第六节 矿物质（1）

　　人体中几乎含有自然界存在的所有元素。其中，有20多种是构成人体组织、维持生理功能和生化代谢所必需的。这些元素在体内按严格的规律和方式，有条不紊地进行一系列互相联系的化学反应。其中碳、氢、氧、氮构成有机物质，如蛋白质、脂肪和碳水化合物及水分，其余各种元素统称为矿物质或无机盐。无机盐约占人体重量的5%。
 
　　（一）矿物质的分类 

　　通常，可依据矿物质在人体内的含量对其进行分类。若人体的需要量相对较多，含量大于0.01%，一般计量单位在克的水平者，如钙、磷、钠、钾、氯、硫、镁等，统称为常量元素或宏量元素。若需要量相对较少，含量小于0.01%，一般计量单位仅为毫克或微克的水平者，如铁、碘、铜、锌、硒、锰、钴、铬、钼、氟、镍、硅、矾、锡等，即统称为微量元素或痕量元素。上述14种微量元素是目前认为是人体所必需的微量元素。
 
　　矿物质在体内的含量一般可随年龄增长而增加，但各元素间比例变动不大。
 
　　（二）矿物质的特点 
 
　　1.矿物质在体内不能合成，必须由食物和饮水中摄取。摄入体内的矿物质经机体新陈代谢，每天都有一定量随粪、尿、汗、头发、指甲及皮肤粘膜脱落而排出体外。因此，矿物质必须不断地从膳食中供给。
 
　　2.各种矿物质在体内的分布有其专一性。如铁主要在红细胞，碘主要在甲状腺，钴主要在红骨髓，锌主要在肌肉，钙、磷主要在骨骼和牙齿，钒主要在脂肪组织等。
 
　　3.各种矿物质之间存在协同或拮抗作用。如膳食中的钙和磷比例不合适，可影响两种元素的吸收；过量的镁可干扰钙的代谢；过量的锌能影响铜的代谢；过量的铜可抑制铁的吸收等。
 
　　4.某些微量元素在体内虽需要量很少，但其生理剂量与中毒剂量范围较窄。若摄入过多易产生毒性作用。

　　（三）矿物质的生理功能 
 
　　1.参与机体组织的构成

　　无机盐是骨、牙、神经、肌肉、筋腱、腺体、血液的重要组成成分。在头发、指甲、皮肤以及腺体分泌物中，都含有本身所特有的一种或多种元素。如钙、磷、镁是骨骼和牙齿的重要成分；磷和硫是蛋白质的成分；铁为血红蛋白的组成成分等。
 
　　2.调节细胞膜的通透性、维持渗透压、维持内环境的酸碱平衡
 
　　多数无机盐是以离子形式协同作用，为生命活动提供适宜的内环境。矿物质可调节细胞膜的通透性，维持体液的渗透压，保持水平衡；维持体液的中和性，保持内环境的酸碱平衡。
 
　　无机盐中正负离子在血细胞和血浆中分布不同，加上蛋白质和重碳酸盐的作用，维持体液的渗透压，使组织保持一定量的水分，并保持水平衡。
 
　　细胞活动必须在近于中性的环境中进行。人体内环境的酸碱度受到精密的调节。体液中主要正负离子的当量总浓度相等，从而维持体液的中和性。
 
　　膳食中酸碱性食物配合得当，对保持体液的酸碱平衡也有一定的意义。

　　3.维持神经、肌肉的兴奋性
 
　　钙为正常神经冲动传递所必需的元素；钙、镁、钾对肌肉的收缩和舒张均有重要的调节作用；若要维持神经、肌肉的正常兴奋性，钾、钠、钙、镁必须保持合理比例；镁、钾、钙和一些微量元素对维护心脏正常功能、保护心血管健康有十分重要作用等。
 
