运动与无机盐及微量元素

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1、 l 本章重点介绍了人体无机盐的组成、常量元素和微量元素等基本概念。论述了10余种常量元素和微量元素主要生理生化和营养功能，介绍了这些元素的主要来源，一般人群和运动员对无机盐的需要量，无机盐缺乏症与过多对人体健康的影响以及预防和纠正。 第一节 人体无机盐组成及其生理意义一、人体无机盐的组成 人体内的无机盐总量超过人体体重的0.01%以上、分为常量元素和微量元素。 常量元素：日需量大于100毫克的元素称为宏量元素，有钙、镁、钾、钠、磷、氯、硫7种。 微量元素：总量低于人体体重的0.01%、日需要量在100毫克以下的元素称为微量元素，有铁、硅、碘、锌、镍、铜、锰、硒、等。其中人体必需的微量元素有8

2、种，包括铁、锌、铜、硒、钴、钼、铬、碘。 l 无机盐是构成机体组织和调节生理功能以及维持生命活动的重要物质，故有“生命元素”和“无机营养素”之称。概括起来其生理意义有以下几个方面： 1. 无机盐是构成机体组织的重要材料，如钙、磷、镁是骨骼和牙齿的重要成分，磷、硫是构成组蛋白的成分。 2. 无机盐与蛋白质协同，维持组织细胞的渗透压，因而在体液移动和储留过程中起重要的作用。 3. 酸性、碱性无机离子的适当配合，加上重碳酸盐和蛋白质的缓冲作用，维持着机体的酸碱平衡。 4. 各种无机离子、特别是保持一定比例的钾、钠、钙、镁离子是维持神经肌肉兴奋性和细胞膜通透性的必要条件。5. 无机元素是维持机体某些具

3、有特殊性生理功能的重要成分之一，如血红蛋白和细胞色素酶系中的铁、甲状腺激素中的碘和谷胱甘肽过氧化物酶中的硒。6. 无机离子是很多酶系的激活剂或组成成分；如盐酸对于胃蛋白酶原，氯离子对于唾液淀粉酶，镁离子对于氧化磷酸化的多种酶类可起到激活作用。 由于新陈代谢，每天都有一定数量的无机盐从各种途径排出体外，因而有必要通过膳食予以补充。无机盐在食物中分布很广，一般都能满足机体需要；从实用营养的观点看，比较容易缺乏的无机元素只有钙、铁锌和碘，特别是对正在生长发育的儿童、青少年、孕妇和乳母，钙、铁或碘的缺乏较为常见。 实验证明，体育运动使体内无机盐的代谢和需要量发生变化，因此，我们可根据体内无机盐代谢的变

4、化情况，来评定运动员的机能状态或训练效果。 第二节 宏量元素 含量：成人体内含钙总量约为10001200克，约为体重的1.5%2%，其中约99的钙集中于骨骼和牙齿中，存在的形式主要为羟磷灰石，约的钙以游离的或结合的离子态存在于软组织、细胞外液及血液中。 一、钙(一) 钙的含量、吸收与分布 l 吸收：维生素D能促进钙的吸收，乳糖对钙的吸收也有促进作用，实验证明经口给钙同时给予乳糖，可大大提高钙的吸收率。一般认为是由于钙与乳糖螯合，形成低分子量可溶性螯合物所致。膳食蛋白质供给充足，有利于钙的吸收，可能由于蛋白质消化所释出的氨基酸与钙形成可溶性钙盐，因而促进钙的吸收。 (一) 钙的含量、吸收与分布

5、分布：钙在人体内的分布与激素有关。维生素D和降钙素，它们可以促使钙在骨中沉积，从而降低血钙；甲状旁腺素，它可使骨中的钙游离入血，使血钙升高，从而使体内钙的分布处于动态平衡。血液中钙的浓度为10毫克/100毫升。雌激素的分泌减少可导致骨质钙丢失的加速，最终可产生骨质疏松。 (一) 钙的含量、吸收与分布 (二) 钙的生理功能 1骨骼和牙齿的主要组成成分： 钙以羟磷灰石的形式构成骨骼，以磷酸钙的形式构成牙齿的主要结构。2. 作为信号传递的信使: 细胞内信使一些激素发挥作用时是以钙离子激素与相应膜受体作用，使细胞膜的钙离子通道开放，增加细胞内钙离子的浓度，通过钙离子与钙调蛋白的结合，激活钙调蛋白激酶而

