〔教学目的〕通过本节教学，使学生了解主要无机盐(矿物质)：Ca、P、Fe、I、Zn等主要营养功能、不足症(病)、食的来源、供给量等;影响矿物质吸收利用的因素(不利因素、有利因素)。

　　〔学习要求〕通过学习，掌握Ca、P、Fe、I、Zn等主要营养功能、不足症(病)、食的来源、供给量等;影响矿物质吸收利用的因素(不利因素、有利因素)。理解主要无机盐在体内的代谢与营养功能机理;

　　〔教学重点与难点〕本节重点Ca、P、Fe、I、Zn等主要营养功能、不足症(病)、食的来源、供给量等;影响矿物质吸收利用的因素(不利因素、有利因素)。

　　〔教学内容〕

　　依据无机盐对人体健康的影响，可将其分为必需元素、非必需元素和有毒元素三大类。

　　机体中质量分数大于体重的0.01%者常称为常量元素或宏量元素(macro elements)，如钙、磷、钠、钾、氯、镁、硫等。

　　常量元素的主要功能有：①构成人体组织的重要成分。体内无机盐主要存在于骨骼中，如大量的钙、磷、镁对维持骨骼刚性起着重要作用，而硫、磷是蛋白质的组成成分。②维持细胞的渗透压和机体酸碱平衡。在细胞内外液中无机盐与蛋白质一起调节细胞通透性、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。③构成酶的成分或激活酶的活性，参与物质代谢。

　　凡是在人体中质量分数小于0.01%者为微量元素(microelements)或称为痕量元素(trace elements)，如铁、锌、铜、锰、碘、硒、氟等。

　　微量元素需求量很少却很重要，人体必需微量元素的生理功能主要为：①作为酶和维生素必需的活性因子。许多金属酶均含有微量元素，如超氧化物歧化酶含有铜，谷胱甘肽过氧化物酶含有硒等。②构成某些激素或参与激素的作用，如甲状腺素含有碘，铬是葡萄糖耐量因子的重要成分等。③参与核酸代谢，核酸是遗传信息的携带物质，含有多种微量元素，如铬、锰、钴、铜、锌。④协助常量元素发挥作用。微量元素还影响人体的生长、发育。

　　一般认为必需微量元素共14种。1990年FAO/WHO/IAEA认为，维持正常人体生命活动不可缺少的必需微量元素共有8个，包括碘、锌、硒、铜、钼、钴、铬、铁;而硅、镍、硼、钒、锰为可能必需元素;具有潜在毒性，但在低剂量时可能具有某些必需功能的元素包括氟、铅、镉、汞、砷、铝、锂等共8种。

一、宏量元素

　　(一)钙

　　钙(calcium)是人体质量分数最多的矿物质元素之一。

　　成年体内钙总量达850—1200g，相当于体重的1.5%-2.0%。其中99%集中在骨骼和牙齿，主要以羟磷灰石结晶[3Ca3(P04)2·(OH)2]形式存在，少量为无定形钙。其余1%以结合或离子状态存在于软组织、细胞外液和血液中，称为混溶钙池(misciblecalciumpool)，这部分钙与骨骼钙维持着动态平衡，是维持体内细胞正常生理状态所必需。人体内有相当强大的保留钙和维持细胞外液中钙浓度的机制，当膳食钙严重缺乏或机体发生钙异常丢失时，可通过骨脱钙化纠正低钙血症，而保持血钙的稳定。

　　1.生理功能

　　(1)构成骨骼和牙齿。骨骼和牙齿是人体中含钙最多的组织。

　　(2)维持神经与肌肉活动。包括神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、心脏的正常搏动等。如血钙增高可抑制神经肌肉的兴奋性，反之则引起神经肌肉兴奋性增强，导致手足抽搐。

