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礦物質

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礦物質(英語:Mineral),又稱為無機鹽膳食礦物質,是生物體維持正常生理功能和生化代謝等生命活動所必需的化學元素[1][2][3],但通常不包括四大構成生物體的基礎元素(約佔人體體重的96%)。礦物質約佔人體體重的4.4%,可依生物體所需求的量分為巨量礦物質(需求量較大)和微量礦物質(需求較小)。人體內主要的礦物質包括[2],其他具有特定生化功能的礦物質還有等。[4]

礦物質和維生素必需脂肪酸以及必需胺基酸同為生物體必須的營養素。[5]由於礦物質是元素,不能由生物體以生物化學方式合成[6],因此須從環境中攝取。植物主要從土壤中獲取礦物質。[6]人類飲食中的大部分礦物質來自食用動植物及飲用水。[6]大多數礦物質在陸地上相當普遍,鈉和碘等也大量存在於海洋中。

適當攝取一定程度的膳食礦物質對維持身體健康是必須的,否則可能導致各種礦物質缺乏症。然而攝取過量亦可能引致許多病症,其中部分歸因於身體內不同礦物質的競爭性。例如過量的攝取鋅會抑制人體對銅和鐵的吸收。[7]

有媒體報導稱,物體接觸礦物質含量過高的井水後,會在物體表面形成薄膜,經長時間暴曬,薄膜會變成堅硬的外殼,即「石化」。[8]

生物圈

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並非每種化學元素在生物圈中都能發揮生物作用,只有在大多數生物(尤其是哺乳動物)體內具有生物功能的元素才會被視為膳食礦物質。大多數已受認定的膳食礦物質都是原子量相對較低的元素。

元素週期表中的礦物質[9]
H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
  ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
圖例:
  被美國日本認定為微量礦物質,但未獲歐盟認可[10][11][12]
  可能在人體中具有不可或缺的潛在生理功能,但尚無決定性證據支持或其確切作用尚不明確的元素
  有限的間接證據顯示其對哺乳動物身體有微量益處或生理功能的元素
  沒有證據表明其在哺乳動物中具有生理功能,但對某些低等生物來說不可或缺的元素
(由於輕鑭系元素間的化學性質相似性極高,在需要這些元素的生物體中它們彼此間可以相互替代而發揮相同的生理功能)[13]

功用

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人體

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除了CHON外,已知至少有16種化學元素在人體中具有明確生理功能[1][14],是人體必需的膳食礦物質。

巨量礦物質

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對於人類,維持生理所需的巨量礦物質(每日營養素建議攝取量,RDA > 200 mg/每日)包括:

礦物質 生理功能[15][16] 膳食來源[16] 缺乏及過量病症
人體細胞內主要的陽離子,可調節細胞內外的滲透壓、水分及酸鹼平衡,維持肌肉收縮和神經傳導,參與細胞內醣類蛋白質的代謝等 甘藷番茄胡蘿蔔馬鈴薯豆類穀類牛奶乳製品瘦肉海鮮香蕉柳橙[17][18] 低血鉀 / 高鉀血症
人體細胞外液主要的陰離子,可調節細胞內外的滲透壓、水分及酸鹼平衡,形成中的鹽酸,少數酶的輔因子 食鹽自來水 低氯血症英語Hypochloremia / 高氯血症英語Hyperchloremia
人體細胞外液主要的陽離子[19],可調節細胞內外的滲透壓、水分及酸鹼平衡[20],維持肌肉收縮和神經傳導等 食鹽調味料醬油味精等)、加工肉類火腿香腸午餐肉等)、海菜英語Edible seaweed牛奶菠菜 低血鈉症 / 高鈉血症
調節肌肉收縮、神經傳導和血液凝固,構建骨骼牙齒羥基磷灰石),維持膠原蛋白之正常功能,參與血球的合成等 牛奶乳製品雞蛋沙丁魚、深綠色蔬菜堅果芝麻豆腐[21] 低鈣血症 / 高血鈣
構成細胞膜磷脂質),組成核苷酸(構成核酸ATP負責化學分子的磷酸化以傳遞能量等),構建骨骼牙齒羥基磷灰石),維持血液酸鹼平衡 紅肉牛奶乳製品家禽穀物豆類[22][23] 低磷血症英語hypophosphatemia / 高磷血症英語hyperphosphatemia
催化ATP之合成及磷酸化,300多種展現活性所必需的輔因子,構建骨骼磷酸鎂碳酸鎂),協助肌肉收縮及神經傳導等 深綠色蔬菜肉類豆類全穀類英語Whole grain堅果花生醬酪梨[24] 低血鎂症 / 高鎂血症英語hypermagnesemia
構成多種胺基酸輔因子維生素,形成構建蛋白質雙硫鍵硫酸根參與肝臟解毒反應及維持血液酸鹼平衡 肉類家禽豆類堅果洋蔥十字花科蔬菜 --

