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临床营养学

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(1)体内的分布 钙是人体最丰富的阳离子。人体含钙量出生期为28g,成熟期约为1000~ 1200g(20.7~24.8g.无脂肪组织-1),组成体重的1.5~2.0%。大约99%体钙集中在骨骼和牙齿内,其余分布在体液和软组织中。1g左右在细胞外液。

①骨钙:骨组织储藏了体钙的99%以上,因此骨能被誉为钙库。骨中的无机盐占骨重量的60~65%,其组成和物化性状随人体生理情况而变动。骨钙由非晶体磷酸钙晶体羧磷灰石两个不同的成分组成。新骨的非晶体矿物质比陈骨的多,这可能由于在骨基质小泡内形成的骨矿物质起初是非晶体形态。骨骼逐渐成熟时,这种物质通过溶解和重晶等过程,最后转变成固相羧磷灰石[Ca10(PO4)69OH2],呈六角形管状细结晶,平均〈500*250*100A。除了钙、磷等主要离子外,还含有大量的钠、镁、碳酸和柠檬酸离子。Na+和CO32-可取代羧磷灰石晶格中的Ca2+或PO3-4,也能被吸附于晶格表面以取代Ca2+或掺入其水化壳中。

骨形成时释放出8H+/晶格。在骨矿化作用和羧磷灰石合成过程中,每沉积1g钙大约释放20mmolH=。因此骨不仅代表混合钙库的钙积储,而且也对电解质和缓冲液起储库作用。非结晶相中钙磷比为1:5,合成的羧磷灰石中钙磷比较低。随着生物学年龄的增加,非结晶相的相对浓度降低。

骨钙和循环不断进行缓慢的交换,每天可达250~1000mg。牙釉质的钙较为惰性。孕妊最初的三个月胚胎中没有钙的沉积,胎重0.5g时,钙浓度迅速上升,以后则渐渐增加,在孕妊最后的三个月,母体血循环中的甲状旁腺素PTH)水平和肠钙吸收增加时,胚胎从母体获得20g钙。足月新生儿体钙总量大约为体重的1%。

转换率随年龄而变动。0~1岁婴儿的骨转换率为100%.年-1。出生时骨骼重约为100g,周岁时则增加一倍,10岁前儿童骨生长时的钙积领储〈150mg.d-1,随着年龄的增加,骨转换率下降10%。网状骨或小染骨中转换率较高。当成年骺闭合,骨的长度稳定后,骨转换率为2~4%.年-1或700mg.d-1.

骨钙的增积(accretion)过程,即骨的回收(resorption)和生成,使钙离开或进入骨质。在成年后,增积继续维持。积储180克钙/年供骨的维持需要,约为骨总量的18%。骨在相对稳定

状态时,骨生成等于骨回吸,骨质量无净变化。青年成人中,男子比女子的骨质量大。40~50岁以后,骨回吸为主,骨质量开始下降。女比男早。每年下降总质量的0.7%。这与钙的摄取量和饮食习惯的变化无关。妇女在停经前开始骨丢失。有些人在停经后加速。

骨钙和循环钙的交换似乎由骨形成离子交换的骨钙不到1%。血液、细胞外液和骨细胞外区的钙占总体钙的1%。两部分合起来成混合钙库。因为大部分骨钙不能迅速扩散以抵御低钙血症,因破费必然动员骨回收吸过程以维持钙的内环境稳定(内稳)。

骨的生长和回吸能维持骨的动态平衡。四类骨细胞——间叶细胞、破骨细胞成骨细胞和骨细胞都参与,并受激素的控制。如PTH作用于破骨细胞和骨细胞以促进骨回吸。它的分泌同细胞外液浓度呈反相关。降钙素CT)的作用与PTH的相反,要抑制破骨细胞活动,减少骨的回收。活性维生素D[1α25-(OH)2d3对骨的作用有双重性,一方面促使旧骨回吸,而另一方面又使新骨钙化,此外胰岛素生长激素甲状腺素雄激素雌激素肾上腺皮质固醇和无机盐也有调节钙代谢平衡的作用。最近发现催乳激素也能使孕妊和哺乳大鼠的骨钙释放增加。

