人类营养学-(第3版) 节选

第2版问世至今已4年，近年营养科学伴随着生命科学、临床医学以及人类基
因组的测定的巨大成果而有所发展，加上人们对营养科学兴趣的不断高涨，使我决
心编写这第3版。但写这本书的初衷在这一版里没有改变：那就是仅为青年学者做
一块阶石，以便踏着它登临高处。这一版着重补充的是本学科的基础理论方面，这
是几所研究和教学机构鼓励我做的，也是我自己认定的，故适用于营养系的学生与
研究生作为参考的教材，也适应有志于营养科学的青年学者。正如在第1版的序中
所提到的，古人认为：“尽信书不如无书”，故希望人们把书中的论述看作思考的
靶子，以便继续探究、思索和创新。就营养科学这一方面来说，许多说法或论述，
不一定是放之四海而皆准的，哪怕是经得起循证医学的科学研究所得出的结论，都
是在一定背景及种种特定的条件下求得的，在另～特定的条件下可能就有相对性的
了，所以要科学地去思索和实践。历史上往往就是不迷信权威的论断，发现并冲破
了许多时代的局限，取得突破与发展的。但这样说绝非叫人不相信科学，而正是提
倡我们既应该尊重前人及其努力下取得的成果，又要批判和继承，没有前人就没有
后人。本版保留了前几版中的部分资料便于查找；有关内容的*新数据请查阅相关
的资料。古人又说过：“吾爱吾师，但我更爱真理”，这是科学发展的必由之路，
科学发展的历史就是后浪推前浪的过程，这是不可抗拒的辩证法，营养科学又是理
论与实践性都很强的一门学科，牵涉到人们的生、老、病、死，本书的大部分认识
是在种种群体的观察研究而得出的，但这些理论应用于群体与应用于个体可以说是
不完全相同的两个范畴。反之，把一个个体的饮食实践或其结果当作真知，推论到
一个群体，将会是错误甚至荒谬的，至于将个人的推论或是设想当作真知去说三道
四，这种说教者有时会误导并使营养科学的普及受到干扰。世界上的事物总是辩证
地运动和发展的，这就是把本书仅看作一块阶石的其中一个含义。科学应该是为人
类服务的，离开这一个轨道将会出现偏差以至迷失方向、甚至引发意想不到的问
题，这也是本书编写的希望和本意，相信人们理解。
在修订第2版时，因为时间紧迫，蒋卓勤、王光亚和苏宜香三位教授分别为我修改
了第2、第4及第15章，我万分感激。但今年在这个炎热如火的夏天，我不敢对他
(她)们再有所求，还是像第1版一样，独自一口气完成了这一版全部的修改和补充，但
这几章的文字中仍存留着他们的智慧和助人的高尚品格。在此我再一次表达深切的
谢意。
我衷心感谢人民卫生出版社的支持与再学编辑的热情帮助。在执行补充和修改过程
中，也十分感谢郑琳老师对这一修改稿的印制予以可贵的帮忙，使我能按计划完成，由
于篇幅和水平有限，书中不尽之处望读者指正。
何志谦
2007年夏于竹丝村

钙 与 磷
人体是一个整体，需要所有人体必需的各种营养物质的参与才能完成生命活动过程，
缺一不可。占人体重量6％的矿物质就是其中的一大类。这些矿物质还可以粗略地分为
两大类，一类为在人体结构和代谢上分量比较大的矿物质，称为宏量矿物质，包括钙、磷、
镁、钾、钠等；另一类在代谢上同样重要，同样缺一不可，但人体需要的分量相对很小，称为
微量元素，其中包括碘、铁等。后一类的内容将在下面章节中论及。
9．1钙及磷的重要性
钙及磷是两种重要的矿物质，并不一定需要合在一起来论述它们，本章这样做主要是
为了方便。正常的成年人体内约含有1200g钙，其中99％在骨骼。同样，机体全部磷的
85％也存在于骨骼中并与钙结合，成为人体*根本的支柱。钙与磷在骨骼中的比例稍大
于2：1而且相当的稳定，如果其中一种发生改变，则另一种也随着改变。
许多磷化合物存在于体内，磷酸化的化合物参与许多机体物质代谢的通路，见于生物
化学的文献，本章只从营养方面论述。
9．2 钙
钙是在体内含量*多的元素之一，按次排列在第5位，也是身体*多的一种阳离子。
