微量栄養素の生化学と機能
微量栄養素の生化学は、身体が少量必要とするビタミン、必須ミネラル、微量元素、およびそれらが酵素補因子、ホルモン前駆体、抗酸化物質、構造成分として果たす生化学的役割を研究する。ミリグラムまたはマイクログラム単位でしか必要とされないにもかかわらず、微量栄養素は代謝に不可欠であり、その欠乏と過剰の両方が生化学的および臨床的影響をもたらす。
Definition
微量栄養素とは、正常な成長、代謝、生理機能のために少量必要とされる食事性ビタミン、必須ミネラル、微量元素である。微量栄養素の生化学とは、それらの構造、代謝における役割、恒常性調節、および不均衡の結果を研究することである。
Scope
この分野では、微量栄養素の化学、代謝機能、摂取要件、および調節について読者に説明する。脂溶性ビタミンと水溶性ビタミン、ミネラルと微量元素の代謝、微量栄養素の吸収と輸送の共通生理学、および欠乏症または毒性から生じる障害に焦点を当てる。微量栄養素を臨床管理の指針としてではなく、栄養生化学のトピックとして扱う。
Sub-topics
Core questions
- 個々のビタミンと微量元素は、ヒトの代謝においてどのような生化学的機能を果たすのか？
- 微量栄養素の吸収、分布、貯蔵は、恒常性を維持するためにどのように調節されているのか？
- 欠乏症と毒性はどのように発生し、生化学的にどのように反映されるのか？
- 微量栄養素の食事要件と参照摂取量はどのように導き出されるのか？
Key concepts
- 酵素補因子および補酵素前駆体としてのビタミン
- 脂溶性対水溶性の溶解度分類
- 必須ミネラルと微量元素
- 吸収と貯蔵の恒常性調節
- 生体利用能と栄養素の相互作用
- 欠乏症と毒性（過剰）の状態
- 食事摂取基準と状態のバイオマーカー
Mechanisms
微量栄養素は、少数の繰り返し現れる生化学的戦略を通じて作用する。多くのBビタミンは、炭水化物、アミノ酸、エネルギー代謝に関与する補酵素に変換される。鉄、亜鉛、銅、セレンなどの微量金属は、酵素の活性部位に結合し、触媒作用、レドックス反応、または酸素輸送を可能にする。脂溶性ビタミンは、ホルモン様シグナル伝達分子（ビタミンD）、抗酸化物質（ビタミンE）、または翻訳後修飾における補因子（ビタミンK）として機能する。いくつかの微量栄養素の過剰摂取は有害であるため、身体はそれらを恒常的に調節する。特に鉄の場合、全身のバランスは排泄ではなくヘプシジン-フェロポーチン軸によって制御される（Hentze, 2010）。
Clinical relevance
微量栄養素の状態は、世界中の栄養関連疾患の大部分を占めており、生化学を理解することは、なぜ欠乏症が特徴的な症候群を引き起こすのか、そしてなぜ一部の微量栄養素が過剰摂取で毒性を示すのかを説明するのに役立つ（Black, 2008）。この分野は、これらの状態の生化学的根拠を参照および教育のために記述するものであり、投与量、補給、または個別化された臨床アドバイスの出典ではない。
Epidemiology
鉄、ビタミンA、ヨウ素、亜鉛の欠乏症は、世界で最も一般的な栄養失調の形態の一つであり、特に低・中所得国の女性と幼い子供たちの間で、罹患率と死亡率に大きく寄与している（Black, 2008）。特定の欠乏症の詳細な分布については、欠乏症と毒性のトピックで扱われる。
Evidence & guidelines
微量栄養素の参照摂取量は、米国医学研究所（Institute of Medicine）などの専門機関によって、必要量と許容上限摂取量を定義する食事摂取基準（Dietary Reference Intake）の枠組みを通じて確立されている（IOM, 2006）。微量栄養素の生化学に関する包括的な解説は、標準的な栄養学の教科書に見られる（Ross et al., 2014）。
History
微量栄養素の概念は20世紀初頭に登場した。壊血病、脚気、くる病、ペラグラなどの疾患が毒素や感染症ではなく、特定の食事因子の欠如によって引き起こされるという認識が、ビタミンの単離と命名につながった。並行して、鉄、ヨウ素、そして後に亜鉛やセレンなどの微量元素の必須性が確立され、微量栄養素は栄養生化学内の明確な分野として統合された。
Related topics
Seminal works
- black-2008
- hentze-2010
- iom-dri-2006
Frequently asked questions
- 多量栄養素と微量栄養素の違いは何ですか？
- 多量栄養素（炭水化物、脂質、タンパク質）はエネルギーを供給し、グラム単位で必要とされるのに対し、微量栄養素（ビタミン、ミネラル、微量元素）はミリグラムまたはマイクログラム単位でしか必要とされず、主に燃料としてではなく、補因子、調節因子、構造要素として機能します。
- なぜ微量栄養素は過剰摂取で有害になることがあるのですか？
- いくつかの微量栄養素には安全な範囲が限られています。身体がそれらの一部を排泄する手段が限られているため、必要量をはるかに超える摂取は毒性を引き起こす可能性があり、そのため参照枠組みでは適切な摂取量と許容上限摂取量の両方が定義されています。