人体所需的营养素中包括部分无机盐。许多离子，主要是金属离子，在酶促反应过程中发挥作用；维护渗透压，主要为钠、钾、氯等；钙磷是骨骼的重要组成成分；此外，无机离子还参与信息传递，凝血过程等多种生理功能。

这些无机元素据人体中含量和需要量可分为常量元素和微量元素。体内含量较多(>5g)，每天要量在100mg以上，如钙、磷、钾、钠、氯、镁等称为常量元素，而人体内含量甚微，每日需要量仅为μg或mg水平者，称为微量元素。包括铁、碘、铜、锌、锰、钴、钼、硒、铬、氟等。

本章重点讨论钙、磷的代谢及部分微量元素的作用。

第一节　钙磷代谢

钙和磷是人体内含量最丰富的无机元素。在正常成人，钙约占体重1.5-2.2%，总量约为700-1400g。磷占体重0.8-1.2%，总量约400-800g。其中99%的钙和86%的磷以羟磷灰石的形式存在于骨和牙齿当中。其余分布于体液和软组织中，以溶解状态存在。

人体内钙的存在状态见下图所示。

钙和磷的代谢在许多方面是相互联系的，机体从食物中摄取钙和磷、又把它们从尿和粪中排泄，成人每日摄取和排泄量大致相等，处于动态平衡之中(图12－1)。

图12－1　钙磷代谢概貌

一、血钙和血磷

血钙指血浆中所含的钙，平均为9-11mg/dl。可分为可扩散钙(diffusible calcium)和非扩散钙(nondiffusiblecalcium)。非扩散钙指与血浆蛋白(主要为白蛋白)结合的钙。不易透过毛细血管壁。可扩散钙主要为游离Ca2＋及少量与柠檬酸或其它酸结合的可溶性钙盐(表12－1)。

表12-1　正常人血浆钙各部分的含量

	毫克／100毫升	毫克当量／升	占总量的％
Ca2+	4.27	2.36	47.5
蛋白结合钙	4.56	2.28	46.0
CaPO4	0.16	0.08	1.6
柠檬酸钙	0.17	0.08	1.7
其它未定钙	0.32	0.16	3.2
总计	9.93	4.96	100.0

血浆中发挥生理作用的主要为游离Ca2＋，而血浆中Ca2＋一蛋白结合钙和小分子结合钙之间呈动态平衡关系。此平衡受血浆PH影响，血液偏酸时，游离Ca2＋浓度升高；相反，血液偏碱时，蛋白结合钙增多，游离Ca2＋浓度下降。因此，临床上碱中毒时常伴有抽搐现象，与低血钙有关。

正常人血浆中无极磷的浓度为3.4?.0mg/dl、儿童稍高为4.5-6.5mg/dl。血浆中磷80～85%以HPO4形式存在。15-20%以H2PO4－形式存在，而PO43－的含量甚微。

血浆中钙、磷浓度关系密切，在以mg/dl表示时，二者的乘积(［Ca］×［P］)为30～40。当(［Ca］×［P］)>40，则钙和磷以骨盐形式沉积于骨组织；若(［Ca］×［P］)<35则妨碍骨的钙化，甚至可使骨盐溶解，影响成骨作用。

血钙和血磷含量的相对稳定依赖于钙、磷的吸收与排泄、钙化及脱钙间的相对平衡、而这些平衡又主要受维生素D3、甲状旁腺素和降钙素等激素的调节。

二、钙、磷的吸收与排泄

(一)钙、磷的吸收

体内钙和磷均由食物供给。正常成人每日摄取钙约1克、磷约0.8克。儿童及妊娠、哺乳期妇女需要量相应增加。

食物中所含钙主要为各种复合物，必须转变为游离Ca2＋，才能被肠道吸收。当肠道内PH值<6时，有利于Ca2＋的释放。因此，钙的吸收部位在小肠，而吸收率依次为十二指肠>空肠>回肠。食物中钙吸收率通常只有30%，当体内缺钙或生理需钙量增加时，吸收率可增高。

肠粘膜对钙的吸收机理较为复杂，既有跨膜转运，又有细胞内转运；既有逆浓度梯度的主动吸收，又有顺浓度梯度的被动扩散或易化转运。已知肠粘膜细胞内有多种钙结合蛋白(calnium binding protein,简写为CaBP)，它与Ca2＋有较强亲和力，可促进钙的吸收。磷的吸收与钙有密切关系，而且钙和磷的吸收又与钠的吸收和分布相互交织在一起，如图12－2所示。

