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第三章Minerals 1 主要讲授的内容 矿物质概述 概念 种类 生理功能 食品中成酸与成碱作用 食品中矿物质的缺乏重要的矿物质元素 钙 磷 镁 铁 锌 碘 硒 铜等 2 1 概念人体内含有60多种元素 除碳 氢 氧 氮主要以有机物形式存在外 其余元素统称之为矿物质 亦称无机盐或灰分 一 矿物质概述 3 分类 常量元素 macroelements 亦称宏量元素 指在人体内含量较多 体重的0 01 的七种元素 钙 磷 钠 钾 氯 镁与硫 2 分类 微量元素 microelementsortraceelements 凡体内含量 体重0 01 的矿物质 4 分类 必需微量元素 铜 钴 铬 铁 氟 碘 锰 钼 硒 锌 可能必需微量元素 硅 镍 硼 钒 2 分类 铅 镉 汞 砷 铝 锡和锂有潜在毒性 但低剂量可能具有功能作用 5 6 3 矿物质的特点 矿物质在体内不能合成 必须从食物和饮水中摄取体内分布极不均匀矿物质相互之间存在协同或拮抗作用易中毒性 7 4 矿物质的功能 无机盐是构成机体组织的重要材料 如钙 磷 镁是骨骼和牙齿的重要成分 磷 硫是构成组织蛋白的成分 8 无机盐是细胞内外液的重要成分 它们 主要是钠 钾 氯 与蛋白质一起维持着细胞内 外液的一定的渗透压 从而在体液的储留和移动过程中起着重要的作用 4 矿物质的功能 9 酸性 碱性无机离子的适当配合 加上重碳酸盐和蛋白质的缓冲作用是维持机体酸碱平衡的重要机制 四 矿物质的功能 10 在组织液中的各种无机离子 特别是保持一定比例的钾 钠 镁离子是维持神经 肌肉兴奋性 细胞膜通透性以及所有细胞正常功能的必要条件 4 矿物质的功能 11 无机元素是构成某些具有特殊生理功能的物质的重要成分 如血红蛋白和细胞色素系统中的铁 甲状腺素中的碘和谷胱甘肽氧化物酶中的硒 4 矿物质的功能 12 无机离子是很多酶系统的活化剂 辅因子或组织成分 如盐酸之于胃蛋白酶原 氯离子之于唾液淀粉酶 酶离子之于氧化磷酸化的多种酶类 以及很多其他含金属的酶类 4 矿物质的功能 13 14 15 5 食品的成酸与成碱作用 食品的成酸 成碱作用是指摄入的食物经过机体代谢成为体液的酸性物质或碱性物质来源的过程 成酸性食品通常含有丰富的蛋白质 脂肪和糖类 肉 鱼 蛋类为成酸性食品 蔬菜 水果等含有丰富的K Na Ca Mg等元素 在体内代谢后则生成碱性物质 能中和酸性体液 所以 蔬菜水果是碱性食品 应当指出 并非具有酸味的食品是酸性食品 16 二 矿物质缺乏的主要原因 地球环境中各种元素的分布不平衡食物中含有天然存在的矿物质拮抗物食物加工过程中造成矿物质的损失摄入量不足或不良饮食习惯生理上有特殊营养需求的人群 17 钙是人体含量最多的一种无机元素 出生时体内含钙总量约为28g 成年时达850 1200g 相当于体重的1 5 2 0 1 钙 calcium 三 食品中重要的矿物质 18 钙 calcium Ca 的存在形式 99 存在于骨骼和牙齿中 主要以羟磷灰石结晶 3Ca3 PO4 OH 2 形式形式存在其余1 有一半与柠檬酸螯合或与Pro结合 另一半则以离子形式存在于软组织 细胞外液 血液等组织中组成混溶钙池 