6、发挥激素的刺激作用。 3. 参与肌肉收缩 在肌肉细胞的兴奋收缩偶联过程中，钙离子与肌原蛋白C结合，使后者构型改变，引发一系列的改变，表现出肌肉收缩的现象。4. 维持神经、肌肉细胞兴奋性 血浆钙对维持神经和肌肉细胞的兴奋性有重要的作用。低血钙时，引起神经和肌肉细胞兴奋性增高；高血钙时，肌肉软弱无力。(二) 钙的生理功能 5. 参与血液凝固 钙使可溶性纤维蛋白原转变为纤维蛋白，形成凝血。6. 酶的激活 钙是某些酶的激活剂，如ATP酶、脂肪酶、琥珀酸脱氢酶、蛋白分解酶等需要钙才能被激活，发挥其催化活性。7. 在维持酸碱平衡和渗透压方面也有一定的作用。(二) 钙的生理功能 (三) 钙的供给量和主要食物

7、来源 l 世界卫生组织()推荐的钙供给标准为：成年男女400500毫克/天，孕妇、乳母10001200毫克/天。中国营养学会对中国居民膳食钙推荐供给量为：成年男女800毫克/天，孕妇10001200毫克；乳母1200毫克。l 运动员在高温环境中训练时，由于汗钙的丢失使钙的需要量增加。运动时发生肌肉抽筋现象，可能与钙、镁离子代谢紊乱有关。训练情况下，钙的需要量每日1000毫克，大运动量训练时，钙的需要每日可增加到10001500毫克。 l食物中钙的来源以奶与奶类制品最好，不但含量丰富，而且吸收率高，是婴幼儿最理想的钙的来源。蔬菜和豆类含钙也较多。在儿童及青少年的膳食中加入食用骨粉(含钙20，吸收

8、率约70)亦为膳食中补充钙的有效措施。(三) 钙的供给量和主要食物来源 (四) 钙与运动的关系 l人体内钙在运动方面的主要作用可总结为：1. 参与骨骼的构成、调节神经、肌肉组织的能量代谢、触发肌肉收缩和神经兴奋以及参与多种酶类的激活作用。2. 体育活动改善了骨代谢，骨质和无机盐含量增加，这就说明了运动员与从事体育活动较少的人相比需要较多的钙。3. 运动员比体力活动较少的人每天需增加补钙约200毫克；对于正处骨骼发育的少年运动员，补充足够的钙更为重要。 二、磷 游离的磷酸盐在小肠的空肠段被吸收，其吸收过程与钙密切相关，钙磷的吸收有一个固定的比例，当食物中二者含量比例不适宜时，过多的一种便随粪便排

9、出。钙磷的吸收与代谢都由维生素D和甲状旁腺素调节，这样才能以恒定的比例存在于血清中。 人体中的磷大部分存在于骨骼和牙齿之中，大约有10的磷与蛋白质、脂肪结合形成磷蛋白、磷脂及磷酸盐的形式存在于细胞内及血液中。血磷浓度的正常范围成人为34.5毫克100毫升血液，儿童为47毫克100毫升血液。 (一) 磷的吸收与分布 (二) 生理功能 1. 磷和钙都是骨骼牙齿重要构成材料。正常人骨骼中含磷总量为600900克左右，约占体内含磷总量的80。2. 磷是构成组织细胞中很多重要成分的原料，如核酸、磷脂和某些辅酶等。3. 磷还参与许多重要生化反应理功能，如碳水化物和脂肪的吸收和中间代谢都需要有磷酸化合物存在

