一、常量元素

一般將占人體體重0.01％以上，每人每日需要量在100mg以上的元素稱為常量元素。常量元素在體內的主要生理功能有以下幾點：

（1）構成人體組織的重要成分，大部分是由鈣、磷和鎂組成，軟組織含鉀較多。

（2）在細胞外液中與蛋白質一起調節細胞膜的通透性，控制水分，維持正常的滲透壓和酸堿平衡，維持神經肌肉興奮性。

（3）構成酶的成分或激活酶的活性參與物質代謝。

常量元素在人體新陳代謝過程中，會有一部分被排出體外，必須通過膳食補充。許多國家都制定了鈣、磷、鎂、鉀、鈉和氯6種常量元素的RDA（推薦的膳食供應量）和AI（適宜攝入量）。

（一）鈣和磷

鈣和磷是硬組織骨和牙的重要礦物成分。骨的鈣、磷比幾乎是恒定的，二者之一在體內的含量顯著變動時，另一個也隨之改變，因此鈣和磷常一起考慮。

1.鈣

（1）鈣在體內的分布　鈣（Ca）是人體內含量較多的元素之一。人體內含鈣量約為1000～1200g。其中大約99％的鈣以磷酸鹽的形式集中在骨骼和牙齒內，統稱為“骨鈣”；其余1％的鈣，大部分以離子狀態存在于軟組織、細胞液及血液中，少部分與檸檬酸螯合，或與蛋白質結合，這一部分統稱為“混溶鈣池”（也稱“混合鈣庫”）。“混溶鈣池”中的鈣與骨鈣維持著動態平衡。

（2）鈣的生理功能

①鈣是構成骨骼和牙齒的主要成分，起支持和保護作用。混合鈣庫的鈣維持細胞處在正常生理狀態，它與鎂、鉀、鈉等離子保持一定的比例，使組織表現適當的應激（excitability）。

②促進體內某些酶的活動。許多參與細胞代謝與大分子合成和轉變的酶，如腺苷酸環化酶、鳥苷酸環化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羧化酶和色氨酸羧化酶等都受鈣離子的調節。

③鈣起電荷載體作用。Ca²⁺的最適水合半徑能與細胞膜表面的各種陰離子亞部位結合，調節受體結合和離子通透性，起電荷載體作用。

④鈣參與神經肌肉的活動。神經遞質的釋放、神經肌肉的興奮、神經沖動的傳導、激素的分泌、血液的凝固、細胞黏附、肌肉收縮等活動都需要鈣。

（3）吸收、排泄和儲留

①吸收　鈣鹽在酸性條件下較易溶解，因此鈣的吸收主要在酸性較強的小腸上端進行。鈣的吸收為主動吸收，需要維生素D的參與。膳食成分影響鈣的吸收和利用見表4-1。

植物成分中的植酸鹽、纖維素、糖醛酸、藻酸鈉和草酸可降低鈣的吸收，果膠和維生素C對鈣的吸收的影響很小。谷類含植物較多，以谷類為主的膳食應供給較多的鈣。含草酸多的食物如菠菜，其鈣難以吸收且影響其他食物鈣的吸收，故選擇供給的食物時，不僅考慮鈣含量還應注意草酸含量（表4-2）。

近年來的研究表明，攝食纖維會影響鈣的吸收。鈣與脂肪酸形成皂鈣，當脂肪酸碳鏈增長，不飽和度降低時，鈣的利用率更低。中鏈脂肪酸能改善脂肪和鈣的吸收，在嬰兒代乳粉、胃切除或膽汁性肝硬變患者的飲食中應用頗適宜。鈣的吸收與磷的水平無關，只與鈣的攝取量有關。維生素D可促進小腸吸收鈣。乳糖可增強鈣的擴散轉運，它被乳糖酶水解成葡萄糖和半乳糖，改善鈣的吸收。其他糖如蔗糖、果糖也能增加鈣吸收率。蛋白質被消化成氨基酸，如賴氨酸、色氨酸、精氨酸、亮氨酸、組氨酸等與鈣形成可溶性鈣鹽，從而促進鈣的吸收。堿劑、應激和臥床不動、食物在消化道中停留時間長，都會使鈣的吸收率降低。

