第四章運動與無機(jī)鹽及微量元素TOSTUDY【本章提要】

本章重點介紹了人體無機(jī)鹽的組成、常量元素和微量元素等基本概念。論述了10余種常量元素和微量元素主要生理生化和營養(yǎng)功能，介紹了這些元素的主要來源，一般人群和運動員對無機(jī)鹽的需要量，無機(jī)鹽缺乏癥與過多對人體健康的影響以及預(yù)防和糾正。第一節(jié)人體無機(jī)鹽組成及其生理意義

一、人體無機(jī)鹽的組成

人體內(nèi)的無機(jī)鹽總量超過人體體重的0.01%以上、分為常量元素和微量元素。

常量元素：日需量大于100毫克的元素稱為宏量元素，有鈣、鎂、鉀、鈉、磷、氯、硫7種。

微量元素：總量低于人體體重的0.01%、日需要量在100毫克以下的元素稱為微量元素，有鐵、硅、碘、鋅、鎳、銅、錳、硒、等。其中人體必需的微量元素有8種，包括鐵、鋅、銅、硒、鈷、鉬、鉻、碘。

4.

各種無機(jī)離子、特別是保持一定比例的鉀、鈉、鈣、鎂離子是維持神經(jīng)肌肉興奮性和細(xì)胞膜通透性的必要條件。5.

無機(jī)元素是維持機(jī)體某些具有特殊性生理功能的重要成分之一，如血紅蛋白和細(xì)胞色素酶系中的鐵、甲狀腺激素中的碘和谷胱甘肽過氧化物酶中的硒。6.

無機(jī)離子是很多酶系的激活劑或組成成分；如鹽酸對于胃蛋白酶原，氯離子對于唾液淀粉酶，鎂離子對于氧化磷酸化的多種酶類可起到激活作用。二、無機(jī)鹽的生理功能

由于新陳代謝，每天都有一定數(shù)量的無機(jī)鹽從各種途徑排出體外，因而有必要通過膳食予以補(bǔ)充。無機(jī)鹽在食物中分布很廣，一般都能滿足機(jī)體需要；從實用營養(yǎng)的觀點看，比較容易缺乏的無機(jī)元素只有鈣、鐵鋅和碘，特別是對正在生長發(fā)育的兒童、青少年、孕婦和乳母，鈣、鐵或碘的缺乏較為常見。實驗證明，體育運動使體內(nèi)無機(jī)鹽的代謝和需要量發(fā)生變化，因此，我們可根據(jù)體內(nèi)無機(jī)鹽代謝的變化情況，來評定運動員的機(jī)能狀態(tài)或訓(xùn)練效果。第二節(jié)宏量元素

含量：成人體內(nèi)含鈣總量約為1000~1200克，約為體重的1.5%~2%，其中約99％的鈣集中于骨骼和牙齒中，存在的形式主要為羥磷灰石，約１％的鈣以游離的或結(jié)合的離子態(tài)存在于軟組織、細(xì)胞外液及血液中。

一、鈣(一)鈣的含量、吸收與分布分布：鈣在人體內(nèi)的分布與激素有關(guān)。維生素D和降鈣素，它們可以促使鈣在骨中沉積，從而降低血鈣；甲狀旁腺素，它可使骨中的鈣游離入血，使血鈣升高，從而使體內(nèi)鈣的分布處于動態(tài)平衡。血液中鈣的濃度為10毫克/100毫升。雌激素的分泌減少可導(dǎo)致骨質(zhì)鈣丟失的加速，最終可產(chǎn)生骨質(zhì)疏松。(一)鈣的含量、吸收與分布(二)鈣的生理功能1．骨骼和牙齒的主要組成成分：

