矿物质和微量元素代谢

矿物质和微量元素是人体新陈代谢必需的无机微量营养素，包括钙、镁、磷等常量矿物质，以及铁、锌、铜、硒、碘等微量元素。它们作为酶的辅助因子、结构成分、电解质以及激素和载氧蛋白的组成部分发挥作用。人体通过严格调控的吸收、储存和再循环来维持其浓度。

Definition

矿物质和微量元素代谢是研究必需无机微量营养素的吸收、分布、储存和生理作用的学科，这些营养素作为酶的辅助因子、结构元素、电解质以及金属蛋白和激素的组成部分发挥作用。

Scope

本主题涵盖必需矿物质和微量元素的生化功能、体内含量调节方式，以及铁、锌、铜、硒、碘、钙和镁等关键元素的代谢作用。本主题将矿物质代谢视为一个生化专题，不包括矿物质紊乱的临床管理。

Core questions

• 铁、锌、铜、硒和碘在生化方面扮演什么角色？
• 当大多数微量元素不能轻易排出体外时，全身矿物质平衡是如何调节的？
• 钙和镁等常量矿物质与微量元素在功能上有何不同？

Key concepts

• 常量矿物质与微量元素
• 金属酶和金属辅助因子
• 铁与氧气运输/氧化还原催化
• 铁调素-铁转运蛋白对铁的调节
• 锌在催化和基因调控中的作用
• 硒和硒蛋白
• 碘与甲状腺激素合成
• 镁作为酶和ATP辅助因子

Mechanisms

微量元素主要通过与蛋白质在催化或结构位点结合而发挥作用。铁被整合到血红素和铁硫簇中，从而实现氧气运输和电子传递。由于人体没有调节铁排泄的途径，其平衡通过铁调素-铁转运蛋白轴（hepcidin-ferroportin axis）在吸收环节进行控制（Hentze, 2010）。锌既有催化作用也有结构作用，包括转录因子中的锌指基序；铜是氧化酶和铁动员过程中的辅助因子；硒以硒代半胱氨酸的形式整合到谷胱甘肽过氧化物酶等硒蛋白中；碘则参与甲状腺激素的合成。在常量矿物质中，钙作为结构矿物质和细胞内信号发挥作用，镁则稳定ATP并为许多酶所必需（Volpe, 2013）。

Clinical relevance

矿物质生物化学解释了为什么缺铁会导致贫血，缺碘会导致甲状腺肿和发育迟缓，缺锌会损害生长和免疫力，以及铜或铁处理失调是遗传性过载和缺乏综合征的根本原因（Hentze, 2010）。本条目仅供参考和教育，不提供剂量或治疗指导。

Epidemiology

铁、碘和锌缺乏症是全球最普遍的微量营养素问题之一，对贫血、儿童发育和免疫力产生重大影响；这些缺乏症的人群分布在“缺乏与毒性”主题中讨论。

Evidence & guidelines

矿物质和微量元素的参考摄入量和可耐受最高摄入量在膳食参考摄入量（Dietary Reference Intake）框架内定义（IOM, 2001），综合生化论述可在标准教科书中找到（Ross et al., 2014）。

History

矿物质的必需性是逐步确立的：19世纪认识到铁在血液中的作用，碘与甲状腺肿和甲状腺功能的关系推动了早期公共卫生食盐加碘，20世纪通过缺乏症研究证明了锌、硒等微量元素的必需性，最终形成了对金属蛋白和受调控的微量元素稳态的现代理解。

Debates

应如何在人群层面评估身体铁状态并管理其平衡？

由于铁在吸收环节受到调节，过量时可能有害，因此，最佳的铁状态生物标志物以及预防缺乏和避免过载之间的平衡，仍然是营养科学中的活跃问题。

Seminal works

• hentze-2010-mtm
• volpe-2013
• iom-minerals-2001

Frequently asked questions

常量矿物质和微量元素有什么区别？

钙、镁和磷等常量矿物质需求量较大，通常发挥结构和电解质作用，而铁、锌、铜和硒等微量元素需求量小得多，主要作为金属蛋白中的辅助因子发挥作用。

为什么铁平衡是在吸收环节而非排泄环节进行调节？

人体缺乏调节铁排泄的途径，因此全身铁含量主要通过铁调素-铁转运蛋白系统调节肠道吸收和储存铁的释放来控制。