常量元素
一般将占人体体重0.01%以上,每人每日需要量在100mg以上的元素称为常量元素。常量元素在体内的主要生理功能:
①构成人体组织的重要成分,大部分是由钙、磷和镁组成,软组织含钾较多;
②在细胞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;
③构成酶的成分或激活酶的活性参与物质代谢。
常量元素在人体新陈代谢过程中,会有一部分被排出体外,必须通过膳食补充。许多国家都制定了钙、磷、镁、钾、钠和氯等6种常量元素的RDA(推荐的膳食供应量)和AI(适宜摄入量)。
一、钙和磷
钙和磷是硬组织骨和牙的重要矿物成分。骨的钙、磷比几乎是恒定的,二者之一在体内的含量显著变动时,另一个也随之改变,因此钙和磷常一起考虑。
㈠钙
⒈钙在体内的分布
钙是人体内含量较多的元素之一。人体内含钙量约为1000 ~ 1200g。其中大约99%的钙以磷酸盐的形式集中在骨骼和牙齿内,统称为“骨钙”;其余1%的钙,大部分以离子状态存在于软组织、细胞液及血液中,少部分与柠檬酸螯合,或与蛋白质结合,这一部分统称为“混溶钙池”(也称“混合钙库”)。“混溶钙池”中的钙与骨钙维持着动态平衡。
⑴骨钙:骨组织储藏的钙占体钙的99%以上,因此骨被誉为钙库。骨钙和血液循环不断地进行着缓慢的交换,每天可达250~1000mg。成人每天约有700mg的钙出入于骨组织。在人的一生中,骨钙的沉淀与溶解始终在不断地进行着。随着年龄的增大,钙的沉淀逐渐缓慢,到了老年,钙的溶出占优势,因而骨质疏松。幼儿的骨骼1~2年就要更新一次,成年人约需10~12年更新一次。男性在18岁以后,骨长度开始稳定,女性则更早一些,但骨密度仍在不断地增加。40岁以后,开始有骨质疏松现象出现,一般女性快于男性,体力活动有减慢骨质疏松的作用。牙釉质的钙较为惰性,不能被置换出来,故牙齿不能进行自行修复。
⑵血钙:血液中的钙不及人体总钙量的0.1%。正常人血中钙、磷浓度之间存在一定关系。以mg•L-1表示时,[Ca]*[P]=350~400。当>400时,二者以骨盐形式沉积在骨组织;当<350时,则将妨碍骨组织的钙化,甚至使骨盐再溶解,影响成骨作用,引起佝偻病或骨软化症。钙、磷浓度所以能保持恒定主要受激素PTH、CT和α-25-(OH)2D3的生物合成的影响。
⒉钙的生理功能
⑴钙是构成骨骼和牙齿的主要成分,起支持和保护作用。混合钙库的钙维持细胞处在正常生理状态,它与镁、钾、钠等离子保持一定的比例,使组织表现适当的应激(excitability)。
⑵促进体内某些酶的活动。许多参与细胞代谢与大分子合成和转变的酶,如腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羧化酶和色氨酸羧化酶等都受钙离子的调节。
⑶钙起电荷载体作用:Ca2+的最适水合半径能与细胞膜表面的各种阴离子亚部位结合,调节受体结合和离子通透性,起电荷载体作用。
⑷钙参与神经肌肉的活动。神经递质的释放、神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、激素的分泌、血液的凝固、细胞粘附、肌肉收缩等活动都需要钙。
⒊吸收、排泄和储留
⑴吸收:钙盐在酸性条件下较易溶解,因此钙的吸收主要在酸性较强的小肠上端进行。钙的吸收为主动吸收,需要维生素D的参与。 膳食成分影响钙的吸收和利用。
近来的研究表明摄食纤维可以降低结肠和高胆固醇血症的危险性,但纤维会影响钙的吸收。如果膳食中既有草酸又有纤维,则钙的吸收更低。膳食脂肪对健康人的钙吸收影响不大,但对脂肪吸收不良或患脂肪痢的患者的钙吸收降低。钙与脂肪酸形成皂钙,当脂肪酸碳链增长,不饱和度降低时,钙的利用率更低。中链脂肪酸能改善脂肪和钙的吸收,在婴儿代乳粉、胃切除或胆汁性肝硬变患者的饮食中应用颇适宜。钙的吸收与磷的水平无关,只与钙的摄取量有关。维生素D可促进小肠吸收钙。乳糖可增强钙的扩散转运,它被乳糖酶水解成葡萄糖和半乳糖改善钙的吸收。其它糖如蔗糖、果糖也能增加钙吸收率。蛋白质被消化成氨基酸,如赖氨酸、色氨酸、精氨酸、亮氨酸、组氨酸等与钙形成可溶性钙盐,从而促进钙的吸收。碱剂、应激和卧床不动、食物在消化道中停留时间长,都会使钙的吸收率降低。
㈡磷
磷在生理上和生化上是人体最必需无机盐之一,但在营养上对它很少注意,因为细胞中普遍存在磷。动植物都含磷。
⒈磷在体内的分布
成人体内含磷750±50g,约占体重的1%、矿物质总量的1/4。其中87.6%以羧磷灰石的形式构成骨盐储存在骨骼和牙齿中,10%与蛋白、脂肪、糖及其他有机物结合构成软组织。
⒉磷的生理功能
⑴磷存在于人体每个细胞中,其量居无机盐的第二位,对骨骼生长、牙齿发育、肾功能和神经传导都是不可缺少的。钙和磷形成难溶性盐而使骨与牙结构坚固。磷酸盐与胶原纤维共价联结,起动骨的成核过程(nicleation),在骨的回吸和矿化中起决定作用。骨形成时储留2g钙需要1g磷,在形成有机磷时,每储留17g氮需要1g磷。
⑵磷是核酸、磷脂和某些酶的组成成分,促进生长维持和组织修复,有助于对碳水化合物、脂肪和蛋白质的利用,调节糖原分解,参与能量代谢。2,3-二磷酸甘油酸能调节血红蛋白和氧的亲和力。有机磷酸盐如ADP、ATP、磷酸肌酸等具有储存和转移能量的作用,是细胞内化学能的主要来源。焦磷酸硫胺素、磷酸吡哆醛、辅酶Ⅰ和Ⅱ等能调节酶活力。磷能刺激神经肌肉,使心脏和肌肉有规则地收缩。它还帮助细胞分裂和增殖及核蛋白的合成,将遗传特征从上一代传至下一代。
⑶磷脂是细胞膜的主要脂类组成成分,与膜的通透性有关。它促进脂肪和脂肪酸的分解,预防血中聚集太多的酸或碱,促进物质经细胞壁吸收,刺激激素的分泌,有益于神经和精神活动。
⑷磷酸盐能调节维生素D的代谢,维持钙的内环境稳定。在体液的酸碱平衡中起缓冲作用。钙和磷的平衡有助于无机盐的利用。磷对细胞的生理功能极为重要。