07矿物质1.ppt

1、第七章 矿物质 南京工业大学,主讲教师：熊强,第一节 矿物质概述,人体重量的96%是由碳、氢、氧、氮等元素构成的有机化合物和水，其余的4%则由数量不同的元素组成。营养学中称这类营养素为矿物质或无机盐，共有20多种。根据其在体内含量的多少及膳食摄入量不同，可分为： 常量元素： 人体中含量较多（0.01%体重），每日膳食需要量大于100mg，共7种：钙、镁、钾、钠、硫、磷、氯； 微量元素： 人体中含量较少（0.01%体重），每日膳食需以毫克或微克计。,一、概念和分类,第一节 矿物质概述,微量元素即使需要量少，但却很重要，其中一些是人体必需的，称为必需微量元素。1995年，FAO/WHO等国际组织将

2、以往已确定的“必需微量元素”重新进行分析归类，认为维持正常人体生命活动必不可少的微量元素有10种，即铜、钴、铬、铁、碘、锰、钼、硒、锌、氟；人体可能的必需微量元素有4种，即硅、镍、硼、矾；具有潜在的毒性，但在低剂量时可能具有功能作用的元素有7种，包括铅、镉、汞、砷、铝、锡和锂。,二、必需微量元素,第一节 矿物质概述,构成机体的重要组成部分。如骨骼和牙齿等坚硬组织中，大部分是由钙、磷和镁组成；硫和磷是构成组织蛋白的成分；细胞普遍含钾；体液中普遍含钠。 维持细胞的渗透压及机体的酸碱平衡。矿物质在细胞内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，如

3、K+和Na+可提高神经肌肉的兴奋性，而Ca2+和Mg2+则可降低其兴奋性。 构成酶的成分或激活酶的活性，参加物质代谢。,三、常量元素的生理功能,第一节 矿物质概述,酶和维生素必需的活性因子。许多金属酶含有微量元素，如碳酸酐酶中含锌，呼吸酶含铁和铜，谷胱甘肽过氧化酶含硒。 构成某些激素或参与激素的作用。如甲状腺素含碘，胰岛素含锌。 参与核酸代谢。核酸含有多种微量元素，并需要铬、锰、钴、锌、铜等维持核酸的正常功能。 协助常量元素发挥作用。如含铁血红蛋白可携带并输送氧到各个组织。,三、必需微量元素的生理功能,第一节 矿物质概述,成酸食品通常含有丰富的蛋白质、脂肪和糖类。它们含成酸元素（Cl、S、P）

4、较多，在体内代谢后形成酸性物质，肉类、鱼类、蛋类及其制品即为成酸性食品，可降低血液的pH。蔬菜、水果等含K、Na、Ca、Mg等元素丰富，在体内代谢后则生成碱性物质，能阻止血液等向酸性方面变化，故蔬菜、水果称为成碱性食品。,四、食品的成酸与成碱作用,第二节 人体重要的矿物元素,一、钙,自古以来，钙就以各种化合物的形式被应用在建筑方面，构筑了人类恢弘的建筑文明。早在公元一世纪，古罗马人就用钙（石灰）作为建筑材料。 如果把人体作为一座建筑，钙就是这座建筑的钢筋了。钙约占人体重的2%，正常人体的钙总量约1200g，是人体中最多的一种阳离子。 99%的钙集中在骨骼和牙齿，以矿物质形式存在； 1%的钙以游

5、离或结合的离子状态存在于软组织、细胞外液、血液中，统称为混溶钙池。, 形成和维持骨骼和牙齿的结构,1.钙的生理功能,一、钙,骨的结构： 骨密质：外部，板层结构，特性坚韧 骨松质：内部，网状结构，既坚硬又有弹性,骨骼组织的构成： 骨细胞 钙化的骨基质 （硬度） （韧性） 65%矿物质 35%有机物质 95%胶原蛋白 非胶原蛋白 其中钙约40%，其余主要是磷、镁、钠等 晶状的羟磷灰石 无定形的磷酸钙,一、钙,成骨作用,溶骨作用,维生素,降钙素,甲状旁腺激素,粪便和尿液,钙、激素与骨代谢,一、钙,骨的重建 骨骼通过成骨作用（新骨不断生成）和溶骨作用（旧骨的不断吸收），使其各种组分与血液间保持动态平衡