鈣以羥磷灰石的形式構(gòu)成骨骼，以磷酸鈣的形式構(gòu)成牙齒的主要結(jié)構(gòu)。2.作為信號傳遞的信使:細(xì)胞內(nèi)信使一些激素發(fā)揮作用時是以鈣離子激素與相應(yīng)膜受體作用，使細(xì)胞膜的鈣離子通道開放，增加細(xì)胞內(nèi)鈣離子的濃度，通過鈣離子與鈣調(diào)蛋白的結(jié)合，激活鈣調(diào)蛋白激酶而發(fā)揮激素的刺激作用。3.參與肌肉收縮在肌肉細(xì)胞的興奮收縮偶聯(lián)過程中，鈣離子與肌原蛋白C結(jié)合，使后者構(gòu)型改變，引發(fā)一系列的改變，表現(xiàn)出肌肉收縮的現(xiàn)象。4.維持神經(jīng)、肌肉細(xì)胞興奮性血漿鈣對維持神經(jīng)和肌肉細(xì)胞的興奮性有重要的作用。低血鈣時，引起神經(jīng)和肌肉細(xì)胞興奮性增高；高血鈣時，肌肉軟弱無力。(二)鈣的生理功能(三)鈣的供給量和主要食物來源世界衛(wèi)生組織(ＷＨＯ)推薦的鈣供給標(biāo)準(zhǔn)為：成年男女400～500毫克/天，孕婦、乳母1000～1200毫克/天。中國營養(yǎng)學(xué)會對中國居民膳食鈣推薦供給量為：成年男女800毫克/天，孕婦1000~1200毫克；乳母1200毫克。運動員在高溫環(huán)境中訓(xùn)練時，由于汗鈣的丟失使鈣的需要量增加。運動時發(fā)生肌肉抽筋現(xiàn)象，可能與鈣、鎂離子代謝紊亂有關(guān)。訓(xùn)練情況下，鈣的需要量每日1000毫克，大運動量訓(xùn)練時，鈣的需要每日可增加到1000～1500毫克。食物中鈣的來源以奶與奶類制品最好，不但含量豐富，而且吸收率高，是嬰幼兒最理想的鈣的來源。蔬菜和豆類含鈣也較多。在兒童及青少年的膳食中加入食用骨粉(含鈣＞20％，吸收率約70％)亦為膳食中補(bǔ)充鈣的有效措施。(三)鈣的供給量和主要食物來源(四)鈣與運動的關(guān)系人體內(nèi)鈣在運動方面的主要作用可總結(jié)為：1.

參與骨骼的構(gòu)成、調(diào)節(jié)神經(jīng)、肌肉組織的能量代謝、觸發(fā)肌肉收縮和神經(jīng)興奮以及參與多種酶類的激活作用。2.

體育活動改善了骨代謝，骨質(zhì)和無機(jī)鹽含量增加，這就說明了運動員與從事體育活動較少的人相比需要較多的鈣。3.

運動員比體力活動較少的人每天需增加補(bǔ)鈣約200毫克；對于正處骨骼發(fā)育的少年運動員，補(bǔ)充足夠的鈣更為重要。(二)生理功能1.磷和鈣都是骨骼牙齒重要構(gòu)成材料。正常人骨骼中含磷總量為600~900克左右，約占體內(nèi)含磷總量的80％。2.磷是構(gòu)成組織細(xì)胞中很多重要成分的原料，如核酸、磷脂和某些輔酶等。3.磷還參與許多重要生化反應(yīng)理功能，如碳水化物和脂肪的吸收和中間代謝都需要有磷酸化合物存在。4.三磷酸腺苷（ATP）和磷酸肌酸（CP）中的磷具有儲存和轉(zhuǎn)移能量的作用。5.尿中磷酸鹽排出的數(shù)量和形式有助于機(jī)體酸堿平衡的調(diào)節(jié)。

一般說來，如果膳食中鈣和蛋白質(zhì)含量充足，則所得到的磷也能滿足需要。運動員磷的每日需要量與鈣呈適宜的比例，有報道，當(dāng)運動量加大時，可引起磷的負(fù)平衡，因此，運動員膳食中應(yīng)增加磷酸鹽的供應(yīng)。運動員磷的需要量每日為2-2.5克，力量性和耐力性項目運動員的需要量每日為4-4.5克。(三)需要量(四)磷的食物來源磷廣泛存在于動植物組織中，并與蛋白質(zhì)或脂肪結(jié)合成為核蛋白、磷蛋白和磷脂等，也有少量其他有機(jī)磷和無機(jī)磷化合物。谷類種子中主要為植酸形式的磷，利用率很低，但當(dāng)用酵母發(fā)面時，或預(yù)先將谷粒浸泡于熱水中，則可大大降低植酸磷的含量而增高無機(jī)磷酸鹽的含量，從而提高其吸收率。若長期食用大量谷類食品，可形成對植酸磷的適應(yīng)力，植酸磷的吸收率也可有不同程度的提高。在牛奶及奶制品、蛋類、豆類和綠色蔬菜等含有較多的磷，這些食物都是補(bǔ)充磷的很好來源。3.與鈣、鉀、鈉合作，共同維持肌肉神經(jīng)的興奮性。4.