10、。4. 三磷酸腺苷（ATP）和磷酸肌酸（CP）中的磷具有储存和转移能量的作用。5. 尿中磷酸盐排出的数量和形式有助于机体酸碱平衡的调节。 l一般说来，如果膳食中钙和蛋白质含量充足，则所得到的磷也能满足需要。 l运动员磷的每日需要量与钙呈适宜的比例，有报道，当运动量加大时，可引起磷的负平衡，因此，运动员膳食中应增加磷酸盐的供应。运动员磷的需要量每日为2-2.5克，力量性和耐力性项目运动员的需要量每日为4-4.5克。(三) 需要量 (四) 磷的食物来源 磷广泛存在于动植物组织中，并与蛋白质或脂肪结合成为核蛋白、磷蛋白和磷脂等，也有少量其他有机磷和无机磷化合物。谷类种子中主要为植酸形式的磷，利用率很

11、低，但当用酵母发面时，或预先将谷粒浸泡于热水中，则可大大降低植酸磷的含量而增高无机磷酸盐的含量，从而提高其吸收率。若长期食用大量谷类食品，可形成对植酸磷的适应力，植酸磷的吸收率也可有不同程度的提高。在牛奶及奶制品、蛋类、豆类和绿色蔬菜等含有较多的磷，这些食物都是补充磷的很好来源。 三、镁 1. 成年人体内含镁2030克，70%以磷酸盐和碳酸盐形式参与骨骼和牙齿组成，为骨骼牙齿重要成分之一，25%的镁存在于软组织，主要与蛋白质结合成络合物。2. 镁是细胞内阳离子，主要浓集于线粒体中，对很多酶系统、特别对于氧化磷酸化有关的酶系统生物活性极为重要。(一) 生理功能 3. 与钙、钾、钠合作，共同维持肌

12、肉神经的兴奋性。4. 镁离子是维持心肌正常功能和结构所必需，实验性镁缺乏在动物可引起心肌坏死。临床上镁对缺血性心脏病有治疗效果，是由于在心脏缺血性损伤时，镁有维持心脏正常节律的作用。5. 镁可能还可维持核酸结构的稳定。(一) 生理功能 (二) 供给量 l根据对人体镁平衡的研究并结合食物中镁的利用率，一般认为成人每日的适宜供给量为200300毫克。镁普遍存在于各种食物中，一般膳食中镁不会缺乏；但长期慢性腹泻引起镁的过量排出，可出现镁缺乏。l 运动员在大强度训练或减体重情况下，特别在高温环境下运动时镁的丢失较多，每小时镁丢失量可达1020毫克，故运动员对镁的需要量较大。据报道，运动员在比赛期镁的需

13、要量每日每千克体重约为毫克。 (三) 镁的食物来源 l 含镁丰富的食物有：小米、燕麦、大麦、豆类、小麦、肉类和动物内脏含镁也丰富，但奶中含镁很少。 四、钠 成人体内含钠总量为每千克体重约1克，其中有50%存在于细胞外液(如血液、淋巴液和消化液等)中，4045存在于骨骼中，其余10%存在于细胞内。血液中钠的浓度为310340毫克/100毫升。钠在肠道中易被吸收，体内仅有的钠通过粪便排出体外，其余的主要经肾脏排出。 (一) 钠的吸收与分布 (二) 生理功能 1. 维持体液平衡与酸碱平衡。钠是细胞外液中主要的阳离子，它在维持渗透压和体液平衡方面起着重要作用。2. 维持机体酸碱平衡 ，参与碳酸氢钠、磷

14、酸氢钠缓冲系统的形成，它们在维持机体酸碱平衡方面起着重要作用。3. 维持细胞膜的通透性。在许多物质通过细胞膜的转运过程中，钠离子起着重要作用，通过钠的作用，保证了细胞与外界进行物质交换的正常进行。4. 维持神经肌肉的应激性。钠离子在神经传导兴奋过程中起着重要作用，钠维持神经肌肉的正常兴奋性。 l 缺乏时肌肉会软弱无力、食欲减退、恶心、呕吐、头痛、腿痛和肌肉痉挛等症状。在常温下运动训练时，运动员一般不会缺乏氯化钠，只有在高气温环境下进行大强度训练时，可随汗液丢失大量氯化钠。据报道，在气温为2535时进行长跑训练，运动中氯化钠的丢失量可达24.772.31克，必须注意补充。 (三) 钠的来源与需要