它不仅是骨骼组织的主要构成物，而且在机体的生长发育过程中自始至终支持着整个机
体结构。钙不仅是机体完整性的一个不可少的组成部分，而且在机体各种生理学和生物
化学的过程中起着重要的作用。钙离子在这些功能中，包括对血液凝固、对神经肌肉的兴
奋性、细胞的粘着性、神经冲动的传递、细胞膜功能的维持、酶反应的激活，以及激素的分
泌等，都有决定性的影响。骨骼可以认为是一个巨大的不溶性钙复合物的贮库，它与物理
化学上溶解型的循环钙之间形成动态的平衡．而循环中的钙极为恒定地维持在一个水平
上，一昼夜的差异仅为±3％，这种稳定性可与钠比拟(也是±3％)，而远低于钾(一昼夜变
动±12％)，也低于氢离子(±10％)。控制血钙内环境稳定性(homeostasis)的机制是甲
状旁腺激素的一种功能和具有生物活性的维生素D的代谢产物，加上体内其他激素、维
生素以及肾的配合等共同作用的结果。如果这一体系遭到破坏就会改变骨骼的状况，导
致骨骼外的钙代谢的异常，甚至危及生命。
9．2．1 骨骼中的钙
正常成人体内总共有1000～1200g的钙，相当于整体去脂组织的20．7％～24．8％。
实际上如按分量计，有30％的总体钠、50％的总体镁，以及99％以上的钙都存在于骨骼
中。钙在固态的骨矿物质中，通常是以羟磷灰石Cai。(P04)。(㈠H)。的形式存在。骨晶格
的统一单位是2个含有18个离子的结构。但在生物的羟磷灰石的研究中，骨矿物质的磷
灰石的部分并不一定具有理想的化学计量学的Cai。(P04)。(OH)。构成，而是大约少于
10％的钙，但不改变其一般结构的完整性；非结晶不定形状态的钙与磷Ca3(P04)：，也存
在于骨中。
羟磷灰石晶体呈六角形管状，虽然钙及磷是在羟磷灰石中的主要离子，晶体中含有相
当数量的Na+、Mg2+、COi一及柠檬酸离子，除Mg2+以外，这些离子都能在磷灰石晶格中
取代钙或磷，也能在其表面被吸收或者结合在晶格的水合表面中。
骨钙及磷的形成，初时是沉积在一种软的纤维状有机的基质中，这种基质由胶原纤维
及较小量的粘多糖凝胶组成，这种基质是可以钙化的。骨矿物质中含有两个磷酸钙池，两
个池在化学及物理上是独特的。是一种不定形或非晶相和粗糙的结晶相。不定形的相是
一种混合相，含有水合的磷酸三钙以及次磷酸钙；结晶的形式类似羟磷灰石Ca，。(P04)s
(OH)。，但含有大约3％碳酸盐以及1％枸橼酸盐。故骨矿物质有代表性的结构可如下
表达：
[(Ca2+)。(H30+)2(P○一)6(OH一)4(Mg2+)。．3(Na+)。．3(CO；一)(柠檬酸盐卜)0 3]
估计其他的骨盐的离子基本上与磷灰石晶体表面结合。新形成的骨含有不定形相多
些，这些不定形相在骨生成中*先沉积。钙不定形相也是磷灰石的前体。相反，成熟的骨
含有较多的磷灰石。
微量元素中，称为亲骨离子的Sr、Ra、Pu、Pb及F也可以结合或被吸收到晶体中，这
一点是重要的。因为放射性核素Sr及Ra等的摄入将会在骨中贮积而产生放射性的内
照射，对机体有损害作用。例如，可引起骨细胞的恶性再生。因为吸收缓冲的氢离子机体
从骨骼释放矿物质，而骨骼矿物质的形成又产生氢离子，每一单位的晶格释放8个H+，
这在骨骼矿物化过程与羟磷灰石合成中，估计每1钙沉着于生长中的骨骼，就有20mEq
的H+被释放。因此，骨骼不仅是机体的一个主要可溶性钙池的钙库，同时又是电解质与
缓冲物质的贮库。无定形钙相的出现说明骨的钙磷比值(1：5)在合成的羟磷灰石中较
低，这种不完全稳定的非结晶钙相是以新沉积骨骼矿物质为特征，同时，在沉积后变为粗
晶体化羟磷灰石。骨骼不定形相的相对浓度随着骨骼的生物学年龄的增加而减低。
骨骼为机体提供一个巨大的钙贮库，这个钙贮库被多种激素及代谢物质作用而成为