misciblecalciumpool 19 即骨中的钙不断地从破骨细胞中释放出进入混溶钙池 保证血浆钙的浓度维持恒定 而混溶钙池中的钙又不断沉积于成骨细胞 骨钙 游离性的钙形成动态平衡 20 Ca的更新 幼儿骨骼每1 2年更新一次 以后更新速度随年龄的增长而减慢成年人10 12年更新一次40 50岁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 21 最高骨钙含量 骨峰值 运动营养遗传 22 最高骨钙含量 骨峰值 骨峰值的高低与骨骼坚固的强度密切相关通常情况下 骨密度越高 骨骼越结实 骨峰值越高 骨骼就越结实 怎样能使骨峰值越高呢 就要在骨骼完全成熟之前 注意营养和运动 23 24 2 Ca的生理功能 1 构成骨骼和牙齿2 维持神经与肌肉活动3 促进体内某些酶的活性4 其他功能参与血凝过程 激素分泌 维持体液酸碱平衡以及细胞内胶质稳定性 25 3 Ca的缺乏表现 主要影响骨骼发育和结构 表现为佝偻病 儿童由于缺Ca P VD严重时引起的 典型症状 前额突出似方匣 鸡胸 脊柱弯曲 腕和踝骨增大 弓型腿 膝外翻以及生长发育迟缓等 骨质软化症 成人佝偻病 膳食中长期缺Ca P VD引起 特点是骨骼变软易弯曲 致四肢 脊柱 胸廊和盆腔畸形 骨改变还可伴随背下部和腿部的风湿疲劳 26 3 Ca的缺乏表现 手足抽搐症 血清钙的异常下降可导致手足抽搐症 其特点为严重的 间隙性的痉挛性肌肉收缩和肌肉痛 另外 缺钙使血钙浓度降低 神经肌肉兴奋性增加 导致肠壁平滑肌强烈收缩而引起腹痛 27 28 29 30 31 32 33 34 过量与危害 肾结石 钙摄入量增多和肾结石患病率提高有直接关系奶碱综合症 高血症 碱中毒和肾功能障碍 影响其他矿物质的生物利用率 铁 抑制铁的吸收 锌 降低锌的生物利用价值 镁 钙 镁 3 5时 会导致镁缺乏 磷 影响磷的吸收 35 36 二 吸收 37 钙的吸收还与机体状况 年龄等有关 婴幼儿 孕妇 乳母由于需要增高 钙吸收率远大于成年男性 随增长 钙吸收率也逐渐下降 60岁以上男女性的钙吸收均明显降低 婴幼儿期钙吸收率常大于50 儿童期为40 成年人则降至20 左右 老年人更低 仅达15 左右 制酸剂的服用也可干扰钙的吸收 体育锻炼有利于钙的吸收 38 钙的代谢70 80 与植酸 草酸及脂肪酸形成不溶性概盐 仅有20 30 被小肠吸收 39 三 供给量 中国居民膳食钙的每日适宜摄入量为 0 0 5岁300毫克 0 5 1岁400毫克 1 4岁600毫克 4 11岁800毫克 11 18岁1000毫克 18 50岁800毫克 50岁以上1000毫克 孕妇中期为1000毫克 晚期和乳母为1200毫克 成人适宜摄入量 AI 为1000mg d 无明显损害水平 NOAEL 为1500mg d 可耐受最高摄入量 UL 为2000mg d 40 四 食物来源 含钙丰富的食物mg 100g 41 经常有科普杂志 报刊介绍 菠菜 空心菜 折耳根等含草酸多的蔬菜与高钙食物豆腐同食会形成不易被吸收的草酸钙 影响钙的吸收 你认为正确吗 WHY 42 经常有科普杂志 报刊介绍骨头汤可以补钙 加几滴醋效果更好 你认为正确吗 WHY 43 二 磷 phosphorus 体内含量 成人体内含量为650g左右 占体重1 