西方营养学---营养师培训教材

第六章

常量元素

人体内含有的60多种元素中，对维持机体正常生理功能所必需的元素，称为必需元素，计有20多种。体内含量较多的有氢、碳、氧、氮、磷、硫、氯、钠、镁、钾、钙等，约占体重的99.95％。这些生命必需元素中，除碳、氢、氧、氮主要以有机物质形式存在外，其余各元素均为无机的矿物质。矿物质中，人体含量大于体重的0.01％的各种元素，称为常量元素，有钙、磷、钾、钠、硫、氯、镁等7种。

第一节  钙

钙是构成人体的重要组分，正常人体内含有1000～1200g的钙。其中99.3％集中于骨、齿组织，只有0.1％的钙存在于细胞外液，全身软组织含钙量总共占0.6％～0.9％(大部分被隔绝在细胞内的钙储存小囊内)。

在骨骼和牙齿中的钙以矿物质形式存在；而在软组织和体液中的钙则以游离或结合形式存在，这部分钙统称为混溶钙池。机体内的钙，一方面构成骨骼和牙齿，另一方面则参与各种生理功能和代谢过程。

一、生理功能与缺乏

(一)生理功能

1.构成机体的骨骼和牙齿 钙是构成骨骼的重要组分，骨骼中的钙占瘦体重的25％和总灰分的40％，钙对保证骨骼的正常生长发育和维持骨健康起着至关重要的作用。

骨的结构：骨的结构包括两种类型，外部的皮质骨和内部的松质骨。皮质骨为板层结构，特性坚韧；松质骨为网状结构，既坚硬又有弹性。骨骼组织由骨细胞(约占2％～3％的体积)和钙化的骨基质组成。骨基质中65％为矿物质，35％为有机物质。有机物中95％为胶原蛋白，其余为非胶原蛋白。骨矿物质决定骨的硬度而有机基质决定骨的韧性，被骨基质包围起来的是骨细胞(osteocytes)，细胞之间有许多突起互相连接。占骨重2／3的矿物质，其中钙占39.9％。钙在矿物质中以两种形式存在，一为晶状的羟磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2，呈六角形管状，另一种为无定形的磷酸钙Ca3(P04)2，也是磷灰石的前体。在成熟骨中，晶状羟磷灰石含量较多，而新沉积的骨矿物质中，则无定形磷酸钙含量较多。

骨骼通过成骨作用(osteogenesis)即新骨不断生成和溶骨作用(osteolysis)即旧骨不断吸收，使其各种组分与血液间保持动态平衡，这一过程称为骨的重建(remodeling)。

这种骨钙的更新速率，因年龄而变化。妊娠早期，胎儿仅有少量钙沉积，以后钙浓度很快升高至胎儿体重的0.5％。妊娠后期，胎儿从母体约取得20g的钙，足月新生儿钙相当于其体重的l％。1岁以前婴儿每年转换100％，以后逐渐降低，每年可转换50％，即每2年骨钙可更新一次。儿童阶段每年转换10％，由于儿童时期生长发育旺盛，对钙需要量大，如长期摄钙不足，并常伴随蛋白质和维生素D缺乏，可引起生长迟缓，新骨结构异常，骨钙化不良，骨骼变形，发生佝偻病(rickets)。健康年轻成人骨吸收与形成维持平衡，每年转变5％。40岁以后骨形成明显减弱，转换速率为每年0.7％，绝经后妇女和老年男女其吸收更占优势。

人在20岁以前，主要为骨的生长阶段，其后的10余年骨质继续增加，约在35～40岁左右，单位体积内的骨质达到顶峰，称为峰值骨度。此后骨质逐渐丢失。妇女绝经以后，骨质丢失速度加快，骨度(质)降低到一定程度时，就不能保持骨骼结构的完整，甚至压缩变形，以至在很小外力下即可发生骨折，即为骨质疏松症(osteoporosis)。骨骼成熟时所达到的骨骼峰值，是防止骨质疏松危险性的主要因素。