图12－2　肠粘膜对钙和磷的吸收示意图

如图12?2，Ca2＋由肠腔进入粘膜细胞内是顺浓度梯度的，但由于微绒毛对Ca2＋的通透性极低，故需要特殊的转运载体。Pi伴随着Na＋的吸收进入粘膜细胞内，又随着Na＋的泵出而至细胞外液(血管侧)，后者虽然对Pi来说是顺梯度的，但要依赖Na＋泵，所以有人将Pi的吸收称为“继发的主动转运”(secondaryactive transport)。至于CaBP的作用，现在认为它主要在细胞内转运过程中起作用，因为它对Ca2＋的亲和力恰好介于质膜钙泵与线粒体膜钙泵对Ca2＋的亲和力之间，是把线粒体蓄积的钙输送给基底一侧膜钙泵的一种输送蛋白。

食物中的磷主要以无机磷酸盐和有机磷酸酯两种形式存在，肠道主要吸收无机磷，有机含磷物则经水解释放出无机磷而被吸收。磷的吸收较易、吸收率可达70?0%。其吸收部位遍及小肠，以空肠吸收率最高。磷的吸收量比钙大，而且是逆电荷梯度进入小肠粘膜细胞，可见其有独立的吸收机制，目前对磷吸收机制尚未完全了解。肠道中酸碱性、食物成分以及血钙和血磷浓度均可影响钙和磷的吸收。

图12－3　人体每日钙的更新率

(二)钙和磷的排泄

人体排出钙主要有两条途径：约20%经肾排出，80%随粪便排出。肾小球每日滤出钙约10g，95%以上被肾小管重吸收，0.5-5%随尿排出。正常人从尿排出钙量较稳定，受食物钙量影响不大，但与血钙水平相关。血钙升高则尿钙排出增多。粪便中钙主要为食物中未吸收钙及消化液中钙。其量随钙的摄入量及肠收状态波动较大。

正常成人每日进出体内的钙量大致相等，即处于钙平衡状态。图12－3说明机体钙平衡的情况，图中数字为每日钙变化量的平均数。

磷亦通过肠道和肾脏排泄，以肾脏排泄为主。尿磷排出量占总排出量的60?0%。尿磷排出量取绝于肾小球滤过率和肾小管重吸收功能，并随肠道摄入量的变化而变化。

三、钙、磷与骨的钙化及脱钙

骨是一种特殊的结缔组织，不仅做为人体的支架组织，而且是人体中钙、磷的最大储库。通过成骨与溶骨作用，不断与细胞外液进行钙磷交换、对维持血钙和血磷稳定有重要作用。

(一)骨的组成

骨由无机盐、又称骨盐(bonysalts)、有机基质和骨细胞等组成。骨盐增加骨的硬度，基质决定骨的形状及韧性，骨细胞在代谢中起主导作用。

骨盐占骨干重的65～70%，其主要成分为磷酸钙，占84%，其它还有CaCO3占10%，柠檬酸钙占2%，磷酸镁占1%，和Na2HPO4占2%等。骨盐约有60%以结晶的羟磷灰石(hydroxyapatite)形式存在，其余40%为无定形的CaHPO4。据认为后者可以转变为前者。羟磷灰石［Ca10(PO4)6(OH)2］是微细的结晶，亦称骨晶(bone crystal)。每克骨盐含有约1016个结晶，总的表面积可达100平方米，体液中其他离子如Ca2＋、Mg2＋、Na＋、Cl－、HCO3－、F－，柠檬酸根等可吸附在羟磷灰石的晶格之间。骨晶性质稳定，不易解离，但在其表层进行离子交换的速度较快。

骨中镁离子占体内镁离子总量的50%，骨中钠离子也占体内钠离子总量的35%，而且大部分钠易于交换。所以骨骼不仅是身体的支持组织，也是贮存大量钙、磷、钠、镁的器官，在维持体液电解质浓度的稳定性上具有重要作用。此外，骨盐中的Ca2＋还可与体液中的H＋交换，当体液中［H＋］增多(酸中毒)时，由于Ca2＋H＋交换，可致骨盐溶解。

骨基质包括胶原和非胶原化合物。胶原约占90%以上。非胶原蛋白中含量较多的是骨钙素(osteocalcin)和骨连接素(osteonectin)。骨钙素为一种依赖维生素K的小分子酸性蛋白质，分子量约6000，其谷氨酸残基在γ位羧化为γ-羧基谷氨酸，与羟磷灰石、Ca2＋有很高亲和力、骨连接素是附着于胶原的一种糖蛋白，易与羟磷石结合，可能作为骨盐沉积的核心。

(二)成骨作用与钙化

骨的生长、修复或重建过程，称为成骨作用(osteogenesis)。成骨过程中，成骨细胞先合成胶原和糖白多糖等细胞间质成分，形成所谓“骨样质”(osteoid)，继后骨盐沉积于骨样质中，此过程称为钙化(calcification)。