②排泄　吸收的鈣的大部分經腸黏膜上皮細胞的脫落和消化液的分泌排入腸道。除來自膳食的鈣以外，小腸消化液有鈣600mg，腸內總鈣量約為1200mg/d，其中600mg重吸收（reabsorption），900mg由糞便排出，250mg由尿液排出，20～350mg由汗液排出，高溫作業者汗分泌多，鈣在汗液中的濃度增加，損失鈣可高達1g/d。授乳期婦女乳中排出的鈣約為150～300mg/d。

③儲留　學齡前兒童分別供給鈣339mg/d、555mg/d、704mg/d和904mg/d，鈣儲留量分別為60mg/d、103mg/d、125mg/d和154mg/d，儲留量和供給量呈正相關。但是也有攝入量相差很大而儲留量差不多的。可能機體對鈣的需要不同而影響其儲留。磷攝入過多對于鈣的儲留影響不大。

當膳食鈣供給充足時，機體將根據需要來增減鈣的吸收、排泄和儲留。甲狀旁腺激素（PTH）、CT和1α-25-（OH）₂D₃是調節鈣代謝的重要激素，它們協同其他激素與磷共同保持鈣的內環境穩定。

（4）鈣的每日需要量　中國營養學會推薦的鈣供給量標準（mg/d）為：從初生至10歲兒童，600；10～13歲，800；13～16歲，1200；16～19歲，1000；成年男女，600；孕婦，1500；乳母，2000。英國成年男女供給量標準（mg/d）為500，孕婦、乳母各1200。WHO的每日標準為：成年男女為0.4～0.5g，孕婦、乳母為1.0～1.2g。

（5）食物中鈣的含量　乳及乳制品含鈣豐富，吸收率高。水產品中小蝦米皮含鈣特多，其次是海帶。干果豆和豆制品及綠葉蔬菜含鈣也不少。谷物、肉類和禽類含鈣不多。骨粉含鈣20％以上，吸收率約為70％。蛋殼粉含大量鈣。膳食中補充骨粉或蛋殼粉可以改善鈣的營養狀況。一些食品中鈣的含量見表4-3。

2.磷

磷在生理上和生化上是人體最必需無機鹽之一，但在營養上對它很少注意，因為細胞中普遍存在磷，動植物都含磷。

（1）磷在體內的分布　成人體內含磷（750±50）g，約占體重的1％、礦物質總量的1/4。其中87.6％以羧磷灰石的形式構成骨鹽儲存在骨骼和牙齒中，10％與蛋白質、脂肪、糖及其他有機物結合構成軟組織。

（2）磷的生理功能

①磷存在于人體每個細胞中，其量居無機鹽的第二位，對骨骼生長、牙齒發育、腎功能和神經傳導都是不可缺少的。鈣和磷形成難溶性鹽而使骨與牙結構堅固。磷酸鹽與膠原纖維共價聯結，起動骨的成核過程（nicleation），在骨的回吸和礦化中起決定作用。骨形成時儲留2g鈣需要1g磷，在形成有機磷時，每儲留17g氮需要1g磷。

②磷是核酸、磷脂和某些酶的組成成分，促進生長維持和組織修復，有助于對碳水化合物、脂肪和蛋白質的利用，調節糖原分解，參與能量代謝。

③磷脂是細胞膜的主要脂類組成成分，與膜的通透性有關。它促進脂肪和脂肪酸的分解，預防血中聚集太多的酸或堿，促進物質經細胞壁吸收，刺激激素的分泌，有益于神經和精神活動。

④磷酸鹽能調節維生素D的代謝，促進人體鈣的吸收及內環境穩定。在體液的酸堿平衡中起緩沖作用。鈣和磷的平衡有助于無機鹽的利用。磷對細胞的生理功能極為重要。

（3）吸收和排泄

①吸收　從膳食攝入的磷酸鹽有70％在小腸內吸收。磷的吸收需要維生素D。維生素D缺乏時，血清中無機磷酸鹽下降。佝僂病患者往往血鈣正常而血磷含量較低。鈣、鎂、鐵、鋁等金屬離子常與磷酸形成難溶性鹽而影響磷的吸收。高脂肪食物或脂肪消化與吸收不良時，腸中磷的吸收增加。但這種不正常情況會減少鈣的吸收，擾亂鈣磷平衡。