维持循环钙池的基石。骨骼与牙齿的釉质不同，釉质是相对惰性的，而骨却是一直不断地
在转换与再形成之中。其转换是一个动态过程，骨钙除了释放入血外，每天积蓄约250～
1000mg于钙池中。怀孕头3个月的胎儿仅有小量的钙沉积，但以后钙的浓度就会很快
升高至胎儿体重的0．5％，以后逐渐增加至出生之前。在怀孕*后的3个月内，母体循环
中的甲状旁腺激素和肠对钙的吸收都增加，这段时间胎儿从母体约取得20g的钙。足月
的新生儿体重约为3．2kg，钙相当于其体重的1％。
骨骼钙的转换或更新随年龄而异，1岁以前的婴儿每年转换100％，以后转换率逐渐
降低，至儿童阶段每年为10％。出生时婴儿骨骼的含量约为lOOg，在出生后的第1年内
约增加1倍。在儿童时期骨骼发育所引起的钙存留在出生的头10年中并不多于每日
150mg，在青春期的生长高峰中，骨的发育达到*高点。贮留在骨的钙每日在275～
500mg的范围，网状骨质或具有骨小梁的骨，例如脊柱骨及肋骨，钙的转换率快于诸如头
颅或下颌等致密的骨。正常人的骨骺已经关闭和骨长度的生长停止以后，骨钙的转换率
为每年2％～4％。但就成年人而论，骨的生长并非完全停止，这是因为骨表面的增长。
青春后期骨的发育转移到骨内膜的增长或增生，并在一定程度上继续着，直至骨密度达到
峰值，在这一段时间内，骨骼还维持每年约有180g的钙沉积于骨骼中，亦即相当于骨骼的
18％。但总的来说，整个骨骼是相对稳定的，因为这一阶段骨的形成与骨的再吸收是相等
的，骨质组织总体(skeletal mass)没有根本的改变。在人体的第40个或第50个年头，上
述稳定和平衡的状况转移到以骨质再吸收为优势的过程，骨质组织总体开始随着年龄的
加大而下降，其速率约为每年O．7％，这种下降并不受饮食习惯或饮食中钙的质与量所影
响。下列几个情况是基本的：在年轻人中骨骼总量男性大于女性；女性骨的损失比男性开
始得早；男女性中高个子的骨损失的速度比一般人慢；女性骨损失开始早于绝经期，一部
分女性的损失在绝经期后明显加快。
钙在血流与骨之间的交换在涵义上比较难于限定，目前还了解得不深。这个过程可
以分为骨形成和缓慢的骨再吸收过程；以及钙离子与易受影响的骨晶体表面之间的较快
的交换过程。骨表面或是致密骨骼的哈弗单位(Haversian unit)加上骨小梁的骨表面提
供一个很大的面积，为骨的矿物质与细胞外液之间的交换。在正常的状态下，一般少于
1％的骨骼钙可以与细胞外液进行自由的离子交换。血钙、细胞外液以及骨外的机体细胞
的空间约含有总体钙的1％，它与骨的可交换钙加起来，构成可溶的并且随时可以交换的
钙池。由于骨骼中大部的钙可以随时游离，以解决低血钙，或者随时用于维持机体内环境
稳定性的需要，但它的移动也要通过一个主动的再吸收过程。
骨的易变性是受骨的形成与骨吸收活动所维持的。骨组织是在不间断地沉积和不间
断的再吸收之中，这种沉积有如结缔组织细胞覆盖在它的表面一样，骨的再吸收也不是简
单的一个活细胞活性改变的结果，而是取决于不断地从未分化细胞变为骨细胞，包括成骨
细胞(osteoblast)及破骨细胞(osteoclast)。成骨与破骨对甲状旁腺激素的反应是激素调
节骨再吸收的效率，而这种激素的调节作用是通过不断分泌来实施的，其分泌水平与细胞
外液钙离子浓度相反。
与甲状旁腺作用相反的抑制骨再吸收的激素主要为降钙素，它降低破骨细胞的再吸
收活动，而这种作用又非常迅速。但对比甲状旁腺激素来说，作用的持续时间却很短。降
钙素由甲状腺滤泡旁细胞合成，这种合成因循环血钙的浓度的改变而升高或降低。总之。
甲状旁腺激素与降钙素二者共同维护恒定的细胞外液钙浓度。此外，维生素D的活性代
谢产物1，25一(OH)。一D。能改变甲状旁腺激素与降钙素二者对骨的反应，以改变骨的再吸
收，适应骨骼生长的需要；保持钙在机体的稳定性。