6、，这一过程称为骨的重建。,三种激素对于维持体内钙代谢的动态平衡有着重要作用。,一、钙,骨钙的更新速率，因年龄的增长而减慢 幼儿的骨骼每12年更新一次 成人的骨骼每1012年更新一次 18岁左右，骨长度稳定，骨密度仍继续增加 3540岁，单位体积内的骨质达到顶峰，称为峰值骨度。 40岁后，骨形成明显减弱。,一、钙,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，牙齿中的矿物质没有更新转换过程。,Na+ ,K+ATP酶,Ca2+ ATP酶,1.钙的生理功能,维持神经肌肉兴奋性。 钙，镁、钾、钠在细胞内外保持一定的浓度比例是促进肌肉收缩，维持神

7、经肌肉的兴奋性所必须的。 血清钙离子浓度降低时，肌肉、神经的兴奋性增高，引起手足抽搐;血清钙离子浓度过高则影响肌肉的收缩功能。 钙对心肌有特殊的影响，与钾、钠一起通过调节心肌细胞内外的离子浓度差，维持心肌正常的收缩节律。,1.钙的生理功能,维持神经肌肉兴奋性。,血液中的钙： 扩散性钙 非扩散性钙,复合钙钙离子,(与有机酸或无机酸结合的),血浆蛋白(主要是白蛋白)结合钙,只有游离状态的离子钙才具有生理作用。,1.钙的生理功能, 参与血凝过程 钙有激活凝血酶原变成凝血酶的作用。 钙离子的其他作用 作为第二信使，参与调节或激活多种酶的活性作用 ATP酶、脂肪酶、蛋白质分解酶、钙调节蛋白 维持生物膜的

8、正常功能，降低毛细血管和细胞膜的通透性，防止渗出，控制炎症和水肿。 与细胞的吞噬、分泌、分裂等活动密切相关,当钙摄入量较高时，大部分由被动的离子扩散吸收。这一过程主要取决于肠腔与浆膜间钙浓度的梯度。 当机体的需要量大或摄入量少时，肠道对钙的吸收是逆浓度梯度的主动吸收的过程。膳食钙在肠道中的吸收很不完全，有70%80%不被吸收而留于粪中。 钙的排泄大部分由粪便排出，小部分由尿排出，此外经汗液也有少量排出。 有很多因素(如内分泌系统)影响到钙在体内的储留。,一、钙,2.吸收、排泄与储留,2.吸收、排泄与储留,钙吸收的影响因素：,有利因素 机体因素：在人体对钙的需要量大时，吸收率增加 膳食因素： 适

9、量VD（阳光、鱼肝油）、乳糖； 适量的蛋白质和一些氨基酸（赖氨酸、精氨酸、色氨酸）结合成可溶性络合物； 适当的钙、磷比例。,钙吸收的影响因素：,2.吸收、排泄与储留,不利因素： 机体因素：吸收率随年龄增加而渐减 膳食因素： 谷物中的植酸；蔬菜中的草酸（菠菜、苋菜、竹笋）； 过多的膳食纤维、碱性磷酸盐、脂肪； 化学药：抗酸药、四环素、肝素 过高蛋白质：增加肾小球滤过率，降低肾小管对钙的吸收，使钙排出增加。,一、钙,3.缺乏与过量,我国现有膳食结构的营养调查表明，居民钙摄入量普遍偏低，只达到推荐摄入量的50%左右。因此钙缺乏症是较常见的营养性疾病，主要表现在骨骼的病变。 钙的缺乏佝偻病 由于儿童时

10、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VD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。,3.缺乏与过量, 佝偻病,3.缺乏与过量, 钙的缺乏骨质疏松症： 妇女绝经后，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，以致在很小外力下即可发生骨折，即为骨质疏松症。 骨骼成熟时达到骨度峰值，是防止骨质疏松危险性的主要因素。,3.缺乏与过量, 钙的过量肾结石 钙摄入量过多，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，美国约12%的人患有肾结石，可能与钙摄入量过多有关。 人体泌尿系统最常见的结石是钙结