关于钙化的机理，尚未完全阐明，研究表明下列变化可能参与和影响骨盐的沉积：

(1)电镜下可见成骨细胞表面突起形成很多囊泡。囊泡膜富含类脂并具有很高的碱性磷酸酶活性，可水解基质中多种磷酸酯，使无机磷浓度升高。囊泡中富含丝氨酸磷酯，能与Ca2＋紧密结合，故能有效摄取周围基质中Ca2＋。此外，成骨细胞具有钙泵作用，可从周围间隙中浓集钙。这些因素共同作用，使骨组织钙化局部Ca2＋和HPO42－升高，使［Ca］×［P］积升高，利于钙盐的沉积。

(2)正常血中存在钙化抑制物，如焦磷酸盐(pyrophosphate)，而成骨细胞囊泡中的磷酸酶可水解焦磷酸盐，一方面解除其抑制作用，另一方面提供了充分的无机磷作为骨盐沉着的原料。

(3)基质中的骨连接素可能提供羟磷灰石结晶形成的“晶核”，促使羟磷石结晶的形成。骨钙素则可直接结合羟磷灰石，避免羟磷灰石在局部堆积，使之有规律地沉积于胶原上。

(4)实验表明，胶原纤维的成熟和骨样组织的正常，是骨盐沉着的重要前提。

骨的生成和钙化是一个复杂的生物过程，受多种因素的影响和调节，此方面的研究正在深入进行，并取得了一些可喜的进展。如发现了多种与骨生成相关的蛋白及细胞因子等。

(三)溶骨作用与脱钙

骨在不断的新旧更替之中，原有旧骨的溶解和消失称为骨的吸收(bone resorption)或溶骨作用(osteolysis)。溶骨作用包括基质的水解和骨盐的溶解，后者又称为脱钙(decalcification)。溶骨作用同成骨作用一样，是通过骨组织细胞的代谢活动完成的。溶骨作用主要由破骨细胞引起，可分为细胞外相和细胞内相两相完成。

破骨作用起始于细胞外。破骨细胞通过接触骨面的刷状缘，溶酶体释放出多种水解酶类，如胶原酶可水解胶原纤维，糖苷酶水解氨基多糖。同时，破骨细胞通过糖元分解代谢产生大量乳酸，丙酮酸等酸性物质扩散到溶骨区，使局部酸性增加，促使羟磷灰石从解聚的胶原中释出。破骨细胞产生柠檬酸能与Ca2＋结合形成不解离的柠檬酸钙，降低局部Ca＋＋的浓度，从而促进磷酸钙的溶解。继后，多肽、羟磷灰石等经胞饮作用进入破骨细胞，并与溶酶体溶合形成次级溶酶体。在此多肽水解为氨基酸、羟磷灰石转变为可溶性钙盐。最后，氨基酸、磷及Ca2＋从破骨细胞释放入细胞外液，再入血，可参与血磷、血钙的组成。因骨的有机质主要为胶原，溶骨作用增强时，血及尿中羟脯氨酸增高。因此可将血及尿中羟脯氨酸的量作为溶骨程度的参考指标。

正常成人，成骨与溶骨作用维持动态平衡，每年骨的更新率约1?%。骨骼发育生长时期，成骨作用大于溶骨作用。而老年人则骨的吸收明显大于骨的生成，骨质减少而易发生骨质疏松症(osteoporosis)。骨盐在骨中沉积或释放，直接影响血钙、血磷水平，在平时骨中约有1%的骨盐与血中的钙经常进行交换维持平衡，因此血钙浓度与骨代谢密切相关。

四、钙磷代谢的调节

体内钙、磷代谢的平衡主要由甲状旁腺素、1，25-(OH)₂D₃和降钙素来调节。

(一)甲状旁腺素(Parathormone,PTH)

1.合成及分泌

甲状旁腺素是由甲状旁腺主细胞合成和分泌的一种单链多肽激素，成熟PTH含84个氨基酸残基，分子量约为9500。是维持血钙恒定的主要激素。

PTH的合成遵循典型的胞内多肽合成途径。首先合成的是含115个氨基酸的前甲状旁腺激素原(Pre Pro PTH)。在粗面内质网切除N?端25个氨基酸的信号肽，降解为激素原(Pro PTH)，含90个氨基酸残基，无生理活性。Pro PTH在高尔基体中进一步切去N?端6个氨基酸残基，组装为成熟的、具生物活性的PTH分泌颗粒。(图12－4)。

图12－4　PTH及其前体的合成、分泌及代谢

完全相同的生物活性。主要受体结合位点在1－6，它的切除会导致全部生物活性丧失。C-未端片断不具有生物活性，但决定PTH的免疫原性，这在PTH放射免疫测定时应注意。