左右 占体内无机盐总量的1 4 存在形式和部位 总磷量的85 90 以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 分布于几乎所有组织细胞中 其中一半左右在肌肉 44 磷 phosphorus 生理功能 构成骨骼和牙齿 以无机磷酸盐的形式存在 构成支架和承担负重作用组成生命的重要物质 核酸 磷蛋白 磷脂 酶 环腺苷酸 参与能量代谢 碳水化合物和脂肪的吸收和代谢 参与酸碱平衡的调节 45 46 磷的缺乏与过量 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 如早产儿在若仅喂以母乳 因人乳含磷量较低 不足以满足早产儿骨磷沉积的需要 可发生磷缺乏症状可包括厌食 贫血 肌无力 骨痛 佝偻病和骨软化 全身虚弱 对传染病的易感性增加 感觉异常共济失调 精神错乱甚至死亡 47 磷的缺乏与过量 磷酸盐摄入过量会高磷血症 导致神经兴奋性增强 手足抽搐和惊阙 食品添加剂磷酸盐药物过量的危害 影响调节钙的激素 转移性钙化的作用 骨骼多孔性病变 对钙吸收的干扰磷的毒性 具有肝毒可引起肝组织坏死和脂肪肝 48 图为发生在肺部的转移性钙化 红圈内和箭头所指为间质组织的钙沉积 49 50 51 磷的吸收和代谢 与钙的相似 吸收部位主要在小肠 磷的吸收需要维生素D的帮助 维生素D缺乏时血清无机磷下降 磷的排泄 主要排泄途径肾脏粪便30 可溶性磷酸盐70 汗液 52 磷的食物来源和参考摄入量 与蛋白共存瘦肉 蛋 奶 动物的肝脏 肾含磷很高海带 紫菜 干豆类 坚果类含磷丰富粮谷中含植酸磷 不经过加工处理 吸收利用率低参考摄入量 成人适宜摄入量700mg d钙磷比例维持在1 1 1 5之间比较好 53 54 含磷丰富的食物mg 100g 55 三 镁 magnesium 正常成人身体总镁含量约25g 60 65 存在骨骼和牙齿中27 分布于软组织 主要分布在细胞内 镁在红细胞和血浆中存在的形式与蛋白结合的镁32 可扩散的游离的镁55 与柠檬酸和磷酸根结合的不解离的镁盐13 56 镁的生理功能 激活酶的活性维护骨骼生长和神经肌肉的兴奋性维护胃肠道和激素的功能 57 镁的缺乏 引起镁缺乏的原因 摄入不足吸收障碍丢失过多胃肠外营养 58 镁的缺乏 镁缺乏对机体的影响对钙代谢的影响对神经肌肉兴奋性的影响对心血管的影响对骨骼的影响 59 镁的过量与危害 正常情况下不会发生镁中毒肾功能不全 糖尿病酮症 肾上腺皮质功能不全 粘液水肿 骨髓瘤 草酸中毒 肺部疾病及关节炎时血镁升高 1 5 2 5mmol L 恶心 胃肠痉挛2 5 3 5mmol L 嗜睡 肌无力 膝腱反射弱 5mmol L 深腱反应消失 呼吸肌麻痹 7 5mmol L 心脏传导阻滞和心博停止高镁血症可引起低血钙 60 镁的推荐摄入量 61 2020 1 27 62 食物来源 含镁丰富的食物 绿叶蔬菜 苔菜 糙粮 荞麦 麸皮 大麦 坚果淀粉 肉类 牛奶中含镁中等饮水中也含镁 63 常见含镁丰富的食物 64 4 钠 sodium 成人体内钠的含量大约3200 4170mmol 约77g 100g 约占体重的0 15 体内钠主要在细胞外液 占总体钠的44 50 骨骼中含量也高达40 47 细胞内液含量较低 仅9 10 