身体不可或缺的活性元素

®【回首页】【科技文献】【科学研究】【专利成果】【技术开发】【生产技术】【产品辞典】【交易中心】【技术市场】 ®【回首页】【科技文献】【科学研究】【专利成果】【技术开发】【生产技术】【产品辞典】【交易中心】【技术市场】 　 天然功能食品添加剂简介 　 四、常量活性元素     常量活性元素，是指在体内含量较多的钙、磷、镁、钠、钾、氯和硫等元素，约占人体总灰分的60%～80%。这些常量元素往往成对出现，对机体发挥着极为重要的生理功能，诸如骨组织的形成、神经冲动的传导、肌肉收缩的调节、酶的激活、体液的平衡和透压的维持等多种生理、生化过程都离不开常量活性元素的参与及调节。     机体在新陈代谢过程中要消耗一定的常量矿物元素，必须及时给予补充，尽管这些矿物元素广泛存在于食物中，一般不易造成缺乏，但在某些特定环境或针对某些特殊人群，额外补充相应的常量矿物元素具有重要的现实意义。     钙是常量矿物元素中的重点，倍受营养学家关注。一些由于长期以植物性膳食为主的人，加之许多人对钙的吸收能力有限，缺钙现象相当普遍，结果导致佝偻病、骨软化以及老年性骨质疏松等病症的发病率较高。目前，骨质疏松在全世界都有上升的趋势，在欧洲大陆、日本和美国大约有7500万人正遭受骨质疏松症的痛苦，而且患者人数还在增加。1996年世界骨质疏松症年会预测，今后50年因骨质疏松而导致的骨折病人将增加1倍以上。在亚洲许多国家（含中国），钙的实际摄入量远远低于推荐标准。有调查明，少年儿童中钙的实际摄入量只有推荐量标准的40%-50%。 　 钙     钙是1808年同英国化学家Davy从“泥土”类的无机化合物中分离出来的，属于碱土金属，原子序数为20，相对原子质量40.08 ，有惟一的氧化态形式+2价。钙在地壳中属丰量元素，平均含量40.6g/kg ,主要以难溶碳酸盐和硫酸盐形式广泛存在于自然界。     钙是最先确认的必需元素之一。早在1842年，瑞士医生Chossat就利用动物试验证明低钙对动物的发育会造成不良影响，而在饮料中加入碳酸钙就可以消除这种异常情况。现已知钙既是骨骼和牙齿的重要组成成分，又是体内许多生量过程的激活剂，体内的钙离子还起到稳定某些蛋白质和酶构象的作用。近百年来，随着对钙的吸收代谢过程以及生理功能认识的不断深入，人们在防治缺钙吸收紊乱而导致的各种疾病中取得了巨大成就。     一、钙在机体中的分布与代谢     钙是人体的重要元素成分，居体内各组元素的第五位，同时也是含量最丰富的矿物质元素。成年人体内钙的含量约为1.3kg，占到体重的2%。钙广泛分布于全身各组织器官中，但其中有99%是集中分布于骨骼和牙齿，主要以羟磷灰石结晶[Ca10(PO4)6OH或3Ca2(PO4)2·Ca(OH)2]的形式构成的无机部分，维持骨骼和牙齿坚硬的组织结构。剩余的1%钙则广泛分布于软组织和细胞外液中，但正是这部分少量的钙在生命活动中发挥了极为重要的调节作用。     人体内的钙主要来自食物，但并非食物中所有的钙都能被人体吸收利用。机体对摄入钙的吸收率随着体内钙水平、食物中钙的存在形式以及钙的摄入量不同而波动，一般情况下的吸收率仅为20%～30%。在众多影响机体对钙吸收功能的膳食因素中，维生素D、蛋白质、乳糖和酸性介质能促进钙的吸收，而食物中的草酸、植酸、过量的脂肪以及失衡钙磷比均会干扰钙的吸收。食物中的膳食纤维含量过多、某些激素、药物以及机体自身状态下不良等因素也会影响人体对钙的吸收。研究结果还发现，食物中以复合物形式存在的钙在肠道中的吸收过程主要发生在酸性较强的小肠上部，此时食物中的复合钙首先解离为离子钙的形式，再以主动和被动吸收的方式进入血液循环系统。有关钙吸收的细胞机理可以表示为：钙首先通过肠粘膜上皮细胞的刷状缘膜进入上皮细胞，随后在高尔基体、结合钙蛋白、维生素D等的作用下进行细胞内转运，最后钙通过细胞基底膜和侧膜转运至细胞外。     经肠道吸收的钙进入血液循环后，大部分在骨骼中贮存，特别是贮存于海绵骨中。当机体内钙浓度降低时，这部分钙就会释放出来维持体钙的平衡。研究表明，血液中钙和骨中的钙在甲状旁腺素和降钙素的双重调节下处于动态平衡之中。当血钙水平太低时，甲状旁腺就会通过分泌甲状旁腺素促使骨骼释放出可交换钙，并刺激肾脏加强对尿钙的重吸收，从而使血钙水平恢复正常。若血钙水平升高时，甲状腺就会分泌降钙素以降低血液中钙和磷的水平。除贮藏于一部分被吸收的钙可以经肾小球的过滤作用从尿水中排出，也有一小部分的钙会随汗液而丢失。而未被吸收的钙以及来自脱落上皮细胞和消化液的钙，则经粪便排出。     妇女在妊娠过程中，约有30%的钙由母体供给胎儿，在哺乳期则每日由乳排出250mg的钙供山婴儿生长需要。     二、钙的生理功能     钙对所有生物都是必需的，它既是生物体内重要的结构组织成分，又作为生理作用离子参与调节细胞的多种生理过程。对人体而言，体内99%钙的作用是用来构成骨骼和牙齿以及维持它们正常的生理功能，其余1%的钙则对体内一系列的生理、生化反应起到重要的作用。     1、生物钙化     由钙参与的硬组织过程叫生物钙化，这是生物体内进行的一项重要的无机化学反应，关系到骨骼、牙齿等机体硬体组织的形式。     2、血液凝固     血液凝固是一复杂的生理过程，要涉及多种酶，其中一些无活性的酶原必须被激活成为活性的酶才能起到凝血的作用。