　　(3)激活体内某些酶的活性。钙对许多参与合成、转运的酶都有调节作用，如三磷酸腺苷酶、琥珀酸脱氢酶、脂肪酶以及一些蛋白质分解酶等。

　　此外，钙还参与血凝过程、激素分泌、维持体液酸碱平衡以及细胞内胶质稳定等。

　　2.吸收与排泄

　　(1)吸收。钙在小肠通过主动转运与被动(扩散)转运吸收。

　　钙吸收率为20%--60%不等。凡能降低肠道pH值或增加钙溶解度的物质均促进钙的吸收;凡能与钙形成不溶性物质的因子，均干扰钙的吸收。

　　钙的吸收率受膳食中草酸盐与植酸盐的影响，它们可与钙结合形成难于吸收的钙盐类。膳食纤维也会干扰钙的吸收，可能是其中的糖醛酸残基与钙结合所致。脂肪摄入量过高，可使大量脂肪酸与钙形成钙皂，而影响钙的吸收。

　　对钙吸收有利的因素包括维生素D、乳糖、蛋白质等。

　　此外，钙的吸收还与机体状况有关。

　　(2)排泄。钙的排泄主要通过肠道与泌尿系统。大部分通过粪便排出，每日排入肠道的钙大约400mg,其中有一部分可被重新吸收。正常膳食时，钙从尿中排出量约为摄入量的20%左右。钙也可通过汗、乳汁等排出，如高温作业者每日汗中丢失钙量可高达1g左右。乳母通过乳汁每日约排出钙150-300mg。

　　3.参考摄入量与食物来源

　　钙的适宜摄入量见表1—20。

　　钙无明显毒作用，过量的主要表现为增加肾结石的危险性，并干扰铁、锌、镁、磷等元素的吸收利用。由于目前滥补钙的现象时有发生，为安全起见，我国成人钙的可耐受最高摄入量(UL)确定为2g/d.

　　钙的摄入应考虑二个方面，即食物中钙的质量分数与吸收利用率。

　　(二)磷

　　磷(phosphorus)是人体质量分数较多的元素之一。在成人体内质量分数为650g左右，占体内无机盐总量的1/4，平均占体重1%左右。人体内的磷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。

　　磷在体内代谢受维生素D、甲状旁腺素以及降钙素调节。

　　1.生理作用

　　(1)构成骨骼、牙齿以及软组织。

　　(2)调节能量释放。

　　(3)生命物质成分。

　　(4)酶的重要组成成分。

　　(5)促进物质活化，以利体内代谢的进行。

　　此外，磷酸盐还参与调节酸碱平衡。磷酸盐能与氢离子结合，以不同形式、不同数量的磷酸盐类排出，从而调节体液的酸碱度。

　　2.吸收与排泄

　　磷的吸收与排泄大致与钙相同。磷主要在小肠吸收，摄入混合膳食时，吸收率达60%-70%。

　　膳食中的磷主要以有机形式存在，摄入后在肠道磷酸酶的作用下游离出磷酸盐，并以磷酸盐的形式被吸收。植酸形式的磷不能被机体充分吸收利用。此外，人的年龄愈小，磷的吸收率愈高。

　　3.参考摄入量和食物来源

　　磷的需要量与年龄关系密切(见表1-21)，同时还取决于蛋白质摄入量，据研究，维持平衡时需要磷的量为520—1200mg/d。其无可观察到副作用水平为1500mg。

　　磷的来源广泛，一般都能满足需要。磷是与蛋白质并存的，在含蛋白质和钙丰富的肉、鱼、禽、蛋、乳及其制品中，如瘦肉、蛋、奶、动物肝脏、肾脏质量分数很高，海带、紫菜、芝麻酱、花生、坚果含磷也很丰富。粮食中磷为植酸磷，不经加工处理，利用率较低。蔬菜和水果含磷较少。

