人体矿物质和微量元素第五节矿物质和微量元素一、概述（一） 矿物质的定义矿物质又称无机盐或灰分在人体内，除以有机化合物形式存在的C、H、O、 N四种元素组成有机化合物外，如碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素等，其余 各种元素，无论其存在的形式如何，含量多少，统称为矿物质，也称无机化学元 素、灰分或无机盐二） 矿物质的分类按照矿物质在人体内的含量和膳食中的需要量不同，矿物质分为常量元素和 微量元素两大类1. 常量元素一般来说，在人体中，元素的含量在0.01%以上的称为常量元素（也称主要 元素或宏量元素）即氧、碳、氢、氮、硫、磷、钙、钠、钾、氯和镁等11种元 素它们构成人体总量的99.95%.其中前6种是蛋白质、脂肪、碳水化合物与核 酸的主要成分，占人体总重量的94%，又称基本构成元素；后五种是体液的必 需成分，又称常量矿物元素一般把钙、磷、硫、钾、勉、氯和镁称为必需常量 矿物元素2. 微量元素人体中含量在0.01%以下的称为微量元素（或者痕量元素）目前已发现人 体必需的或可能必需的微量元素有十四种，即铁、锰、钻、铜、锌、硒、钼、碘、 氟、钒、镍、砷、铭、锂、硅、锡等十六种，另一类微量元素是必需性尚不明确 的微量元素。
另外铅、镉、汞、砷、铝、锡和锂低剂量可能具有功能作用，并具 有潜在的毒性按生物学作用而言，微量元素可以分为两类：一类是已经被确认是维持机体 正常生命活动不可缺少的必需微量元素人体必需的微量元素目前认为有：铁、 锰、钻、铜、锌、硒、钼、碘、氟、钒、镍、砷、铭、锂、硅、锡，某些元素的 必需性还在研究中，有待确认另一类微量元素是必需性尚不明确的元素，它的 含量已查明，但生理作用还不太清楚无机盐既存在于植物性食物中，也存在于动物性食物中植物性食物中的无 机盐，来自土壤，动物需要的无机盐可从植物性食物中获得，或直接供给动物所 需要的无机盐人类则主要是从植物性食物和动物性食物中摄取无机盐，以满足 人体的正常需要三） 矿物质的特点1. 矿物质在体内不能合成，每天必须从食物和饮水中摄取摄入体内的矿物 质经过机体的新陈代谢，每天都有一定数量从粪、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. 矿物质在体内分布极不均匀如钙和磷主要分布在骨骼和牙齿，铁分布在 红细胞，碘集中在甲状腺，钻分布在造血系统，锌分布在肌肉组织等3. 矿物质相互之间存在协同或拮抗作用如膳食中钙和磷比例不合适，可影 响该两种元素的吸收；过量的镁干扰钙的代谢，过量的锌影响铜的代谢；过量的 铜可抑制铁的吸收。
4. 某些微量元素在体内需要量很少，但其生理剂量与中毒剂量范围较窄，摄 入过多易产生毒性作用，如硒易因摄入过量引起中毒，对硒的强化应注意用量不 宜过大四） 矿物质的生理功能矿物质（无机盐）不能产生热能，但无机盐在人体内有十分重要的营养生理 功能，归纳起来有以下四个方面：1. 矿物质是构成机体组织的重要材料如Ca、Mg、P是骨骼和牙齿的重要成 分；P、S是构成组织蛋白的成分Fe是血红蛋白和细胞色素的重要成分；胰 岛素中含有Zn等2. 矿物质调节细胞膜的通透性维持着细胞内、外液酸性和碱性无机离子的 浓度，维持细胞正常的渗透压和体内酸碱平衡3. 维持神经和肌肉兴奋性在组织液中的各种离子，特别是保持一定比例的 钾、钠、镁离子能够维持神经、肌肉兴奋性和细胞膜的通透性4. 无机盐是构成某些具有特殊生理功能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过氧化物酶中的硒由于新陈代谢，每天都有一定数量的无机盐通过各种途径排出体外，因而有 必要通过膳食予以补充无机盐在食物中的分布很广，一般都能满足机体需要 从实用营养的观点看，比较容易缺乏的无机元素有Ca和Fe，在特殊地理环境或 其它特殊条件下，也可能有缺碘、硒和锌的问题。