在凝血过程中，血浆中的Ca2+对酶的激活起到了至关重要的作用。     3、肌肉收缩     骨骼肌纤维是由许多肌原纤维组成的，其表面裹有肌膜。每根肌原纤维又是由许多规则排列的肌动物蛋白细丝和肌球蛋白粗丝组成，周围还包绕着肌质肉和通过肌纤维外的T小管系统。在肌肉收缩过程中，Ca2+起到了重要作用。     钙也是心肌收缩的“触发”物质，是控制肌凝蛋白、肌动物蛋白以及ATP间基本反应所必需的触发剂，因此钙对心肌收缩与舒张过程具有重要的意义。     4、钙在信息传递上的作用     生物体内的钙与环磷酸腺苷（CAMP）、环磷酸鸟苷（CGMP）一样，在信息传递上起到偶联作用。与神经信号传递有着密切的联系，神经递质释放过程必须在钙的参与下才能完全。一旦细胞内的浓度太低，就不利于胞膜间通过架桥作用而融合在一起，使得囊内神经质的释放受阻并导致示警兴奋的降低。       钙也能通过CDR（一种依赖钙离子的调控蛋白）结合，激活系列蛋白激酶系统，从而调节细胞内生化反应的速度和方向。     5、钙与细胞的相互作用     处于细胞外介质的仅可以结合到细胞膜中的某些蛋白质上，而且可以和酸性磷的阴离子基团结合。这种结合通常会导致膜结构的构象发生变化，使细胞膜的疏水性增强并改变体液通过细胞膜的能力。钙除了能与细胞结合外，还可以与线料体膜相结合。     Ca2+对许多激素的合成、分泌和作用也是必需的，已知皮质类固醇、垂体加压素、促甲状腺素、促肾上腺皮质激素、催乳激素、胰岛素等激素的分泌都是要Ca2+参与。此外，钙还参与了一些蛋白质转化以及维持胎儿、新生儿正常发育等生理活动。     三、钙与疾病的关系     1、钙与佝偻病及骨软化     佝偻病是一种儿童疾病，是因体内钙、磷代谢紊乱造成骨盐在骨基质沉着障碍而产生的一种全身性疾病。曲型症状有前额突出、鸡胸、脊柱弯曲、腕和踝骨增大、弓形脚、膝外翻以及生长发育缓慢等。大多数佝偻病是由于各种间接因素造成体内钙缺乏的结果，如膳食中磷或维生素D的缺乏。     当体内缺乏维生素D时，一方面会使肠钙的吸收减少、钙大量经粪便中丢失，导致血清钙和血清磷的含量下降，从而造成骨基质和软骨钙盐沉着缺乏、新骨生成不足。另一方面，血清中较低的钙水平又会刺激甲状旁腺释放出较多的甲状旁激素（PTH），PTH作用于骨组织会促进骨吸收、动员钙外移以弥补血浆钙不足，结果造成骨病变突出并伴有明显的血磷降低。     机体缺磷会造成典型的佝偻病，尽管此时体内的维生素D水平可能是正常的。在生长发育时期，若膳食中长期钙缺乏成使会骨骼生长得不到充足的营养而直接导致佝偻病发生。     由于佝偻病多发生于5～6个月大的乳儿，尤其是早产儿及人工喂养儿，因此除适当的日照外，对这些婴儿进行合理补钙是很有必要的。     骨软化是相应于成年人的佝偻病，也是由于膳食中长期缺钙、磷或维生素D而造成的。其症状是骨质钙不良，骨骼进行变软和易弯曲，并导致四肢、脊柱、胸廓和盆腔畸形。机体的骨骼由于得不到充足的钙供给，导致骨细胞中钙沉着减少，不能正常消化，故有不钙化的骨基质增加。随着整个骨组织中羟磷灰石含量的减少，骨的硬度下降、变软，在压力的作用下可发生各种骨畸形和病理性骨折。由此可见，充足的钙营养对成年人同样具有重要的意义。     2、钙与骨质疏松     骨质疏松症多见于50岁以上的老年人，特别是绝经期后的妇女，其症状有颌骨矿物素减少，背下部疼痛，骨的重量降低，骨质疏松且脆弱等。造成骨质疏松的原因是多方面的，包括食物蛋白质含量，钙、磷摄入量，维生素D的缺乏，体内相关激素水平以及劳动锻炼等。     正常情况下，成年人骨的形成和吸收是处于动态平衡的。但随着年龄的增长，由于机体对钙的吸收能力下降，骨吸收速度就会超过骨的形成速度，造成骨的丢失。年龄越大，这种丢失也越严重。营养学分析证明，即使每天丢失30mg的钙，持续30年生就会产生骨质疏松，这是造成老年人进行性骨丢失并导致骨质疏松的一个原因。因此，大力提倡中老年人，特别是绝经期后的妇女适当的补充钙，对保证中老年人的身体健康也有良好的效果。通常对中老年人来说，每日的钙摄入量不应低于1000mg，再配合适当的维生素D强化，就能保证骨形成和骨吸收之间的平衡。     3、低钙血症及高钙血症     人体正常的血浆浓度一般是在8.5～11.1mg/100mL之间，血浆中的钙有46%是以血浆蛋白钙的形式存在，47.5%以游离钙的形式存在，其余6.5%的钙则是以磷酸钙、柠檬酸钙、重碳酸钙等复合物的形式存在。正常情况下，血浆钙在甲状旁腺旁素（PTH）、降钙素（CT）以及维生素D的调节下稳定在狭窄的浓度范围内。     当人体血清中钙的含量低于8.5mg/100mL时即为低血钙，通常表现为血清中的离子钙水平较低。临床上低钙血症患者表现出手足搐搦和神经改变等症状。一般说来，机体由于某种原因，引起肠道对钙吸收能力的下降和骨钙吸收的减少，低钙血症患者可补充钙并辅以维生素D进行治疗。     成人血清超过11.1mg/100mL时即为高钙血症，临床上表现为肾结石、胃肠道症状和神经改变等症状，并伴有血磷降低的特征。引起高钙血症的原因有多种，最常见的是恶性肿瘤和甲亢，其次还有维生素D含量过多、甲亢等。