65 钠的吸收和代谢 钠在小肠上部吸收 吸收率高 粪便中含钠量少 钠主要通过肾脏排出 此外 还从汗中排出 66 钠的生理功能 调节体内水分和渗透压维持酸碱平衡钠泵维持正常血压维持神经肌肉兴奋性 67 钠的缺乏 血浆钠 135mmol L原因 钠摄入不足 钠大量流失 肾钠排出过多 疾病 疲倦 头晕 恶心 呕吐心率下降 血压下降 淡漠 木僵 昏迷甚至休克及急性肾衰竭 68 钠的过量 血浆钠 150mmol L临床表现 口渴 面部潮红 软弱无力 烦躁不安 精神恍惚 昏迷 血压下降 严重可以死亡 长期的高钠摄入会使血压升高 血胆固醇升高等疾病 69 钠的膳食参考摄入量 70 钠的膳食来源 普遍存在各种食物中主要是 食盐 酱油 盐渍或腌制食品 发酵豆制品 咸味休闲食品等WHO建议每人每日食盐用量不超过6克 71 体内必需微量元素中含量最多 总量约4 5g体内的铁随着年龄 性别 营养和健康状况不同有很大的差异 5 铁 iron 72 铁 iron Fe 73 铁 iron 铁是人体必需微量元素中含量最多的一种 总量约为4 g 功能性铁 血红蛋白中 占60 75 3 在肌红蛋白 1 为含铁酶类 细胞色素 细胞色素氧化酶 过氧化物酶与过氧化氢酶等 贮存铁 以铁蛋白和含铁血红素形式存在于肝 脾与骨髓中 约占体内总铁的25 铁在体内含量随年龄 性别 营养状况和健康状况而有很大的个体差异 74 铁的生理功能 组成血红蛋白和肌红蛋白是酶的重要组成成分促进VA原转化成VA参与抗体的产生及药物在肝脏的解毒 75 铁缺乏的表现 人体铁缺乏的主要表现是贫血 缺铁性贫血在我国和全世界许多国家和地区都是一个严重的营养缺乏问题 贫血的症状是 皮肤黏膜苍白 易疲劳 头晕 畏寒 气促 心动过速和记忆力减退等 76 多见婴幼儿 孕妇及乳母 我国7岁以下儿童贫血平均患病率高达57 6 其中1 3岁的幼儿患病率最高 孕妇贫血率平均为30 左右 孕末期更高 77 三 铁缺乏及缺铁性贫血 体内缺铁时铁损耗分三个阶段 第一阶段为铁减少期 irondeficiencystore ID 第二阶段为红细胞生成缺铁期 irondeficiencyerythropoiesis IDE 第三阶段为缺铁性贫血期 irondeficiencyanemia IDA 此时储存铁耗竭 血清铁蛋白浓度下降 此时除血清铁蛋白下降外 血清铁也下降 同时铁结合力上升 运铁蛋白饱和度下降 血红蛋白和红细胞比值下降 78 体内铁营养状况与各项指标变化 79 铁缺乏的症状 80 81 铁过量 发生血色病 体内大部分器官有铁色素沉着 这些铁色素来源自红细胞中的血红蛋白 而称之为血色病 受害最明显的是心血管系统 人体中铁蛋白的主要作用是贮存铁 在铁过剩时以无毒的形式将铁储存于细胞内 肌体需要时再释放出来 过多的贮存铁会使 氧自由基 生成增加 破坏健康的动脉内壁和心肌组 造成超氧化损害 引起心血管疾病 82 83 84 85 铁中毒形式 急性中毒 误服铁剂慢性中毒或铁负荷过多 超量摄入含铁补品及铁强化食品或长期大量摄入含铁异常高的特殊食品所造成 反复输血 表现 呕吐和血性腹泻 86 二 吸收 铁在食物中的存在形式对其吸收率影响很大 铁在食物中以两种形式存在 非血红素铁主要是以三价铁的形式与蛋白质 氨基酸和有机酸结合成络合物 存在于植物性食物中 