　　4.组成激素、维生素、蛋白质和多种酶类的成分
 
　　如谷胱甘肽过氧化物酶中含硒和锌；细胞色素氧酶中含铁；甲状腺素中含碘；维生素B12中含钴等。
矿物质是构成金属酶和酶系统的活化剂，在调节生理机能维持正常代谢方面起重要作用；矿物质可供给消化液中的电解质，亦是消化酶的活化剂，对消化过程有重要作用；磷、钾、镁等与微量元素一起参与生物氧化，调节能量和物质代谢等。

　　（四）矿物质的平衡 
 
　　矿物质总是存在于人体的新陈代谢中，每日都有一定的量随各种途径排出体外。矿物质的代谢与年龄、摄入量、活动情况、需要量、有无维生素等都有密切关系。
 
　　1.矿物质的吸收
　　食物中矿物质的吸收与其化学性质、肠内环境等有关。同时，机体的需要程度、矿物质在肠内停留时间等因素对吸收也都有影响。
 
　　通常，低化学价的可溶性元素，如钠、钾、氯在小肠直接吸收，吸收率在90%以上；多化学价者不易吸收，多与肠液混合后即行排出。消化道的酸碱度可影响矿物质的溶解度及吸收率。如胃酸和某些有机酸可促进钙、磷的吸收；而草酸、植酸、脂肪酸等与钙结合形成不溶解的盐则难以吸收；缺乏胃酸会影响铁的吸收；维生素D的存在与否，钙、磷之间的相互比例都会影响钙磷的吸收等。
 
　　2.矿物质的排泄
　　吸收后的矿物质，可随血液和淋巴液分布到身体各部，以补充消耗或贮存备用。体内的矿物质不断更新，但摄入量与排出量基本保持动态平衡。肾脏、肠腔及皮肤是其主要排出途径。
 
　　矿物质的代谢受激素调控，并受体内需要及贮存条件所影响。需要多时，排出量减少；体内贮存能力大者排出量低。成年人排出量与其吸收量相等（总平衡）；儿童及青少年的排出量一般少于吸收量，体内有所积存，以满足其生长发育的需要。
 
　　（五）矿物质的缺乏 
　　矿物质缺乏的主要因素：①地球环境中各种元素的分布不平衡，人群可因长期摄入在缺乏某种矿物质的土壤上生长的食物而引起该种矿物质的缺乏；②食物中含有天然存在的矿物质拮抗物，如草酸盐、植酸盐等；③食物加工过程中造成矿物质的损失，如碾磨过细、浸泡于水中、水煮后把水倒掉等；④摄入量不足或不良饮食习惯（挑食、摄入食物品种单调等），可使矿物质缺乏，如缺少肉、禽、鱼类的摄入会引起锌和铁的缺乏，缺少乳制品或绿叶蔬菜的摄入可引起钙的缺乏等；⑤生理上有特殊营养需求的人群，如儿童、青少年、孕妇、乳母、老年人结营养的需要不同于普通人群，较易引起钙、锌、铁等矿物质的缺乏。
 
　　根据我国人民的饮食结构，人体中比较容易缺乏的元素是铁、钙和锌。在某些地区还可能有碘或硒等元素的缺乏。现在我国碘缺乏病的发生率已因食盐加碘强化工程的实施而明显降低。但我国人群中，钙、铁、锌、硒等矿物质的摄入仍普遍不足。若某些矿物质长期摄入不足，可引起亚临床缺乏症状，甚至发生缺乏性病。如儿童生长发育迟缓、缺铁性贫血、骨质疏松、克山病等。
 
　　一、宏量元素 
　　（一）钙 

　　1.含量与分布

　　钙是体内含量最多的元素之一。一般情况下成人体内含钙量为1200克。其中99%是与磷形成骨盐集中于骨骼和牙齿，1%以游离或结合形式存在于体液和软组织中，这部分钙称为混溶钙池。混溶钙池的钙与骨骼钙保持着动态平衡。随着年龄的增加，钙在骨中含量逐渐下降。
 