二、微量元素

　　(一)铁

　　铁(iron)是人体必需微量元素中质量分数最多的一种，总量约为4～5g。

　　铁主要以功能性铁的形式存在于血红蛋白、肌红蛋白以及含铁酶中，约占体内总铁量的60%-75%，其余则以铁蛋白等贮存铁的形式存在于肝、脾、骨髓中，约占25%。

　　1.生理作用

　　铁的最主要功能是构成血红蛋白、肌红蛋白，参与组织呼吸过程。

　　铁还参与许多重要功能，如参与过氧化物酶的组织呼吸过程，促进生物氧化还原反应的进行;

　　促进β-胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成、抗体的产生、脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等。

　　铁还对血红蛋白和肌红蛋白起呈色作用，在食品加工中具有重要作用。

　　2.吸收与代谢

　　人体铁的来源有两条途径：一是从食物中摄取，二是再次利用血红蛋白破坏时释放出的血红蛋白铁。

　　人体对铁的吸收利用率很低，只有10%-20%。

　　影响铁的吸收利用率的因素主要有：

　　(1)铁的存在形式。二价铁盐比三价铁盐更容易被机体利用。

　　(2)食物成分。维生素C、核黄素、某些单糖、有机酸、动物蛋白有促进非血红素铁吸收的作用。

　　(3)肉因子。动物肉类、肝脏可促进铁吸收，一般将肉类中可提高铁吸收利用率的因素称为“肉因子”(meatfactor)或“肉鱼禽因子”(MFPfactor)。

　　(4)生理因素。体内铁的需要量与贮存量对血红素铁或非血红素铁的吸收都有影响。当贮存量多时，铁吸收率降低;反之贮存量低，需要量及吸收率增高。随着年龄的增长，铁的吸收率下降。

　　3.参考摄入量与食物来源

　　我国建议铁的膳食适宜摄入量(AI)见表1-22。其无可观察到副作用水平为65mg(UL 50mg)。

　　食物含铁量通常都不高。但是，肉、禽、鱼类及其制品却是食物铁的良好来源，尤其是肌肉、肝脏、血液含铁量高，利用率高。海米、蟹黄、蛋黄、红糖等也是铁的良好来源。植物性食品以豆类、硬果类、山楂、草莓、发菜、口蘑、黑木耳、紫菜、莲子、糯米等含铁较多。蔬菜中含铁量不高，而油菜、苋菜、菠菜、韭菜等含有植酸等，铁利用率不高。

　　(二)碘

　　人体内约含碘(iodine)20～50mg。甲状腺组织内含碘最多，约占体内总碘量的20%左右(约8mg)。其余的碘存在于血浆、肌肉、肾上腺和中枢神经系统等组织中。

　　1.生理作用

　　碘在体内主要参与甲状腺素合成，故其生理作用也通过甲状腺素的作用表现出来。

　　机体缺乏碘，可导致甲状腺肿，幼儿缺碘还导致先天性生理和心理变化，引起呆小症。

　　2.吸收与代谢

　　膳食与饮水中的碘基本以无机碘的形式存在，极易被吸收，

　　有机碘在人体肠道内被降解释放出碘化物而被吸收，而约有80%的甲状腺素未经变化即可被吸收。

　　吸收的碘，迅速转运至血浆。其中大约30%的碘被甲状腺利用，合成为甲状腺素，并被贮存于体内惟一贮存碘的甲状腺内。其余的碘常与血液中蛋白质结合，遍布各组织中。

　　在代谢过程中，甲状腺素分解脱下的碘，部分被重新利用，部分通过肾脏排出体外，部分在肝内合成甲状腺素葡萄糖酸酯或硫酸酯，随胆汁进入小肠，从粪便排出体外。

　　体内的碘约90%由尿排出，近10%由粪便排出，其它途径如随汗液或通过呼吸排出的较少。哺乳妇女可从乳汁中排出一定量碘(7-14μg/d1)。

　　3.碘缺乏症与碘过量症

　　碘缺乏造成甲状腺素合成分泌不足，引起垂体促甲状腺激素代偿性合成分泌增多，刺激甲状腺增生肥大，称为甲状腺肿。

　　甲状腺肿可由于环境或食物缺碘造成，常为地区性疾病，称为地方性甲状腺肿。

　　若孕妇严重缺碘，可殃及胎儿发育，使新生儿生长损伤，尤其是神经组织与肌肉组织，认知能力低下，造成呆小症。

　　如果摄入碘过高，也可导致高碘性甲状腺肿。

　　4.参考摄入量与食物来源

　　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150μg，孕妇加25μg，乳母加50μg。碘的无可观察到副作用水平为1000μg(UL850μg)。