牙齿的结构：牙本质是牙的主体，化学组成类似骨，但组织结构和骨差别很大，牙本质没有细胞、血管和神经，因此牙齿中的矿物质则无此更新转换过程。

2.维持多种正常生理功能分布在体液和其他组织中的钙，虽然还不到体内总钙量的1％，但在机体内多方面的生理活动和生物化学过程中起着重要的调节作用。细胞外液的钙约1g，占总钙的0.1％；细胞内的钙约7g，占总钙的0.6％。血钙较稳定，正常浓度为2.25～2.75mmol(90～110mg)／L，占总钙的0.03％。血液中的钙可分为扩散性和非扩散性钙两部分。

非扩散性钙是指与血浆蛋白(主要是白蛋白)结合的钙，它们不易透过毛细血管壁，也不具有生理活性。在扩散性钙中，一部分是与有机酸或无机酸结合的复合钙，另一部分则是游离状态的钙离子。只有离子钙才具有生理作用。

离子钙的生理功能涉及诸多方面：ca2+参与调节神经、肌肉兴奋性，并介导和调节肌肉以及细胞内微丝、微管等的收缩；Ca2+影响毛细血管通透性，并参与调节生物膜的完整性和质膜的通透性及其转换过程；Ca2+参与调节多种激素和神经递质的释放，ca2+的重要作用之一是作为细胞内第二信使，介导激素的调节作用，ca2+能直接参与脂肪酶、ATP酶等的活性调节。

还能激活多种酶(腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶及钙调蛋白等)调节代谢过程及一系列细胞内生命活动；Ca2+与细胞的吞噬、分泌、分裂等活动密切相关；Ca2+是血液凝固过程所必需的凝血因子，可使可溶性纤维蛋白原转变成纤维蛋白。

(二)缺乏

就我国现有膳食结构的营养调查表明，居民钙摄人量普遍偏低。仅达推荐摄入量的50％左右。因此钙缺乏症是较常见的营养性疾病。主要表现为骨骼的病变，即儿童时期的佝偻病(rickets)；成年人的骨质疏松症(osteoporosis)。

二、吸收与代谢

(一)吸收

1.吸收的途径与机制在食物的消化过程中，钙通常由复合物中游离出来，被释放成为一种可溶性的和离子化状态，以便于吸收，但是低分子量的复合物，可被原样完整吸收。钙的吸收有两种途径。吸收的机制因摄入量多少与需要量的高低而有所不同。

(1)主动吸收：当机体对钙的需要量高，或摄入量较低时，肠道对钙的主动吸收机制最活跃。这是一个逆浓度梯度的运载过程，所以是一个需要能量的主动吸收过程。这一过程需要钙结合蛋白的参与，也需要1，25-(OH)2D3 作为调节剂。

(2)被动吸收：当钙摄人量较高时，则大部分由被动的离子扩散方式吸收。这一过程可能也需要1，25-(OH) 2D3 的作用，但更主要取决于肠腔与浆膜间钙浓度的梯度。

2.影响钙吸收的因素影响钙吸收的因素很多，主要包括机体与膳食两个方面。

(1)机体因素：因钙的吸收与机体的需要程度密切相关。故而生命周期的各个阶段钙的吸收情况不同。婴儿时期因需要量大，吸收率可高达60％，儿童约为40％。年轻成人保持在25％上下，成年人仅为20％左右。钙吸收率随年龄增加而渐减。

(2)膳食因素：首先是膳食中钙的摄入量，摄人量高，吸收量相应也高，但吸收量与摄人量并不成正比，摄人量增加时，吸收率相对降低。其次，膳食中维生素D 的存在与量的多少，对钙的吸收有明显影响。乳糖与钙形成可溶性低分子物质，以及在糖被肠道菌分解发酵产酸时，肠道pH 降低，均有利于钙吸收。适量的蛋白质和一些氨基酸，如赖氨酸、精氨酸、色氨酸等可与钙结合成可溶性络合物，而有利于钙吸收，但当蛋白质超过推荐摄人量时，则未见进一步的有利影响。高脂膳食可延长钙与肠粘膜接触的时间，可使钙吸收有所增加，但脂肪酸与钙结合形成脂肪酸钙，则影响钙吸收。低磷膳食可提高钙的吸收率，而食物中碱性磷酸盐可与钙形成不溶解的钙盐而影响钙吸收。谷类中的植酸会在肠道中形成植酸钙而影响吸收。某些蔬菜如菠菜、苋菜、竹笋中的草酸与钙形成草酸钙亦可影响吸收。膳食纤维中的糖醛酸残基与钙螯合而干扰钙吸收。另报告一些药物如青霉素和新霉素能增加钙吸收，而一些碱性药物如抗酸药、肝素等可干扰钙吸收。

