第6章矿物质-第六章矿物质

1第六章矿物质本章要点1.常量元素的种类及其生理功能2.微量元素的种类及其生理功能食物或机体灰分中那些为人体生理功能所必需的无机元素称为矿物质，也称无机盐。人体已发现有20余种必需的无机盐，约占人体重量的4%～5%。其中含量较多的（＞5g）为钙、磷、钾、钠、氯、镁、硫七种，它们每天的膳食需要量都在100mg以上，称为常量元素。另外一些含量低微，随着近代分析技术的进步，利用原子吸收光谱、中子活化、等离子发射光谱等痕量分析手段，发现了铁、碘、铜、锌、锰、钴、钼、硒、铬、镍、硅、氟、钒等元素也是人体必需的，它们每天的膳食需要量甚微，称为微量元素。第一节常量元素一般将占人体体重0.01%以上，每人每日需要量在100mg以上的元素称为常量元素。常量元素在体内的主要生理功能：①构成人体组织的重要成分，大部分是由钙、磷和镁组成，软组织含钾较多；②在细胞外液中与蛋白质一起调节细胞膜的通透性，控制水分，维持正常的渗透压和酸碱平衡，维持神经肌肉兴奋性；③构成酶的成分或激活酶的活性参与物质代谢。常量元素在人体新陈代谢过程中，会有一部分被排出体外，必须通过膳食补充。许多国家都制定了钙、磷、镁、钾、钠和氯等6种常量元素的RDA（推荐的膳食供应量）和AI（适宜摄入量）。一、钙和磷钙和磷是硬组织骨和牙的重要矿物成分。骨的钙、磷比几乎是恒定的，二者之一在体内的含量显著变动时，另一个也随之改变，因此钙和磷常一起考虑。㈠钙⒈钙在体内的分布钙是人体内含量较多的元素之一。人体内含钙量约为1000～1200g。其中大约99%的钙以磷酸盐的形式集中在骨骼和牙齿内，统称为“骨钙”；其余1%的钙，大部分以离子状态存在于软组织、细胞液及血液中，少部分与柠檬酸螯合，或与蛋白质结合，这一部分统称为“混溶钙池”（也称“混合钙库”）。“混溶钙池”中的钙与骨钙维持着动态平衡。⑴骨钙：骨组织储藏的钙占体钙的99%以上，因此骨被誉为钙库。骨钙和血液循环不断地进行着缓慢的交换，每天可达250～1000mg。成人每天约有700mg的钙出入于骨组织。在2人的一生中，骨钙的沉淀与溶解始终在不断地进行着。随着年龄的增大，钙的沉淀逐渐缓慢，到了老年，钙的溶出占优势，因而骨质疏松。幼儿的骨骼1～2年就要更新一次，成年人约需10～12年更新一次。男性在18岁以后，骨长度开始稳定，女性则更早一些，但骨密度仍在不断地增加。40岁以后，开始有骨质疏松现象出现，一般女性快于男性，体力活动有减慢骨质疏松的作用。牙釉质的钙较为惰性，不能被置换出来，故牙齿不能进行自行修复。⑵血钙：血液中的钙不及人体总钙量的0.1%。正常人血中钙、磷浓度之间存在一定关系。以mg·L-1表示时，[Ca]*[P]=350～400。当＞400时，二者以骨盐形式沉积在骨组织；当＜350时，则将妨碍骨组织的钙化，甚至使骨盐再溶解，影响成骨作用，引起佝偻病或骨软化症。钙、磷浓度所以能保持恒定主要受激素PTH、CT和α-25-（OH）2D3的生物合成的影响。⒉钙的生理功能⑴钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，起支持和保护作用。混合钙库的钙维持细胞处在正常生理状态，它与镁、钾、钠等离子保持一定的比例，使组织表现适当的应激（excitability）。⑵促进体内某些酶的活动。许多参与细胞代谢与大分子合成和转变的酶，如腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羧化酶和色氨酸羧化酶等都受钙离子的调节。⑶钙起电荷载体作用：Ca2＋的最适水合半径能与细胞膜表面的各种阴离子亚部位结合，调节受体结合和离子通透性，起电荷载体作用。⑷钙参与神经肌肉的活动。神经递质的释放、神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、激素的分泌、血液的凝固、细胞粘附、肌肉收缩等活动都需要钙。⒊吸收、排泄和储留⑴吸收：钙盐在酸性条件下较易溶解，因此钙的吸收主要在酸性较强的小肠上端进行。