微量礦物質

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最重要的微量礦物質(RDA < 200 mg/每日)包括:

礦物質 生理功能[15][16] 膳食來源[16] 缺乏及過量病症
組成血紅素肌紅素(負責二氧化碳之運輸),組成多種細胞色素 肉類海鮮堅果豆類穀類、深綠色蔬菜黑巧克力[25] 鐵缺乏症 / 血色沉著病
200多種展現活性所必需的輔因子,調節細胞的分裂、生長及凋亡,維持免疫系統運作正常,促進性器官的成熟及維持其功能運行,促進傷口癒合及骨骼發育等 紅肉家禽海鮮牡蠣等、牛奶乳製品穀物堅果[26] 鋅缺乏 / 鋅中毒
超氧化物歧化酶等諸多酵素之成分或輔因子,維持醣類脂肪之正常代謝,促進骨骼的發育及生長等 穀物豆類堅果菠菜葉菜類茶葉咖啡、動物內臟[27] 錳缺乏英語Manganese deficiency (medicine) / 錳中毒英語manganism
各種銅蛋白英語Copper protein以及細胞色素c氧化酶酵素之成分或輔因子 肝臟內臟肉類牡蠣海鮮堅果豆類啤酒[27] 銅缺乏英語copper deficiency / 銅中毒英語copper toxicity
合成甲狀腺激素之必要成分,可調節人體新陳代謝、促進生長發育 海藻海帶紫菜等)、貝類海鮮乳製品加碘鹽[28] 碘缺乏病甲狀腺腫) / 碘中毒甲狀腺功能亢進症[29]
黃嘌呤氧化酶醛氧化酶英語Aldehyde oxidase亞硫酸鹽氧化酶英語Sulfite oxidase酵素輔因子[30] 全穀類英語Whole grain豆類堅果[27] 鉬缺乏英語molybdenum deficiency / 鉬中毒[31]
各種硒蛋白(如穀胱甘肽過氧化物酶硫氧還蛋白還原酶酵素)之成分或輔因子 海鮮、動物內臟瘦肉堅果穀物乳製品[32] 硒缺乏英語selenium deficiency / 硒中毒
維生素B12的關鍵成分 肉類肝臟海鮮貝類蟹肉[33] 鈷缺乏英語Cobalt#Cobalt_deficiency / 鈷中毒英語cobalt poisoning
葡萄糖耐受因子(GTF)的組成部分(可促進胰島素作用,調節醣類脂質代謝),但目前其在體內的作用機制尚不明確,因此鉻對人體的重要性尚存疑義[34][35] 肝臟釀酒酵母葡萄汁胡椒青花菜全穀類英語Whole grain製品等[36] 鉻缺乏英語chromium deficiency / 鉻中毒英語chromium toxicity

其他礦物質

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除了上述元素被普遍認可為人體必需的膳食礦物質外,很多其他元素也被建議列入人類必須的營養素,但這些元素的確切生理功能或對於人體之必要性大多缺乏決定性證據支持。[4]以下礦物質的認可與否根據不同的標準而有所差異。