这种形式的铁必须在胃酸作用下先与有机物部分分开 并还原成二价铁 亚铁离子 以后 才能被体内吸收 如果膳食中有较多的植酸或草酸 将与铁形成不溶性的铁盐而影响其吸收 谷类食物中铁的吸收率低 就是这个原因 87 血红素铁 是与血红蛋白及肌红蛋白中的卟啉结合的铁 这种铁是以卟啉铁的形式直接被肠粘膜上皮细胞吸收 然后在粘膜细胞内分离出铁 并结合成铁蛋白 因此血红素铁的吸收不受各种因素的干扰 88 一些食物铁的吸收率 89 四 供给量与食物来源 我国建议铁的日供给量为 成年男子12mg 成年女子为18mg 孕妇 乳母为28mg 膳食中的铁良好来源为动物肝脏 动物全血 畜禽肉类 鱼类 蔬菜中含铁量不高 油菜 苋菜 菠菜 韭菜等利用率不高 90 不同人群铁的适宜摄入量 AI mg d 成人铁的UL为50mg d 91 含铁较高的食物 mg 100g 92 6 碘 iodine 人体内约含碘20 50mg 相当于0 5mg kg体重 甲状腺组织内含碘最多 约占体内总碘量20 左右 约8mg 血液中碘主要为蛋白结合碘约为30 60ug L 93 碘的生理作用 参与甲状腺素合成 促进生物氧化 协调氧化磷酸化过程 调节能量转化 促进蛋白质合成 调节蛋白质合成与分解 促进糖和脂肪代谢 调节组织中水盐代谢 促进维生素的吸收和利用 活化酶包括细胞色素酶系 琥珀酸氧化酶系一百多种 对生物氧化和代谢都有促进作用 促进神经系统发育 组织的发育和分化及蛋白质的合成 一 碘的生理作用 94 碘缺乏与过量 碘缺乏可有明显的地区性 主要发生于偏僻山区 缺碘对成人可导致甲状腺肿大 称地方性甲状腺肿 婴幼儿缺碘导致发育障碍 身材矮小 智力低下 称为克汀病 加碘食盐是防治地方性甲状腺肿的有效措施 95 地方性甲状腺肿与克汀病 96 三 碘过量 病因 碘过量通常发生于摄入含碘量高的食物 以及在治疗甲状腺肿等疾病中使用过量的碘剂等情况 例 我国河北 山东部分县区居民 曾因饮用深层高碘水 或高碘食物造成高碘甲状腺肿 这只要限制高碘食物 即可防治 如补充碘反而使病情恶化 在我国使用强化食盐防治地方性甲状腺肿大中 未见有碘过量甲状腺肿的问题 97 四 供给量与食物来源 不同人群碘的推荐摄入量 RNI g d 碘的UL为1000 g d 98 99 人体对碘的需要量受年龄 性别 体重 发育及营养状况等所左右 中国营养学会建议的供给量为成人150ug 孕妇加25ug 乳母加50ug 含碘量较高的食物 每百克含量 海带 干 含碘24000ug 紫菜 干 1800ug 淡菜 干 1000ug 海参 干 600ug 海盐中一般在30ug kg以上 100 7 锌 zinc 人体含锌 2 2 5g 主要存在部位 按单位重量含锌量计算 以视网膜 脉络膜 前列腺为最高 其次为骨胳 肌肉 皮肤 肝 肾 心 胰 脑和肾上腺等 血液中锌含量 红细胞约占75 88 血浆12 一22 白细胞3 101 红细胞膜上锌浓度较高 主要以金属酶和碳酸酐酶 碱性磷酸酶的组分存在 血浆中锌主要与蛋白质相结合 其中与白蛋白结合为60 与球蛋白结合为30 而7 左右与氨基酸 组氨酸 半胱氨酸 结合 此外 有一小部分与运铁蛋白及核蛋白结合 游离锌含量很低 一 存在形式 102 锌的生理作用 酶的组成成分或酶的激活剂 促进生长发育与组织再生 促进食欲 