11、石，是由过量的钙与草酸形成的不溶性的钙盐，沉积于肾脏或者尿道形成结石。,3.缺乏与过量, 钙摄入过量奶碱综合征 典型症候群包括高血钙症、碱中毒、肾功能障碍。症状可有很大差异，其严重程度决定于钙和碱摄入量的多少和持续时间。 急性发作呈现为高血钙和碱中毒。 在钙和碱摄入后发展很快（230天内），持续摄入量为2060g/d。 特征：易兴奋、头疼、眩晕、恶心呕吐、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、昏迷）。,3.缺乏与过量, 过量钙干扰其他矿物质的吸收和利用 钙与铁、锌、镁、磷等存在相互作用，高钙摄入能影响这些必需矿物质的生物利用率。 铁：钙可明显抑制铁的吸收。只

12、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。 锌：钙与锌相互有拮抗作用。高钙膳食对锌的吸收率和锌平衡有影响。 镁：膳食中钙/镁的毫克比大于5，会导致镁缺乏。高钙摄入时，镁吸收低，而尿镁显著增加。 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，但尚未有高钙引起磷耗竭或影响磷营养状况的证据。,一、钙,4.摄入量和食物来源,钙的膳食参考摄入量 AI： 800 mg/d UL：2000 mg/d,4.摄入量和食物来源,钙的食物来源（每100克食物含钙量） 奶和奶制品（牛奶 108mg, 奶酪800mg ） 豆类及其制品（豆腐 138mg, 豆腐干730mg, 千张

13、310mg，芸豆340mg，大豆异黄酮） 坚果（芝麻酱 1170mg, 黑芝麻780mg, 西瓜子390mg） 绿色蔬菜(苜蓿710mg，油菜108mg，芹菜80mg，大白菜45mg) 小鱼小虾(虾皮990mg，海米555mg，河虾325mg，海虾146mg) 紫菜、海带、黑木耳(海带348mg，紫菜264mg，黑木耳247mg),生命起源元素之一,二、磷,第二节 人体重要的矿物元素,磷在希腊文中有“闪闪发光”的意思。 1957年，诺贝尔奖获得者托德认为：“哪里有生命，哪里就有磷。只有在有磷的星球上才能存在生命。” 磷在人体内含量仅次于钙，约占人体重量的1%，正常人体的磷总含量约600700g

14、。 85%的磷集中在骨骼和牙齿 15%分布于软组织及体液,二、磷,1.磷的生理功能, 构成骨骼和牙齿： 以无机磷酸盐(羟磷灰石)存在 组成生命的重要物质： 构成细胞膜的重要材料（磷脂） 参与核酸构成，与蛋白质相联系，构成了生命的基础 磷与氨基酸结合形成独特的功能蛋白（磷蛋白） 磷酸基团是很多辅酶的组分（环腺苷酸、环鸟苷酸）,二、磷,1.磷的生理功能, 参与能量代谢 人体能量转换关键物质的重要成分（ATP） 参与酸碱平衡调节 磷酸盐的缓冲体系接近中性，从尿中排出不同量和不同形式的磷酸盐是机体调节酸碱平衡的一种机制。,二、磷,2.吸收与排泄,磷的吸收与排泄与钙相同。通常磷的吸收比钙的吸收高。磷的吸

15、收也需要维生素D。维生素D不仅可以促进磷的吸收，而且还增加了肾小管对磷的重吸收，减少尿磷的排泄。 磷排泄的主要途径是经肾脏。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%经肾脏以可溶性磷酸盐的形式排出，少量的也可由汗液排出。 当膳食缺钙时，肠的调节起主要作用；而当膳食缺磷时，肾脏的调节起主要作用。,2.吸收与排泄,磷吸收的影响因素： 肠道酸度增加，以利于磷的吸收 肠道中的VD能增加肠黏膜对磷的转运，有效促进磷的吸收 肠道中的阳离子不利于磷的吸收： 钙、镁、铁、铝等可与磷酸根形成不溶性磷酸盐。,二、磷,3.缺乏与过量,磷的缺乏： 磷的食物来源广泛，一般不会由于膳食原