PTH在血液中的半衰期仅数分钟，甲状旁腺细胞内PTH的储存亦有限。因而，分泌细胞不断进行PTH的合成及分泌。血钙是调节PTH水平的主要因素，血钙不仅调节PTH的分泌，而且影响PTH的降解。低血钙的即刻效应(几秒钟内)是刺激贮存的PTH的释放，而持续作用主要是抑制PTH的降解速度。后者是调节外周血PTH水平的主要机制。当血Ca2＋水平下降时，体内PTH降解速度减慢，血中PTH水平增高。此外，1，25-(OH)₂D₃与PTH分泌也有关系，当血中1，25-(OH)₂D₃增多时，PTH的分泌减少，降钙素则可促进PTH分泌。一方面是通过降低血钙的间接作用，另一方面可直接刺激甲状旁腺分泌PTH。

(二)生理作用

PTH作用的靶器官是肾脏，骨骼和小肠。PTH作用于靶细胞膜上腺苷酸环化酶系统，增加胞浆内cAMP及焦磷酸盐(PPi)的水平。前者促进线粒体内Ca2＋向胞浆透出，后者则作用于细胞膜外侧，增加Ca2＋向细胞内透入，使细胞浆Ca2＋浓度升高，于是细胞膜上的“钙泵”被激活，将Ca2＋大量输送到细胞外液。PTH作用的总效应是升高血钙。

1.对骨的作用

PTH具有促进成骨和溶骨的双重作用。实验研究表明小剂量PTH可促进成骨作用，而大剂量则可促进溶骨作用。PTH可刺激骨细胞分泌胰岛素样生长因子I(IGF桰)，从而促进骨胶原和基质的合成，利于成骨作用。临床上利用此作用，给骨质疏松症患者连续使用小剂量PTH治疗，取得良好疗效。另一方面PTH能使骨组织中破骨细胞的数量和活性增加，破骨细胞分泌各种水解酶，并且产生大量乳酸和柠檬酸等酸性物质，使骨基质及骨盐溶解，释放钙和磷到细胞外液。但PTH只引起血钙升高；而血磷却减少，其原因在于PTH对肾脏的作用。

2.对肾脏的作用

PTH对肾脏作用出现最早，主要是增加肾近曲小管对Ca2＋的重吸收，降低肾磷排泄阈并抑制肾小管对磷的重吸收。其机理是通过细胞膜受体和cAMP系统，改变细胞膜对Ca2＋通透性，使Ca2＋内流增多、胞浆内Ca2＋浓度升高，减低腔面对Na＋通透性，Na＋桯＋交换减少，Na＋、HCO3－排出增多，磷排出也相应增加。同时，通过浆膜面的“钙泵”使Ca2＋进入血液，其结果使尿钙减少，尿磷增多，最终使血钙升高，血磷降低。

3.对小肠的作用

PTH对小肠的钙、磷吸收的影响，一般认为是通过激活肾脏1α-羟化酶，促进1，25-(OH)₂D₃的合成而间接发挥作用的，此效应出现得较为缓慢。

(二)1，25-(OH)[XB]2[/XB]D[XB]3[/XB]

1.合成及调节

1，25-(OH)₂D₃是一种激素，由维生素D3在体内代谢生成，是维生素D3在体内的主要生理活性形式。维生素D3及其前体在皮肤、肝、肾等经过一系列的酶促反应生成1，25-(OH)₂D₃，再经血液运输到小肠、骨及肾等靶器官发挥生理作用。

皮肤：胆固醇代谢中间产物在皮肤分布较多。在紫外线照射下先转变为前维生素D3(previtamin D3)，后者在体温条件下经36小时自动异构化为维生素D3(图12－5)。

图12－5　维生素D3的生成

(2)肝脏：皮下转化生成及肠道吸收的维生素D3入血后，与维生素D结合蛋白(DBP)结合运送到肝脏，在肝细胞微粒体中维生素D－25羟化酶催化，转变为25－（OH)D3。维生素D－25羟化酶受产物25－（OH)D3的反馈抑制。合成的25－（OH)D3再与DBP结合而运输，它是血浆中维生素D3的主要形式。

(3)肾脏：肝脏生成的25－OH)D3经血运往肾脏，在肾近曲小管上皮细胞线粒体内1α－羟化酶系(包括黄素酶、铁硫蛋白和细胞色素P450)的作用下，转变成1，25-(OH)₂D₃。此外，肾脏中还有24，25-(OH)₂D₃及1，24，25-(OH)₂D₃等代谢产物。其活性均较弱。(图12－6)。