15、量 食物中钠的主要来源是烹调时使用的食盐、海产品、咸菜、咸鱼、咸肉、菜汤等。 钠的需要量：我国的食盐用量一般在1115克左右。 长跑运动员钠的需要量每日可增到2025克。根据运动生理学家的意见，在比赛中失水量不超过.5升，不要服用盐片。足球运动员比赛时，每小时失水量达7升，适当的补充盐分和水是必要的。 五、钾 人体内钾的含量约为钠的2倍，98的钾分布于细胞内液，钾离子是细胞内液中主要的阳离子，2分布于细胞外液中，这一小部分钾对肌肉的活性有重要的作用。血钾的正常浓度为1420毫克/100毫升血液。食物中的钾在小肠内易被吸收，经粪便排出甚微，钾主要经肾脏排泄，通常每日经肾脏排出的钾约为160毫克。

16、当体内钾的含量不足时，肾脏排钾量可以减少。 (一) 钾的吸收与分布 (二) 生理功能 1. 调节体液的电解质和酸碱平衡。2. 维持神经肌肉的兴奋性，并参与调节心肌的收缩过程。3. 参与体内糖和蛋白质的合成代谢。 当葡萄糖由细胞外液向细胞内转移时需要钾参与,每合成1克糖原，需要6毫克钾。在细胞内合成蛋白质的过程中，需要钾参与。每合成1克蛋白质约需18毫克钾。当糖原和蛋白质的合成代谢增强时，钾的供给量也应增多。 (三) 钾的来源与需要量 钾主要来源于植物性食物，如黄豆、绿豆、豆腐皮、海带、香菇、花椒、谷物、蔬菜和水果等都含有丰富的钾。 运动员在一般情况下钾的需要量每日约为3克，但在大运动量和高气温

17、环境下训练时，钾的总排出量约为4.04.5克/天，最高者可达5.9克/天。运动员在2930环境下跑步，体内钾的丢失量可高达6克/天，因此运动员钾的每日需要量应为35克。钾的实际需要量还取决于运动强度和环境温度。 六、氯 氯在体内以离子的形式存在，它是细胞外液中主要的阴离子，约占人体中无机盐总量的。脑脊髓中氯的浓度最高，约为40毫克/100毫升，血液中氯的正常浓度约为340370毫克/100毫升，胃液中含有大量的氯离子，胃酸就是由盐酸构成的。氯在小肠内几乎全部被吸收，并经肾脏排泄。 (一) 氯离子的分布与吸收 (二) 生理功能 1. 氯离子和磷酸氢根离子作为体内主要的负离子，在维持细胞内外的渗透

18、压，酸碱平衡和水容量方面有重要的作用。2. 氯离子还可激活胃蛋白酶。进入小肠的氯离子可刺激胰脏和小肠分泌胰液和肠液。胃液中的盐酸过多或过少会引起胃病.(三) 来源与需要量 体内氯的主要来源是食盐，其他动物性、植物性食物中也含有氯。关于人体对氯的需要量没有明确的规定。国外推荐的标准是成人每天约为1700-5100毫克。 七、硫 (一) 硫的分布 硫是组成人体宏量元素之一，成人体内的含硫量约为175克，占体重的0.25%。在血液中的浓度为0.71.5毫摩尔/升。(二) 生理功能 硫参与蛋白质、酶、硫胺素、硫酸软骨素、谷胱甘肽和某些激素(如胰岛素、催产素、加压素等)的合成。摄入体内的硫主要以有机物(

