无机盐
身体中含有一定数量的矿物质,它们以无机盐的形式存在于体内,主要有钠、钾、氯、钙、磷、铁和碘等。在细胞外液中的阳离子主要是钠(钾和钙的含量少),阴离子主要是氯和碳酸氢根;细胞内液中,阳离子主要是钾(钠的含量较少),阴离子中以磷酸氢根较多;胃液中的钠较其他细胞外液少,而钾的浓度却比细胞外液高2—5倍,此外,氯的浓度很高(以盐酸形式);在小肠液中钠的浓度与细胞外液相似,阴离子主要是碳酸氢根。各种无机盐离子与人体其他成分比较,尽管含量少(例如全身钠约为80克,钾约为150克)但在维持体液平衡及细胞和器官的功能中却很重要,例如血液中钾、钙离子浓度变化时对心脏功能有很大影响,严重时可引起心跳停止;缺钙时可引起肌肉抽搐;缺碘时甲状腺机能低下,以致全身代谢降低,幼年缺碘可导致发育障碍;严重缺钠时体液量减少,甚至可危及生命。各种无机盐均可从食物中摄取,正常成人每日需要量约为:钠4—6克,钾2—3克,钙0.7—0.8克,磷1.2—1.5克。一般情况下是不会缺乏的。
无机盐Wujiyan
又称矿物质,是人体重要营养素之一。它约占人体体重的4%。体内含量较多的称作常量元素,如钙、磷、钾、钠、硫、氯等。另有一些元素, 其含量少于体重的0.2%, 称为微量元素, 如铁、锌、铜、碘等。各种无机盐的功用与缺乏症状:
小学生对无机盐的需要量与成人相比无明显差别,一般成年人每日需要钙为0.6克,磷为1.5克,氯化钠为10—15克,钾为3克,铁为0.012克。但小学生对钙的需要量较成年人高, 7—10岁儿童每日需要0.6克,10—13岁需0.8克。据调查,在一般膳食条件下,食物中不缺磷,主要应注意钙和铁的供应。从事体育锻炼时,儿童对无机盐的需要量增加,因此,应根据具体情况, 适当给予补充。
亦称矿物质。指存在于人体内具有重要生理功能的约21种元素,其中含量较多者有钙、镁、钾、钠、磷、硫、氯等7种,称宏量元素;含量较少者如铁、铜、碘、锌、锰、硒、氟、铬、镍、钼、硅、锡、钒和钴等14种元素,称微量元素。
无机盐
无机盐是无机化合物盐类的统称,为人类和动物的合理营养所必需的营养素。它们在食物中大多以结合形式存在,而在体液中常解离成无机盐离子,也有少量 (尤其是微量元素) 与蛋白质结合。按照它们在电场中带有的正、负电荷不同,可分为阳离子与阴离子两大类。其中Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,HCO3-,HPO42- 由于含量多,属于主要无机盐; 而Fe2+,Fe3+,Cu+,Cu2+,Mn2+,Mn4+,CO2+,Cr3+,Cr6+,Cd2+,Zn2+,Br-及I-仅以微量存在于体内,故称为微量元素。
无机盐在体内的分布 体内的无机盐基本上由钠、钾、镁及钙的氯化物、硫酸盐、磷酸盐及碳酸盐所组成。在大多数器官及组织中,无机盐的含量一般不超过8~10g/L,但其分布不均匀,这与各个元素在生命活动中发挥的特殊作用以及所在组织或器官的特殊功能密切有关。例如骨与牙富含磷酸钙(作为支持组织),红细胞富含铁(参与血红蛋白的组成),胰岛富含锌(参与胰岛素的组成),甲状腺富含碘(作为合成甲状腺素的原料)等(见表1)。
正常人每升血浆或血清中的阳离子和阴离子总浓度虽然相等(各约为155mmol/L),呈电中性,但Na+是血浆中的主要阳离子,而血细胞中则以K+占优势,红细胞中钾的浓度可超过血清中浓度20倍 (见表2及3)。Na+及K+在大多数哺乳动物细胞外液与细胞内液之间的不均匀分布,与细胞膜的超微结构和生化功能以及细胞内的代谢变化很有关系。以前认为,细胞膜对钠及钾离子的通透性明显不同。水化钠离子的直径大于0.34nm,而水化钾离子的直径则小于0.3nm,故钾离子较易通过细胞膜上0.3nm大小的微孔。但继后采用有放射活性的钠、钾放射性核素进行追踪观察,却证实细胞膜对这两种阳离子的通透都很有效,现在有相当理由认为,钠和钾进入与逸出细胞不仅受到细胞膜通透性、两者浓度梯度或董南平衡的约束,而且也是一种与一系列有机化合物的代谢紧密相联的主动耗能过程。此过程特别同某些氨基酸(谷氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸等)的进出细胞和某些肾上腺皮质激素的调节作用有关,后者又以盐皮质激素(醛固酮)最为显著。还有大量实验结果支持细胞膜上存有钠泵的说法。