钙的吸收为主动吸收，需要维生素D的参与。膳食成分影响钙的吸收和利用见表（6-1）。表6-1膳食成分对钙吸收利用的影响降低增高无影响植酸盐乳糖磷纤维素某些氨基酸蛋白质草酸盐维生素D维生素C脂肪柠檬酸乙醇果胶植物成分中的植酸盐、纤维素、糖醛酸、藻酸钠和草酸可降低钙的吸收，果胶和维生素C对钙的吸收的影响很小。谷类含植物较多，以谷类为主的膳食应供给较多的钙。含草酸多的食物如菠菜，其钙难于吸收且影响其它食物钙的吸收，故选择供给的食物时，不仅考虑钙含量还应注意草酸含量（表6-2）。近来的研究表明摄食纤维可以降低结肠和高胆固醇血症的危险性，但纤维会影响钙的吸收。如果膳食中既有草酸又有纤维，则钙的吸收更低。膳食脂肪对健康人的钙吸收影响不大，但对脂肪吸收不良或患脂肪痢的患者的钙吸收降低。钙与脂肪酸形成皂钙，当脂肪酸碳链增长，不饱和度降低时，钙的利用率更低。中链脂肪酸能改善脂肪和钙的吸收,在婴儿代乳粉、胃切除或胆汁性肝硬变患者的饮食中应用颇适宜。钙的吸收与磷的水平无关，只与钙的摄取量有关。维生素D可促进小肠吸收钙。乳糖可增强钙的扩散转运，它被乳糖酶水解成葡萄糖和半乳糖改善钙的吸收。其它糖如蔗糖、果糖也能增加钙吸收率。蛋白质被消化成氨基酸，如赖氨酸、色氨酸、精氨酸、亮氨酸、组氨酸等与钙形成可溶性钙盐，从而促进钙的吸收。碱剂、应激和卧床不动、食物在消化道中停留时间长，都会使钙的吸收率降低。表6-2几种常见蔬菜中钙和草酸的含量（mg/100g鲜菜）蔬菜名称钙草酸可利用钙的理论值3大蕹菜224691-30厚皮菜64471-142苋菜3591，142-143圆叶菠菜102606-165折耳根1211，150-384⑵排泄：吸收的钙的大部分经肠粘膜上皮细胞的脱落和消化液的分泌排入肠道。除来自膳食的钙以外，小肠消化液有钙600mg，肠内总钙量约为1200mg/天，其中600mg重吸收（reabsorption）,900mg由粪便排出，250mg由尿液排出，20～350mg由汗液排出，高温作业者汗分泌多，钙在汗液中的浓度增加，损失钙可高达1g·d-1。授乳期妇女乳中排出的钙约为150～300mg·d-1。粪钙包括未吸收的摄入钙和分泌到胃肠道的内源钙。成人每天进出体内的钙量大致相等，处于平衡状态，即钙摄入量=粪钙+尿钙。男子内源钙平均为194±73mg·d-1,其中不吸收者即内源粪钙，平均为130mg·d-1。粪钙对钙平衡的调节作用甚小，也不受蛋白质摄入量的影响。⑶储留:学龄前儿童分别供给钙339、555、704和904mg·d-1，钙储留量分别为60、103、125和154mg·d-1，储留量和供给量呈正相关。但是也有摄入量相差很大而储留量差不多的。可能机体对钙的需要不同而影响其储留。磷摄入过多对于钙的储留影响不大。当膳食钙供给充足时，机体将根据需要来增减钙的吸收、排泄和储留。PTH、CT和α-25-（OH）2D3是调节钙代谢的重要激素，它们协同其它激素与磷共同保持钙的内环境稳定。⒋钙的需要量中国营养学会推荐的钙供给量标准（mg·d-1）为：从初生至10岁儿童，600；10～13岁，800；13～16岁，1200；16～19岁，1000；成年男女，600；孕妇，1500；乳母，2000。英国成年男女供给量标准（mg·d-1）为500，孕妇，乳母各1200。WHO的每日标准为：成年男女为0.4～0.5g,孕妇、乳母为1.0～1.2g。⒌钙在食物中的含量乳及乳制品含钙丰富，吸收率高。水产品中小虾米皮含钙特多，其次是海带。干果豆和豆制品及绿叶蔬菜含钙也不少。谷物、肉类和禽类含钙不多。骨粉含钙20%以上，吸收率约为70%。蛋壳粉含大量钙。膳食中补充骨粉或蛋壳粉可以改善钙的营养状况。一些食品中钙的含量见表6-3。㈡磷磷在生理上和生化上是人体最必需无机盐之一，但在营养上对它很少注意，因为细胞中普遍存在磷。动植物都含磷。⒈磷在体内的分布成人体内含磷750±50g，约占体重的1%、矿物质总量的1/4。其中87.6%以羧磷灰石的形式构成骨盐储存在骨骼和牙齿中，10%与蛋白、脂肪、糖及其他有机物结合构成软组织。