由于这些原因，引起肠道对钙的吸收增加或骨钙吸收的增加，从而导致血钙水平的升高。对成人高钙血症应在控制钙摄入的同时，应对引起高钙血症的原发性进行治疗。     4、钙与其他疾病     肾结石是泌尿系统结石中最多见的一种，临床证实，大多数肾结石均由钙组成，有人因此认为肾结石与大量的钙的摄入有关。持续大量的钙摄入还会使降钙素分泌增加，并可能导致骨病变的发生。     机体因钙、磷代谢异常而导致高钙或低钙血症时，也会进一步引发一系列其他疾病。例如血清钙异常性降低可导致手足搐搦以及各种精神障碍。而过高的血清钙又会使肌纤维处于紧张状态，并可造成消化系统、泌尿系统以及神经系统的疾病。     四、人体对钙的需要及其来源     正如上述，钙具有许多重要的生理功能，机体缺钙就会产生一系列的疾病。因此，每天摄入充足的钙对身体健康是十分必要的，特别对婴儿和中老年人更应如此。除了从日常食物中摄取钙外，对此类特殊人群可以通过钙强化的功能性食品来合理补充钙营养。     五、作为功能性食品基料的富钙制品     作为钙的补充来源，目前主要有乳酸钙、葡萄糖酸钙、柠檬酸钙等有机形式以及碳酸钙、磷酸二钙、活性离子钙等无机钙形式。一般来说，有机态的钙利用率较高，但价格也相对较高；而无机态的钙吸收率较低，价格也较便宜。以下介绍几种可以作为功能性食品添加剂的钙制剂的生产工艺。     1、乳酸钙     目前中国乳酸钙的生产多采用酶解淀粉质原料的并行发酵法。工业上应用的乳酸菌包括杆状菌和球状菌两大类，其中主要有德氏乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii）、赖氏乳杆菌（Lactobacillus leichmannii）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、和米根霉（Rhizopus oryzae）等4种。发酵用的原料包括己糖、低聚糖、淀粉质原料、菊粉等，还有麦根、麸皮、米糠和玉米浆等辅料。     2、葡萄糖酸钙     利用发酵法生产葡萄糖酸的过程，也是先利用微生物将葡萄糖转化为葡萄糖酸，而后再用碳酸钙将葡萄糖酸中和为葡萄糖酸钙。     3、骨泥     动物的骨骼中不仅含有极为丰富的钙、磷、镁等矿物元素，而且还含有多种氨基酸、维生素A、维生素B、维生素B12、骨胶原、软骨素等营养成分。骨骼中蛋白质和脂肪的含量和肉类也很相似，再加上其丰富的资源，因此骨骼确实是一种有待深入开发的营养储藏库。将骨骼加工成骨泥就是人们充分利用骨资源的一个有效手段。     4、其他活性钙剂     贝壳、鸡蛋壳、虾壳等壳类物质中含有90%以上的碳酸钙，是一种良好的天然富钙来源。将这些壳类物质进行适当加工，即可制得柠檬酸钙、丙酸钙等无机钙制品。 　 磷     磷是德国人Hennig Brand 于1669年首先从尿中发现的，这种非金属元素的原子序数为15，原子量30.97常见的氧化态形式有-3、+3和+5价，其中对生命有实际意义的是+5价。磷在地壳中的分布较为丰富，平均含量为1.12g/kg，绝大部分是以磷酸盐的形式存在。     磷在营养学上发挥着极为重要的生理功能，诸如能量的调节，骨骼的钙化，体液酸碱平衡的调节，遗传信息的传递等种种生理过程都离不开磷。由于磷普遍地存在于食物中而且易为人体所吸收，因此由于膳食而导致的磷缺乏症极为罕见。值得注意的是，人体中的磷和钙紧密相连，任何一种元素的缺乏或过多都会干扰另一个元素的正常利用。     一、 磷在机体中的分布与代谢     磷是人体含量最为丰富的元素之一，居人体组成元素的第六位。正常成人人体内约含有6.50kg的磷，占体重的1%或人体矿物元素的25%。机体中有80%的磷是以无机盐的形式与钙结合并贮存于骨骼和牙齿中，剩余约20%的磷则以有机结合的形式分布于骨骼皮肤神经组织以及其他软组织中，可见磷广泛地分布于全身的各组织中。     人体血液中，每100ml全血的含量中含有35到45mg的磷，其中有一半存在于红细胞内。对成人而言，每100ml血清的含磷量仅为2.5到 4.5且主要以无机磷HPO42-和H2PO4-形式存在。通常儿童血清中磷的含量较成人高，每项100ml约为4到7mg，这是与儿童旺盛的生长发育相一致的。     相对钙而言机体对磷的吸收要容易得多，人体摄入的磷约有70%被吸收，另有30%则从粪便中排出。磷主要是在十二指肠中被吸收，食物中的磷通常是以无机磷或磷蛋白、磷糖、磷脂等有机磷的形式被摄入体内，其中以有机形式摄入的不能被机体直接吸收，而必须在消化酶的作用下先水解为游离的磷化物再以酸性磷酸盐的形式被吸收入体内。其吸收机制包括下列3种方式：1、 钠依存性主动运输。2、H2PO4-/Na+共同运输。3、H2PO4-的侧膜和基底膜运输。     和钙一样，磷的吸收也受到多种因素的影响。谷物中的磷多以杆酸的形式存在并与钙形成不溶性的盐，由于人体缺乏植酸酶，故以这种形式存在的磷不为人体吸收，但谷物经过磨粉加工为面包以后，由于在发酵过程中植酸可被酵水解，因此这部份磷又转化为可吸收的。磷的吸收还与体内钙和维生素D的含量密切相关，通常钙、磷比处于1:2到2:1之间有助于钙、磷的吸收。食物中铁、镁、锰等金属离子则会妨碍磷的吸收，因为它们能与磷酸结合生成不溶性的盐。