鎂離子是維持心肌正常功能和結(jié)構(gòu)所必需，實驗性鎂缺乏在動物可引起心肌壞死。臨床上鎂對缺血性心臟病有治療效果，是由于在心臟缺血性損傷時，鎂有維持心臟正常節(jié)律的作用。5.

鎂可能還可維持核酸結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。(一)生理功能(二)供給量根據(jù)對人體鎂平衡的研究并結(jié)合食物中鎂的利用率，一般認(rèn)為成人每日的適宜供給量為200～300毫克。鎂普遍存在于各種食物中，一般膳食中鎂不會缺乏；但長期慢性腹瀉引起鎂的過量排出，可出現(xiàn)鎂缺乏。運動員在大強(qiáng)度訓(xùn)練或減體重情況下，特別在高溫環(huán)境下運動時鎂的丟失較多，每小時鎂丟失量可達(dá)10～20毫克，故運動員對鎂的需要量較大。據(jù)報道，運動員在比賽期鎂的需要量每日每千克體重約為８毫克。(三)鎂的食物來源含鎂豐富的食物有：小米、燕麥、大麥、豆類、小麥、肉類和動物內(nèi)臟含鎂也豐富，但奶中含鎂很少。(二)生理功能1.維持體液平衡與酸堿平衡。鈉是細(xì)胞外液中主要的陽離子，它在維持滲透壓和體液平衡方面起著重要作用。2.維持機(jī)體酸堿平衡，參與碳酸氫鈉、磷酸氫鈉緩沖系統(tǒng)的形成，它們在維持機(jī)體酸堿平衡方面起著重要作用。3.維持細(xì)胞膜的通透性。在許多物質(zhì)通過細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運過程中，鈉離子起著重要作用，通過鈉的作用，保證了細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換的正常進(jìn)行。4.維持神經(jīng)肌肉的應(yīng)激性。鈉離子在神經(jīng)傳導(dǎo)興奮過程中起著重要作用，鈉維持神經(jīng)肌肉的正常興奮性。缺乏時肌肉會軟弱無力、食欲減退、惡心、嘔吐、頭痛、腿痛和肌肉痙攣等癥狀。在常溫下運動訓(xùn)練時，運動員一般不會缺乏氯化鈉，只有在高氣溫環(huán)境下進(jìn)行大強(qiáng)度訓(xùn)練時，可隨汗液丟失大量氯化鈉。據(jù)報道，在氣溫為25~35℃時進(jìn)行長跑訓(xùn)練，運動中氯化鈉的丟失量可達(dá)24.77±2.31克，必須注意補(bǔ)充。(二)生理功能1.調(diào)節(jié)體液的電解質(zhì)和酸堿平衡。2.維持神經(jīng)肌肉的興奮性，并參與調(diào)節(jié)心肌的收縮過程。3.參與體內(nèi)糖和蛋白質(zhì)的合成代謝。當(dāng)葡萄糖由細(xì)胞外液向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移時需要鉀參與,每合成1克糖原，需要6毫克鉀。在細(xì)胞內(nèi)合成蛋白質(zhì)的過程中，需要鉀參與。每合成1克蛋白質(zhì)約需18毫克鉀。當(dāng)糖原和蛋白質(zhì)的合成代謝增強(qiáng)時，鉀的供給量也應(yīng)增多。(三)鉀的來源與需要量鉀主要來源于植物性食物，如黃豆、綠豆、豆腐皮、海帶、香菇、花椒、谷物、蔬菜和水果等都含有豐富的鉀。運動員在一般情況下鉀的需要量每日約為3克，但在大運動量和高氣溫環(huán)境下訓(xùn)練時，鉀的總排出量約為4.0~4.5克/天，最高者可達(dá)5.9克/天。運動員在29～30℃環(huán)境下跑步，體內(nèi)鉀的丟失量可高達(dá)6克/天，因此運動員鉀的每日需要量應(yīng)為3~5克。鉀的實際需要量還取決于運動強(qiáng)度和環(huán)境溫度。

六、氯氯在體內(nèi)以離子的形式存在，它是細(xì)胞外液中主要的陰離子，約占人體中無機(jī)鹽總量的３％。腦脊髓中氯的濃度最高，約為40毫克/100毫升，血液中氯的正常濃度約為340~370毫克/100毫升，胃液中含有大量的氯離子，胃酸就是由鹽酸構(gòu)成的。氯在小腸內(nèi)幾乎全部被吸收，并經(jīng)腎臟排泄。

(一)氯離子的分布與吸收(二)生理功能1.