元素 潛在生理功能 過量病症
氟不被認為是人體必需的化學元素,因為其在維持人體生命及生長發育過程中並不具有不可或缺的生理作用。儘管提高氟的攝取量能夠強化琺瑯質、降低齲齒率,維持骨質穩定、提高骨質密度。[16]氟化物對牙齒的主要益處在於其將牙齒表面的羥基磷灰石轉化為更耐酸的氟磷灰石,從而對細菌代謝產生的酸性物質具有更強的抵抗力。[37][38] 氟化物中毒英語Fluoride poisoning氟骨症
缺乏症:氟缺乏英語Fluorine deficiency齲齒骨質疏鬆症
為合成IV型膠原蛋白英語Type IV collagen所必需的輔因子,可能對基底膜結構和組織發育有重要作用。[39] 溴中毒英語bromism
對部分植物細菌古菌真菌具有重要生理功能,是多種的必要成分,例如脲酶氫化酶[40],因此鎳是人體腸道菌叢中部份菌種(如某些雙歧桿菌)之必要營養素。[41]在人體中,鎳可能是參與水解氧化還原基因表達的某些金屬酶之結構成分或輔因子。缺鎳會阻礙山羊綿羊的生長,並降低大鼠體內的循環甲狀腺激素濃度。[42] 鎳中毒
植物來說屬於必需營養素,能夠維持細胞壁結構的完整及穩定性,參與細胞分裂,協助醣類的運輸等。[43][44][45]硼在動物體內是否具有確切的生理功能仍尚屬未知[46][47],目前有實驗發現補充硼可減少人體排尿時的流失量,以及提升17β-雌二醇睪固酮維生素D在血中之濃度。[48][49] 無急毒性(硼酸之LD50為每公斤體重2.5克)
長期暴露在高劑量硼中的慢性影響尚未研究透徹
對海生放射蟲等輻骨蟲綱非常重要,是其骨骼的主要成分(硫酸鍶)。[50]鍶在人體中會取代少量的[51],適量的鍶能促進骨骼對鈣的吸收,輔助骨骼生長,且能提高骨骼密度。[52] 某些類型的佝僂病[52]
矽藻放射蟲矽質海綿英語Siliceous sponge等生物使用二氧化矽建構其細胞壁或骨骼[53]矽為一些植物(如水稻)之生長所需,能提高細胞壁結構的強度及完整性。在某些植物中,矽還能促進揮發性物質和植物激素的合成,在植物防禦機制中起著重要作用。[54][55][56]有些證據表明,矽對人體指甲頭髮皮膚心血管骨骼的健康十分重要[57],為合成彈性蛋白膠原蛋白所需[58],亦可增加骨質密度[59],因此被認為是人體必需的營養素。[60] --
是部分海藻以及固氮菌體內某些的關鍵成分[61][62],也是被囊動物體內釩細胞英語Vanadocyte(一種特殊血球)的主要成分。[63][64]目前尚未證實釩是人類必需的營養素,有研究發現缺乏釩會導致大鼠生長減慢。[65] 釩中毒英語Vanadium#Safety
根據血漿中的鋰濃度、生物活性英語Biological activity流行病學觀察,有跡象顯示鋰是人體必需的營養素,但目前尚無決定性證據。[66][67] 鋰中毒
被認為是鳥類必需的微量礦物質,參與其體內甲硫胺酸代謝物的合成。[68]但其在哺乳動物體內是否具有重要生理作用則尚不清楚。[69][70][71]一些研究表明砷為大鼠倉鼠山羊等動物所必需。[72] 砷中毒
其他 其他被認為可能是人體必需營養素的元素包括等。[40][73][74]另外,和輕鑭系元素等)在某些低等生物中具有特定的生理功能,但這些元素在哺乳動物體內目前尚無已知的生理作用。[75] 各種金屬中毒症狀

除了上述元素外,人類的日常飲食中也含有其他各種各樣的元素,這些元素可能在人體中不發揮作用,但也幾乎完全無害(例如等);也可能會干擾身體系統的正常運行,具有相當的毒性(例如等)。

參見

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參考

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