表1 人体某些器官及组织的无机盐成分
器官 与 组织 | 化学元素的含量(按湿重测得) 单位:mmol/L(mg/dl) |
Na | K | Ca | Mg | Cl | 无机磷 | 无机硫 |
脑 | 65.3~93.2 (150~220) | 74.2~87.0 (290~340) | 2~2.5(8~10) | 5.8~7 0(14~17) | 18.6~38.2 (108~222) | 2.3(7) | (10) |
心肌 | 60.9~74.0 (140~170) | 58.8~67.8 (230~265) | 2~6.3(8~25) | 6.6~7.4(16~18) 0.9~1.2 | 19.8~21.5 (115~125) | 6.5(20) | —— |
骨胳肌 | 28.3~65.3 (65~150) | 65.0~102.3 (254~400) | 0.9~2.3(3.6~9) | (2.2~2.8) | 10.3~12.0 (60~70) | 5.8(18) | (6) |
肝 | 26.1~65.3 (60~150) | 25.6~51.2 (100~200) | 1.8~5(7~20) | 7.0(17) | 17.2~25.8 (100~150) | —— | (20) |
肾 | 71.8~169.7 (165~390) | 42.2~128 (165~500) | 1.5~4.8(6~19) | 2.0~8.2(5~20) | 17.2~34.4 (100~200) | —— | (7) |
胰 | 30.5~34.8 (70~80) | 25.8~51.2 (100~200) | 1.8~4(7~16) | 7.0~11.1 (17~27) | 27.5~37.8 (160~220) | —— | —— |
肺 | 106 6(245) | 38.4(150) | 2.5~4.3(10~17) | 3.3(8) | 43(250) | —— | (10) |
皮肤 | 52 2~108.75 (120~250) | 20.5~33.3 (80~130) | 1.75~6.3(7~25) | 2.5~8.2(6~20) | 18.9~51.6 (110~300) | —— | —— |
脾 | 65.3~87.0 (150~200) | 25.6~79.3 (100~310) | 2.3~3.8(9~15) | 4.9~6.2(12~15) | 25.8~51.6 (150~300) | —— | —— |
骨胳 | 65.3~130.5 (150~300) | 12.8~38.4 (50~150) | 2000~2500 (8000~10000) | 12.3~57.5 (30~140) | 51.6~34.4 (150~700) | 1130.5(3500) | —— |
牙质 | — | — | 6125(24500) | 328.8(800) | —— | 3876(12000) | —— |
牙釉 | — | 76.7(300) | 8625(34500) | 102.8(250) | —— | 5329.5(16500) | —— |
软骨 | 87.0~130.5 (200~300) | 64.0(250) | 10(40) | 4.5(11) | 43(250) | 3.2(10) | —— |
表2 正常人血浆中各种离子的浓度
阳离子 | 浓 度 | 阴离子 | 浓 度 |
mmol/L(mEq/L) | mmol/L(mg/dl) | mmol/L(mEq/L) | mmol/L(mg/dl) |
Na+ K+ Ca2+ Mg2+ | 142(142) 5(5) 2.5(5) 1.5(3) | 141.8(326.0) 5.0(19.5) 2.5(10.0) 1.5(3.6) | HCO-3 Cl- HPO-4 SO-4 有机酸 蛋白质 | 27(27) 103(103) 1(2) 0.5(1) (6) (16) | (60.5) 62.9(365.7) (3.4) (1 6) (21.0) (6500.0) |