氯離子和磷酸氫根離子作為體內(nèi)主要的負(fù)離子，在維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓，酸堿平衡和水容量方面有重要的作用。2.

氯離子還可激活胃蛋白酶。進(jìn)入小腸的氯離子可刺激胰臟和小腸分泌胰液和腸液。胃液中的鹽酸過多或過少會引起胃病.(三)來源與需要量體內(nèi)氯的主要來源是食鹽，其他動物性、植物性食物中也含有氯。關(guān)于人體對氯的需要量沒有明確的規(guī)定。國外推薦的標(biāo)準(zhǔn)是成人每天約為1700-5100毫克。

七、硫(一)硫的分布

硫是組成人體宏量元素之一，成人體內(nèi)的含硫量約為175克，占體重的0.25%。在血液中的濃度為0.7~1.5毫摩爾/升。(二)生理功能硫參與蛋白質(zhì)、酶、硫胺素、硫酸軟骨素、谷胱甘肽和某些激素(如胰島素、催產(chǎn)素、加壓素等)的合成。攝入體內(nèi)的硫主要以有機(jī)物(蛋白質(zhì))的形態(tài)存在，其次以無機(jī)物形態(tài)的硫(如硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂等)存在。因此，當(dāng)體內(nèi)蛋白質(zhì)食物供給合理時，對硫的需要量就可以得到滿足。

(三)來源與需要量元素狀態(tài)的硫和硫酸鹽等無機(jī)物中硫不能被人體吸收利用，人體所需的硫，主要從食物蛋白質(zhì)中的含硫氨基酸獲得。只要攝取適量含硫蛋白質(zhì)，就能滿足機(jī)體對硫的需要量。瘦肉、牛奶、蛋類、豆類和花生都含有豐富的有機(jī)硫。七、硫第三節(jié)微量元素

一、鐵

(一)鐵的含量、分布與吸收成人體內(nèi)含鐵約4～5克，65%~70％存在于血紅蛋白(Hb)中運輸氧氣，3%以肌紅蛋白(Mb)貯存氧氣，供肌細(xì)胞利用，0.2%以其他化合物形式存在，包括細(xì)胞色素氧化酶、過氧化氫酶和過氧化物酶等在內(nèi)。其余則為儲備鐵，儲備鐵主要以鐵蛋白形式儲存于肝臟、脾臟和骨髓的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)中。鐵的吸收主要在小腸上部。首先是食物鐵被胃酸作用釋放出亞鐵離子，然后與腸內(nèi)容物中的維生素Ｃ、某些糖及氨基酸形成絡(luò)合物；這些絡(luò)合物在十二指腸及空腸的堿性溶液中仍能維持溶解狀態(tài)，有利于吸收。被吸收入腸黏膜細(xì)胞中的鐵首先與一種稱為脫鐵鐵蛋白的黏膜受體結(jié)合，形成儲存形式的鐵蛋白并保留在黏膜細(xì)胞中。當(dāng)身體失血后補(bǔ)償或紅細(xì)胞進(jìn)行再生時，鐵又將從鐵蛋白中釋出，與另一稱為鐵傳遞蛋白的β1-球蛋白結(jié)合而被帶入血循環(huán)，運往需要鐵的組織中去。

(一)鐵的含量、分布與吸收(二)生理功能1.鐵參與血紅蛋白和肌紅蛋白的組成，在氧和二氧化碳的運輸和利用中起重要作用。缺鐵嚴(yán)重時，可造成血紅蛋白合成下降，出現(xiàn)缺鐵或營養(yǎng)性貧血。2.鐵是部分酶的構(gòu)成成分，如NADH脫氫酶和琥珀酸脫氫酶等中含有鐵，在氧化還原反應(yīng)中發(fā)揮作用。3.鐵與機(jī)體的免疫功能有關(guān)。缺鐵使體液免疫和細(xì)胞免疫功能都受到不同程度的損害，使機(jī)體容易發(fā)生感染。4.鐵是一些參與能量代謝和體溫調(diào)節(jié)的輔助因子，缺鐵將引起這些酶的生理作用發(fā)生改變。(三)鐵的需要量膳食中鐵平均吸收率為10%~20%，成年男子每天供給5-9毫克鐵即能滿足生理需要。婦女除平時鐵的經(jīng)常性損失外，月經(jīng)期間每日約損失2毫克，故供給量應(yīng)比男子較多。一般認(rèn)為孕婦和乳母供給量應(yīng)適當(dāng)增加。世界衛(wèi)生組織建議鐵供給量為：成年男子每天5~9毫克，成年女子每天14~18毫克。我國每日鐵供給量：成年男子12毫克；成年女子平時12毫克；孕期和授乳期15毫克。（四）鐵的食物來源膳食中鐵的良好來源為動物肝臟、蛋黃、豆類和某些蔬菜。應(yīng)用鐵制炊具烹調(diào)食物也是鐵的重要來源。二、碘

