ชีวเคมีและหน้าที่ของสารอาหารรอง
ชีวเคมีของสารอาหารรองเป็นการศึกษาเกี่ยวกับวิตามิน แร่ธาตุจำเป็น และธาตุติดตามที่ร่างกายต้องการในปริมาณน้อย รวมถึงบทบาททางชีวเคมีที่สารเหล่านี้มีในฐานะโคแฟกเตอร์ของเอนไซม์ สารตั้งต้นของฮอร์โมน สารต้านอนุมูลอิสระ และองค์ประกอบโครงสร้าง แม้ว่าจะต้องการเพียงในปริมาณมิลลิกรัมหรือไมโครกรัม แต่สารอาหารรองก็มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อกระบวนการเมแทบอลิซึม และทั้งภาวะขาดและภาวะเกินของสารเหล่านี้ล้วนมีผลกระทบทางชีวเคมีและทางคลินิก
Definition
สารอาหารรองคือวิตามินในอาหาร แร่ธาตุจำเป็น และธาตุติดตามที่จำเป็นในปริมาณน้อยสำหรับการเจริญเติบโต เมแทบอลิซึม และการทำงานทางสรีรวิทยาตามปกติ ชีวเคมีของสารอาหารรองคือการศึกษาโครงสร้าง บทบาททางเมแทบอลิซึม การควบคุมภาวะธำรงดุล และผลที่ตามมาของความไม่สมดุลของสารเหล่านี้
Scope
สาขาวิชานี้จะให้ความรู้แก่ผู้อ่านเกี่ยวกับเคมี หน้าที่ทางเมแทบอลิซึม ความต้องการในการบริโภค และการควบคุมสารอาหารรอง โดยแบ่งสาขาวิชาออกเป็นวิตามินที่ละลายในไขมันและวิตามินที่ละลายในน้ำ การเผาผลาญแร่ธาตุและธาตุติดตาม สรีรวิทยาของการดูดซึมและการขนส่งสารอาหารรองที่ใช้ร่วมกัน และความผิดปกติที่เกิดจากการขาดหรือความเป็นพิษ โดยจะถือว่าสารอาหารรองเป็นหัวข้อในชีวเคมีทางโภชนาการมากกว่าเป็นแนวทางการจัดการทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- วิตามินแต่ละชนิดและธาตุติดตามมีหน้าที่ทางชีวเคมีอะไรบ้างในการเผาผลาญของมนุษย์?
- การดูดซึม การกระจายตัว และการเก็บรักษาสารอาหารรองถูกควบคุมอย่างไรเพื่อรักษาสมดุลของร่างกาย?
- การขาดสารอาหารและภาวะเป็นพิษเกิดขึ้นได้อย่างไร และสะท้อนให้เห็นทางชีวเคมีอย่างไร?
- ความต้องการทางโภชนาการและปริมาณอ้างอิงสำหรับสารอาหารรองได้มาอย่างไร?
Key concepts
- วิตามินในฐานะโคแฟกเตอร์ของเอนไซม์และสารตั้งต้นของโคเอนไซม์
- ประเภทการละลาย: ละลายในไขมันเทียบกับละลายในน้ำ
- แร่ธาตุจำเป็นและธาตุติดตาม
- การควบคุมภาวะธำรงดุลของการดูดซึมและการเก็บรักษา
- ชีวปริมาณออกฤทธิ์และการมีปฏิสัมพันธ์ของสารอาหาร
- ภาวะขาดสารอาหารและภาวะเป็นพิษ (เกิน)
- ปริมาณอ้างอิงทางโภชนาการและตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของสถานะ
Mechanisms
สารอาหารรองทำงานผ่านกลยุทธ์ทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นซ้ำๆ จำนวนไม่มากนัก วิตามินบีหลายชนิดจะถูกเปลี่ยนเป็นโคเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญคาร์โบไฮเดรต กรดอะมิโน และพลังงาน โลหะติดตาม เช่น เหล็ก สังกะสี ทองแดง และซีลีเนียม จะถูกจับที่ตำแหน่งออกฤทธิ์ของเอนไซม์ ซึ่งช่วยให้เกิดการเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยารีดอกซ์ หรือการขนส่งออกซิเจน วิตามินที่ละลายในไขมันทำหน้าที่เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณคล้ายฮอร์โมน (วิตามินดี) สารต้านอนุมูลอิสระ (วิตามินอี) หรือโคแฟกเตอร์ในการดัดแปลงหลังการแปลรหัส (วิตามินเค) เนื่องจากสารอาหารรองหลายชนิดมีปริมาณที่มากเกินไปเป็นอันตราย ร่างกายจึงควบคุมสารเหล่านี้แบบภาวะธำรงดุล โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเหล็ก ซึ่งสมดุลของระบบถูกควบคุมโดยแกนเฮปซิดิน-เฟอร์โรพอร์ทิน (hepcidin-ferroportin axis) มากกว่าการขับถ่าย (Hentze, 2010)