16、因引起缺乏。 特殊情况下的磷缺乏：仅以母乳喂养的早产儿。人乳含磷量较低，不能满足早产儿骨磷沉积的需要，而发生磷缺乏，可出现佝偻病样骨骼异常。 磷的过量与中毒： 一般不易发生膳食摄入过量磷的问题。 特殊情况下：医用口服、灌肠、静脉注射大量磷酸盐后，可引起血清无机磷浓度升高，形成高磷血症。,二、磷,4.摄入量与食物来源,膳食参考摄入量AI： 700mg/d 食物来源： 在食物中广泛分布，动植物细胞中都含有丰富的磷 磷与蛋白质并存。 瘦肉、蛋、奶、动物的肝肾 海带、紫菜 芝麻酱、花生、干豆类、坚果 粗粮：但粮谷中是植酸磷，吸收和利用率较低。,生命与绿色的源泉,第二节 人体重要的矿物元素,三、镁,在自

17、然界的分布：镁大量存在于海水中，也是一切绿色植物所不可缺少的元素，因为它是叶绿素的组成部分（叶绿素是镁卟啉的螯合物），是叶子呈现绿色的主要原因。 在人体的分布：正常人体的镁总含量约25g，其中60%65%集中在骨骼和牙齿，27%分布于软组织。 在细胞的分布：镁是人体中重要的阳离子，主要分布于细胞内。（细胞外液不超过1%，在细胞外液仅次于钠和钙，在细胞内液仅次于钾和磷。） 血清中镁相当恒定，不能反映体内镁的充足与否。,三、镁,1.镁的生理功能,多种酶的激活剂，参与300余种酶促反应。 对葡萄糖酵解、脂肪、蛋白质、核酸的生物合成等起重要调节作用。 维护骨骼生长。 镁是骨细胞结构和功能的必需元素，使

18、骨骼生长和维持，影响骨的吸收。 维护神经肌肉的正常兴奋性。 镁与钙使肌肉兴奋和抑制作用相同：血中镁或钙过低，兴奋性增高；反之有镇静作用。缺镁会导致神经细胞十分容易兴奋，易发生情绪过激及狂妄举动的发生。,三、镁,1.镁的生理功能,维护肠道和激素的功能 利胆：促使胆囊排空， 中和胃酸：碱性镁盐 导泻：镁离子在肠道吸收缓慢，促使水分滞留。 解痉：低浓度镁可减少肠壁张力和蠕动 。 血浆镁的变化直接影响甲状旁腺激素（PTH）的分泌。甲状腺素过多可引起血清镁降低，尿镁增加，镁呈负平衡。,三、镁,2.吸收与排泄,吸收： 食物中的镁主要在空肠末端和回肠吸收，吸收率一般为30%50%，可通过被动扩散和耗能的主动

19、运输两种机制吸收。 排泄： 镁被机体吸收、代谢后大量从胆汁、胰液、肠液分泌到肠道，其中60%从肠道排出，有些从汗液和脱落的皮肤细胞丢失，其余从尿排出。每天排出50120mg，占摄入量的1/31/2。肾脏是维持体内镁稳定的重要器官。,2.吸收与排泄,镁吸收的影响因素：,有利因素： 镁的摄入量：摄入量少则吸收率增加。 氨基酸、乳糖等可促进镁的吸收。 饮水多可明显促进镁的吸收。 不利因素： 过多的磷、草酸、植酸、膳食纤维等可抑制镁的吸收。 镁和钙竞争吸收而相互干扰：吸收途径相同。,三、镁,3.缺乏与过量,镁缺乏： 1995年，美国的一次营养会议中提出美国人缺镁人数在20%以上，个别地区可能高达80%