碘的主要功能是參與甲狀腺素的構(gòu)成。成人體內(nèi)含碘20～50毫克，20％在甲狀腺中。健康成人甲狀腺含碘約8毫克，而地方性甲狀腺腫患者可降至1毫克以下。(一)生理功能(二)供給量美國規(guī)定成年男子碘的每日供給量為130～140微克；成年女子為100微克；孕婦125微克；乳母150微克。一般認(rèn)為成人每日能攝入100～200微克的碘，即能滿足生理需要。但對強(qiáng)度體力勞動、孕婦、乳母以及正在生長發(fā)育的青少年，每日供給量應(yīng)予適當(dāng)增加。（三）食物來源機(jī)體所需要的碘可以從飲水、食物及食鹽中取得。這些物質(zhì)中的含碘量主要決定于各地區(qū)的生物地質(zhì)化學(xué)狀況。一般情況下，遠(yuǎn)離海洋的內(nèi)陸山區(qū)，其土壤和空氣中含碘較少，因而水和食物中的含碘量也不高。碘主要來源于海產(chǎn)食品，如海帶、紫菜、海蜇等。三、鋅

1.鋅是很多金屬酶的組成成分或酶的激活劑。2.鋅與RNA、DNA和蛋白質(zhì)的生物合成有密切聯(lián)系。3.唾液中的鋅蛋白對味覺和食欲有促進(jìn)作用。4.鋅可促進(jìn)性器官正常發(fā)育和性機(jī)能正常。5.鋅有益于皮膚健康。6.鋅還可增強(qiáng)人體免疫機(jī)能，參與維生素A還原酶和視黃醇的結(jié)合蛋白的合成。(一)生理功能(二)鋅的需要量與食物來源國外報道，成人每日為15毫克，兒童10～155毫克，妊娠婦女155毫克，乳母275毫克，我國尚無規(guī)定。在運動員中發(fā)現(xiàn)約有一半人血清鋅為75.5毫克／100毫升，低于正常值(91.8毫克／100毫升)。在運動期間給運動員補(bǔ)充鋅可以提高無氧糖酵解能力，對發(fā)展肌力和速度耐力有良好作用。鋅在食物中分布廣泛。含鋅豐富的食物有海產(chǎn)食品物肝臟、花生、魚、蛋、奶、肉及粗制谷物食品等。(三)鋅與運動能力的關(guān)系鋅可影響骨骼肌蛋白質(zhì)和DNA合成，影響骨骼肌的生長和重量，影響能量代謝及酸堿平衡等，從而對運動產(chǎn)生直接影響。鋅還可能通過鋅酶系統(tǒng)影響雄性激素的合成與分泌，進(jìn)而通過促進(jìn)骨骼肌蛋白質(zhì)合成，肌纖維粗大，維持競爭性意識等影響運動能力。鋅還是超氧化物歧化酶(SOD)的重要組成成分,該酶可有效的解除超氧陰離子自由基的毒性，可保護(hù)細(xì)胞，尤其是紅細(xì)胞免遭傷害，可維持巰基酶的活性，從而對運動能力產(chǎn)生影響。四、銅

1.

銅為體內(nèi)很多金屬酶的組成成分，如血漿銅藍(lán)蛋白、細(xì)胞色素Ｃ氧化酶、超氧化物歧化酶（SOD）和酪氨酸酶等。2.血漿銅藍(lán)蛋白是一種多功能氧化酶，其重要作用之一是催化Fe2+氧化成為Fe3+，從而有利于體內(nèi)儲備鐵的動用和食物中的鐵吸收。3.Cu-SOD主要存在于紅細(xì)胞、肝臟及腦組織中，也可消除超氧陰離子自由基對機(jī)體的毒性。4.銅在人體內(nèi)所起的作用與鐵密切相關(guān)。(一)銅的生理功能5.銅能促進(jìn)紅細(xì)胞的成熟與血紅蛋白的合成。6.銅作為賴氨酸氧化酶的組成部分可促