此外，膳食中乳糖和脂肪的摄入量也会影响磷的吸收。     被小肠吸收的磷进入血液循环后，随血液输送到全身各个组织。正常情况下，机体中的磷在甲状旁腺素、降钙素、维生素D、生长激素、肾上腺皮质激素等多种激素的调节下处于动态平衡之中。这些激素的调节作用主要是通过肾脏的重吸收机制得以实现，它们在体内相互制约、相互影响。其中甲状旁腺素（PTH）可作用于破骨细胞，刺激骨盐释放磷酸钙进入组织液中；作用于肾小管可抑制磷的重吸收。降钙素（CT）能抑制骨吸收作用，使骨磷释放减少，作用于肾脏能抑制肾小管对钙、磷的吸收。维生素D可促进肠道对钙、磷的吸收，还能促进肾小管对钙、磷的重吸收。研究表明，维生素D与PTH协同作用可促进骨吸收，刺激骨盐释放磷酸钙。生长激素和甲状腺素能刺激肾小管对磷的重吸收，使血浆磷增加；而雌性激素与糖皮质激素则可降低肾小管对磷的重吸收。到目前为止，多数学者认为PTH是影响肾小管重吸收的主要因素。     二、磷的生理功能     由于磷是构成细胞膜和遗传物质RNA、DNA的必要成分，因此磷存在于全身每个细胞中，同时凡涉及到能量代谢的生化反应也都离不开磷的参与，由此可见磷在生理功能上的重要性。体内的磷主要是以磷酸根的形式发挥生理功能的。     1、骨骼和牙齿的钙化    钙对骨骼和牙齿钙化的重要性，事实上磷在钙化过程中也发挥了同样重要的作用，因为磷和钙都是骨骼和牙齿的组成成分。在骨骼形成过程中，磷和钙结合生成羟磷灰石结晶并在骨基质上定位，开成有机-无机复合材料，提供给人极高的压缩强度。磷在牙齿形成中的作用也是不可替代的，牙齿的主要成分是羟磷灰石和氟磷灰石，和骨组织一样，它们的生物合成要以钙、磷为基料。     2、调节能量代谢     三磷酸腺（ATP）是生物体内提供能量的直接物质，它含有三个磷酸基，其中包括两个高能磷酸键，已知每摩尔高能磷酸键水解时释放出的能量约为33.5kj，这相当于2g葡萄糖完全分解时所放出的能量。细胞就是利用这种高能磷酸键能来满足生命活动所需的能量，如以氨基酸、葡萄糖分别合成蛋白质、多糖过程中所需的能量，如以氨基酸、葡萄糖分别合成蛋白质、多糖过程中所需的化学功；进行营养物质的主动运输时所需的输送或浓缩功；维持肌肉收缩和神经兴奋所需的机械功和电功等等。在能量代谢的过程中，随着ATP的一个高能磷酸键水解并释放出能量，ATP就转变为二磷酸腺苷（ADP）。ADP在机体营养物质氧化分解释放出能量的同时，又会与无机磷结合重新形成ATP，从而使体内ATP的水平维持在平衡状态。     3、磷是生命物质的组成成分     磷对核糖酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）的生物合成是至关重要的。已知RNA和DNA既是生命体中传递遗传信息的重要载体，又是调控细胞代谢过程的重要物质。组成RNA和DNA的基本单位都是核苷酸，它是由一分子核苷（gan)和一分子磷酸结合而成的。尽管核苷酸会因碱基的不同而各不相同，但各种核酸都必须通过3'5'-磷酸二酯键的连接才能形成相应的RNA和DNA一级结构。     细胞膜的基本结构是磷脂双分子层，其形成也离不开磷的参与。首先是磷酸根与脂类结合生成磷脂，之后一些蛋白质被“镶嵌”在磷脂双分子层中形成细胞膜的基本结构。磷也是许多酶系统的组成部分和激活剂。如磷酸酯酶、磷酸二脂酶、辅酶I、辅酶Ⅱ、磷酸化激酶、蛋白磷酸激酶等许多酶类中都含有磷。此外，一些活泼的维生素B1中也含有磷。     4、磷的其他生理功能     磷参与机体内酸碱平衡的调节，血液中以磷酸盐形式存在的磷通过磷酸盐在血浆中组成Na2HPO4/NaH2PO4、在红细胞内组成K2HPO4/KH2PO4的缓冲系统，实现其调节体内酸碱平衡、防止体液波动的作用。     糖原是机体内糖的一种贮存形式，它的生物合成和分解过程都离不开磷。在合成过程中，葡萄糖首先要在ATP和葡萄糖激酶的的催化下磷化成葡萄糖-6-磷酸（G-6-P），才能进一步反应并最终生成糖原。在分解过程中，糖原碳链的1，4-糖苷键也要在磷酸化酶的催化下生成葡萄糖-1-磷酸（G-1-P），再变位为G-6-P，最后才能被水解成为葡萄糖。     磷酸根对脂肪的代谢也有积极的意义，因为一部分未经水解的脂肪微滴被小肠吸收后，通过与磷酸根结合生成可溶性的磷脂得以在血液中顺利输送，从而避免了脂肪在血管壁的沉积。     三、磷与疾病的关系     正常成人血清中磷的浓度通常保持在2.5-4.5mg/100ml之间，并与其他组织中的磷处于动态平衡之中。当血浆磷低于正常水平时，机体就会通过调节肠吸收、骨吸收、肾小管重吸收等形式提高血浆磷水平。当血浆磷高于正常水平时，机体又会通过肠分泌、骨增加、肾小球滤过等作用降低血浆磷水平。一旦这些调节方式出现异常 ，就会造成体内钙、磷代谢紊乱并产生一系列的疾病。已知肾脏是血浆磷最主要的调节器官。     1、低磷血症与高磷血症     低磷血症与高磷血症者是由于体内磷代谢失调造成血浆磷值异常的疾病。单纯由膳食因素导致低磷血症的现象是极少见的。多数情况下，机体磷缺乏是由于某种疾病导致肾小管功能异常或体内缺乏维生素D等原因造成的。如家族性低磷血症、Fanconi综合症、肿瘤等。以家族性低磷血症为例，其病因一方面是因为肠对磷的吸收发生障碍，另一方面又因为肾小管对磷的吸收也发生了障碍，从而造成血液中的磷含量过低。