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第13章从钙到锌的“有用”元素

早在多年前,俄国的化学家门捷列夫就已发现,物质的基本组成单位元素,可根据其化学性质形成一定有序的排列。根据这一原理,门捷列夫制作了举世闻名的元素周期表。当时的元素周期表给许多未知元素留下了空位,后来这些元素也陆续被发现了。

元素构成了包括人体在内的所有物质。有些元素呈气态,如氧气、氢气,有些呈液态,还有一些呈固态,如铁、锌和铬等。构成人体的元素中,含量最大的是碳、氢、氧、氮,约占96%,它们形成了碳水化合物、蛋白质、脂肪和维生素;其余的4%则由矿物元素构成。这些矿物元素中,除钙、磷、镁是骨的主要组成成分,其余的元素主要起调节和平衡人体化学组成的作用。上述3种元素,加上控制体液平衡的元素钠和钾,统称为常量元素,它们的日需求量比较大,约为~0毫克。此外,其他元素的需要量很小,仅30微克~30毫克,称为微量元素。例如一个体重约64千克的人每日需摄入克的碳水化合物,而对铬的需要量却连这个量的百分之一都不到,约40微克,但铬的重要性是不可低估的。

矿物质元素的缺乏普遍存在

生物体对矿物质元素的吸收从植物开始。植物从土壤中吸收矿物质养分,我们再直接地从植物性食品或间接地从动物性食品中摄取矿物质。这种吸收途径和维生素的吸收途径类似,而这两类营养素也是现代饮食中最易缺乏的。造成缺乏的原因有3点,分述如下。天然食品中的矿物质含量在下降

部分原因是过度耕种使土壤中矿物质含量逐渐减少。只有施用富含矿物质的粪肥才能补充土壤的不足,但是我们从植物性食品中摄取的许多矿物质,对植物并没有促进生长的作用,因此,许多农民并不热衷于向土壤回补这些矿物质。

通过化肥补充矿物质如氮、氮磷酸盐和钾,可以促进植物生长,但磷酸盐可以和微量元素(如锌)结合,形成难以被植物吸收的物质。分析比较年和年的植物中矿物质的水平可以发现,植物中矿物质的水平平均降低了32%(由于这些年来分析方法的大幅改进,该数据的准确性尚有疑问)。

必需矿物质在食品精制过程中流失

食物被加工成精米、精面、精白糖的过程中会损失90%的微量矿物元素。精制的谷类食品中营养素含量必须达到法定的最低水平,因此必须添加钙、铁和B族维生素。为了提高销量,包装袋上常印有“营养强化型”或“已添加维生素和矿物质”等文字。最近美国提出向面粉中添加叶酸,英国也在考虑是否采用相同的办法。但事实是如果食物不经过精制而直接食用,则根本不需要营养强化。

食品加工过程造成的矿物质流失精白面粉糖的精制过程米的研磨过程铬98%95%92%锌78%88%54%锰86%89%75%

人体对矿物元素的需要量在增加

在过去的15年内,伦敦生物实验室医学小组的斯蒂芬·戴维斯医生分析了份血液、头发及汗液样品。将分析结果和患者年龄比较后发现,人体内铅、镉、铝、汞含量增加,而镁、锌、铬、锰、硒含量下降,并且结果无一例外。铅、镉、铝、汞等是有毒矿物元素,是与必需矿物元素不相容的反营养物质,这些有毒矿物质可随被污染的食品、空气和水进入人体,并随年龄增加而不断积累。如今,我们需要更大量的“有用”矿物质来保护身体不受有毒矿物元素的侵害。

此外,许多人偏爱吃精制的面包、意大利面和麦片等食品,却不吃富含矿物质的种子和坚果类食物。因此现代人普通缺乏矿物质。某调查指出,人群中锌的平均日摄入量为7.8毫克,远低于15毫克的推荐每日摄入量(RDA)。而哺乳期的妇女推荐每日摄入量为25毫克,是上述平均量的3倍。这将导致婴儿缺乏锌元素,对其生长发育,包括智力发展会造成极坏的影响。

铁的平均日摄入量为10毫克,也低于14毫克的推荐每日摄入量。尽管RDA并未规定锰、铬、硒的日摄入量,但这些元素的平均摄入量也必然低于最佳健康状态所需的日摄入量。

对动物而言,如此水平的矿物质营养缺乏是引发许多疾病的原因之一,因此喂养家畜时都会添加相关的矿物质。但人类不曾这样善待自己。我们怎么能健康呢?

常量元素

在人体内含量相对较大的矿物元素有钙、镁、磷、钾和钠。钙——骨骼的构成元素人体内含钙重量约1克,99%存在于骨骼和牙齿中。钙使骨骼结构坚固,在幼年期骨骼生长时钙不可或缺,随着年龄增长,到老年时,钙的吸收能力下降,所以钙对儿童和老年人尤其重要。其余10克左右的钙存在于神经、肌肉和血液中。在镁的协同作用中,钙可使神经和肌肉降低兴奋性。钙元素还有辅助维护人体酸碱平衡和助凝血的作用。西方饮食中钙的提供量勉强高于RDA。饮食中大部分的钙来源于牛奶和奶酪,但这些不是主要来源。蔬菜、豆类、坚果、粗粮和水是钙和镁的主要来源,我们的祖先可能是靠这些食物来摄取钙的。钙的利用能力不只取决于钙的摄入,还取决于钙的吸收。虽然钙的吸收量与食品本身有关,但一般均为20%~30%。充足的维生素D摄入和适当的负重运动可促进人体中钙的平衡,而维生素D缺乏、接触铅、饮酒、喝咖啡或茶以及胃酸缺乏,对钙平衡均有不利影响。最近在谷类植物中发现的植酸盐,可以阻碍钙的吸收。饮食中含过量的磷或脂肪,也可以阻碍钙的吸收。摄入过量蛋白质可导致钙的流失。