促进维生素A代谢和生理作用 参与免疫功能 二 锌的生理作用 103 三 缺乏与过量 1 缺乏 生长期儿童锌缺乏最为影响的是生长迟缓 垂体调节功能障碍 食欲不振 味觉迟钝甚至丧失 皮肤创伤不易愈合 易感染等 性成熟延迟 第二性征发育障碍 性功能减退 精子产生过少等 锌缺乏可能与肠源性肢端皮炎有关 2 过量 锌过量常可引起铜的继发性缺乏 损害免疫器官和免疫功能 影响中性粒细胞及巨噬细胞活力 抑制趋化性和吞噬作用及细胞的杀伤能力 104 四 供给量与食物来源 1 供给量 WHO 1997年 按锌吸收率为20 计算 推荐的供给量 不同人群锌的推荐摄入量 RNI mg d UL成人男为45mg d 女性37mg d 105 锌的来源广泛 但动植性食物的锌含量与吸收率有很大差异 常见食物的锌含量 每l00g含锌量 mg 牡蛎最高可达100以上 畜禽肉及肝脏 蛋类在2 5 鱼及其它海产品在1 5左右 畜禽制品0 3 0 5 豆类及谷类1 5 2 0 而蔬菜及水果类含量较低 一般在1 0以下 2 食物来源 106 8 硒 selenium 硒在人体内总量为14 20mg 广泛分布于所有组织和器官中 浓度高者有肝 胰 肾 心 脾 牙釉质及指甲 而脂肪组织最低 107 硒的生理作用 硒是谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分 解毒功能 保护心血管 维护心肌的健康 硒还有促进生长 保护视觉器官以及抗肿瘤的作用 在体内特异地催化还原型谷胱甘肽 与过氧化物氧化还原反应 如过氧化氢 超氧阴离子 羟游离基 脂酰游离基 从而保护生物膜免受损害 维持细胞正常功能 硒与金属有很强亲和力 在体内与金属如汞 甲基汞 镉及铅等结合形成金属硒蛋白复合物而解毒 并使金属排出体外 动物试验还发现硒有降低黄曲霉毒素B1的急性损伤 减轻肝中心小叶坏死的程度与死亡率 许多调查发现 血硒高的地区人群心血管病发病率低 动物实验证实硒对心肌纤维 小动脉及微血管的结构及功能有重要作用 在我国以心肌损害为特征的克山病 发现缺硒是一个重要因素 缺硒可致生长迟缓 白内障者及糖尿病性失明者补充硒后 发现视觉功能有改善 人群调查发现 硒缺乏地区肿瘤发病率明显较高 胃癌发病与缺硒有关 一 硒的生理作用 108 二 硒缺乏与过量 1 缺乏 硒缺乏已被证实是发生克山病的重要原因 其易感人群为2 6岁的儿童和育龄妇女 临床上可见其主要症状为心脏扩大 心功能失常 心力衰竭或心源性休克 心律失常 心动过速或过缓 严重时可发生房室传导阻滞 期前收缩等 此外 缺硒与大骨节病也有关 109 一个村子里四个人同时莫名其妙的离奇死亡 难道有人投毒 110 硒摄入过多可致中毒 我国湖北恩施县的地方性硒中毒 与当地水土中硒含量过高 致粮食 蔬菜 水果中含高硒有关 主要表现为头发变干 变脆 易断裂及脱落 其他部位如眉毛 胡须及腋毛也有上述现象 肢端麻木 抽搐 甚至偏瘫 严重时可致死亡 2 过量 111 三 供给量与食物来源 硒的供给量曾被许多国家学者根据动物与人群实验结果提出过 我国根据膳食调查结果确定的预防克山病所需的 硒最低日需要量 为19ug d 男 14ug d 女 而根据血浆GSH Px活性达最高值估计的 生理需要量 为 40ug d 1988年中国营养学会提出