ชีวปริมาณออกฤทธิ์และการดูดซึมของแร่ธาตุอาหาร

ชีวปริมาณออกฤทธิ์ (bioavailability) คือสัดส่วนของแร่ธาตุที่รับประทานเข้าไปซึ่งถูกดูดซึมและนำไปใช้ประโยชน์ทางสรีรวิทยาได้จริง สำหรับแร่ธาตุในอาหาร ปริมาณที่รับประทานเข้าไปกับปริมาณที่ร่างกายสามารถนำไปใช้ได้มักจะแตกต่างกันอย่างมาก เนื่องจากการดูดซึมถูกควบคุมโดยรูปแบบทางเคมีของแร่ธาตุ องค์ประกอบของมื้ออาหาร การมีอยู่ของสารส่งเสริมและสารยับยั้ง และกลไกการควบคุมของร่างกายเอง หัวข้อนี้จะอธิบายว่าเหตุใดความต้องการแร่ธาตุจึงไม่สามารถพิจารณาได้จากปริมาณอาหารที่รับประทานเข้าไปเพียงอย่างเดียว

Definition

ชีวปริมาณออกฤทธิ์ของแร่ธาตุคือสัดส่วนของแร่ธาตุในอาหารที่ถูกดูดซึมผ่านลำไส้และพร้อมสำหรับการทำงานของเมแทบอลิซึมหรือการเก็บสะสม ซึ่งแตกต่างจากปริมาณทั้งหมดที่รับประทานเข้าไป

Scope

บทความนี้ครอบคลุมแนวคิดของชีวปริมาณออกฤทธิ์ การดูดซึมแร่ธาตุในลำไส้ ปัจจัยทางอาหารที่ช่วยส่งเสริมหรือยับยั้งการดูดซึม (เช่น กรดแอสคอร์บิก ไฟเตต และแร่ธาตุที่แข่งขันกัน) และการควบคุมภาวะธำรงดุล โดยใช้ธาตุเหล็ก แคลเซียม สังกะสี และแมกนีเซียมเป็นกรณีศึกษา บทความนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงและให้ความรู้ ไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการเสริมปริมาณหรือคำแนะนำทางคลินิกเฉพาะบุคคล

Core questions

• ชีวปริมาณออกฤทธิ์หมายถึงอะไร และเหตุใดจึงแตกต่างจากปริมาณที่รับประทานเข้าไป?
• ปัจจัยทางอาหารใดบ้างที่ส่งเสริมหรือยับยั้งการดูดซึมแร่ธาตุ?
• ร่างกายควบคุมการดูดซึมอย่างไรตามความต้องการและปริมาณสำรอง?
• เหตุใดแร่ธาตุบางชนิด เช่น ธาตุเหล็กและสังกะสี จึงมีชีวปริมาณออกฤทธิ์ที่ผันแปรเป็นพิเศษ?

Key concepts

• ชีวปริมาณออกฤทธิ์เทียบกับปริมาณที่ได้รับทั้งหมด
• การดูดซึมธาตุเหล็กฮีมเทียบกับธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีม
• สารส่งเสริมการดูดซึม (เช่น กรดแอสคอร์บิก โปรตีนจากสัตว์)
• สารยับยั้งการดูดซึม (เช่น ไฟเตต โพลีฟีนอล แคลเซียม)
• การแข่งขันระหว่างแร่ธาตุเพื่อใช้ตัวขนส่ง
• การควบคุมการดูดซึมแบบภาวะธำรงดุล (ตอบสนองต่อความต้องการ)
• เมทริกซ์อาหารและรูปแบบทางเคมี

Mechanisms

แร่ธาตุส่วนใหญ่ถูกดูดซึมในลำไส้เล็กผ่านกลไกที่อาศัยตัวขนส่ง (transporter-mediated) และบางส่วนผ่านทางช่องว่างระหว่างเซลล์ (paracellular pathways) ประสิทธิภาพของการดูดซึมนี้ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากเมทริกซ์อาหาร ตัวอย่างเช่น ธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีม (non-heme iron) ถูกดูดซึมได้น้อยกว่าธาตุเหล็กฮีม (heme iron) และการดูดซึมของมันจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีกรดแอสคอร์บิก แต่ถูกยับยั้งโดยไฟเตตและโพลีฟีนอล แคลเซียมและแคตไอออนสองประจุอื่น ๆ สามารถแข่งขันกับธาตุเหล็กและสังกะสีเพื่อใช้เส้นทางการดูดซึมร่วมกันได้ ร่างกายยังปรับการดูดซึมแบบเศษส่วน (fractional absorption) แบบภาวะธำรงดุล โดยเพิ่มการดูดซึมเมื่อปริมาณสำรองต่ำ ดังนั้นชีวปริมาณออกฤทธิ์จึงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของมื้ออาหารและสถานะทางโภชนาการของแต่ละบุคคลร่วมกัน หลักการเหล่านี้อธิบายว่าเหตุใดหน่วยงานที่กำหนดความต้องการสารอาหารจึงรวมสมมติฐานเกี่ยวกับชีวปริมาณออกฤทธิ์ไว้ในปริมาณที่แนะนำ