此外，某些药物如利尿剂、氢氧化铝等也会使磷异常丢失并可能导致低磷血症。     轻度的低磷血症可表现为食欲不振、疲倦、骨痛等症状。严重低磷血症时，可引起红细胞、白细胞及血小板功能异常。这是因为血磷浓度太低会使3-磷酸甘油醛脱氢活力下降，从而导致红细胞中糖代谢受阻，ATP和2，3-二磷酸甘油酸的合成减少。ATP的大量减少会造成红细胞的溶解率上升，2，3-二磷酸甘的减少则会引起末稍组织缺氧，进而产生功能障碍。同样，白细胞和血小板也会因ATP的减少而影响其正常的生理功能。     严重低磷病患者会因细胞内ATP蓄积量的急剧减少而引起细胞能量代谢以及功能障碍，使心肌收缩受到抑制并影响心脏功能。低磷血症还会引起肾功能的改变，导致尿钙的丢失大于肠钙的吸收，长期如此会使机体因负钙平衡而产生骨髓矿物元素丢失。     高磷血症大多数也是继发性的，某些疾病如肾功能衰竭、骨吸收亢进、甲旁减、恶性肿瘤等都有可能导致高血磷症。以肾功能衰竭为例，这是导致高血磷症的一个常见原因。由于肾脏功能发生衰竭，肾小球滤过能力下降，血磷的排泄减少，此时若肠磷吸收不变的话，机体就会因血磷的蓄积而引起高血磷症。由于正常成人血液中钙、磷的乘积为一常数，因此血磷值的上升常伴有低钙血症，严重的低钙血症又会造成继发性甲旁亢，使得PTH的分泌增加并导致磷酸钙在肾脏、心脏等软组织中沉淀。此外，维生素D或磷的过量摄入也可能造成高磷病血症。     2、磷与佝偻病及骨软化     机体磷缺乏是产生佝偻病的主要因素。动物试验表明，在维生素D充足的条件下，若仅给动物以低钙饮食，可出现骨质疏松和发育低下，但不发生佝偻病，而仅给低磷饮食可引起典型的佝偻病。由低磷血症引发的佝偻病和骨软化包括了单纯低磷血症佝偻病与骨软化以及Fanconi综合症等。但不包括继发性和吸收不良综合症所引起的佝偻病。单纯低磷血症佝偻病与骨软化是一种家族性遗传病，患者血清钙和维生素D水平正常但由于肾小管对磷重吸收的功能下降而导致低磷血和高磷尿。血浆中磷含量不足使得钙盐在骨基质和软骨中沉着缺乏，从而产生佝偻病或骨软化。对机体进行合理补磷或同时补充磷和维生素D可防治佝偻病及骨软化。     Fanconi综合症是因肾小管尤其是近曲肾小管功能障碍所致的一种全身性代谢疾病，它包括了继发性和原发性Fanconi综合症。由于肾小管功能障碍，它对磷的重吸收能力下降，导致血磷水平降低并因此造成机体钙、磷代谢异常，从而产生佝偻病或骨软化对患者适量补充维生素D2并辅以中性磷酸盐可取得较好的效果。     四、人体对磷的需要量     人体对磷的需要量是随着年龄变化的。磷的推荐量大体上与钙相同，随个体的差异在于240～1200mg范围内变动，而且对妊娠期和哺乳期的妇女都相应增加了400mg的额外摄取量。但一些国家如英国，因认为人类从未发现有原发性缺磷者而对磷的日推荐量不作具体规定。 　 镁     镁是英国著名化学家Davy于是1808年从镁盐中分离出来的，它属于一种常见的碱土金属元素，主要以无机盐的形式广泛分布于自然界中，其原子序数为12，相对原子质量24.305，有惟一的氧化态形式+2价，在地壳中的平均含量为27.64g/kg。     镁对植物是必需的，绿色植物的叶绿素就是一类含镁的卟啉衍生物，它是植物叶绿素体中最重要的一种光合色素。镁对动物和人体同样是必需用的，但人类对此的认识却经历了一个漫长的过程。早在古罗马时期，人们就利用一种白色的含镁内盐（Magnesiaalba）来治疗多种疾病，尽管当时并不知道对疾病真正起作用的是这种盐中的镁原子。1859年，人们发现动物体内含有镁，不过当时并没有意识到镁对动物可能具有重要的生理功能。直到1926后，法国的Leroy首次利用小鼠试验证明镁是动物的一种必需营养素。随后人们又观察到动物镁缺乏的一系列症状，并于是1933-1944年期间证明镁也是人体的必需元素之一。     目前的研究认为，碱土金属中只有钙和镁具有明显的生物学意义。其中镁的生理功能主要表现为它是骨骼和牙齿的组成成分，是糖、蛋白质代谢的必需元素，是体内高能磷酸键转移酶的重要激活剂，是钙离子兴奋作用的拮抗剂等。机体内一旦缺乏镁，就会对健康造成诸多不利影响，产生疲倦、恶心、肌肉痉挛、心率加快、精神错乱、定向力障碍等一系列病症。     一、镁在机体中的分布与代谢     成年人体内约含有20～30g的镁，占人体体重的0.05%,其中约有60%的镁是以磷酸盐和碳酸盐的形式存在于骨骼和牙齿中,部分骨骼中的镁在需要的时候可以释放出来维持血液和机体组织中正常的镁水平。另有38%的镁是以与蛋白质结合成络合物的形式存在于软组织中,其中在肌肉和肝脏组织中的含量最高。同钾离子一样,软组织中的镁主要集中在细胞内液,此外还有2%的镁贮存在于红细胞内,部分存在于血清中。但无论血清中的镁或是红细胞内的镁都是以游离镁、复合镁和蛋白结合镁三种形式存在，三者的百分比分别为55%、13%和32%。     从膳食中摄入的镁，主要在小肠中被吸收，吸收率在30%～50%之间波动。人体对镁的吸收受多种因素的影响，如镁的总摄入量；食物在肠道中通过的时间；水分的摄入量 ；食物中钙、磷、草酸、植酸的含量等等。食物中的钙、维生素D、乳糖和蛋白质等因素可以促进镁的吸收，而草酸、植酸和长链饱和脂肪酸等则会干扰镁在小肠的吸收。