②排泄　從膳食攝入的磷，有部分未吸收的，和分泌到胃腸道的內源磷一起隨糞便排出。每天攝入1.0～1.5g磷的男子，內源糞磷為3mg/kg·d。磷主要經腎排泄，腎小球濾出的磷在腎小管重吸收。

（4）需要量　正常膳食可供給磷1g/d。我國膳食以谷類為主，磷偏高。鈣/磷比在2:1～1:2為適宜范圍。

磷的儲留與鈣和磷的攝取量有關。當鈣攝取量超過940mg/d時，增加膳食磷攝取量可使磷的儲留量增加。鈣攝取量低時則磷儲留量也低。

（5）缺乏或過多　膳食磷較為充裕，很少見磷缺乏病。磷缺乏時引起精神混亂、厭食、關節僵硬等現象。

近年來聚磷酸鹽、偏磷酸等廣泛用于食品添加劑，可引起磷攝入過多。其表現是：神經興奮、手足抽搐和驚厥。

（6）磷在食物中的含量　人乳含磷為150～175mg/L，鈣、磷比為2:1，牛乳含磷100mg/L。人乳含量可滿足正常嬰兒生長的需要。

食物中肉、魚、牛乳、乳酪、豆類和硬殼果等含磷較多。一些食物的磷含量見表4-3。

（二）鎂

鎂是人體細胞內的主要陽離子之一，濃集于線粒體中，僅次于鉀和磷。在細胞外液，鎂僅次于鈉和鈣而居于第三位。1934年首次發現人類的鎂缺乏病，才認識到鎂是人類生存不可缺少的元素。

1.鎂在人體內的分布

成人體內鎂總量約為20～28g或43mg/kg。其中55％在骨骼中，27％在軟組織，1％左右在細胞外液。

2.鎂的生理功能

鎂的生理作用廣泛并重要，分述如下：

（1）鎂是酶的激活劑　鎂激活多種酶如己糖激酶、鈉-鉀-ATP酶、羧化酶、丙酮酸脫氫酶、肽酶、膽堿酯酶等，參與體內許多重要代謝過程，包括蛋白質、脂肪和碳水化合物的代謝，氧化磷酸生命線作用、離子轉運、神經沖動的產生和傳遞、肌肉收縮等。

（2）鎂與骨　鎂是骨細胞結構和功能所必需的元素，可促進骨骼生長和維持。鎂可影響骨的吸收。

（3）鎂對心血管的影響　鎂是肌細胞膜上Na⁺-K⁺-ATP-酶必需的輔助因子，Mg²⁺與磷酸鹽合成Mg²⁺-ATP為激活劑，激活心肌中腺苷酸環化酶，在心肌細胞線粒體內，刺激氧化磷酸化。它能促進肌原纖維水解ATP，使肌凝蛋白膠體超沉淀和凝固，參與肌漿網對鈣的釋放和結合，從而影響心肌的收縮過程。

（4）胃腸道作用　當硫酸鎂溶液經十二指腸時，可使奧狄括約肌松弛，短期增加膽汁流出，促進膽囊排空，具有利膽作用。堿性鎂鹽可中和胃酸。鎂離子在腸腔中吸收緩慢，促進水分滯留，引起導瀉作用。低濃度鎂可減少腸壁張力和蠕動，有解痙作用，并能對抗毒扁豆堿的作用。

（5）鈣對鎂的拮抗　鎂與鈣使神經肌肉興奮或抑制的作用相同，不論血中鎂或鈣過低，神經肌肉興奮性增高；反之，則有鎮靜作用。但鎂和鈣又有拮抗作用，競爭與某些酶的結合，在吸收、排泄及對心臟和神經肌肉等活動方面表現出相反的作用。

（6）鎂與鉀　鎂能興奮細胞膜上的鈉-鉀-ATP酶，使細胞外鉀向細胞內移動。鎂能降低鉀離子的通透性，減少細胞失鉀。鎂缺乏時，鈉泵活動被抑制，細胞內鉀外移導致細胞內低鉀。