Clinical relevance

แนวคิดเรื่องชีวปริมาณออกฤทธิ์เป็นพื้นฐานในการออกแบบอาหารเสริม การตีความความเพียงพอของอาหาร และความเข้าใจว่าเหตุใดภาวะขาดสารอาหารจึงยังคงมีอยู่แม้จะได้รับสารอาหารที่ดูเหมือนเพียงพอ บทความนี้อธิบายวิทยาศาสตร์ของการดูดซึมแร่ธาตุเพื่อวัตถุประสงค์ในการอ้างอิง และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยภาวะขาดสารอาหารหรือการกำหนดการเสริมสารอาหารสำหรับแต่ละบุคคล

Epidemiology

ชีวปริมาณออกฤทธิ์ที่ต่ำเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ภาวะขาดธาตุเหล็กและสังกะสียังคงพบได้บ่อยในประชากรที่บริโภคธัญพืชและพืชตระกูลถั่วซึ่งมีไฟเตตสูงเป็นหลัก แม้ว่าปริมาณแร่ธาตุที่ได้รับทั้งหมดจะดูเหมือนเพียงพอก็ตาม สิ่งนี้กระตุ้นให้เกิดกลยุทธ์ด้านสาธารณสุข เช่น การเสริมสารอาหาร (fortification) การปรับปรุงทางชีวภาพ (biofortification) และการกระจายความหลากหลายของอาหาร (dietary diversification)

Evidence & guidelines

หน่วยงานต่างๆ เช่น Institute of Medicine และคณะกรรมการร่วมขององค์การอนามัยโลกและองค์การอาหารและการเกษตรได้รวมสมมติฐานเกี่ยวกับชีวปริมาณออกฤทธิ์ไว้ในปริมาณอ้างอิงของแร่ธาตุ ตัวอย่างเช่น โดยการกำหนดความต้องการธาตุเหล็กที่แตกต่างกันตามการดูดซึมอาหารที่คาดการณ์ไว้ บทความนี้สรุปกรอบแนวคิดดังกล่าวเพื่อเป็นแนวทางและไม่ใช่แนวทางปฏิบัติทางคลินิกด้วยตัวมันเอง

History

การตระหนักว่าสัดส่วนของแร่ธาตุที่ดูดซึมได้จริง ไม่ใช่ปริมาณที่ได้รับทั้งหมด เป็นตัวกำหนดสถานะทางโภชนาการ เกิดขึ้นจากการศึกษาเมแทบอลิซึมของธาตุเหล็กและแคลเซียมในศตวรรษที่ 20 โดยใช้วิธีการสมดุลและไอโซโทป การระบุไฟเตตว่าเป็นสารยับยั้งและกรดแอสคอร์บิกเป็นสารส่งเสริมการดูดซึมธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีม ได้สร้างมุมมองที่เป็นมาตรฐานในปัจจุบันว่าโภชนาการแร่ธาตุจะต้องพิจารณาจากมื้ออาหารทั้งหมด

Seminal works

• zimmermann2007
• fiorentini2021

Frequently asked questions

เหตุใดธาตุเหล็กในอาหารจากพืชจึงถูกดูดซึมได้น้อยกว่าธาตุเหล็กในเนื้อสัตว์?

อาหารจากพืชมีธาตุเหล็กที่ไม่ใช่ฮีม ซึ่งมีการดูดซึมต่ำกว่าและถูกยับยั้งโดยสารประกอบต่างๆ เช่น ไฟเตตและโพลีฟีนอล ในขณะที่เนื้อสัตว์ให้ธาตุเหล็กฮีม ซึ่งถูกดูดซึมได้ดีกว่าและได้รับผลกระทบจากปัจจัยทางอาหารอื่นๆ น้อยกว่า

แร่ธาตุสองชนิดสามารถรบกวนการดูดซึมของกันและกันได้หรือไม่?

ได้ แร่ธาตุบางชนิด เช่น ธาตุเหล็ก สังกะสี และแคลเซียม สามารถแข่งขันกันเพื่อใช้เส้นทางการดูดซึมในลำไส้ร่วมกันได้ ดังนั้นการได้รับแร่ธาตุชนิดใดชนิดหนึ่งในปริมาณสูงอาจลดการดูดซึมของอีกชนิดหนึ่งได้ ซึ่งเป็นเหตุผลหนึ่งที่ชีวปริมาณออกฤทธิ์ขึ้นอยู่กับอาหารทั้งหมด