　　机体通过甲状旁腺激素和降钙素及甾固醇激素1，25-（OH）2-D3相互作用调节钙平衡，当钙摄入严重不足或机体钙发生异常丢失时，可通过调节机制使骨脱矿化以保持人体血钙的相对稳定。
 
　　人体血液中的总钙浓度比较恒定，为2.25~2.75mmol/L，有三种钙的存在形式，其中46.0%为蛋白结合钙（81%为白蛋白结合钙，19%为球蛋白结合钙），6.5%为复合钙，即与柠檬酸或无机酸结合的钙盐，其余47.5%为离子化钙。血浆中离子化钙是生理活性的形式，正常浓度为0.94~1.33mmol/L，对维持体内细胞正常生理状态，调节神经肌肉兴奋性具有重要的作用。
 
　　2.吸收与代谢

　　（1）吸收

　　钙主要在十二指肠进行吸收，以主动转运吸收为主，钙浓度高时也可通过被动扩散而吸收。
 
　　通常膳食中约20~30%的钙由肠道吸收进入血液，机体根据需要调节钙的主动吸收，当膳食钙不足或机体对钙的需要增加时，如青春发育期、孕妇和乳母期，肠道对钙的吸收最活跃，其吸收率可达40%以上。
 
　　钙的吸收率取决于维生素D的摄入量及受太阳紫外线照射量，同时也受膳食中钙含量及年龄的影响，膳食中钙含量高，其吸收率相对下降，并随年龄增长吸收率降低，如婴儿的钙吸收率大于50%，儿童约为40%，成年人为20%，老年人仅为15%左右。
 
　　影响肠内钙吸收的主要因素：草酸、植酸、磷酸均可与钙形成难溶的盐类，阻碍钙的吸收；膳食纤维可与钙结合影响钙的吸收；未被消化的脂肪酸与钙结合影响钙的吸收；一些碱性药物，如苏打、黄连素、四环素等与影响钙的吸收。
 
　　促进肠内钙吸收的因素：维生素D可促进小肠对钙的吸收；某些氨基酸可与钙形成可溶性钙盐而促进钙的吸收；乳糖经肠道菌发酵产酸，降低肠内PH，与钙形成乳酸钙复合物可增强钙的吸收；一些抗生素如青霉素、氯霉素有利钙的吸收。
 
　　（2）代谢

　　营养状况良好时，每天进出体内的钙大致相等，处于平衡状态。正常膳食时，钙在尿中的排出量较为恒定，约为摄入量的 20%左右。蛋白质的摄入与尿钙量呈正相关，因此，长期摄入高蛋白膳食可能导致钙的负平衡。磷摄入增加可降低尿钙排出，当摄入磷1g时，尿钙排出量为 180mg，当摄入磷2.5g时，尿钙排出量降至107mg。钙也可从汗中排出，高温劳动者的汗液排出钙占总排钙量的30%，授乳期妇女的乳汁每日约排出 150~300mg的钙。补液、酸中毒及甲状腺素和肾上腺皮质激素等均可使钙排出增加。
 
　　钙的储存量与膳食钙摄入量呈正相关。正常情况下机体根据需要，通过甲状旁腺激素、降钙素和1，25-（OH）2-D3相互作用调节体内钙的吸收、排泄与储存，以维持内环境钙的稳定。维生素D可促进钙的吸收，提高血钙水平，有利于成骨作用。甲状旁腺素可作用于破骨细胞与促进肾小管对钙的再吸收，使血钙上升。降钙素加强成骨细胞的活性，使血钙降低。高钠摄入时可降低骨骼中钙的储存。
 
　　3.生理功能

　　（1）构成骨骼和牙齿的成分。体内的钙主要分布在骨骼和牙齿。骨骼中的钙，在正常情况下不断被释放，进入混溶钙池；混溶钙池中的钙又不断沉积于成骨细胞中，如此使骨骼不断更新。成人每日体内有700毫克的钙进行更新。年龄越小骨骼的更新速度越快，幼儿的骨骼每1~2年更新一次，成年人10~12年更新一次，40~50年以后骨吸收大于骨生成，骨组织中钙量逐渐减少，约每年下降0.7%。妇女停经后因雌激素水平下降，骨组织中钙量明显降低，易引起更年期骨质疏松症。
 