　　人体所需的碘可由饮水、食物和食盐中获得，其中80%-90%由食物摄入。食物及饮水中碘的质量分数受各地土壤地质状况的影响。海洋是天然的“碘库”，海洋食物往往含有丰富的碘，碘质量分数一般高于陆生食物，有些食物还具有聚碘的能力。含碘量丰富的食物有海带、紫菜等;鲜鱼、蚶干、蛤干、干贝、淡菜、海参、海蜇等含碘比较高。每百克海带(干)含碘24000μg，紫菜(干)1800μg，淡菜(干)1000μg，海参(干)600μg。海盐中含碘一般在30μg/kg以上，但随着加工精度提高，海盐中含碘量降低，有时低于5μg/kg。

　　(三)锌

　　锌是人体必需的微量元素。人体含锌(Zinc)2-2.5g，主要存在于肌肉、骨骼、皮肤。按单位重量含锌量计算，以视网膜、脉络膜、前列腺为最高，其次为骨骼、肌肉、皮肤、肝、肾、心、胰、脑和肾上腺等。

　　1.生理作用

　　(1)作为酶的组成成分或作为酶的激活剂。

　　(2)促进生长发育与组织再生。

　　(3)作为味觉素的结构成分，促进食欲。

　　(4)参与创伤组织的修复。缺锌时伤口不易愈合，锌对于维持皮肤健康也是必需的。

　　(5)维护免疫功能。锌能直接影响胸腺细胞的增殖，使胸腺素分泌正常，以维持细胞免疫的完整。

　　2.吸收与排泄

　　锌主要在小肠内被吸收，与血浆中的蛋白质或传递蛋白结合进入血液循环。锌的吸收率大约为20%-30%。

　　锌的吸收受许多因素的影响。高蛋白、中等磷酸质量分数的膳食有利于锌的吸收;维生素D、葡萄糖、乳糖、半乳糖、柠檬酸有利于锌的吸收。

　　锌在体内代谢后，主要通过粪便、尿液排出，汗液、精液、乳汁等排出。

　　3.参考摄入量与食物来源

　　同位素实验研究发现人体每日需要锌6mg，考虑到不同膳食中的锌吸收率不同，其供给量亦有异。若以我国居民膳食中锌的平均吸收率为25%计算，锌的推荐摄入量为：1—9岁为10mg，10岁以上为15mg，成年男子为14.6mg，孕妇、乳母为20mg。锌的无可观察到副作用水平为30mg。

　　锌的来源广泛，但动、植物性食物的锌质量分数和吸收率有很大差异。植物性食品由于含植酸盐、膳食纤维等较多，锌的吸收率较低，一般以动物性食物如贝壳类海产品、红色肉类、动物内脏等作为锌的良好来源。按每100g含锌量(mg)计算牡蛎最高可达100以上，畜禽肉及肝脏、蛋类在2—6，鱼及其它海产品在1.5左右，畜禽制品0.3—0.5。植物中，豆类及谷类1.5—2.0，但利用率低，且在碾磨中质量分数下降，其中谷类发酵后，由于植酸减少，有利于锌的吸收。蔬菜及水果类质量分数较低，牛奶中锌的质量分数也较低。