20、。 镁缺乏在神经系统的表现： 急性低血镁综合征：代谢性脑病及神经肌肉兴奋性亢进为主要特点。病人症状为精神抑郁、焦虑、恐惧、紧张、眩晕、抽搐、昏迷或癫痫发作，半数患者血压升高。 慢性低血镁综合征：以椎体外系疾病为主要表现。典型的临床特征是奇异的不随意运动，如震颤、舞蹈样运动，面肌抽搐与肌肉强直。以上症状发生于脑血镁降低时。,3.缺乏与过量,多种疾病源于镁缺乏 心脑血管疾病 镁对心脏正常活动有一定的调节作用，镁可以减少血液中的胆固醇含量，扩展冠状动脉。缺镁会引起供应心脏血液和氧气的动脉血管痉挛，导致心脏骤停而猝死。 在全国不同地区的流行病学调查结构显示，某地区人群尿镁含量越低，该地区高血压、脑中风

21、发病率越高。,痛经： 有国外资料显示，痛经患者当中45%体内镁水平明显低于正常人。这可能与缺镁使人情绪容易紧张，从而分泌更多紧张激素导致痛经有关。 偏头痛： 缺镁易使神经细胞的正常功能发生障碍，导致偏头痛。偏头痛患者的脑镁含量往往低于正常平均水平。 胰岛素抵抗与糖尿病： 镁的耗竭导致胰岛素抵抗，糖尿病患者血镁含量很低。,3.缺乏与过量,3.缺乏与过量,癌症： 美国癌症研究所的博格博士通过大量研究证实土质镁元素含量与癌症发病率呈相反关系。埃及土质中镁含量较欧洲高，埃及人体内镁是欧洲人的5-6倍，埃及的癌症发病率只有欧洲人的1/10。用缺镁的饲料饲喂的白鼠易发生肿瘤。 我国学者还发现克山病患者有低

22、镁血症，镁缺乏可能是克山病的病因之一。 缺镁还会引起蛋白质合成停滞、激素分泌减退，消化器官功能异常，脑与神经系统障碍等。,3.缺乏与过量,过量镁摄入： 胃肠道反应（恶心、胃肠痉挛） 嗜睡、肌无力、膝腱反射弱、肌麻痹 深腱反射消失 随意肌和呼吸肌麻痹：当血清镁超过5mmol/L 心脏完全传导阻滞或心搏停止：血清镁达到7.5mmol/L,3.缺乏与过量,镁中毒： 肠、肾及甲状旁腺等能调节镁代谢，一般不易发生镁中毒。 肾功能不全、糖尿病酮症早期、肾上腺皮质功能不全、黏液水肿、骨髓瘤、草酸中毒、肺部疾病、关节炎等发生血镁升高时方可见镁中毒。 腹泻是评价镁毒性的敏感指标。是最初发现镁摄入过量的临床表现。

23、,三、镁,4.摄入量和食物来源,膳食参考摄入量： AI： 350mg/d UL：700mg/d 食物来源： 绿叶蔬菜：苋菜119mg（喝鲜果菜汁） 糙粮、坚果：麸皮382mg，荞麦258mg，黄豆199mg，黑米147mg 干货：干苔菜1257mg、干木耳152mg、干香菇147mg 加工损失镁：精制的、加工的食品摄入量增加，镁摄入量减少,四、钾,自然界中的钾、钠分布： 海水中含有丰富的钠，钾在岩石中的沉积多于钠。 人体内的钾分布： 正常人体的钾总量约175g 98%存在于细胞内 70%在肌肉（在组织中的分布） 各种体液内都含有钾,四、钾,1.钾的生理功能,维持细胞内正常渗透压：维持细胞内水分

24、的稳定 维持神经肌肉的应激性和正常功能（Na+, K+ATP酶） 细胞内外的钾、钠离子联合作用，产生能量，维持细胞内外钾钠离子浓度差梯度，发生膜电位，使膜有电信号能力，激活肌肉纤维收缩并引起突触释放神经递质。,血钾浓度,血钾浓度,膜电位,膜电位,应激性降低,应激性丧失,松弛型瘫痪,肌肉麻痹,1.钾的生理功能,维持细胞内外正常的酸碱平衡 细胞失钾时，易发生细胞内酸中毒和细胞外碱中毒。 维持心肌的正常功能 心肌细胞内外的钾浓度对心肌的自律性、传导性和兴奋性有密切关系，钾缺乏和钾过高都可引发心律失常。 维持糖、蛋白质的正常代谢。 葡萄糖合成糖原，氨基酸合成蛋白质都需要钾离子的参与。 降低血压 血压与