图12－6　维生素D3的代谢

(4)调节：1，25-(OH)₂D₃的合成受多种因素影响和调控。主要通过1α－羟化酶调节，主要影响因素有PTH、血液和细胞外液磷酸盐浓度、1，25-(OH)₂D₃及血钙等。

PTH是1α－羟化酶的主要调节者。PTH能促进1α－羟化酶合成，抑制24α－羟化酶，从而使25－(OH)D3转变为1，25-(OH)₂D₃增多，转变为24，25-(OH)₂D₃减少。低血钙由于使PTH升高而刺激1，25-(OH)₂D₃的生成。低血磷可刺激1α－羟化酶活性，且低血磷刺激1，25-(OH)₂D₃合成作用不依赖于PTH。此外，维生素D3不仅不受1α－羟化酶作用，而且还抑制1α－羟化酶。

2.1，25—OH)2D₃的生理作用

1，25-(OH)₂D₃作用的靶器官是小肠、骨，而对肾脏作用较弱。

(1)对小肠的作用：1，25-(OH)₂D₃能促进小肠对钙、磷的吸收，这是其最主要的生理功。1，25-(OH)₂D₃与小肠粘膜细胞内的特异胞浆受体结合，进入细胞核内，促进DNA转录生成mRNA，从而使钙结合蛋白(calciumbinding protein,CaBp)和 Ca2＋－Mg2＋?ATP酶)合成增高。从而使进Ca2＋的吸收转运。同时1，25-(OH)₂D₃可影响小肠粘膜细胞膜磷脂的合成及不饱合脂肪酸的量，增加Ca2＋的通透性，利于肠腔内Ca2＋的吸收。1，25—OH)2D3促进Ca2＋吸收同时伴随磷吸收的增强，但对磷吸收的作用机制尚未了解清楚。

(2)对骨的作用，1，25-(OH)₂D₃对骨亦有溶骨和成骨的双重作用。体外实验证明，1，25-(OH)₂D₃能刺激破骨细胞活性和加速破骨细胞的生成，从而促进溶骨作用。在体内则与PTH协同作用，促进破骨细胞增生，并增强其破骨作用。另一方面，由于1，25-(OH)₂D₃增加小肠对钙、磷的吸收，提高血钙、血磷，又促进钙化。同时，1，25-(OH)₂D₃还刺激成骨细胞分泌胶原等，促进骨的生成。所以，在钙、磷供应充足时，1，25-(OH)₂D₃主要促进成骨。当血钙降低、肠道钙吸收不足时，主要促进溶骨，使血钙升高。

(3)对肾的作用1，25—(OH)₂D₃可促进肾小管对钙、磷的重吸收。但此作用较弱，处于次要地位。只在骨骼生长和修复期，钙、磷供应不足情况下较明显。

1，25-(OH)₂D₃总的调节效果是使血钙、血磷增高。

(三)降钙素(CalcitoninCT)

1.化学本质

降钙素是由甲状腺滤泡旁细胞(又称C细胞)所分泌的一种单链多肽类激素，由32个氨基酸组成，分子量为3500。N-末端1，7位氨基酸为半胱氨酸，以二硫键相连，形成一个封闭环，C-末端为脯氨酸。分子内部的氨基酸顺序变化较大，不同种类CT，32个氨基酸中只有9个位置是相同的(图12?7)。但从体结构来看，这几种CT的结构又很相似，其所有亲水和疏

图12－7　猪、牛、鲑鱼和人类降钙素的共性结构

水氨基酸残基的位置相对固定。如疏水基的酪氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸在分子中有规律的间隔出现(4、9、12、16、19、22位)，带电荷的酸性氨基酸都在15和30位上。如天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸。所以每种CT对各种哺乳动物都有生物活性。一般认为CT生物活性有赖于分子中32个氨基酸结构的完整性，目前对此说法有一些新的见解，并取得一些新进展。例如人工合成一种自19?22氨基酸残基单个缺失或片断缺失的鲑鱼CT同类物，其降钙作用为天然鲑鱼CT的2倍。

2.CT的合成与分泌

在人甲状腺C细胞中以CT mRNA为模板的最初翻译产物是分子量约15000的蛋白，经过修饰先转变为分子量12000的产物，最后转变为3500的成熟CT。血钙是影响CT分泌的主要因素。血钙升高可刺激CT的分泌。血钙降低则抑制CT的分泌，但CT合成的速度不受影响，因而细胞内CT含量增高。甲状旁腺功能低下患者，其C细胞中CT含量亦增多。