3.吸收和排泄

（1）吸收　鎂攝入后主要由小腸吸收，吸收率一般約為攝入的30％。鎂的吸收與膳食攝入量的多少密切相關，攝入少時吸收率增加，攝入多時吸收率降低。鎂主動運輸通過腸壁，其途徑與鈣相同。攝入量高時，二者在腸道競爭吸收，相互干擾。膳食磷酸鹽和乳糖的含量、腸腔內鎂的濃度及食物在腸內的過渡時間對鎂的吸收都有影響。氨基酸增加難溶性鎂鹽的溶解度，所以蛋白質可促進鎂吸收。膳食纖維降低鎂的吸收，使血清、骨及腎的鎂水平低。

（2）排泄　健康成人食物供應鎂約200mg/d，大量從膽汁、胰液分泌到腸道，其中60％～70％隨糞便排出，少量保留在新生組織，有些在汗液或脫落的皮膚中丟失，其余從尿液排出。

4.缺乏或過多

食物中鎂一般較充裕，且腎臟有良好的保鎂功能，所以，因食入不足而缺鎂者較罕見。鎂缺乏多數由疾病引起鎂代謝紊亂所致。但最近發現克山病患者有低鎂血癥，所以鎂缺乏可能是克山病病因之一。

（1）鎂缺乏癥　鎂缺乏的原因有：攝入不足；吸收不良；排泄過多；透析失鎂；其他原因。低鉀血癥引起的低鎂血癥，發生率較高，是低鉀血癥難以糾正的一個原因。鎂缺乏的臨床表現以神經系統和心血管為主。常見肌肉震顫、手足抽搐，有時聽覺過敏、幻覺，嚴重時出現譫妄、精神錯亂，甚至驚厥、昏迷等。

（2）鎂過多癥　鎂攝入過多發生惡心、嘔吐、發熱和口渴，嚴重時則出現嗜睡、血壓下降、呼吸減慢、心動過緩、體溫降低，四肢軟癱，甚至死亡。

5.鎂的需要量及來源

我國尚未制定鎂的供給量。美國和丹麥規定（mg/d）：1歲以內嬰兒為40～70，1～2歲為100，2～3歲150，3～6歲200，6～10歲250，成年男子350，女子300；意大利、波蘭為400；加拿大男子為300，女子為250。

鎂主要存在于綠葉蔬菜、谷類、干果、蛋、魚、肉乳中。谷物中小米、燕麥、大麥、豆類和小麥含鎂豐富，動物內臟含鎂亦多。

（三）其他常量元素

1.鉀

鉀占人體無機鹽的5％，是人體必需的營養素。體內鉀含量（mmol/kg體重）：兒童平均為4.0，成年男子為45～55，婦女為32。隨著年齡的增加，K和K/Na比值都有所下降。鉀漏到細胞外可能是細胞老化的一個因素。

人體的鉀主要來自食物。攝入的鉀大部分由小腸迅速吸收。在正常情況下，攝入量的85％經腎排出，10％左右從糞便排出，其余少量由汗液排出。

鉀是生長必需的元素，是細胞內的主要陽離子，可維持細胞內液的滲透壓。它和細胞外鈉合作，激活鈉-鉀-ATP酶，產生能量，維持細胞內外鉀鈉離子的濃差梯度，發生膜電位，使膜有電信號能力。膜去極化可激活肌肉纖維收縮并引起突觸釋放神經遞質。鉀維持神經肌肉的應激性和正常功能。鉀營養肌肉組織，尤其是心肌。鉀參與細胞的新陳代謝和酶促反應。可使體內保持適當的堿性，有助于皮膚的健康，維持酸堿平衡。鉀可對水和體液平衡起調節作用。鉀還能對抗食鹽引起的高血壓。

當血清中鉀低于3.5mmol/L時引起低鉀血癥，其癥狀為：軟弱、畏寒、頭暈、缺氧、口渴。急性缺鉀達15％～30％時，出現嚴重腹脹、腸麻痹。當血鉀濃度高于5.5mmol/L稱為高鉀血癥，癥狀為：全身軟弱無力、面色蒼白、肌肉酸痛、肢體寒冷、動作遲鈍、嗜睡、神志模糊、窒息。