19、蛋白质)的形态存在，其次以无机物形态的硫(如硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁等)存在。因此，当体内蛋白质食物供给合理时，对硫的需要量就可以得到满足。 l (三)来源与需要量 元素状态的硫和硫酸盐等无机物中硫不能被人体吸收利用，人体所需的硫，主要从食物蛋白质中的含硫氨基酸获得。只要摄取适量含硫蛋白质，就能满足机体对硫的需要量。瘦肉、牛奶、蛋类、豆类和花生都含有丰富的有机硫。七、硫 第三节 微量元素l一、 铁 (一) 铁的含量、分布与吸收 成人体内含铁约45克， 65%70存在于血红蛋白(Hb)中运输氧气，3%以肌红蛋白(Mb)贮存氧气，供肌细胞利用，0.2%以其他化合物形式存在，包括细胞色素氧化酶、过氧化

20、氢酶和过氧化物酶等在内。其余则为储备铁，储备铁主要以铁蛋白形式储存于肝脏、脾脏和骨髓的网状内皮系统中。 铁的吸收主要在小肠上部。首先是食物铁被胃酸作用释放出亚铁离子，然后与肠内容物中的维生素、某些糖及氨基酸形成络合物；这些络合物在十二指肠及空肠的碱性溶液中仍能维持溶解状态，有利于吸收。被吸收入肠黏膜细胞中的铁首先与一种称为脱铁铁蛋白的黏膜受体结合，形成储存形式的铁蛋白并保留在黏膜细胞中。当身体失血后补偿或红细胞进行再生时，铁又将从铁蛋白中释出，与另一称为铁传递蛋白的1-球蛋白结合而被带入血循环，运往需要铁的组织中去。 (一) 铁的含量、分布与吸收 (二) 生理功能 1. 铁参与血红蛋白和肌红蛋

21、白的组成，在氧和二氧化碳的运输和利用中起重要作用。缺铁严重时，可造成血红蛋白合成下降，出现缺铁或营养性贫血。2. 铁是部分酶的构成成分，如NADH脱氢酶和琥珀酸脱氢酶等中含有铁，在氧化还原反应中发挥作用。3. 铁与机体的免疫功能有关。缺铁使体液免疫和细胞免疫功能都受到不同程度的损害，使机体容易发生感染。4. 铁是一些参与能量代谢和体温调节的辅助因子，缺铁将引起这些酶的生理作用发生改变。 (三) 铁的需要量 l 膳食中铁平均吸收率为10%20%，成年男子每天供给5-9毫克铁即能满足生理需要。妇女除平时铁的经常性损失外，月经期间每日约损失2毫克，故供给量应比男子较多。一般认为孕妇和乳母供给量应适当

22、增加。世界卫生组织建议铁供给量为：成年男子每天59毫克，成年女子每天1418毫克。我国每日铁供给量：成年男子12毫克；成年女子平时12毫克；孕期和授乳期15毫克。 （四） 铁的食物来源 l 膳食中铁的良好来源为动物肝脏、蛋黄、豆类和某些蔬菜。应用铁制炊具烹调食物也是铁的重要来源。 二、碘l 碘的主要功能是参与甲状腺素的构成。成人体内含碘2050毫克，20在甲状腺中。健康成人甲状腺含碘约8毫克，而地方性甲状腺肿患者可降至1毫克以下。 (一) 生理功能(二) 供给量美国规定成年男子碘的每日供给量为130140微克；成年女子为100微克；孕妇125微克；乳母150微克。一般认为 成人每日能摄入100

23、200微克的碘，即能满足生理需要。但对强度体力劳动、孕妇、乳母以及正在生长发育的青少年，每日供给量应予适当增加。 （三） 食物来源 机体所需要的碘可以从饮水、食物及食盐中取得。这些物质中的含碘量主要决定于各地区的生物地质化学状况。一般情况下，远离海洋的内陆山区，其土壤和空气中含碘较少，因而水和食物中的含碘量也不高。碘主要来源于海产食品，如海带、紫菜、海蜇等。 三、锌1.锌是很多金属酶的组成成分或酶的激活剂。2.锌与RNA、DNA和蛋白质的生物合成有密切联系。3.唾液中的锌蛋白对味觉和食欲有促进作用。4.锌可促进性器官正常发育和性机能正常。5.锌有益于皮肤健康。6.锌还可增强人体免疫机能，参与维