(二)排泄

钙的排泄主要通过肠道和泌尿系统，经汗液也有少量排出。人体每日摄人钙的10％～20％从肾脏排出，80％～90％经肠道排出。后者包括食物中及消化液中未被吸收的钙，上皮细胞脱落释出的钙，其排出量随食物含钙量及吸收状况的不同而有较大的波动。

三、过量危害与毒性

(一)过量危害

1.肾结石钙摄人量增多，与肾结石患病率增加有直接关系。肾结石病多见于西方社会居民，美国人约12％的人患有肾结石，可能与钙摄人过多有关。

2.奶碱综合征奶碱综合征的典型症候群包括高血钙症(hypercalcemia) 、碱中毒(alkalosis)和肾功能障碍(renal dysfunction)。但症状表现可有很大差异。其严重程度决定于钙和碱摄人量的多少和持续时间。急性发作者呈现为高血钙和碱中毒的毒血症，在钙和碱摄入后发展很快(2～30 天之内)，碳酸钙持续摄人量为20～60g／d，临床特征是易兴奋、头疼、眩晕、恶心和呕吐，虚弱、肌痛和冷漠，如再继续摄入钙和碱，则神经系统症状加重(记忆丧失、嗜睡和昏迷)。

3.钙和其他矿物质的相互干扰作用 高钙摄人能影响这些必需矿物质的生物利用率。

(1)铁：钙可明显抑制铁的吸收，并存在剂量一反应关系，只要增加过量的钙，就会对膳食铁的吸收产生很大的抑制作用。

(2)锌：一些代谢显示，高钙膳食对锌的吸收率和锌平衡有影响。认为钙与锌相互有拮抗作用。

(3)镁：有报告提出，膳食的钙／镁克分子比大于3.5(mg 比大于5)，会导致镁缺乏。

试验表明，高钙摄入时，镁吸收低，而尿镁显著增加。

(4)磷：已知醋酸钙和碳酸钙在肠腔中是有效的磷结合剂，高钙可减少膳食中磷的吸收，但尚未见有高钙引起磷耗竭或影响磷营养状况的证据。

(二)毒性

因无明显毒作用，其急、慢性等一般毒性资料缺乏，也无动物实验的结果可以利用作为安全性评价的证据。

四、营养状况评价

(一)生化指标

总的认为钙的生化指标不是反映机体营养状况的合适指标。因为血钙浓度受严格调控而相对稳定。一般血钙浓度变化往往小于测定误差。

(二)钙平衡测定

测定钙平衡的方法是目前实际用于评价人体钙营养状况，并据此制订人体钙需要量的方法。钙的摄人量与排出量(粪钙+尿钙+汗液钙)的差值为0 时，则呈现平衡状态。为负值则为负平衡，为正值则为正平衡。

(三)骨质的测量

由于上述指标均受到某种局限，而骨骼是人体一个巨大的钙储备库，故测量骨质可直接反映机体的钙营养状况。骨质测量一般采用两种指标：

1.骨矿物质含量(BMC) 指在一特定骨骼部位中矿物质的含量，例如股骨颈、腰椎、或全身。

2.骨密度(BMD) 是BMC 除以扫描部位的骨面积。单位应为g／cm。。

(四)流行病学方法

是采用流行病学方法，在人群中调查不同水平的钙摄入量，与骨质疏松和骨折发生率的关系。

五、需要量与膳食参考摄人量

中国营养学会2000 年对成年人钙的DRIs 的制订，基本是参照国内外钙平衡试验及营养调查报告，将中国居民成年男子钙的适宜摄人量(AI)定为800mg／d。成年人及1 岁以上儿童钙的可耐受最高摄入量(UL)定为2000mg／d。

六、食物来源

奶和奶制品应是钙的重要来源，因为奶中含钙量丰富吸收率也高。另外，豆类、硬果类，可连骨吃的小鱼小虾及一些绿色蔬菜类也是钙的较好来源。硬水中含有相当量的钙，也不失为一种钙的来源。