②血钙L:血液中的钙不及人体总钙量的0.1%。正常人血浆血清的总钙浓度比较恒定,平均为2.5mol.L-1(9~11mg.dl-1或4.5~5.8mEq.L-1;儿童稍高,常处于上限。随着年龄的增加,男子血清中钙,总蛋白白蛋白平行地下降,而女子中的血清钙却增加,总蛋白则降低,但依旧比较稳定。从孕妊开始到三个月末,血浆总钙下降5~10%,7~8个月时最低,钙离子浓度无明显改变,所以总钙的降低可以解释为蛋白结合钙的下降。在孕妊九个月时血清白蛋白下降20~30%。

血浆和体液中的钙存在三种形式:蛋白结合钙、扩散性钙(与有机酸结合的)和离子钙。后两种常称为超滤部分的钙或非蛋白结合钙(图6-1)。由于血浆钙的区域化,总钙量不能反映钙水平,特别在酸中毒碱中毒血浆蛋白浓度异常的病人中。钙结合的血浆蛋白主要是白蛋白和球蛋白前白蛋白部分与钙结合的亲和力最高,蛋白结合钙约81%结合在此部分,其余结合于球蛋白。脑脊液、细胞外液含蛋白质少,钙浓度约为1.25mmol.L-1(5mg.dl-1)是超滤的形式。一小部分扩散性钙是与重碳酸、柠檬酸、硫酸磷酸构成的盐。血清钙中只有离子钙才起生理作用,正常值为1.14mmol.L-1(0.94~1.33mmol.L-1)。非扩散性钙可逐渐释放钙离子。

正常人血浆钙的状态


图6-1正常人血浆钙的状态

血浆PH的改变能影响血清钙离子的浓度,其关系可用下式表示。

[Ca2][HPO42-]HCO3-1/[H]=常数

因此,不仅[H]下降时可出现[Ca2]降低的现象,而且当血清[HPO42-]或[HCO-3]增高时也引起钙浓度降低。当[Ca2]降至35mg.L-1时出现手足搐搦

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时则二者以骨盐形式沉积在骨组织;若〈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,引起佝偻病骨软化症。钙磷浓度所以能保持恒定主要受激素PTH、CT和1α,25-(OH)2D3生物合成,PTH释放减少,CT释放增加,1α,25-(OH)2D3形成亦少,因而肠吸收钙少,钙磷沉积于骨,血钙降至正常(参看图6-2)。

控制血钙水平的因素


图6-2控制血钙水平的因素

(2)生理功用

①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性(excitability).

②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,如腺苷酸环化酸、鸟苷酸环化酶磷酸二酯酶酪氨酸羧化酶色氨酸羧化酶等都受钙离子的调节。CAMP生成时,细胞外的Ca2+进入细胞内,协同cAMP提高磷酸蛋白的活性,经负反馈机制抑制环化酶活性,提高磷酸二酯酶活性,使cAMP减少。钙与淀粉酶牢固地结合以激活其作用。

③钙与细胞膜: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。神经、肝、红细胞心肌等的细胞膜上都有钙结合部位,当Ca2从这些部位释放时,膜的结构和功能发生变化。钙调节细胞内信号的触发(trigger),改变细胞膜对钾、钠等阳离子的通透性。

④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。钙能解除失眠,调整心跳节律,降低毛血管的通透性,防止渗出,控制炎症与水肿,维持酸碱平衡。钙主动运输线粒体参与氧化磷酸化。当血钙〈70mg.L-1时,神经肌肉的兴奋性升高,出现搐搦

(3)吸收、排泄和储留

①吸收:钙在小肠的吸收分主动转运和扩散转运两部分,是钙摄入量的指数函数,也是主动转运和扩散转运的函数之和,净钙吸收率和肠钙浓度的关系以下式表示:

Jms=Jmax[CaL2+]/K+[CaL2+]+A[CaL2+

Jms:从肠腔到体液的总钙流(从粘膜到浆膜的钙流)