2.氯

氯是人體必需的一種元素，在自然界中氯總是以氯化物的形式存在，最普通的形式是食鹽。成人的體內氯的含量平均為33mmol/kg體重，總量約有82～100g，主要以氯離子形式與鈉或鉀離子相結合。

氯以氯化鈉的形式攝入，經胃腸道吸收，主要由腎臟排泄。經過腎小球濾過的氯，少量氯可隨汗液排出。在熱環境中勞動，大量出汗，可使氯化鈉排泄增加。

氯離子是細胞外最多的陰離子，能調節細胞外液的容量，維持滲透壓并可維持體液的酸堿平衡。此外，氯還參與胃液中胃酸（HCl）的形成、穩定神經細胞中的膜電位、刺激肝功能，促使肝中的廢物排出、幫助激素分布，保持關節和肌腱健康。

正常膳食的氯來自食鹽，攝取量大都過多。當大量出汗丟失氯化鈉、腹瀉嘔吐從胃腸道丟失氯、慢性腎病或急性腎功能衰竭等腎功能異常及使用利尿劑等，使氯從尿液中丟失，都能引起氯缺乏和血漿鈉氯比例改變，引起低氯血癥；而當血漿氯濃度超過110mmol/L時稱為高氯血癥。

3.鈉

鈉是食鹽的成分。氯化鈉是人體最基本的電解質。鈉對腎臟功能也有影響，缺乏或過多會引起多種疾病。人體鈉的含量差別頗大，約為2700～3000mg，占體重的0.15％。成人鈉的適宜需要量約為10～60mmol/d（0.6～3.5g NaCl）。正常情況下，腎臟根據機體情況，排鈉量可多至1000mg或少至1mmol/d。小部分鈉可隨汗液排出，也有少量隨糞便排出。

鈉主要存在于細胞外液，構成細胞外液的滲透壓。與水的關系密切，體內水的量隨鈉量而變，鈉多則水量增加，鈉少則水量減少。體內鈉量的調節對細胞的內環境穩定起重要作用。

鈉對ATP的生成和利用，對肌肉運動、心血管功能及能量代謝都有影響。鈉不足時ATP的生成和利用減少，能量的生成和利用較差，神經肌肉傳導遲鈍。

人對鹽量的要求（所謂鹽食欲）與體內鹽含量的關系并不一致，人體內缺鈉時會主動要求吃含鹽較多的膳食，可是喜歡吃含鹽較多的膳食者卻不一定缺鹽，而可能是由于習慣的原因。人體鈉平衡的調節主要依靠腎臟控制鈉的排出量及激素調節來實現的。

膳食的鈉一般較充足，不至于引起缺乏病，鈉缺乏多由疾病引起。當血漿鈉水平<135mmol/L時稱為低鈉血癥。表現為疲倦、眩暈，直立時可發生昏厥、惡心、嘔吐、視力模糊，嚴重時休克及急性腎功能衰竭而死亡。正常人攝入過多的鈉不會蓄積，但當疾病影響腎功能時容易發生鈉過多。當血漿鈉>150mmol/L時稱為高鈉血癥。表現為水腫、體重增加、血壓偏高等。正常人每天攝入35～40g食鹽可引起急性中毒，出現水腫。意外鹽中毒發生高鈉血癥的死亡率為43％。

我國南北方高血壓患病率顯著不同，可能與食鹽攝入量不同有關。拉薩藏族高血壓患病率高達19％，湖南常飲鹽茶的地區、舟山鹽區和漁區的人群患高血壓者也較多。一生攝取低鹽（鈉<50mmol/d）膳食的人群，幾乎不發生高血壓病。四川涼山彝族高血壓患病率最低（0.34％）。全國“鹽與高血壓”研究的協作組在12個省市14個地區對2277人研究的結果指出：我國膳食鈉偏高，鉀偏低，Na⁺/K⁺比值高，從尿鈉、鉀和Na⁺/K⁺比值看來，鹽對血壓確實有影響。每人每天進鹽量不超過5g的限鹽膳食，可使高血壓病人的血壓下降1.33kPa（10mmHg）。建議限制鈉、增加鉀的攝入量以作為一項預防措施。