一些特殊人群，如儿童，青少 年，孕妇，乳母，他们易发生铁、钙、碘、锌的缺乏二、主要常量元素(一) 钙(Ca)钙是人体必需的常量元素，主要以无机盐的形式存在于体内，成年人体内含 钙总量约为为1200克左右，相当于体重的1.5〜2%，是体内最多的矿物质元素 其中99%的Ca存在于骨骼和牙齿中，其余的钙存在于体液和软组织中，其中血 清钙的浓度较恒定这种存在于体液和软组织中的钙称为混溶钙池(miscible calcium pool)并与骨骼中的钙保持动态平衡存在于骨骼和牙齿中的钙有两种形式，一种是无定形的水合磷酸钙，另一种 是结晶状态的羟磷灰石［Ca10(PO4)6(OH)2］，它是一种磷酸钙和氢氧化钙的复合 物，在骨中占绝大多数年轻人的骨骼含无定形状态的钙较多，成熟的骨则含较 多的羟磷灰石骨中的钙与混溶钙池中的钙保持动态平衡，骨中的钙从破骨细胞释放进入混 溶钙池，而混溶钙池中的钙又沉积于成骨细胞中，这种平衡要受甲状旁腺素，VD 和降血钙素的调节例如，当血钙(混溶钙池)下降时，甲状旁腺分泌开始增加， 刺激1，25-二羟VD3的生物合成，使Ca在肠道内的吸收和骨骼钙的吸收增加 相反，血钙升高时，甲状旁腺素减少而降血钙素增加。
Ca的更新，成人每日700mg，更新的速度随年龄增长而减慢幼儿的骨骼 1-2年可更新一次，成人则要10-12年，40岁以后，骨中的无机物质减少，易出 现骨质疏松现象，女性一般较男性明显，故骨质疏松症较男性多，骨质疏松是由 于蛋白质合成失调，骨基质不能形成，骨盐无法沉积所致1. 生理功能(1) 钙是构成骨骼和牙齿的重要成分2) 钙与神经(细胞)肌肉的兴奋性有关当液体中Ca2+浓度降低时，神经 和肌肉的兴奋性增高，肌肉出现自发性的收缩，严重时出现抽搐；若体液钙增加， 则抑制神经和肌肉的兴奋性但是，钙对心肌的影响较特殊，钙离子有利于心肌 收缩，它与有利于心肌舒张的钾离子相拮抗3 )钙参与凝血过程，是一种凝血因子4) 钙还是多种酶的激活剂(如三磷酸腺苷酶)，此外，钙还是各种生物膜 的一种成分，维持细胞内胶质完整性和细胞膜的通透性5) 维持体内的酸碱平衡2. 吸收和排泄钙主要在酸度较大的小肠上段，特别是十二指肠，被主动吸收食物中的钙 仅有少部分由肠吸收，大部分随粪便排出体外，钙的吸收需要能量，故要受能量 代谢的影响，影响食物钙吸收的因素主要有以下几个方面：(1) 食物中的钙的浓度和机体的需要情况。
若其它条件相同，钙的吸收量大 致与肠道中的钙的浓度成正比，但是，钙的吸收还要受机体对钙需要情况的影响， 也就是说体内钙的水平要影响钙的吸收，体内缺钙时吸收率较高2) 钙的溶解度溶解的钙盐才能被吸收，由于乳酸、醋酸、氨基酸都能与 钙形成可溶性的钙盐，因而促进钙的吸收另外，乳糖可与钙鳌合，形成低分子 的可溶性络合物，也可促进钙的吸收而植酸、草酸、膳食纤维、糖醛酸、海藻 酸钠、油脂、酒精等，它们与钙形成难于消化吸收的不溶性物质，对钙的吸收有 阻碍作用3) VD可促进钙的吸收VD对小肠钙吸收的影响是通过1，25-(OH)-D3 实现的，后者促进钙结合蛋白的合成，钙结合蛋白参与钙的运载以促进钙的吸收4) 年龄和肠道状态钙的吸收随年龄增长而逐渐减少例如乳儿每日钙的 吸收量占食物总钙量的60%，11-16岁为35-40%，而成人仅为15-20%，老年人更 少钙的吸收还与肠道状态有关，若肠道蠕动过快，则食糜在肠内停留时间较短， 不利于钙的吸收，如小儿腹泻就容易缺钙还有在脂肪消化不良时，也常使钙的 吸收减少，其原因可能是钙与未被吸收的脂肪酸形成钙皂而随粪便排出体外5) 膳食蛋白质对钙吸收的影响膳食蛋白质供给充足，有利于钙的吸收， 可能是由于蛋白质消化所释出的氨基酸与钙形成可溶性钙盐，促进钙的吸收。