Jmax:最大主动转运钙流

[CaL2+]:肠腔钙浓度

KT:获得最大主动转运钙流时肠腔钙浓度的一半

A:扩散常数

主动转运过程(Jmax,双曲线函数)受肠腔内存在的膳食成分、体内钙和维生素D的营养状况、生理状况如生长、孕妇、哺乳、老年、性别等因素的影响,与钙结合蛋白十二指肠的活动成正相关。扩散转运是肠腔CaL2+增加时,扩散转运较大。灌流实验表明:当[CaL2+]=2mmol时,空肠钙吸收率达高峰;>2mmol时,主动转运的钙流在到饱和。进低钙膳后,小部钙浓度为0.3~2.0mmol,饮牛乳250ml,钙浓度上升到3~8mmol。正常人主动转运能吸收低钙膳摄入钙量的95%,高膳食的80%。一般从膳食摄取钙400~1200mg.d-1。仅吸收20~30%。西方膳食钙吸收率较高,约为30~60%。

食物中的钙多数和膳食的其他成分形成络合物,胃酸增加它的溶解度,消化酶在适宜的PH时,使钙从络合物中释放出来,然后在偏酸性的十二指肠和近端空肠吸收。此处有钙结合蛋白,吸收钙最多。胆盐能增加钙的溶解度以促进吸收。

膳食成分影响钙的吸收和利用(表6-1)。

表6-1 膳食成分对钙吸收利用的影响

降低 增高 无影响
植酸 乳糖
纤维 某些氨基酸 蛋白质
草酸盐 维生素D 维生素C
脂肪9脂肪泻时0 柠檬酸
乙醇 果胶

植物成分中的植酸盐、纤维素、糖醛酸藻酸钠和草酸可降低钙的吸收,果胶和维生素C的影响很小。谷类含植物较多,以谷类为主的膳食应供给较多的钙。含草酸多的食物如菠菜,其钙难于吸收且影响其它食物钙的吸收,故选择供给的食物时,不仅考虑钙含量还应注意草酸含量(表6-2)

表6-2 几种常见蔬菜中钙和草酸的含量(mg/100g鲜菜)

蔬菜名称 草酸 可利用钙的理论值
蕹菜 224 691 -30
芋禾杆 40 298 092
厚皮菜 64 471 -142
苋菜 359 1,142 -143
圆叶菠菜 102 606 -165
耳根 121 1,150 -384

近来,鼓励摄食纤维以降低结肠高胆固醇血症的危险性,但纤维影响钙吸收。如果膳食中既有草酸又有纤维,则钙的吸收更低。维生素C能增加钙的吸收和排出,钙平衡不变,是否影响钙的利用率尚待研究。

膳食脂肪对健康人的钙吸收影响不大,但使脂肪吸收不良或患脂肪痢患者的钙吸收降低。钙能与脂肪酸形成皂钙,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。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。

膳食中补充磷2g.d-1,共15天,钙平衡得到改善。摄取钙800~20000mg.d-1时,改变磷的摄取量,对成人钙吸收不降低。低体重婴儿用钙磷比为0.56~2.4的配方膳喂养时,钙的吸收与磷的水平无关,只与钙的摄取量有关。以前认为钙与磷在肠道结合成正磷在肠道结合成正磷酸钙难溶于水,因而降低钙的吸收,所以强调膳食钙磷比例,现在看来并非如此,但仍应进一步研究。一般膳食中磷含量为钙量的2~4倍。

维生素D可促进小肠吸收钙(详见第五章)。乳糖在远端肠段吸收,增强钙的扩散转运,它被乳糖酶水解成葡萄糖半乳糖改善钙吸收。婴儿摄食含乳糖的配方膳钙吸收率为60%,不含乳糖的钙吸收率只有36%。人们认为肠菌使乳糖发酵酸,降低肠腔PH,抑制细胞的有氧代谢,形成乳酸钙复合物而增加钙吸收率。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、色、精、亮、组等氨基酸,与钙形成可溶性钙盐,促进钙吸收。碱剂、应激和卧床不动、食物在消化道中停留时间长,都使钙的吸收率低。

影响钙利用率的生理因素见表6-3。男子吸收钙优于女子。妇女接受雄激素时,钙吸收增加。随着年龄增加,钙吸收下降。60岁以上的老人钙吸收极差。进食钙300mg.d-1,连续4~8周,20岁青年比68岁老人空肠吸收钙多45%;若摄入2000mg.d-1,则多35%以上(图6-3)。207名妇女每天摄取650mg钙,停经前钙平衡-200mg.d-1,停经后-43mg.d-1。绝经妇女雌激素分泌少,钙主动转运吸收降低,骨回吸增加,钙丢失容易引起骨质疏松。以雌激素治疗半年,钙吸收改善20%,血清1α25-(OH)2D3水平改善40%。儿童骨的生长发育旺盛,钙吸收率可达摄入量的75%,其中14%积储在体内。