　　（2）促进体内酶的活动。钙离子对许多参与细胞代谢的酶具有重要的调节作用。
 
　　（3）保持神经和肌肉的活动。钙离子可与细胞膜的蛋白和各种阴离子基团结合，具有调节细胞受体结合、离子通道通透性及神经信号传递物质释放等作用，从而维持神经肌肉的正常生理功能，包括神经肌肉的兴奋性、神经冲动的传导和心脏的搏动等。
 
　　（4）其他功能。它还参与血液凝固、激素分泌、维持体液酸碱平衡以及调节细胞正常生理功能等作用。
 
　　4.缺乏与过量

　　我国居民人群中钙的缺乏比较普遍，钙摄入量仅为推荐摄入量（RNI）的50%以下。目前认为钙缺乏症最重要的病因是缺乏维生素D、钙磷比例不当、影响钙吸收利用因素存在。当患严重的肝脏或肾脏疾病时，使维生素D和脂肪的吸收减少，更影响钙的吸收和利用，也会引起钙质的缺乏。
 
　　长期缺乏钙可导致儿童生长发育迟缓，骨软化、骨骼变形，严重缺乏者可产生佝偻病；成人易发生骨质软化症；老年人易患骨质疏松症；钙的缺乏者易患龋齿，影响牙齿质量。婴幼儿患佝偻病初期，常因血钙降低引起神经兴奋性增高，多以精神症状为主，患儿常形成“枕秃”。缺钙继续加重会出现骨骼方面的变化：乒乓头、方颅、前卤门闭合延迟、肋串珠、鸡胸或漏斗胸、手腕处隆起手镯、O形或X形腿、驼背或侧弯等。预防骨质疏松，最重要的是做好预防工作，越早开始预防效果越好。
 
　　过量钙的摄入可能增加肾结石的危险性。持续摄入大量的钙可使降钙素分泌增多，以及发生骨硬化。

　　5.供给量与食物来源
 
　　针对我国居民钙的摄入量不足的状况，并且考虑到我国膳食以谷类食物为主，蔬菜摄入较多，而植物性食物中含有较多草酸、植酸、膳食纤维等影响钙吸收的成分，2000年中国营养学会对钙的供给量作了合理的调整，成人钙的适宜摄入量（AI）修订为1000mg/d，对婴幼儿、儿童、孕妇、乳母、老人均适当增加钙的供给量，见下表。钙的无明显损害水平（NOAEL）为1500mg/d，可耐受最高摄入量（UL）为2000mg /d。

　　钙的食物来源有乳类及乳制品、鱼类、蛋类、坚果种子类、全谷类、豆类、绿色蔬菜等。
　　奶和奶制品不仅含钙丰富，而且含有乳糖和氨基酸，可以促进钙的吸收，是最好的补钙食品。
 
　　（二）磷 

　　1.含量与分布

　　磷是人体内含量较多的元素之一。人体磷含量约为体重的1%，约为650g左右，占无机盐总量的四分之一。
 
　　磷是细胞膜和核酸的组成成分,也是骨骼的必需构成物质。体内的磷约有85%~90%在羟磷灰石形式存在于骨骼和牙齿中，其余10%~15%与蛋白质、脂肪、糖及其他有机物结合，分布于细胞膜、骨骼肌、皮肤、神经组织及体液中。在细胞膜和软组织中的磷大部分以有机磷酯形式存在，而骨骼中的磷主要为无机磷酸盐。动物性食物和植物性食物中均含有丰富的磷。
 
　　一般食物中蛋白质摄入量能满足机体需要就能获得足够的磷，合理的膳食中磷含量往往超过人体的需要，不易引起缺乏。正常人血液中无机磷总量为0.87~1.45mmol/L，儿童为1.45~2.78mmol/L。
 
