节（一个或一组反应）；该元素在生物体内的独特作用不能被另一元素完全代替，体内存在含该元素的生物活性化合物以发挥正常的生物功能；该元素对生物功能有直接影响，并参与代谢过程，而不是仅仅对其他元素发生抗毒的效应，在自然选择中生物体内已形成具有主动摄入并调整其体内分布和水平的完善机构；缺乏该元素时会引起的生理化学变化，经补充后可以恢复。
人们对微量元素从认识到确证其必需性往往有一个较长的过程，需要对其生理功能、代谢作用，缺乏症和中毒症有详细和全面的了解。一般说，对植物的微量元素确认较对动物的容易，而对人就更难，除了对人体各组织进行相应元素的分析检测外，常常是将对植物特别是某些动物实验的结果外推和移植，因而在实践和理论上都存在不少漏洞。根据以上的标准，首先确认铁、锰、锌、铜、硼、钼是植物必需的微量营养元素；跟着也认定人体所含微量元素中前4种元素为人体所必需。
要确证某元素是有益还是有害，有时需要进行相当长时期的追踪。例如20世纪50年代末，日本发生的痛痛病，曾惊动了全世界。患者由于忍受不了一些小动作（如咳嗽）引起的剧痛而自杀，的确叫人诧讶。为了找寻其病因，经历了11年之久。终于证实了镉骨质的严重危害性是由于镉和锌都是亲硫元素，它可从含硫蛋白中取代锌，从而影响体内的钙、磷平衡，最终使钙从骨质中溶失，使患者的骨质软脆。尤其是胸骨，甚至受不了像咳嗽这样的轻微刺激。经过与患者有关的环境、食物、特定用品（如药物化妆品）以及身体有关器官诸多微量元素的分析，得到了数以万计的数据，令人信服地揭开了痛痛病的病因之谜，提示了镉是人体的一种污染和有毒元素。
前面提到（第一部分“全新领域”），人体内含有60来种元素；而据最新的资料和理论考虑，人体几乎含有周期表中也就是自然界里存在的所有元素。那么元素的益害与其量也就是浓度的关系如何评价呢？事实上任何一个微量元素，包括放射性元素铀和镭，在机体内都可能有生物学作用。天生我材必有用。而且其作用是多种多样的。例如放射性元素的射线对机体有破坏作用，但说不定正是由于它的存在杀灭了许多病毒，以毒攻毒呢！在生物体内微量元素的剂量和生物活性的基本特征需要从两方面去考虑：一是每种微量元素当摄入量不足时，可产生缺乏它时所引起的一系列生理生化变化；二是当摄入量超过一定范围时，则可导致一系列毒副作用。也就意味着，只有在一定浓度范围内，微量元素才能发挥其正常的生理活性。这就是微量元素的最佳浓度限区规则。这意味着元素的益、害是相对的。最佳浓度限区的大小即宽度，随元素的不同而改变，也随器官的不同而不同。有害的元素可能只是量大了一些，或集中的部位不合适罢了。
应当注意，微量元素的最佳浓度范围的确定不是任意的，而是以大量统计数据为基础的。例如碘，若长期每天摄入量小于0.15毫克时，可能产生甲状腺肿；若超过10毫克，则导致中毒作用；通常以每天摄入0.10～0.15毫克为佳。又如氟，饮水中含量若低于0.5毫克／升时，则龋齿发病率高达70％～90％；而含量超过2毫克／升时，则出现斑釉齿，甚至黑齿，发病率可达10％～50％。我国沧州地区、沈阳郊区、北京怀柔的某些山区由于地下饮用水中氟含量较高，因而儿童斑釉齿发病较普遍。真是物无美恶，过则成灾。再如硒，每天摄入量以100微克为宜，若长期低于50微克，可能引起心肌损害和贫血；而过多摄入时又可造成恶心、腹泻和神经中毒等。