表6-3 影响钙利用率的生理因素

增加 降低
维生素D过多 维生素C缺乏
钙缺乏 停经
磷缺乏 老年
孕妊
接受

钙摄取量对老年人和青年人钙吸收率的影响


图6-3 钙摄取量对老年人和青年人钙吸收率的影响 NS:无明显差别

许多疾病例如吸收不良综合症、肝硬化慢性肾功能衰竭糖尿病等,外科手术如部分胃切除等均降低钙的吸收。

②排泄:吸收的钙的大部分经肠粘膜上皮细胞的脱落和消化液的分泌排入肠道。除来自膳食的钙以外,小肠消化液有600mg,肠内总钙量约为1200mg/天,其中600mg重吸收(reabsorption),900mg由粪排出,250mg由尿排出,20~350mg由汗排出,高温作业者汗多,钙在汗中的浓度增加,损失钙可高达1g.d-1。接受期妇女乳中排出的钙约为150~300mg.d-1

粪钙包括未吸收摄入钙和分泌到胃肠道内源钙。每天进出体内的钙大致相等,处于平衡状态。即钙摄入量=粪钙+尿钙。男子内源钙平均为194±73mg.d-1,其中不吸收者即内源粪钙,平均为130g.d-1。粪钙对钙平衡的调节作用甚小,也不受蛋白质摄入量的影响。

钙吸收后进入细胞外液,与细胞内液肾小球滤液和骨盐可交换部分的钙不断地进行交换,40~50次h-1。正常膳食时,钙在尿中的排出量较为恒定,约为摄入量的20%左右。尿钙和摄入量呈指数关系,与肠吸收的钙正相关。因此,不管膳食摄入钙量变化多大,尿钙排出量的变化不大。它与蛋白质摄取量正相关,有昼夜节律,白天排出多,傍晚最少。

肾小球滤出的钙,男子平均为10,000mg.24h-1,其中99%在肾小管重吸收,仅排出100mg。当血清钙浓度〈75mg.L-1的低钙状态时,钙完全肾小管重吸收。高钙血症时,尿钙增加,但很少〉500mg.d-1。Ca2+和Na+同在近曲小管主动转运,钠调节游离子的排出。大部分钙在近曲小管、享利襻升支,其余在远端肾单位重吸收。肾脏不能控制体钙的清除,骨代谢病时骨质迅速破坏,肾无清除能力,因此出现高钙血症。PTH、苯噻嗪利尿剂、低血钠、肾上腺皮质激素、PTH或维生素D过多、制酸剂、高蛋白镁膳、卧床等能使尿钙排出增加.

③储留:学龄前儿童分别供给钙339、555、704和904mg.d-1,钙储留量分别为60、103、125和154mg.d-1,储留量和供给时呈正相关。但是也有摄入量相差很大而储留量差不多的。可能机体对钙的需要不同而影响其储留。磷摄入过多对于钙的储留影响不大。

综上所述,膳食钙供给充足时,机体将根据需要来增减钙的吸收排泄和储留。PTH、CT和α25-(OH)2D3是调节钙代谢的重要激素,它们协同其它激素与磷,保持钙的内环境稳定。

(4)需要量 估计钙的需要量有两种方法:①测定各种年龄幼小动物和死亡婴儿体内内含钙总量,借此以估计在不同年龄阶段钙在体内的平均每日储留量,并考虑到钙的内源损耗,即可估计出人体钙的需要量;根据需要量再考虑膳食中钙的平均吸收率(20~30%),即可估计钙的供给量;②平衡法,常用于成年人,也可用于婴幼儿青少年孕妇和乳母,但对他(她)们应当要求达到适当的正钙平衡。

许多膳食调查的资料指出,我国人民钙摄入量偏低。1.5~6岁儿童的钙摄入量为0.16~0.30g,多数只有供给标准的20~50%,农民多数摄入0.4g,少数在到标准。老人(69岁~80岁)钙摄入量较少(230~260mg/.d-1)。青少年(12~22岁):0.40~0.85g。