钙的排泄主要有以下途径：(1) 食物中未被吸收的钙，肠粘膜细胞脱落和消化液分泌未被吸收的钙，由 粪便排出，其量与食物钙量有关2) 体内代谢的钙由尿液排出，排出量为100-350mg / d3) 体内还从汗液排出少部分钙，但对高温作业工人，排出的量高达100mg /d4) 乳母还要从乳汁中排出一定量的钙，为150-300mg / d5) 其他损失：理发，剪指甲和皮肤脱落等都要损失少量的钙，妇女月经也 要损失少部分钙体内钙的储留随供给量提高而增加机体对钙的需要也影响钙的储留，需要 多时，储量较多因此，只要食物中钙的供给量超过机体钙的消耗量，则机体将 根据体内对钙的需要，增加或减少钙的吸收，排泄和储留，使成年人维持钙平衡， 使正在发育儿童维持正钙平衡体内的甲状旁腺，VD和降血钙素对调节钙平衡 起重要作用3. 缺乏症由于膳食和机体存在着许多影响钙吸收的因素，加上食物钙的来源不足，以 及某种生理条件下钙的需要量增加等多种原因，人体（尤其儿童、孕妇、乳母） 很容易出现钙的不足与缺乏症正常人的血钙浓度为2.25-2.75mmol/L，在一定时间内低于此水平时，就会 出现神经肌内抽搐，儿童的骨骼和牙齿发育迟缓，严重的缺钙婴幼儿可出现佝偻 病，成人发生骨质软化症及老人出现骨质疏松症。
4. 参考摄入量及食物来源钙的参考摄入量是按不同年龄阶段的每日需要量和食物中钙在体内平均吸 收率（20-30%）估算出来的我国建议每日钙的供给量为成人800mg，儿童、青 少年和50岁后的成年人为机体1000 mg，孕妇后三月、乳母1000mg〜2000mg世界卫生组织（WHO）推荐值为成年人400-500mg/日孕妇，乳母 1000-1200mg/ 日英国推荐标准为成年人500mg孕妇和乳母1200mg我国的标准高于发达国家的标准，主要是我国食物中钙的吸收率较低我国 谷类的摄入量较高，使钙不易被吸收食物中均含钙，以乳类及其制品最好因为其含量丰富，吸收率也高，是人 体理想的钙源蔬菜和豆类含钙较少，其中草酸和植酸干扰钙的吸收，海产品钙 的含量也比较丰富骨粉和蛋壳中含有大量的钙，可作为儿童和青少年钙的补给源另外，家庭 在烹制排骨和炖骨汤时，加适量的醋有利于钙的吸收二）磷（P）磷也是人体必需的元素之一，约占人体重量的1%大约有80%〜90%的磷 与钙一起构成骨骼和牙齿其余的以磷脂、磷蛋白及磷酸盐的形式存在于细胞和 血液中1. 生理功能（1） 磷是骨骼和牙齿组成成分影响磷吸收的因素与钙相似，磷在体内的代 谢也要受VD、甲状旁腺素和降钙素的调节，但磷从尿中排出量比由粪便排出的 量大，约占60%（2） 参入能量代谢。
体内磷主要以磷酸根的形式参与许多非常重要的物质代 谢过程生热营养素的氧化都有含磷化合物参与，热量代谢中的氧化磷酸化及储 备能量的三磷酸腺苷（ATP）和磷酸肌酸中都有磷3) 构成生命物质成分磷脂是构成细胞膜重要成分，遗传物质DNA和RNA 中含有磷，磷还是脑神经组织和脑脊髓的构成成分4) 调节酸碱平衡磷酸盐还参与维持体液酸碱平衡，因为从尿液中可以排 出不同量和不同形式的磷酸盐，对机体的酸碱平衡进行调节5) 酶的重要成分磷是体内很多酶的辅酶或附基的组成成分，如焦磷酸硫 胺素、磷酸毗哆醛、辅酶I、辅酶II等2. 磷的吸收人体能利用的磷都是磷酸化合物，吸收的部位在小肠上段，磷的吸收形式主 要为酸性磷酸盐(H2PO4-)，维生素D对磷的吸收有促进作用磷广泛存在于动植物组织中，它可以同蛋白质、脂肪等结合形成磷蛋白，核 蛋白，磷脂等也有部分是以无机磷和有机磷化合物形式存在，大多数都能被机 体利用植酸是植物种子的组成成分，在谷物中含量为10-20%，植酸磷占植物总磷 的60-70%，植酸磷的可利用率很低，谷类的磷也主要以植酸磷的形式存在，但 通过发酵，浸泡。