　　(四)硒

　　硒(selenium)在人体内的质量分数很低，总量为14～20mg，广泛分布于所有组织和器官中，其中肝、胰、肾、心、脾、牙釉质等部位质量分数较高，脂肪组织最低。

　　1.生理作用

　　(1)抗氧化作用。

　　(2)解毒作用。

　　(3)保护心血管、维护心肌的健康。

　　(4)增强机体免疫功能。

　　此外，硒还有促进生长、保护视觉器官等作用。

　　2.吸收与代谢

　　硒在小肠吸收，无机硒与有机硒都易于被吸收，其吸收率都在50%以上。硒吸收率的高低，与硒的化学结构、溶解度有关。如蛋氨酸硒的吸收率，大于无机形式的硒，溶解度大者吸收率也高。

　　硒被吸收后，通过与血浆蛋白结合，被转运至各器官与组织中。代谢后大部分硒经尿排出，粪中的硒绝大多数为未被吸收的食物硒，少量为代谢后随胆汁、胰液、肠液一起分泌到肠腔的。此外，硒也可从汗中排出。

　　3.参考摄入量与食物来源

　　硒缺乏可导致克山病与大骨节病。

　　我国根据膳食调查结果确定预防克山病所需的“硒最低日需要量”为19μg/d(男)、14μg8/d(女)。2000年中国营养学会提出硒的RNI值为50μg/d (7岁以上人群)。

　　硒摄入过多可致中毒。我国湖北恩施县的地方性硒中毒，与当地水土中硒质量分数过高，导致粮食、蔬菜、水果中含高硒有关。硒的无可观察到副作用水平(NOAEL)为200μg(UL400ug)。

　　食物中硒质量分数受当地水土中硒质量分数的影响很大。食物中硒的分布规律为：动物〉鱼类〉肉类〉谷类和蔬菜，动物性食品肝、肾、肉类及海产品是硒的良好食物来源，蔬菜和水果含硒较少。加工可损失部分硒。

　　另外可以通过酵母硒、硒代半胱氨酸等有机硒，亚硒酸钠等无机硒进行营养强化和补充。

　　(五)铜

　　铜(copper)在人体内总量约为50～200mg，分布于体内各器官组织中，以肝和脑中浓度最高，其它脏器相对较低。

　　1、生理作用

　　(1)影响铁代谢，维持正常造血机能。

　　(2)促进结缔组织形成。

　　(3)保护机体细胞免受超氧离子的损伤。铜是超氧化物歧化酶(super-oxide-dismutase，SOD)的成分，能催化超氧离子成为氧和过氧化氢，有利于超氧化物转化，从而保护活细胞免受毒性很强的超氧离子的毒害。

　　此外，铜与生物合成儿茶酚胺、多巴以及黑色素都有关，可促进正常黑色素形成，维护中枢神经系统的健康。

　　2、吸收与代谢

　　铜主要在胃和小肠上部吸收，吸收率约为40%，某些膳食成分如锌、铁、维生素C与果糖影响铜的吸收。

　　吸收后的铜，被运送至肝脏和骨骼等脏器与组织，用以合成含铜蛋白和含铜酶。

　　铜在体内不是一种储存金属，极易从肠道进入体内，又迅速从体内排出。正常人每日通过粪、尿和汗排出铜。约占总排出量80%的铜通过胆汁排除，其次为小肠粘膜，从尿中排出的量，约为摄入量的3%。

　　3、参考摄入量与食物来源

　　WHO提出婴幼儿每日每公斤体重铜的需要量为80μg，儿童为40μg，成人为30μg。铜的AI为2.0—3.0mg。

　　过量铜摄入常发生于误服大量铜盐、饮用与铜容器长时间接触的饮食物(多是饮料)。常可致急性中毒，食用大量含铜较高的食物如牡蛎、动物肝、蘑菇等(每人2～5mg/d)，尚未见慢性中毒现象。

　　铜的无可观察到副作用水平(NOAEL)为9mg(UL10mg)。

　　铜广泛存在于各种食物中，牡蛎、贝类、坚果质量分数特别高(约为0.3-2mg/100g)，质量分数较丰富的有肝、肾、鱼、麦芽与干豆类(0.1-0.3mg/100g)，绿叶蔬菜含铜量较低，牛奶含铜也较少，而人奶中质量分数稍高。