尽管钙的摄入量很低,但从未见钙缺乏病的报道。欧美国家成人钙摄入量(mg.d-1)为800~1000,印度和日本为300~400。秘鲁志愿受试者每天摄取钙100~200mg,仍能维持钙平衡。人对低钙摄入量有适应性,是依靠1α,25(OH)2D3调节肠对钙的吸收率而实现的。

钙的需要量与膳食蛋白质水平有关。当摄取钙500mg.d-1时,蛋白质摄123g者的负钙平衡比46g者更甚。若摄入95g则必需800mg钙才能得到正钙达100mg以上,占总排出量的30%,供给量应增加。寒区阳光不足,皮肤形成维生素D3少,钙吸收差,再加蔬菜水果不足,钙易缺乏,因此寒区居民钙的供给量应该提高。

足月婴儿含钙9.5g.kg-1无脂体重,脂肪占体重的11%,体重若为3.25kg,钙量是9.5*3.25*(1-0.11)=27.5g,其中50%是在孕妊的最后一个月中积储的,约300mg.d-1孕妇膳食中钙量在700~1200 mg.d-1,不会损害生殖过程。

幼婴早期吸乳650ml,得钙200mg.d-1,8个月时获350 mg.d-1,估计维持需要量为3mg mg.kg体重-1,利用率为30%,乳母需要1~2g钙才能保证供应哺乳和骨的代谢平衡。粮农组织(FAO)/世界卫生组织WHO)专家组推荐孕妊期最后的三个月和授乳时钙的需要量为1200mgd .1.但是有许多妇女在钙摄入较低时也能适宜地哺乳。

早产婴儿大约需要90~120mg钙.kg体重-1.d-1,全奶粉100 g.kg体重-1就可提供此量,足月婴儿平均重4kg,从母乳得钙235mg.d-1,三个月的婴儿得钙300 mg.d-1,足以满足骨的需要。配方膳喂养婴儿到1岁,使骨生长发育所需钙〈600mg.d-1。1~10岁儿童在维生素D供应充足时,每天有800mg钙可以保证骨骼的正常生长。

青春期前儿童骨骼生长迅速,钙储留量最大,需要量可为成人的2~4倍。日本建议这时的需要量为1.0~1.5g.d-1

多数青年人和中年人摄取钙600~1000mg.d-1,可获正钙平衡,但骨质疏松病人呈负钙平衡。长期每天分别摄取500和1500mg钙的两组,比较他们骨质疏松的发病率,未见有差别。但出现病状者与同年龄正常组比较,其钙的摄入量较低。

含动物蛋白和磷丰富的膳食,钙磷比值低,促进排出和PTH释放,使骨质量进行性地下降。固定老弱和相对不活动,骨的脱矿化作用增强。特殊的饮食习惯也可引起尿钙的排出增加而呈负钙平衡。上述情况钙的摄入量足够的。老年人食入钙少,阳光照射不足,容易缺乏维生素D,使钙吸不良,因此  正常人摄入钙10需要量要稍加提高。补充钙防止老年骨丢失,可预防骨质疏松和绝经妇女的病理性骨折

00~2500 mg.d-1,并不发生高钙血症,而溃疡病人消耗大量乳和含碳酸钙的制酸剂,钙摄入多将引起钙血症且很快损坏肾功能类肉瘤或肾石病人摄入钙800~1500mg.d-1,并补充维生素D,可以出现高钙血症。最近发现牙周病患有骨回吸,可能是骨折疏松前的情况。

中国营养学会推荐的钙供给量标准(mg.d-1)如下:从初生至10儿童,600;10~13岁,800;13~16岁,1200;16~19岁,1000,成年男女,600;孕妇,1500;乳母,2000。英国成年男女供给量标准为500,孕妇,乳母各1200mg。WHO的标准,成年男妇为0.4~0.5g,孕妇乳母为1.0~1.2g。

(5)食物含量乳及乳制品含钙丰富,吸收率高。水产品中小虾米皮含钙特多,其次是海带。干果豆和豆制口及绿叶蔬菜含钙亦不少。谷物、肉类和禽类含钙不多。骨粉含钙20%以上,吸收率约为70%。蛋壳粉含大量钙。膳食中补充骨粉或蛋壳粉可以改善钙的营养状况。一些食品中钙的含量见表6-4

正常人血浆磷的状态


图6-4 正常人血浆磷的状态

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