3.CT的生理功能

CT作用的靶器官也主要为骨和肾，其作用与PTH相反，其作用是抑制破骨作用，抑制钙、磷的重吸收，降低血钙和血磷。

目前已发现在骨、肾、肠粘膜、精子等细胞上有CT受体，CT与受体结合激活腺苷酸环化酶，通过cAMP发挥生物效应。近来发现随着细胞内Ca2＋增加而出现CT的功能效应，有人提出Ca2＋是CT作用于破骨细胞的第二信使。

(1)CT对骨的作用：CT直接抑制破骨细胞的生成，又可加速破骨细胞转化为成骨细胞，因而增强成骨作用，抑制骨盐溶解、降低血钙、血磷浓度。

(2)CT对肾的作用：CT直接抑制肾小管对钙、磷离子的重吸收，从而使尿磷，尿钙排出增多，同时还可通过抑制肾1α—羟化酶而减少1，25-(OH)₂D₃的生成而间接抑制肠道对钙、磷的吸收率，结果使血浆钙、磷水平下降。

(3)对小肠作用：通过抑制1，25-(OH)₂D₃生成间接抑制钙的吸收，一般认为无直接作用。

综上可见，PTH，1，25-(OH)₂D₃、及CT均可调节钙、磷代谢，三者相互协调，相互制约、以维持血中钙、磷的动态平衡。三者对钙、磷代谢的调总结于表12－2。

表12-2　三种激素对钙、磷代谢的调节

	PTH	1,25-(OH)2D3	CT
血钙	↑	↑	↓
血磷	↓	↑	↓
小肠钙吸收	↑	↑↑	↓
小肠磷吸收	↑	↑	↓
肾钙重吸收	↓	↑	↓
溶肾作用	↑↑	↑	↓
成骨作用	↑	↑	↑

第二节 镁的代谢

镁(magnesium)的代谢及功能与钙、磷有密切关系。人体含镁量约20-28g，一半以上存在于骨中，其余在细胞内，是细胞内重要阳离子之一。细胞外液镁不超过总量的1%。镁与人类许多生理功能密切相关，在疾病发生及临床治疗中有重要作用。

骨中镁主要以Mg3(PO4)2和MgCO3的形式存在，吸附于羟磷石表面。但它与钙不同，不易随机体需要从骨中动员出来。但镁在一定程度上可置换骨中的钙，其置换的量取绝于骨钙动员的状况。

正常人血镁浓度为0.8?.1mmol/L。约1/3与血浆蛋白(主要是白蛋白)结合，少部分与磷酸、柠酸酸等结合成不易解离的化合物。而绝大部分(约60%)以Mg2＋形式存在。

细胞内镁则大部分与磷酸根、柠檬酸根及其它阴离子结合为复合物，尤其是与ATP结合为Mg·ATP=形式，参与需要ATP的反应。

(一)镁的吸收与排泄

人体每日镁的需要量为0.2?.4g，主要从绿色蔬菜中获得。镁的吸收主要在小肠，膳食中磷酸盐和乳糖的含量、肠腔内镁的浓度及肠道功能状态均影响镁的吸收。维生素D对肠道镁的吸收有轻微的促进作用。钙与镁的吸收有竞争作用。因此，食物中含钙过多则妨碍镁的吸收。

镁的排泄主要是通过肠道和肾脏。60-70%的镁从粪便排出，血浆中可扩散镁可透过肾小球滤出，大部分可被肾小管重吸收，只有2-10%随尿排出。缺镁则肾小管重吸收加强，而甲状腺素促进镁的排泄。

(二)镁的生理功能

1.镁是许多酶系的辅助因子或激活剂，广泛参与体内各种物质代谢，包括蛋白质、脂肪、糖及核酸的代谢。

2.镁离子对神经系统和心肌作用十分重要，对中枢神经系统和神经肌肉接头，镁离子能起到镇静和抑制作用。?

对于神经肌肉应激性，Mg2＋与Ca2＋是协同的，但对于心肌则Ca2＋与Mg2＋的作用又是拮抗的如下式：

因此，低血镁可引起与低血钙类似的手足搐搦症，而镁中毒则可导致四肢软弱无力及心律不齐等。

3.镁作用于外周血管可引起血管扩张。

血清Mg^2＋浓度对PTH和CT的分泌均有影响。血清Mg^2＋浓度过低，则PTH分泌受抑制，而不再受Ca^2＋的调节。因此，可出现低血钙与低血镁并存的情况。新生儿低血钙亦往往伴有低血镁，单独给予镁剂，则血镁和血钙均可升高。此外，低血镁还可影响PTH对靶细胞的作用，此时给予外源性PTH亦不起反应。高血镁可刺激CT的分泌，结果可出现低血钙与高血镁并存的情况。