Clinical relevance
สถานะของสารอาหารรองเป็นสาเหตุหลักของปัญหาสุขภาพที่เกี่ยวข้องกับโภชนาการทั่วโลก และความเข้าใจในชีวเคมีช่วยอธิบายว่าทำไมการขาดสารอาหารจึงทำให้เกิดอาการเฉพาะ และทำไมสารอาหารรองบางชนิดจึงเป็นพิษเมื่อมีมากเกินไป (Black, 2008) สาขาวิชานี้อธิบายพื้นฐานทางชีวเคมีของภาวะเหล่านี้เพื่อการอ้างอิงและการศึกษา ไม่ใช่แหล่งข้อมูลเกี่ยวกับการให้ยา การเสริมอาหาร หรือคำแนะนำทางคลินิกเฉพาะบุคคล
Epidemiology
การขาดธาตุเหล็ก วิตามินเอ ไอโอดีน และสังกะสี เป็นรูปแบบของการขาดสารอาหารที่พบมากที่สุดทั่วโลก และมีส่วนสำคัญต่อการเจ็บป่วยและอัตราการเสียชีวิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสตรีและเด็กเล็กในประเทศที่มีรายได้น้อยและปานกลาง (Black, 2008) การกระจายตัวโดยละเอียดของการขาดสารอาหารเฉพาะจะกล่าวถึงในหัวข้อการขาดและภาวะเป็นพิษ
Evidence & guidelines
ปริมาณอ้างอิงสำหรับสารอาหารรองถูกกำหนดโดยหน่วยงานผู้เชี่ยวชาญ เช่น สถาบันการแพทย์ (Institute of Medicine) ผ่านกรอบการบริโภคอ้างอิงทางโภชนาการ (Dietary Reference Intake) ซึ่งกำหนดความต้องการและระดับการบริโภคสูงสุดที่ทนได้ (IOM, 2006) การศึกษาชีวเคมีของสารอาหารรองอย่างครอบคลุมสามารถพบได้ในตำราโภชนาการมาตรฐาน (Ross et al., 2014)
History
แนวคิดเรื่องสารอาหารรองเกิดขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อมีการตระหนักว่าโรคต่างๆ เช่น โรคลักปิดลักเปิด โรคเหน็บชา โรคกระดูกอ่อน และโรคเพลลากรา ไม่ได้เกิดจากสารพิษหรือการติดเชื้อ แต่เกิดจากการขาดปัจจัยทางโภชนาการบางอย่าง ซึ่งนำไปสู่การแยกและตั้งชื่อวิตามิน งานวิจัยคู่ขนานได้ยืนยันความจำเป็นของธาตุติดตาม เช่น เหล็ก ไอโอดีน และต่อมาคือสังกะสีและซีลีเนียม ซึ่งรวมสารอาหารรองเข้าเป็นสาขาที่แตกต่างกันภายในชีวเคมีทางโภชนาการ
Related topics
Seminal works
- black-2008
- hentze-2010
- iom-dri-2006
Frequently asked questions
- สารอาหารหลักและสารอาหารรองแตกต่างกันอย่างไร?
- สารอาหารหลัก (คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน) ให้พลังงานและจำเป็นในปริมาณกรัม ในขณะที่สารอาหารรอง (วิตามิน แร่ธาตุ และธาตุติดตาม) ต้องการเพียงในปริมาณมิลลิกรัมหรือไมโครกรัม และทำหน้าที่หลักเป็นโคแฟกเตอร์ ตัวควบคุม และองค์ประกอบโครงสร้างมากกว่าเป็นเชื้อเพลิง
- ทำไมสารอาหารรองจึงเป็นอันตรายเมื่อมีมากเกินไป?
- สารอาหารรองหลายชนิดมีช่วงที่ปลอดภัยจำกัด เนื่องจากร่างกายมีวิธีการขับถ่ายบางชนิดที่จำกัด การบริโภคที่สูงกว่าความต้องการมากอาจทำให้เกิดความเป็นพิษได้ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมกรอบการอ้างอิงจึงกำหนดทั้งปริมาณที่เพียงพอและขีดจำกัดสูงสุดที่ทนได้