　　2.吸收与代谢

　　（1）吸收

　　磷广泛存在于一切动植物组织中，主要与蛋白质、脂肪相结合，形成核蛋白、磷蛋白和磷脂等。食物中的磷必须分解为游离的磷，然后以无机磷酸盐的形式被吸收。
 
　　磷、钙和维生素D是相辅相成的，磷的吸收和代谢过程与钙相似。钙磷比例适当，约有70%的磷可被小肠吸收；维生素D能促进磷的吸收。当钙在体内利用不良，妨碍钙磷的吸收；食物中的钙、镁、铁、铝等金属离子及植酸可与磷酸形成难溶性盐类而影响磷的吸收。谷粮中所含主要为植酸磷，难于吸收利用。
 
　　正常膳食中磷吸收率为60~70%，牛奶喂养的婴儿对磷的吸收率为65~75%，母乳喂养者大于85%，低磷膳食其吸收率高达90%。
 
　　（2）代谢

　　磷的主要排泄途径是肾脏。当血中磷浓度降低时，肾小管对磷的重吸收增加，当磷的浓度升高时，肾小管排出的磷较多。
 
　　血浆中磷浓度也和钙一样，保持恒定量是受维生素D、甲状旁腺素和降钙素的调节。但主要通过甲状旁腺抑制肾小管对磷的吸收和排泄，调节血中磷浓度以维持体内磷的平衡，当其机能减退时，血磷浓度升高。
 
　　3.生理功能

　　（1）是构成骨和牙齿的重要材料。磷为骨和牙齿的形成及维持所必需，在骨形成的过程中2克钙需1克磷。
 
　　（2）参与能量代谢。碳水化合物和脂肪的吸收与代谢，都需要通过含磷的中间产物；磷参与形成三磷酸腺苷（ATP）、磷酸肌酸等供能、贮能物质，在能量的产生、转递过程起着非常重要的作用。
 
　　（3）构成生命物质成分。磷是核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的组成成分。磷脂是所有细胞膜所必需的成分，并参与脂肪和脂肪酸的分解代谢。
 
　　（4）酶的重要成分。磷是体内很多酶的辅酶或辅基的组成成分。B族维生素（B1.B6.尼克酸等）只有经过磷酸化才能具有活性，从而发挥其辅酶的作用。
 
　　（5）调节酸碱平衡。磷酸盐组成缓冲系统，参与维持体液的酸碱平衡。
 
　　4.缺乏与过量

　　几乎所有的食物均含有磷，所以磷缺乏较少见。临床所见磷缺乏的病人多为长期使用大量抗酸药或禁食者。缺乏症有发育不良、体重下降、疲倦、龄齿、精神紧张、神经障碍。
 
　　过量的磷酸盐可引起低血钙症，导致神经兴奋性增强，手足抽搐和惊厥。
 
　　5.供给量与食物来源

　　磷在食物中分布很广，无论动物性或植物性食物都是由细胞构成，而细胞含磷丰富，若食物中的蛋白质能满足机体需要，也就能满足磷的需要。
 
　　瘦肉、蛋、鱼、鱼子、干酪、蛤蜊、动物的肝、肾含量很高。海带、芝麻酱、花生、干豆类、坚果、粗粮含磷也很高。不过谷粮中的磷多为植酸磷，不经过加工处理，吸收利用率低。
 
　　磷的供给量应与钙保持一定的比例。儿童、孕妇、乳母磷的供给量与钙相当，即钙磷比例保持1：1，一般成人钙磷比例保持在1：1.2~1.5为宜。牛奶的钙磷比为1：1，人乳的钙磷比例比牛奶更好，成熟母乳为1：1.5。
 
　　成人磷的AI为700mg/d，孕妇和哺乳期妇女磷的AI也定为700mg/d。磷的NOAEL为1500mg/d，UL为3500mg/d。