第三节 微量元素

人体是由几十种元素组成的，含量占人体总重量万分之一以下，每日需要量在100mg以下者称为微量元素。如铁、铜、锌、碘等41种元素，其总量约占人体的0.05%。目前公认的人体必需微量元素有铁、铜、锌、碘、锰、硒、氟、钼、钴、铬、镍、钒、锶、锡等14种，绝大多数为金属元素。在体内一般结合成化合物或络合物，广泛分布于各组织中，含量较恒定。微量元素主要来自食物，动物性食物含量较高，种类也较植物性食物多。

微量元素在体内的作用是多种多样的，其主要通过形成结合蛋白、酶、激素和维生素等发挥作用。微量元素生理作用主要有以下方面：(1)参与构成酶活性中心或辅酶：人体内有一半以上的酶其活性部位含有微量元素。有些酶需要一种以上的微量元素才能发挥最大活性。有些金属离子构成酶的辅基。如细胞色素氧化酶中有Fe^2＋，谷胱甘肽过氧化物酶(GSH－Px)为含硒酶。(2)参与体内物质运输：如血红蛋白中Fe^2＋参与O₂的送输：碳酸酐酶含锌、参与CO2的送输。(3)参与激素和维生素的形成：如碘是甲状腺素合成的必需成分，钴是维生素B12的组成成分等。

随着对微量元素的生物作用的不断深入研究，其在人体中的作用日益受到人们的重视，发现许多微量元素在生化、生理、营养、致癌及临床诊断中有重要意义，并揭示了一些原来病因不明、防治不易的疾病的发病机理。如缺硒导致的克山病、缺锌诱发的侏儒症、缺碘与地方性甲状腺肿等。因此，对微量元素认识及检测人体中微量元素的水平，对疾病的发生、发展、诊断及防治均有重要意义。本节分别介绍一些微量元素的代谢及功能。

一、铜

成人体内含铜量约100－50mg，在肝、肾、心、毛发及脑中含量较高。人体每日需要量约1.5－2.0mg，而推荐量为2-3mg。

食物中铜主要在胃和小肠上部吸收，吸收后送至肝脏，在肝脏中参与铜蓝蛋白(coruloplasmin)的组成。肝脏是调节体内铜代谢的主要器官。铜可经胆汁排出，极少部分由尿排出。

体内铜除参与构成铜兰蛋白(见血液生化)外，还参与多种酶的构成，如细胞色素C氧化酶、酪氨酸酶、赖氨酸氧化酶，多巴胺β羟化酶、单胺氧化酶、超氧化物歧化酶等。因此，铜的缺乏会导致结缔组织中胶原交联障碍，以及贫血、白细胞减少、动脉壁弹性减弱及神经系统症状等。体内铜代谢异常的遗传病目前除wilson病(肝豆状核变性)外，还发现有Menke病，表现为铜的吸收障碍导致肝、脑中铜含量降低，组织中含铜酶活力下降，机体代谢紊乱。

二、锌

人体内含锌约2－3g，遍布于全身许多组织中，不少组织含有较多锌，如眼睛含锌达0.5%。成人每日需要量为15－200mg。

锌主要在小肠中吸收。肠腔内有与锌特异结合的因子，能促进锌的吸收。肠粘膜细胞中的锌结合蛋白能与锌结合并将其转动到基度膜一侧，锌在血中与白蛋白结合而送输。锌主要随胰液、胆汁排泄入肠腔。由粪便排出，部分锌可从尿及汗排出。

锌是80多种酶的组成成分或激动剂。如DNA聚合酶，碱性磷酸酶、碳酸酐酶，乳酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶、超氧化物歧化酶等，参与体内多种物质的代谢。锌还参与胰岛素合成。近来还发现，在固醇类及甲状腺素的核受体中DNA结合区，有锌参与构成的锌指结构(详见第一章)。可推测锌在基因调控中亦有重要作用。因此，缺锌会导致多种代谢障碍，如儿童缺锌可引起生长发育迟缓，生殖器发育受损，伤口愈合迟缓等。另外，缺锌还可致皮肤干燥，味觉减退等。

三、碘

正常成人体内碘含量25-50mg，大部分集中于甲状腺中。成人每日需要量为0.15mg。

碘主要由食物中摄取，碘的吸收快而且完全，吸收率可高达100%。吸收入血的碘与蛋白结合而送输，主浓集于甲状腺被利用。体内碘主要由肾排泄，约90%随尿排出，约10%随粪便排出。

碘主要参与合成甲状腺素(三碘甲腺原氨酸，(T3)，和四碘甲腺原氨酸(T4))。甲状腺素在调节代谢及生长发育中均有重要作用。成人缺碘可引起甲状腺肿大，称甲状腺肿。胎儿及新生儿缺碘则可引起呆小症、智力迟钝、体力不佳等严重发育不良。常用的预防方法是食用含碘盐或碘化食油等。