庐山面目
早就知道微量元素的毒理作用、环境行为，特别是对人体健康的影响，都与其存在形式密切相关。例如，食盐中的氯离子是我们每天都需要的，但氯气是有毒的。1914年的第一次世界大战中德军首先用它来对付敌对方；砒霜即氧化砷是剧毒物，但早年意大利北部阿尔卑斯山的山民常吞食一种含单质砷的果汁以御寒。环境研究已经证实，三价的铬离子Cr3+和六价铬Cr（VI）的简单阴离子铬酸根CrO2-4或重铬酸根Cr2O2-7的生理功能迥异：Cr3+是有益的；Cr（VI）则为强致癌物，是制革厂（常用重铬酸钾作为鞣制剂）工人职业癌症的祸首。此外，铜对水生生物的毒性主要与铜离子Cu2+和三羟基铜离子Cu（OH）-3浓度有关，而不单纯依赖于可溶铜或总铜量；酸雨引起的池鱼翻自死亡，可能与酸水溶解了土壤中的铝成羟基铝阳离子Al（OH）2+、Al（OH）+2有关。
大气的质量常可用吸入颗粒物来表征，这是由于细小颗粒易进入人体呼吸系统深部，引起病变如炎症甚至致癌等。过去的注意集中于粒径10微米以下的颗粒物，并制定了对它们监控措施和标准。1997年美国和挪威在经过了10多年的集中系统研究后，发现许多强致癌物（如多环芳烃、多氯联苯）大多富集于粒径在2.5微米以下的小颗粒上，而这部分颗粒可以透过鼻毛屏蔽及粘膜系统全部进入呼吸道和肺部，且其致癌活性明显高于大颗粒。从环境污染看，不同粒径的颗粒，相应于不同的污染形态。
不论是波澜壮阔的海洋，还是针头划破皮肤渗出的血滴，都是水溶液体系。一般水溶液中微量元素的形态是指价态、络合态、非离子态和胶态等。例如微量元素铁在水溶液中可以呈两种价态Fe2+、Fe3+存在；可以成络合物、如血红素的卟啉亚铁；也可以成为非离子态，如氢氧化亚铁或氢氧化铁；还可成为胶态的小颗粒。这就是铁的诸多形态。土壤及其他固体物中微量元素形态的生理作用是通过其水溶液来体现的，因此，研究水体微量元素的形态有普遍意义。
在各种水体中，中药最常用的剂型水煎剂的研究既有典型意义又有现实效益。形态一词包含状态、形式、物种或种态等，总的是指特定的物质如微量元素起作用的具体形式。中药“一锅汤”是中药剂型的基础，千百年来中药水提汁最常用，并且也常据以制作著名的丸散膏丹。水剂本身也可视为中草药的特定体液，进入人体后成为人体内环境及微环境体液的一部分，其微量元素的形态研究与中药的活性研究关系极为密切。中草药中微量元素的形态并不是仅指微量元素在各味原生药中的固有存在形式，而且还包括甚至主要指在其服用剂型（如汤剂、针剂、酊剂等以及粉剂）中的存在形式。这是由于在不同制剂中可能会发生各种化学变化和物理变化，从而改变了微量元素的状态。即使直接服用原生药，经唾液或消化液的作用，也可能改变原来微量元素的形态，也可能是中药中的微量元素到体内发生反应而呈现新的形态。这样看来，中药为什么能治病呢？就是中药中的微量元素与人体中的有机病毒成分反应，或者中药中的有机成分与人体中的微量元素反应，改变各自的形态，收到疗效。