总计 | (155) | (155) |
表 3 正常人体液中无机离子的浓度
体 液 | 无 机 盐 含 量 |
mmol/L | mmol/L (mg/dl) | nmol/L (μg/dl) |
Na | K | Ca | Mg | Cl | 无机磷 | 无机硫 | 碘总量 |
全血 | 79~91 | 40~60 | — | 1.5~1.9 | 77~86* | 0.6~1.3(2.0~3.9) | (0.2~0.6) | 189.1~252.2(2.4~3.2) |
血清 红细胞 | 130~155 8.7±1.3 | 4.0~5.6 107.6 | 2.25~2.75 0 | 0.75~0.9 1.35±0.25 | 96~108* 53.5 | 0.8~1.5(2.4~4.5) — | (0.8~1.4) — | 354.6~1142.6(4.5~14.5) — |
淋巴 脑脊液 眼液 胆汁 唾液 妇人奶 | 126.0 141.3±8.7 130.4 139.1 8.7 5.6 | 3.6 5.1±0.5 3.3 4.8 25.6 12.8 | 2.5 1.25±0.15 1.25 2.5 1.5 8 | 0.6 0.6±0.1 0.515 0.105 0.4 1.03 | 118.3 124±4.2 124 98.6 11.8 9.8 | 1.2 (3.6) 0.5±0.13(1.6±0.4 0.64 (2) 4.5 (14) 5.8 (18) 4.8(15) | — — — — — — | — — — — — — |
注: 全血和血清数据对我国成人正常值,其他数据引自国外资料。原表Na,K,Ca′Mg和Cl的mg/dl单位已换算成mmol/L*为氯化物人体对无机盐的需要量 人体对膳食中各类无机盐的需要差别很大。大多数无机盐只需少量或其供应的间隔期较长。当供应缺乏时它们就留存体内,即所谓“少吃少排”。而另一些无机盐如钙及钾,则每日持续从体内排出,故必须定期补充以防缺乏; 但过量的消耗又会引起排出增多(主要从尿排出)。出汗过多、呕吐或腹泻常导致无机盐的异常损失,必须及时补充纠正。
为了使生命活动维持在正常水平,按干重计算,人类膳食的无机盐含量不应少于4%,并且各元素之间应在较窄范围内保持一定比例关系。对健康成人而言,此关系可以mmol(mEq)表示如后: Na为215mmol (215mEq),K为75mmol(75mEq),Ca为30mmol(60mEq),Mg为17.5mmol(35mEq),Cl为215mmol (215mEq),磷酸盐为105mEq。在成人每昼夜随尿排出的55g固体物质中,约有22g是无机盐。
无机盐的生理功能 无机盐在人体内担负的生理功能是多方面的,几乎所有代谢过程均有赖于无机盐的作用或受它们的影响。无机盐本身是电解质,参与维持体内的渗透压平衡及各体液区域的水化,使细胞内、外液的容量在一定范围内变动。它们又能保证人体内环境有适宜的pH值,使酶的催化反应得以顺利进行。它们可以调节心脏及其他肌肉的正常功能,维持神经肌肉的应激性。它们参与生物氧化还原反应,并作为一些酶的辅基。有些无机盐还具有特殊的生理功用,例如钙和磷是骨盐的主要成分,磷酸盐组成缓冲系统,协助体液酸碱平衡的调节,钙是血液凝固过程的重要辅助因子,镁是许多酶(如胆碱酯酶、ATP酶等)的激活剂。氯参与胃酸的合成,钴是维生素B
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分子的组成元素等。所以, 体内无机盐代谢如发生异常,将引起各种紊乱。
无机盐
无机盐是指由金属离子(包括铵离子)和无机酸根所组成的化合物。它们在机体中含量较少,约为细胞干重的2%—5%。但它们是生命活动所必需的成分。绝大多数无机盐在细胞内解离为正、负离子,离子在原生质中或游离存在,或与蛋白质、脂类等大分子物质结合。无机盐的作用可概括为以下三方面:
调节渗透压 由于无机盐在细胞内的总含量直接影响水分透过质膜的流向,所以有调节渗透压的作用。渗透作用是指两种不同浓度的水溶液由一膜分开,该膜只允许水分子通过(称半透性膜),那么,水分子将穿过膜进入浓液一侧。也就是水分子穿过半透性膜的扩散,称为渗透作用。水分子从低渗液向高渗液移动,使后者液面升高产生压力,直至达到阻止水分子不再单方向流动时,这种压力称之为渗透压。如果施加压力,可使水分子向相反方向流动。人体血液及组织液之间的毛细血管壁为一种半透性膜,小分子物质可以自由通过,如水、葡萄糖、氨基酸、尿素及电解质等,而大分子物质如人体血液中的白蛋白则不能从血管渗出。这样,血液中的渗透压比组织液的渗透压大,但受心脏和血管收缩所产生的血压调节,在毛细管动脉端的血压(4.67 kPa) 比组织液渗透压(3.33kPa)大,血液中的水分和营养物质进入组织液;在毛细血管静脉端血压降至0.2 kPa,低于组织液渗透压,水及组织产生的废物又回到血液,从而保证了血浆与组织液间的物质交换。此外,像Na+、K+、HPO32-等在维持细胞内外液的容量与渗透压方面都有重要作用。
维持体液及细胞的酸碱平衡 稳定的H+浓度是细胞进行正常生理功能和一切生化反应的必需条件。人体血液的pH值在7.35—7.45之间,其变化范围在0.1pH单位。这种维持体液pH恒定的现象称为酸碱平衡。凡是酸都能放出质子(H+),酸是H+的供体,酸的强度决定于它们释放H+趋势的强度;反之,碱是接受质子的,即H+受体。一般弱酸和它的弱酸盐的混合溶液具有缓冲酸或碱的功效,称为缓冲溶液。由这种酸和盐构成一个缓冲对或缓冲系统。当酸性或碱性物质进入机体时,首先与血液中的各种缓冲系统接触发生反应,缓解体内pH的改变,称为缓冲作用。
生物体内有三种有效缓冲系统,即碳酸及碳酸盐(NaHCO3/H2CO3)、磷酸盐(Na2HPO4/NaH2PO4)以及蛋白质(Napr/Hpr)(蛋白质为两性化合物)。当酸进入机体时,首先与缓冲系统中的盐类发生作用。
❶HA+NaHCO3—→H2CO3+ NaA,此时虽然H2CO3有所增加,但在酶的作用下可以分解。
可以从肺排出体外。
❷HA +NaHPO4—→NaH2PO4+NaA,此时酸性钠盐虽然增加,但可以从尿排出。
❸HA+ Na-Pr—→Hpr+NaA,Hpr为极弱的酸对pH影响不大。
当碱进入机体时,缓冲系统中的酸与之发生作用。
❶BOH+H2CO3—→BHCO3+H2O,此处消耗的H2CO3可以由代谢中产生的CO2补充,CO2+H2O—→H2CO3。
❷BOH+Hpr—→Bpr+H2O。
❸BOH+NaH2PO4—→BNaPO4+H2O
抗碱反应中产生的NaHCO3或BNaHPO4如果数量过多可以从尿中排出,Bpr是蛋白质的钠盐对pH无大影响。机体通过缓冲系统维持酸、碱平衡,以保证代谢的正常进行。
盐离子决定某些大分子的结构和功能 见下表。
细胞中几种离子及其与其他分子的联系
离 子 | 功能/联系 |
PO3-4,HPO2-4 H2PO-4 CO2-3,HCO-3 Fe2+(3+) | 天然缓冲剂,核酸结构蛋白质和脂类 的成分 天然缓冲剂 血红蛋白(结合氧),叶绿素,细胞色 素,过氧化物酶,组氨脱羰酶 |
Cu2+ Zn2+ Mg2+ Mn2+ Co2+ K+ Ca2+ B NO-3 MO | 酪氨酸,抗坏血酸氧化酶 二氧化碳酶,肽酶 磷酸酶,ATP酶 多种肽酶 肽酶 ATP-丙酮酸、磷酸转化酶 肌动蛋白,麦芽糖淀粉酶 阿拉伯胶异构酶 过氧化物酶 硝酸还原酶 |
不同细胞对盐类有不同要求,例如:碘量不足可引起甲状腺肿;钙缺乏引起骨异常,铜和铁缺乏引起贫血; 适量的氟可防止龋齿。另外,离子浓度在细胞内、外的分布也不相同。例如,细胞内K+和Mg
2+高,细胞外Na
+和Cl
-高,特别是肌肉细胞和神经细胞,细胞内的K
+与细胞外的Na
+差别尤其显著。Ca
2+在肌肉细胞内能激活肌纤凝蛋白ATP酶的作用,促进肌肉收缩。神经肌肉的应激性需要体液中各种电解质维持一定的比例,Na
+、K+浓度增高时,神经肌肉的应激性增高。当Ca
2+、Mg
2+、H
+浓度增高时,神经肌肉应激性降低。