甲状旁腺激素也会增加镁的吸收。被机体吸收的镁经体内代谢后绝大部分从尿中排出，也有一小部分经汗液排出体外，未被吸收的镁则由粪便排出。肾脏是调节体内镁水平的主要器官，可以通过肾上腺皮质分泌的醛固酮来调节镁的排泄速度。当体内镁水平下降时，肾脏就会降低到最小程度。当体内镁水平升高时，肾脏又可以通过加速镁排泄达到体内的镁平衡。因此正常机体通过肾脏的排泄机制和肠的吸收机制，可以调节波动幅度很大的镁摄入量。     二、镁的生理功能     镁的含量在人体宏量金属元素中占第四位，它对人体所具有的生理功能主要包括以下几点：     ①镁和钙、磷共同构成骨骼和牙齿的主要成分。     ②镁是体内许多酶系统的激活剂。     ③镁是钙离子的拮抗剂。     1、镁是骨骼和牙齿的组成成分之一     人体中60%的镁贮存于骨骼和牙齿中，这表明镁在骨骼和牙齿的生物矿化以及功能中存在着某种必然联系。成人骨骼中含镁的30%是位于骨的有限的表面池内，既可以是水合表面也可以是晶体表面。这部分镁起着体内“镁池”的作用，当血浆镁浓度过高时它可以贮存一部分多余的镁，当血浆中镁浓度下降时它又可以释放出一部分镁来维持正常的血浆水平。更为重要的是，骨骼中大部分的镁通过置换骨骼中的一部分钙盐与骨晶体紧密地结合在一起，组成不可分割的共同体，这部分的镁改变并加强了骨骼的结构，使骨骼具有更高的强度。     镁与牙齿的功能也是密不可分的。在牙齿的组成中，牙釉质是密度最大、硬度最高的组织，其无机成分主要是氟磷灰石[3Ca3 (PO4)2.CaF2]。动物试验证明，在牙釉质的形成过程中，镁起着重要的作用。如果机体内缺乏镁，则不论钙摄取多少都只能形成硬度极低的牙釉质，且这种牙组织容易受到酸的腐蚀。     2、镁是体内酶系统的激活剂     机体中游态的镁离子浓度虽然很低，但这部分镁通过作用于体内多种酶系统而发挥出重要的生理功能。镁是一些酶的结构促进剂，维持这些酶稳定的空间构象。例如Mg2+能稳定丙酮酸脱羧酶的空间构象，加速丙酮酸脱去羧基生成乙醛的反应。     Mg2+还起到路易士酸的作用，即它能影响与它结合的“底物”的性质，更有利于底物与酶的活性中心相结合。这是Mg2+对酶活性影响的最为重要的形式。在多聚磷酸酯水解的反应中，Mg2+就是通过这种作用使得催化这类反应的酶表现出极大的活性，此类酶包括碱性磷酸酯酶、Na,K-ATP酶、丙酮酸激酶、ATP酶等等。高能磷酸键水解对生命的重要意义是无须置疑的，因为三磷酸腺苷就是通过磷酸根的水解直接释放出维持生命活动所需要的能量。     Mg2+通过与磷酸基结合把磷酸基氧原子上的电子吸引过来，使得磷酸链上的末端磷原子带正电。水分子向这个带正电的磷原子进行亲核进攻，最终导致高能磷酸键的水解。该机制己经通过同位素实验得到证实。     在蛋白质消化过程中，Mg2+可以通过激活某些肽酶使蛋白质顺利水解为氨基酸。而蛋白质的合成同样也需要Mg2+的参与。由氨基酸合成蛋白质首先要在氨酰-tRNA合成酶的催化下进行氨基酸的活化反应，Mg2+是氨酰tRNA合成酶的激活剂；另一方面，即使RNA与70S核糖体的连接也需要有Mg2+的存在，因此，镁离子对体内的蛋白质代谢有着特殊的意义。此外，Mg2+还能激活许多激酶和羧化酶，如己糖激酶、葡萄糖酸激酶、磷酸核糖激酶、吡哆醛激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶和二磷酸核酮糖羟化酶等。     3、镁是钙的拮抗剂     神经冲动的传递，需要神经元轴突中神经递质的释放。Mg2+对神经系统的抑制作用，就是通过减少或阻断轴突处神经递质（如乙酰胆碱）的释放，从而达到阻碍神经冲动的目的。这是Mg2+对Ca2+拮抗作用的一方面表现，因为介质中的Ca2+有利于神经递质的释放。Mg2+对Ca2+拮抗作用的另一方面表现是Mg2+具有抑制肌肉收缩的作用，而Ca2+对肌肉的收缩有兴奋作用。     三、镁与疾病的关系     有关镁与疾病直接关系的研究并不多，主要是因为人体缺镁的现象极为少见，但是血浆中适宜的镁浓度对机体正常的生理功能的确具有重要意义。     1、低镁血症     正常的膳食通常不易引起低镁血症，但酒精中毒患者、严重的肾病患者、长期呕吐、急性腹泻以及恶性营养不良患者都容易发生镁缺乏。其特征主要有肌肉痉挛、心率紊乱、神经错乱、定向力障碍以及倦怠等。在对镁缺乏志愿者的试验中，可观察到随着膳食中镁的限制，受试者血浆镁浓度逐渐下降，但下降速度和幅度均较血浆镁低。尽管此时膳食中有足够的钙，但7名受试者中仍有6名发现低血钙并全部出现低血钾症。在25～100d内，受试者先后出现上述的低镁血症症状。当机体严重缺乏时，有时还会观察到钙在软组织的沉积现象，因此对低镁血症患者使用大量的钙是危险的。     2、高镁血症     由于肾脏对镁具有良好的调节功能，机体一般不会患高镁血症。但如果对严重肾病患者使用大剂量含镁抗酸药物（如氢氧化镁），则不仅会导致其他矿物元素的缺乏，还能产生高镁血症，对人体造成毒害。动物试验证实高浓度的镁会抑制呼吸作用并导致动物的昏迷和死亡。高浓度的镁也会对人体产生类似的毒性，如人体血浆镁浓度达到8mEq/L时就会出现中枢神经抑制现象，尤其是当膳食中低钙、高磷时，这种毒害作用更为明显。     