⒉磷的生理功能⑴磷存在于人体每个细胞中，其量居无机盐的第二位，对骨骼生长、牙齿发育、肾功能和神经传导都是不可缺少的。钙和磷形成难溶性盐而使骨与牙结构坚固。磷酸盐与胶原纤维共价联结，起动骨的成核过程（nicleation）,在骨的回吸和矿化中起决定作用。骨形成时储留2g钙需要1g磷，在形成有机磷时，每储留17g氮需要1g磷。⑵磷是核酸、磷脂和某些酶的组成成分，促进生长维持和组织修复，有助于对碳水化合物、脂肪和蛋白质的利用，调节糖原分解，参与能量代谢。2，3-二磷酸甘油酸能调节血红蛋白和氧的亲和力。有机磷酸盐如ADP、ATP、磷酸肌酸等具有储存和转移能量的作用，是4细胞内化学能的主要来源。焦磷酸硫胺素、磷酸吡哆醛、辅酶Ⅰ和Ⅱ等能调节酶活力。磷能刺激神经肌肉，使心脏和肌肉有规则地收缩。它还帮助细胞分裂和增殖及核蛋白的合成，将遗传特征从上一代传至下一代。⑶磷脂是细胞膜的主要脂类组成成分，与膜的通透性有关。它促进脂肪和脂肪酸的分解，预防血中聚集太多的酸或碱，促进物质经细胞壁吸收，刺激激素的分泌，有益于神经和精神活动。⑷磷酸盐能调节维生素D的代谢，维持钙的内环境稳定。在体液的酸碱平衡中起缓冲作用。钙和磷的平衡有助于无机盐的利用。磷对细胞的生理功能极为重要。表6-3食品中钙和磷含量（mg·100g食物-1）及比值品名钙磷钙/磷比人乳34152.3/1牛乳120931.3/1乳酪5903931.5/1鸡蛋552101/3.8鸡蛋黄1345321/4虾皮200010052/1黄豆3675711/1.6豆腐（南）240643.8/1豆腐（北）277574.9/1豆腐丝2842911/1芝麻酱8705301.6/1豌豆844001/4.8蚕豆615601/9.2花生仁（炒）673781/5.6西瓜子2377511/3.2核桃仁（炒）933861/4.2海带11772165.4/1发菜7674517/1大白菜61371.6/1小白菜93501.8/1标准粉382681/7.1标准米81641/20.5瘦猪肉111771/16.1瘦牛肉161681/38.8瘦羊肉152331/11.2鸡（肉及皮）111901/17.3鲤鱼251751/7鲫鱼542031/3.8带鱼241601/6.7大黄鱼331351/4.1青鱼251711/6.8⒊吸收和排泄5⑴吸收：从膳食摄入的磷酸盐有70%在小肠内吸收。磷的吸收需要维生素D。维生素D缺乏时，血清中无机磷酸盐下降。佝偻病患者往往血钙正常而血磷含量较低。钙、镁、铁、铝等金属离子常与磷酸形成难溶性盐而影响磷的吸收。高脂肪食物或脂肪消化与吸收不良时，肠中磷的吸收增加。但这种不正常情况会减少钙的吸收，扰乱钙磷平衡。⑵排泄：从膳食摄入的磷，有部分未吸收的，和分泌到胃肠道的内源磷一起随粪便排出。每天摄入1.0～1.5g磷的男子，内源粪磷为3mg·kg-1·d-1。磷主要经肾排泄,肾小球滤出的磷在肾小管重吸收。⒋需要量正常膳食可供给1g磷/天。我国膳食以谷类为主，磷偏高。美国规定磷的需要量如下：1岁以上男女的钙/磷比为1：1，1岁以下钙/磷比为1.5:1。日本1979年规定1岁以上男女钙/磷比为1：1，不满1岁者1：0.9，比美国的标准高。维持平衡时的需要量（mg·d-1）随年龄增高而下降，Sherman提出520～1200，男子为870，女子为800。它取决于蛋白质的需要量。磷的生理需要量为12.3mg·kg-1·d-1。儿童、孕妇和乳母磷的供给量应与钙相同。钙/磷比在2：1～1：2为适宜范围。磷的储留与钙和磷的摄取量有关。当钙摄取量超过940mg·d-1时，增加膳食磷摄取量可使磷的储留量增加。钙摄取量低时则磷储留量也低。⒌缺乏或过多膳食磷较为充裕，很少见磷缺乏病。磷缺乏时引起精神混乱、厌食、关节僵硬等现象。近年来聚磷酸盐、偏磷酸等广泛用于食品添加剂，可引起磷摄入过多。其表现是：神经兴奋、手足抽搐和惊厥。⒍磷在食物中的含量人乳含磷为150～175mg·L-1,钙、磷比为2：1，牛乳含磷100mg/L。人乳含量可满足正常婴儿生长的需要。食物中肉、鱼、牛乳、