四、锰

成人体内含锰量约10-20mg，主储存于肝和肾中。在细胞内则主要集中于线粒体中。每日需要量为3－5mg。

锰在肠道中吸收与铁吸收机制类似，吸收率较低，仅3?%。吸收后与血浆β1?球蛋白、运锰蛋白结合而送输。主要由胆汁和尿中排出。

锰参与一些酶的构成，如线粒体中丙酮酸羧化酶、精氨酸酶等。不仅参加糖和脂类代谢，而且在蛋白质、DNA和RNA合成中起作用。锰在自然界分布广泛，以茶叶中含量最丰富。镁的缺乏较少。若吸收过多可出现中毒症状，主要由于生产及生活中防护不善，以粉尘形式进入人体所致。锰是一种原浆毒，可引起慢性神经系统中毒，表现为锥体外系的功能障碍。并可引起眼球集合能力减弱，眼球震颤、睑裂扩大等。

五、硒

硒是人体必需的一种微量元素，体内含量约14-21mg，广泛分布于除脂肪组织以外的所有组织中。主要以含硒蛋白质形式存在。人体每日硒的需要量为50－200μg。

硒是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH桺x)及磷脂过氧化氢谷胱甘肽氧化酶(PHGSH桺x)的组成成分。GSH桺x中每克分子酶四聚体含有4克原子硒，硒半胱氨酸的硒醇是酶的催化中心。该酶在人体内起抗氧化作用，能催化GSH与胞液中的过氧化物反应，防止过氧化物对机体的损伤。GSH桺x活力下降，线粒体不可逆地失去容积控制和收缩能力并最后破裂。缺硒所致肝坏死可能是过氧化物代谢受损的结果。PHGSH桺x与GSH桺x不同，它存在于肝和心肌细胞线粒体内膜间隙中，作用是抗氧化、维持线粒体的完整，避免脂质过氧化物伤害。此外，I型碘甲腺原氨酸5′－脱碘酶(5′?ID?1)也是一种含硒酶，其活性中心为Se?Cys，分布于甲状腺、肝、肾和脑垂体中。能催化甲状腺激素T4向其活性形式T3的转化。

近年来研究发现硒与多种疾病的发生有关。如克山病、心肌炎、扩张型心肌病、大骨节病、及碘缺乏病均与缺硒有关。硒还具有抗癌作用，是肝癌、乳腺癌、皮肤癌、结肠癌、鼻咽癌及肺癌等的抑制剂。硒还具有促进人体细胞内新陈代谢、核酸合成和抗体形成、抗血栓及抗衰老等多方面作用。

硒是人体必需的微量元素，但硒过多也会对人体产生毒性作用，如脱发、指甲脱落、周围性神经炎、生长迟缓及生育力降低等。因此不可盲目补硒、推荐的补硒安全值为400－500μg/d。

六、氟

在人体内氟含量约为2－3g，其中90%积存于骨及牙中。每日需要量为2.4mg。

氟主要经胃部吸收，氟易吸收且吸收较迅速。氟主要经尿和粪便排泄、体内氟约80%从尿排出。

氟能与羟磷灰石吸附，取代其羟基形成氟磷灰石，能加强对龋齿的抵抗作用。

3(Ca₃(PO₄)₂)·Ca(OH)₂＋2F－→3(Ca₃(PO₄)₂)·CaF₂＋2OH^－。

此外，氟还可直接刺激细胞膜中G蛋白，激活腺苷酸环化酶或磷脂酶C，启动细胞内cAMP或磷脂酰肌醇信号系统，引起广泛生物效应。

氟过多亦可对机体产生损伤、如长期饮用高氟(>2mg/L)水。牙釉质受损出现斑纹、牙变脆易破碎等。

七、钒

钒在人体内含量极低，体内总量不足1mg。主要分布于内脏，尤其是肝、肾、甲状腺等部位，骨组织中含量也较高。人体对钒的正常需要量为100μg/d。

钒在胃肠吸收率仅5%，其吸收部位主要在上消化道。此外环境中的钒可经皮肤和肺吸收入体中。血液中约95%的钒以离子状态(VO2＋)与转铁蛋白结合而送输，因此钒与铁在体内可相互影响。

钒对骨和牙齿正常发育及钙化有关，能增强牙对龋牙的抵抗力。钒还可以促进糖代谢，刺激钒酸盐依赖性NADPH氧化反应，增强脂蛋白脂酶活性，加快腺苷酸环化酶活化和氨基酸转化及促进红细胞生长等作用。因此钒缺乏时可出现牙齿、骨和软骨发育受阻。肝内磷脂含量少、营养不良性水肿及甲状腺代谢异常等。