表1-6-1 常见食物中钙含量(mg／100g)

食物名称   含量

牛奶 104              豌豆(干) 67           蚌肉 190

干酪 799              花生仁 284            大豆 191

蛋黄 112              荠菜 294              豆腐 164

大米 13               苜蓿 713              黑豆 224

标准粉 31             油菜 108              青豆 200

猪肉(瘦) 6            海带(干) 348          雪里蕻 230

牛肉(瘦) 9            紫菜 264              苋菜 178

羊肉(瘦) 9            木耳 247              大白菜 45

鸡肉 9                虾皮 991              枣 80

第二节磷

正常人体内含磷600～700g，每千克无脂肪组织约含磷12g。体内磷的85.7％集中于骨和牙，其余散在分布于全身各组织及体液中，其中一半存在于肌肉组织中。

一、生理功能与缺乏

(一)生理功能

1.构成骨骼和牙齿磷在骨及牙齿中的存在形式主要是无机磷酸盐，主要成分是羟磷灰石[ca10(PO4) 6 (OH) 2]。构成机体支架和承担负重作用，并作为磷的储存库，其重要性与骨、牙齿中钙盐作用相同。

2.组成生命的重要物质磷是组成核酸、磷蛋白、磷脂、环腺苷酸(cAMP)、环鸟苷酸(cGMP)、多种酶的成分。

3.参与能量代谢高能磷酸化合物如三磷酸腺苷及磷酸肌酸等为能量载体，在细胞内能量的转换、代谢中，以及作为能源物质在生命活动中起有重要作用。

4.参与酸碱平衡的调节磷酸盐缓冲体系接近中性，构成体内缓冲体系。

(二)缺乏

一般不会由于膳食原因引起营养性磷缺乏，只有在一些特殊情况下才会出现。如早产儿若仅喂以母乳，因人乳含磷量较低，不能满足早产儿骨磷沉积的需要，可发生磷缺乏，出现佝偻病样骨骼异常。

二、吸收与代谢

磷的代谢过程与钙相似。体内磷的平衡取决于体内和体外环境之间磷的交换，即磷的摄人、吸收和排泄三者之间的相对平衡。

磷的吸收部位在小肠，其中以十二指肠及空肠部位吸收最快，在回肠吸收较差。磷的主要排泄途径是经肾脏。未经肠道吸收的磷从粪便排出，这部分平均约占机体每日摄磷量的30％，其余70％经由肾以可溶性磷酸盐形式排出，少量也可由汗液排出。

三、过量危害与毒性

一般情况下，不易发生由膳食摄入过量磷的问题，曾有报告因摄人过量磷酸盐的食品添加剂而引起磷过量，但很少描述其影响作用。在某些特殊情况下，如医用口服、灌肠或静脉注射大量磷酸盐后，可引起血清无机磷浓度升高达1.67mmol(50mg)／L，形成高磷血症(hyperphosphatemia)。

四、营养状况评价

磷虽然在构成机体成分和维持生命活动方面具有重要作用，但因其食物来源丰富，罕见营养性缺磷的问题发生，故而对磷营养状况的研究很少，科学依据有限。可以考虑的磷营养状况的评价指标为磷平衡测定及血清无机磷水平。成人血清无机磷正常值为1.15mmol／L。

五、需要量与膳食参考摄人量

以往因为食物中含磷普遍而丰富，很少因为膳食原因引起营养性磷缺乏，故很少注意研究磷的需要量，更缺乏用于磷需要量的指标，仅仅是与钙的需要量相联系而考虑钙、磷比值。

中国营养学会2000 年DRIs 中，成人磷适宜摄入量(AI)为700mg／d。

六、食物来源

磷在食物中分布很广，无论动物性食物或植物性食物，在其细胞中，都含有丰富的磷，动物的乳汁中也含有磷，磷是与蛋白质并存的，瘦肉、蛋、奶、动物的肝、肾含量都很高，海带、紫菜、芝麻酱、花生、干豆类、坚果粗粮含磷也较丰富。但粮谷中的磷为植酸磷，不经过加工处理，吸收利用率低。

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