以北京蜂王精（由新鲜蜂王精，并辅以党参、枸杞、五味子制成的营养药）、茵陈蒿汤（由茵陈、栀子、大黄配成的治黄疸名方）、麻杏石甘汤（将石膏、麻黄、杏仁、甘草按比例制成的清热解毒良剂）为例，中药无论单方还是复方或各种制剂，其微量元素，主要有3种状态即离子态、络合态及吸附态即胶态，前两者主要用化学方法分离和识别，后者则常用物理方法分出，再用化学法检测。仅就单味中药来说，滗去固体后的煎汁中有残渣（沉降在容器底部，一般不服用）、悬浮物和溶解物（主要服用部分），是一个以有机高分子化合物（如蛋白质、葡萄糖聚合体如纤维素）为基质含各种微量元素的复杂有机-无机化合物的混杂体系。而在实际应用中，中药多为复方，其“一锅汤”煎汁即提取液中的反应及存在物质将更复杂。除上述各类物质外，提取液中也溶解了很多有机物，如低分子量的有机酸、生物碱、多元酚等。如甘草汁中有甘草酸，罂粟汁中有吗啡，大黄汁中有黄酮类化合物等。它们也同微量元素反应生成各种新化合物。
这里还要指出煎汁中的悬浮物是重要内服部分，它是一种胶体分散系。由于物理的或化学的原因，微量元素被吸附在胶体颗粒上。当原生药用水提取时其蛋白质、纤维素均呈胶粒分散于整个水体，大量吸附同时溶出的微量元素，它们用自己的-NH2、-COOH或-OH基团与微量元素结合，再进攻病毒分子，将其裹胁而除去，达到治病的目的，这是中药微量元素形态的特点之一。
从前人们注重微量元素的总量，测定了成千种中草药中的各种元素的含量，这无疑是有意义的；现在，人们认识到要实际研究服用剂型中微量元素的形态，这是进了一大步；目前，人们在探讨这种形态的具体作用形式，以便揭示微量元素药效的庐山真面目。已对古老而仍有效的麻杏石甘汤进行了这样的研究，业已证实铜铁锰锌与麻黄碱及甘草酸分别形成络合物，它们如何实现药效，无疑是一个有趣而有现实意义的课题。中药这一无限丰富的宝库，为微量元素研究提供了取之不尽的源泉。
元素功勋
从19世纪中叶先后发现铜与血蛋白结合（1847年）、碘对地方性甲状腺肿的作用（1850—1854年）以来，逐渐认识到微量元素虽然在生物体内含量甚微（百万分之几或十亿分之几），却有巨大的生物学作用。1930年以后相继发现许多地区由于环境中微量元素的缺少或过多，而导致家畜体质衰弱，生长停滞和死亡率增高等；在20世纪70年代环境污染研究的推动下，微量元素对人体的作用受到重视，目前已从运载作用、激活作用、代谢作用、特定生理作用等诸多方面进行过考察。
人为什么有时会头晕呢？这是由于大脑中糖量只有0.1％，而大脑的能量消耗占人体总能耗的30％，这些能量全靠糖的氧化供给。无论是糖和氧全由血液送来，而血红蛋白中的铁是氧的携带者；人体如果缺铁，就不能合成充足的血红蛋白，氧的运送量就不够，于是能量供给受阻，轻则头晕，重则不起。这就是微量元素铁对宏量元素氧的运载作用。
除运载氧外，电子的运载也极为重要，这种作用由酶的金属组分来体现。细胞呼吸过程就是通过细胞色素（如血红素、叶绿素）、铁硫蛋白、铜蛋白等金属酶来实现电子传递的。电子转移过程的研究深受国际化学界的重视：1983年美国化学家陶布因金属络合物中电子转移反应机理的研究；1988年3位德国生物化学家德塞霍菲、佛柏和米舍尔因光合作用即光诱导电子转移反应的探素；1992年美国化学家马库斯又因创立和发展更基础的电子转移反应模型和理论而荣获诺贝尔奖；在10年内就一个主题连续3次授予诺贝尔奖，十分罕见。酶中的金属元素的不同价态Fe（Ⅱ）／Fe（Ⅲ）、Cu（Ⅰ）／Cu（Ⅱ）交替地被还原与氧化，各自构成一条有效的电子传递链，结果将氧还原为水或过氧化氢，实现生物体内呼吸作用的重要一环。