　　(六)锰

　　人体内锰(manganese)的总量为10～12mg，主要存在于肝脏、肾脏、胰和骨骼中，唾液和乳汁也有一定量的锰。

　　锰在人体内一部分作为金属酶的组成成分，一部分作为酶的激活剂起作用。含锰酶包括精氨酸酶、丙酮酸羧化酶、锰超氧化物歧化酶等，它们参与脂类、碳水化合物的代谢，也是蛋白质、DNA与RNA合成所必需，当锰缺乏时，动物体内肝微粒体中脂类过氧化物就会出现增高现象。

　　人体锰缺乏(每人<350μg/d)还伴有严重的低胆固醇血症、体重减轻、头发和指甲生长缓慢等现象。

　　膳食中锰在小肠吸收，吸收率不高，约为2%-15%，个别达25%。膳食成分如钙、磷浓度高时，锰吸收率降低。当铁缺乏时，锰吸收率增高，反之也发现当锰缺乏时，铁吸收率提高。吸收入体内的锰90%以上从肠道排出体外，尿中排出极少(1%-10%)。

　　中国营养学会提出成年男子锰的AI值为3.5mg/d。锰摄入过多可致中毒、损害中枢神经系统，但食物一般不易引起。锰的无可观察到副作用水平NOAEL为10mg(UL10mg)。

　　茶叶含锰最为丰富，平均为15μg/g以上，含锰较多的食物还有坚果(>10μg/g)、粗粮(>5μg/g)、叶菜、豆类(2.5μg/g左右)，精制的谷类和肉蛋奶类较低(<2μg/g)，但是其吸收和存留较多，也是锰的良好来源。

　　(七)铬

　　铬(chromium)在自然界有两种形式：三价铬和六价铬。三价铬是人体必需的微量元素，六价铬则对人体有毒性。铬在人体的量约为5～10mg，主要存在于骨、皮肤、脂肪、肾上腺、大脑和肌肉中。铬在人体组织中质量分数随年龄增长而降低。

　　铬在糖代谢中作为一个辅助因子对胰岛素起启动作用，已知铬是葡萄糖耐量因子(glucose tolerance factor,GTF)的重要组成成分。;铬还影响脂肪的代谢，有降低血清胆固醇和提高HDL胆固醇的作用，从而减少胆固醇在血管壁的沉积，可预防动脉粥样硬化。此外，铬还有促进蛋白质代谢和生长发育，增加免疫球蛋白等作用。

　　当铬摄入不足时，可导致生长迟缓，葡萄糖耐量损害，血糖、尿糖增加，易患糖尿病、高血脂症、冠心病等。

　　铬的安全和适宜摄入量，美国营养标准推荐委员会1989年建议为50-200μg/d。中国营养学会建议成年人铬的AI为50μg/d,孕妇由于葡萄糖耐量明显高于非孕妇女，故应提高铬的供给量。铬的无可观察到副作用水平(NOAEL)为1000μg/d(UL 500μg/d)。

　　无机铬的吸收率很低(<3%)，当与有机物结合时，其吸收率可提高至10%～25%。膳食中某些因素可影响铬的吸收率，抗坏血酸可促进铬的吸收，低浓度草酸盐(0.1mmol/L)可使体内铬量增高，而植酸盐却明显降低其吸收。膳食中高单糖与双糖不利于铬的吸收。铬代谢后主要由肾排出，少量经胆汁从肠道排出体外，皮肤、汗腺也有少量排泄。

　　铬的良好食物来源为肉类及整粒粮食、豆类。乳类、蔬菜、水果质量分数低。啤酒酵母、干酵母、牡蛎、肝脏、蛋黄含铬量高，且铬活性也大。粮食经加工精制后，铬质量分数明显降低。白糖中铬质量分数也低于红糖。

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