3、镁与其他疾病     有人曾推测镁与肿瘤之间存在着某种关系，因为在波兰一些含镁丰富的地区发现，该地区白血病的发病率是低于缺镁地区。但目前为止，还没有足够的证据说明两者之间存在着必然联系。镁有助于预防心病和冠状动脉血栓，这可能是因为镁可以减少血液中胆固醇的含量，保持血管畅通的缘故。适量的镁对预防尿道结石具有一定的意义，它可发防止钙盐在尿道中的沉积。     四、人体对镁的需要量及来源     要精确确定镁需要量是十分因难的，因为机体对镁的吸收受到多因素的影响。其中婴儿的日推荐量为50～70mg，儿童为150～250mg，成人为300～400mg，孕妇和乳母在300mg基础上相应增加150mg。     中国对成年人镁的日推荐量为200～300mg，同时认为孕妇和乳母每天摄入约300mg的镁即可保持代谢平衡。     镁广泛分布于各种食物中，正常的膳食摄入通常可以满足机体对镁的生理需要，但妇女如果过度节食就有可能导致镁的摄入低于日推荐量。坚果类、麦麸和麦胚中含有丰富的镁，新鲜的绿叶蔬菜、豆类以及海产品也是镁的良好来源，但乳及乳制品中镁的含量较低，精制的糖、酒、油脂中则不含镁。用大量的水长时间烹煮食物会造成镁的损失。     由于镁具有多种重要的功能，镁缺乏将会导致肌肉痉挛、颤抖、精神错乱、失去定向能力等一系列症状，影响心血管系统和肾脏的正常生理功能。因此，尽管正常的膳食不易造成镁缺乏，中国仍将它列为需要强化的矿物元素。尤其是对酒精中毒患者、恶性营养不良患者以及镁吸收障碍者更要注意镁的补充。     常用补镁的化合物：白云石粉、葡萄糖酸镁、氧化镁、大豆粉、麦胚粉、海带粉、紫苯、小粉。 　 钾     同钙一样，钾也是英国化学家Davy于1807年从“泥土”类无机化合物中分离出来的，其原子序数为19，相对原子质量39.098。钾的化学性质相当活泼，它在自然界中总是以化合物的形式出现。+1价是其惟一的氧化态形式。钾在地壳中属于丰量元素，平均含量为25.9g/kg。     尽管钾在体内占到了总矿物元素含量的5%,仅次于钙和磷,但直到1938年McCollum才通过大鼠试验证明了钾是动物的一种必需营养素。这也许是因为食物中通常都含有充足的钾而不易引起缺乏,以至于人们未能及时认识到钾对机体健康的重要性。现己证实,钾作为人体重要的常量元素之一,在维持细胞内的渗透压和维持体液的酸碱平衡,维持机体神经组织的正常生理功能,以及在细胞内糖和蛋白持代谢等方面都具有极为重要的意义。     一、钾在机体中的分布与代谢     正常成人体内约含有175g的钾，其中只有3g左右是分布在细胞外，浓度约为5mmol/L，其余98%的钾都贮存于细胞内液，浓度高达150mmol/L。钾是细胞内最主要的阳离子，其浓度是细胞内液中钠离子的15倍。但细胞外液中的情况正好相反，这里的钠离子浓度可达145mmol/L，约为钾的30倍。钾、钠离子浓度的这种逆向分布形式对生命具有极为重要的意义。     从食物中摄入的钾很容易被小肠吸收，吸收率为90%。在小肠吸收钾的过程中，自由扩散起了主要作用，K+通过自由扩散迅速地从肠道进入血液循环。但K+从血液中转移到体细胞内却是个缓慢的过程，该过程在细胞膜主动脉运输的作用下，大约需要15h才能使血浆钾与细胞内液达到平衡。     正常情况下，机体摄入的钾被吸收后绝大部分由尿中排出，也有一小部分随汗液丢失，未被吸收的钾则由粪便中排出体外。消化液中虽含有相对大量的钾，但大部分以被机体重吸收，因此由粪便造成的钾损失很少。肾脏是维持体内钾平衡的主要器官，当血浆中钾浓度升高时，肾上腺就会分泌出醛甾酮激素以促进钾的排出。若血浆中钾离子浓度降低时，肾脏就会通过加强重吸收作用来维持体液中钾离子的平衡。酒精和咖啡也会增加尿钾的排出。血糖浓度过低也会刺激肾上腺分泌醛甾酮，造成钾离子的损失增加，适当补充镁则有助于细胞维持稳定的钾离子浓度。     二、钾的生理功能     钾作为人体的一种常量元素，具有许多重要的功能。机体中大量的生物学过程都不同程度地受到血浆钾浓度的影响：     ①调节细胞渗透压。     ②维持正常的神经兴奋性和心肌运动。     ③参与细胞内糖和蛋白质的代谢。     ④调节体液的酸碱平衡。     值得注意的是，钾的大部分生理功能都是与钠离子的协同作用中表现出来的。因此，维持体内钾、钠离子浓度的平衡对生命活动具有重要意义。     1、细胞膜是一种半透膜，水分子可以自由出入，但溶解在水中的溶质只能选择性通过，这就导致细胞膜内外在离子、蛋白质等物质上存在着种类、浓度等方面的巨大差异。根据道南平衡的原理，要维持细胞内外相等的渗透压以抵消膜内外的浓度梯度，就需要通过某种机制起作用并消耗能量，“钠泵”在其中起了关键作用，它使细胞可以克服膜内外的浓度差，维持生命活动的正常进行。钠泵，又称为Na(I)/K(I)泵，实际上是一种嵌在膜中的具有ATP酶活性的特殊蛋白质。该酶可被K+或Na+激活，其活性同时以受Mg2+浓度的调节，因此也称为Na+，K+-ATP酶能催化如下反应，使钠、钾离子顺利穿过细胞膜进行主动运输，保证了膜内外的渗透压平衡。     2、维持正常的神经兴奋性和心肌运动     神经冲动的传导离不开动作电位。