24、生素A还原酶和视黄醇的结合蛋白的合成。(一) 生理功能 (二) 锌的需要量与食物来源 l 国外报道，成人每日为15毫克，儿童10155毫克，妊娠妇女155毫克，乳母275毫克，我国尚无规定。l在运动员中发现约有一半人血清锌为75.5毫克100毫升，低于正常值(91.8毫克100毫升)。在运动期间给运动员补充锌可以提高无氧糖酵解能力，对发展肌力和速度耐力有良好作用。 l锌在食物中分布广泛。含锌丰富的食物有海产食品物肝脏、花生、鱼、蛋、奶、肉及粗制谷物食品等 。 (三) 锌与运动能力的关系 l锌可影响骨骼肌蛋白质和DNA合成，影响骨骼肌的生长和重量，影响能量代谢及酸碱平衡等，从而对运动产生直接影响

25、。l锌还可能通过锌酶系统影响雄性激素的合成与分泌，进而通过促进骨骼肌蛋白质合成，肌纤维粗大，维持竞争性意识等影响运动能力。l锌还是超氧化物歧化酶(SOD)的重要组成成分,该酶可有效的解除超氧阴离子自由基的毒性，可保护细胞，尤其是红细胞免遭伤害，可维持巯基酶的活性，从而对运动能力产生影响。 四、铜1. 铜为体内很多金属酶的组成成分，如血浆铜蓝蛋白、细胞色素氧化酶、超氧化物歧化酶（SOD）和酪氨酸酶等。 2.血浆铜蓝蛋白是一种多功能氧化酶，其重要作用之一是催化Fe2+氧化成为Fe3+，从而有利于体内储备铁的动用和食物中的铁吸收。3.Cu-SOD主要存在于红细胞、肝脏及脑组织中，也可消除超氧阴离子自

26、由基对机体的毒性。4.铜在人体内所起的作用与铁密切相关。(一) 铜的生理功能 5.铜能促进红细胞的成熟与血红蛋白的合成。6.铜作为赖氨酸氧化酶的组成部分可促进骨骼、血管、皮肤中胶原蛋白的相互交联。7.铜参与一些氧化酶的催化过程，对保持神经系统的正常功能起重要作用。8.酪氨酸氧化酶和硫氢基氧化酶也是铜酶，缺铜可引起毛发脱色、角化和卷曲。9.铜还能加速过氧化物分解，对胆固醇代谢、机体防御机能、激素分泌等过程均有影响。(一) 铜的生理功能 (二) 需要量和食物来源l我国参照美国标准建议人体对铜的需要量，成人每日约为1.5-3毫克，儿童每日约为0.5-1.5毫克。l铜在食物中分布广泛，含铜较多的食物有

27、：动物肝、肉类、海产食物、粗制谷物食品、荚豆以及核桃、板栗等坚果。此外，应用铜炊具烹调食物也是机体铜的重要来源。 五、硒 动物实验证明硒是一种生理必需微量元素，不能由其他具有类似功能的营养素(如维生素E)来代替。 1.抗氧化作用。硒是一些抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶的构成成分，可消除自由基，阻止其损伤，保护机体。 2.参与甲状腺激素代谢。硒作为I型、II型和III型脱碘酶的组成成分，参与甲状腺激素的代谢。 (一) 生理功能 3.参与免疫反应。通过谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶的酶活性调节免疫细胞的功能。4.对防止克山病和大骨节病有一定作用。5.抗肿瘤作用。6.其他作用。机体缺硒，可引起体重下降，毛发稀少，甚至死亡；硒还与视力、神经传导和心血管结构功能有关。 (一) 生理功能 (二) 需要量与食物来源 硒的供给量，国外根据动物试验和人体代谢试验推断每人每日20微克到50微克不等，我国根据防治克山病所需的硒摄入量提出成年人最低需要量为每日40微克。 硒主要来源于海产品、肝、肾、瘦肉、谷类食品以及蔬菜等 。