25、膳食钾、尿钾、总体钾或血清钾负相关。补钾对高血压及正常血压都有降低作用。,四、钾,吸收： 人体的钾主要来自食物，摄入量取决于膳食的组分。成人每日从膳食中摄入的钾为60100mmol，摄入的钾大部分由小肠吸收，吸收率为90%左右。 排泄： 摄入的钾约90%经肾脏排出，每日排出量约7090mmol，经粪和汗也可排出少量的钾，因此肾是维持钾平衡的主要调节器官。,2.吸收与排泄,四、钾,3.缺乏与过量,钾缺乏： 缺乏的症状：可在神经肌肉、中枢神经、心血管、消化、泌尿等系统发生功能性或病理性改变，如肌无力、瘫痪、心律失常、横纹肌肉裂解症、肾功能障碍等。 缺乏的原因： 静脉补液内少钾或无钾； 消化系统疾患

26、使钾损失：频繁呕吐、腹泻、胃肠引流、长期服用缓泻剂或轻泻剂； 以肾小管功能障碍为主的肾脏疾病： 钾从尿中大量丢失，如高温作业或重体力劳动（夏季抗旱当补钾）。,3.缺乏与过量,钾的过量和中毒： 早期可出现肌无力；严重者腹反射消失、肌肉麻痹，甚至呼吸肌也麻痹。 循环系统早期脉率缓慢；严重者心律失常，甚至心室纤颤导致心脏停搏。 钾与肾脏： 人体90%的钾经肾脏排出，肾脏是维持钾平衡的主要调节器官。长期缺钾出现肾脏功能障碍，表现为多尿、多饮。肾功能不全者则会发生少尿和水肿，钾潴留后导致高血钾，有可能出现心脏短暂停跳。,四、钾,4.膳食参考摄入量与食物来源,膳食参考摄入量： AI： 2000mg/d 食

27、物来源： 大部分食物都含有钾，蔬菜和水果是钾最好的来源 豆类、肉类、鱼类、谷类 高钾食物（mg/100g)：紫菜1796、黄豆1503、冬菇1155、赤豆860、绿豆787、黑木耳757 、花生仁587 、干枣524,起源于海洋的人体必需元素,五、钠,正常人体的钠含量约77100g，人体内钠的含量按体质量计约为0.15。 主要存在于细胞外液：总钠量的44%50% 细胞内液：含量较低仅9%10% 组织分布：骨骼中钠含量高达40%47%,五、钠,1.钠的生理功能, 调节体内水分与渗透压： Na+占细胞外液阳离子总量的90%，与对应的阴离子构成的渗透压，维持体内水量的恒定。 钠的含量左右着体内的水量

28、。钠、钾含量的平衡，是维持细胞内外水分恒定的根本条件。 维持酸碱平衡： 清除体内酸性代谢产物 Na+总量影响着缓冲系统中碳酸氢盐的消长,五、钠,1.钠的生理功能, 增加神经肌肉兴奋性： 钠、钾、钙、镁等离子的浓度平衡，对于维护神经肌肉的应激性都是必需的。 钠泵（Na+，K+ATP酶） 钠钾离子的主动运转，使Na+主动从细胞内排出，以维持细胞内外液渗透压平衡，同时参与糖代谢、氧的利用等。 钠不足可影响ATP的生成和利用、肌肉运动、心血管功能、能量代谢 维持血压正常： 膳食钠摄入与血压有关。血压随年龄增高，其中可能有20%归因于膳食中食盐的摄入。,五、钠,2.缺乏与过量,钠缺乏： 一般情况下，不易发生钠缺乏。每日摄入的钠仅小部分是身体所需，大部分通过尿液、汗液排出。 某些情况下，造成体内钠含量降低而未能及时弥补