所谓的动作电位是指神经细胞轴突的跨膜电位变化。静息状态下的轴突跨膜电位是一个负值，约为-70mV。一旦轴突受到刺激，神经元就会在上一个神经元释放的神经递质作用下打开细胞膜上的阳离子“通道”使钾离子从胞内流出，同时胞外的钠离子则通过道向胞内转移，这样就会造成跨膜电位瞬间变化并产生高达+60mV的动作电位，一个动作电位可形成一个神经脉冲，促使轴突末梢释放出神经递质，重复上述过程，神经冲动就可以沿着神经细胞迅速传递到大脑，使大脑做出相应的反应。     钾和钙离子对心肌的作用正好相反，钙离子能促进心肌收缩，而钾离子却能拮抗这种作用。当血钾浓度过高时，会抑制心肌的收缩，若血钾水平高于正常值的3～4倍，就可能导致心脏停止跳动。当血钾浓度过低时，又造成心率紊乱，若血钾水平低于3.5mmol/L，就会产生平滑肌功能失调导致肌肉麻痹，有时这种失调还会波及骨骼肌，造成呼吸和吞咽活动困难。     3、钾对葡萄糖与蛋白质代谢的影响     钾对葡萄糖代谢和蛋白质的生物合成来说都是不可缺少的。钾能激活某些参与此类代谢的酶的活性，如糖酵解过程中的丙酮酸激酶，它能催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的反应，同时将高能磷酸基转移给ADP从而生成ATP。可见钾离子可以通过激活相关酶的活性对葡萄糖代谢产生影响。钾离子可作为酶的激活剂可能是由于它能结合在这些酶的阴离子位点上，维持并稳定酶的有效空间构象。由葡萄糖合成1g糖原需要6mg的钾，而在蛋白质的合成过程中每生成1g蛋白质则需要18mg的钾。有关影响蛋白质合成的作用机制尚未完全弄清，但可以肯定的是物质在代谢过程中所需的ATP，其生物合成需要钾的参与，此外钾可能也是蛋白质生物合成过程中某些酶的激活剂。     4、钾的其他物理功能     尽管血浆中的钾离子浓度仅为3.5～5.0mmol/L,但这部分钾作为主要的碱在维持体液酸碱平衡中发挥着重要作用,己知红细胞就是利用K2HPO4/KH2PO4组成的缓冲体系来维持细胞内的酸碱平衡。     钾还参与体内胰腺分泌胰岛素、乙酰胆碱的合成以及控制胃酸分泌等生理活动，核糖核酸（RNA）的稳定构象可能也受到钾离子的控制。     三、钾与疾病的关系     1、钾与高血压     通常认为，过量的食盐摄入是发生高血压症的重要原因之一。给高血压病人使用钠盐的结果会使患者的血压进一步升高，使用钾盐则可降低血压，据此推测，从膳食中摄取充足的钾有助于预防高血压。事实也证明，高血压患者若坚持以大米、果蔬等高钾低钠为主膳食有利于血压的下降。Dahl利用大鼠试验也取得了相似结果，他发现盐敏感性高血压大鼠在高钠摄入的同时如加服钾盐，可使大鼠对血管紧张素Ⅱ（APⅡ）的加压刺激反应减弱到与正常对照组几乎相似的水平。饮食中增加钾盐摄取可以消除盐敏感性高血压大鼠亢进的加压反应，这一事实可以部分地解释钾盐预防盐性高血压发生高钠会损耗体内钾的储存，导致体内钠、钾比例的失调，从而影响血压值。     尽管钾有预防高血压的作用，但它的降压作用仅在高钠时才表现出来。有时高血压患者为了减少体内水量而服用利尿剂（尤其是氯噻嗪类），会导致尿钾的大量丢失，此时需要同时服用钾。但这种情况下补钾需十分谨慎，因为高血钾会造成心力衰竭甚至死亡，因此对任何非自然膳食方式的补钾都必须慎重。     2、低钾血症和高钾血症     一般说来，若血浆钾浓度低于3.5mmol/L即为低钾血症，而低至2.5mmol/L以下时则被认为是严重的低钾血症。因膳食中钾缺乏而导致的低钾血症是极为罕见的,多数原因由于代谢性碱中毒、呕吐、腹泻、强制性膳食、创伤、利尿剂的使用、胃液抽吸等。低钾血症会引起神经方面的障碍并导致肌肉功能减退、反射差、烦躁等症状,而严重的低钾血症还会造成心率紊乱和身体明显的虚弱以至危及生命。     使用氯化钾对治疗低钾血症有效，氯化钾既可以通过注射方式给予，也可以通过口服方式给予。橙汁或葡萄汁等富钾食物对低钾血症也有良好的效果。     从膳食中摄取的钾是不会造成机体血钾过高以至中毒的，因为血液过程中过量的钾可被细胞贮存于细细胞内或通过肾脏有效地排出体外，而且人类一旦摄入过量的钾还会出现保护性的呕吐反应。但有肾脏、心脏和肝脏疾病的人，若钾的摄入量突然增高到每日18g，就有可能因钾的排出受阻而出现急性高血钾。血钾水平高会干扰镁的吸收，更为严重的是当血浆钾水平超过6mmol/L时，心肌可能会因受到抑制而导致心脏停止跳动。这在静脉注射氯化钾溶液时尤其要引起注意。     四、人体对钾的需要量及其来源     一般认为成人每天摄取2～2.5g的钾是比较合适的，典型的膳食都能满足这个要求，因膳食而导致的钾缺乏极为少见。美国国家科学院食品与营养委员会（FNB-NRC）估计幼婴儿的最低日需要量为90mg，而人乳中钾的含量为500mg/L,牛乳为1364mg/L，可见婴儿从正常膳食中所能获得的钾也极为丰富。儿童钾的日摄取量为1～3g，成人为2～6g就可以满足人体需要。     钾广泛地存在于各种动、植物食物中且含量丰富，这是膳食中不易缺钾的主要原因。肉类、蔬菜以及水果都是钾的良好来源，尤其是大豆、花生仁、虾米中更含有极为丰富的钾。     五、常用补钾的化合物     氯化钾、脱脂大豆粉、低钠发酵粉、干啤酒酵母。 　 返回