缺钙可引起肌肉抽筋、颤抖或痉挛、失眠、神经紧张、关节痛、骨关节炎、龋齿及高血压。严重的钙缺乏可导致骨质疏松症。不过骨质疏松症似乎与蛋白质及激素过度失衡有更密切的联系。

镁——钙的亲密战友在维持骨密度和肌肉、神经冲动方面,镁与钙并肩工作。目前总体的饮食状况是,钙摄入量高,但镁缺乏。这是由于主要的钙源,如牛奶,并不是良好的镁源。但这两种矿物元素在绿叶蔬菜、坚果及种子中均大量存在。叶绿素是使植物呈绿色的因子,而镁是叶绿素至关重要的组成成分。因此,所有的绿色蔬菜中都含镁,然而植物中的镁元素只有很小比率是以叶绿素组成成分的形存在的。对体内的许多酶来说,镁元素十分重要,它与维生素B1和B6有协同作用。镁元素可影响蛋白质合成,所以镁对一些激素的合成有重要作用。可能是由于在激素或前列腺素合成过程中起作用,镁对经前期问题也有好的作用。

镁缺乏与心血管疾病有很大关系,许多死于该病的患者心脏中镁含量极低。镁缺乏也可导致肌肉痉挛。也有很多证据表明,一些突发性心脏病的起因并非是冠状动脉梗塞,而是冠状动脉痉挛引发心脏缺氧所致。

钠——与神经传导和水分平衡相关人体摄入的钠的主要形式是氯化钠,即食盐。人体钠元素含量约为92克,其中一半存在于细胞外液中。钠对神经传导和维持血液、体液中水的浓度有极重要的作用。钠缺乏十分罕见,因为食物中钠含量往往过高,且肾脏对钠排泄有严格的控制。大多数天然食物中钠含量甚少,而在加工过的食品中钠含量较高。食物中不需添加钠,也最好不要添加钠,过量的钠摄入可导致血压升高,当然,也有一些人对食盐的敏感并不表现在血压上。随着体内含量升高,为保持体液浓度,人体就会贮存水分,这可能导致水肿或体液潴留。

并不是所有的食盐都这样。我曾经用过一种海盐叫所罗盐,钠含量仅为46%,而钾和镁的含量则比普通的盐高。《英国医学杂志》刊登过一项研究,高血压患者食用该种食盐后,血压有所下降。这是因为钾和镁对人体动脉有利,而动脉是血压形成的地方。

钾——钠的搭档

钾和钠共同维持着水平衡和适度的神经、肌肉冲动。体内大部分钾存在于细胞内,钠摄入量越高,钾需要量越大。然而钾的平均摄入量仅有4克,因此钾缺乏症是很常见的。

钾元素严重缺乏可导致呕吐、腹胀、肌肉无力和食欲不振。长期服用利尿剂、通便剂或皮质类固醇药物的人,更容易导致钾缺乏。水果、蔬菜、粗粮都富含钾,保持钠和钾摄入水平一致,对人体健康大有好处。

微量元素

铁——氧的携带者

铁是血红蛋白的重要组成成分。血红蛋白主要负责向细胞输送氧气,并转运二氧化碳。人体内60%的铁以红色素或血红素的形式存在,禽畜肉中的铁也是以这一形式存在。肉类食物中血红素铁比存在于非肉类食物中的非血红素铁更易为人体吸收。非血红素铁以氧化态(即三价铁)形式存在于食物中,只有在消化过程中还原为二价铁(如通过维生C的作用),才能被人体吸收。缺铁的症状有皮肤苍白、舌痛、疲劳无力、食欲不振和恶心。临床判断贫血的方法的方法是化验血液中血红蛋白含量。当然,缺乏维生素B12或叶酸也可能导致贫血。缺铁性贫血似乎更多见于女性,尤其是妊娠期妇女。铁是锌的拮抗物质,因此提高铁摄入量就必须增加锌的摄入量。若日摄入30毫克的铁(这高于RDA2倍多),就必须相应地摄入足够量的锌。尽管铁补充剂的剂量通常会高于50毫克,但目前还没有什么证据表明,使用这样高的剂量对提高血红蛋白含量水平的效果比低剂量更好。

摄入过量的铁也可能增加患心血管疾病的风险。芬兰的一项研究表明,位受试男性中,体内铁储备高的受试者,比体内铁储备低的受试者患突发性心脏病的风险高2倍。美国南卡罗来纳州退伍军人医疗中心的病理学家杰罗密·苏里文,发现了血液中铁蛋白(体内大部分铁的储存形式)与心血管疾病患病风险的相关性。他还认为,经期妇女每个月都会流失一定量的铁,因此,她们在绝经前患心血管疾病的可能性比男性要低。该理论尚待证实,但这也提醒食肉的男性莫要一味追求对铁的补充。也就是说,只要不缺铁,每天摄入10毫克就够了。

锌——最被注重的元素大部分人存在缺锌的问题,其中一半人的锌摄入量不到RDA的一半。几乎没有人能从饮食中摄入足量的锌。缺锌的主要症状有:指甲上有白斑、食欲不振或食欲失控、面色苍白、不孕、免疫力低下、发育不良(包括头发)、皮肤状况欠佳(包括粉刺、皮肤炎和伸张纹)以及精神问题。几乎每种重大疾病都与缺锌有关,包括糖尿病和癌症。胰岛素及具有增强免疫和的抗氧化能力的酶SOD(超氧化物歧化酶)的合成过程中,锌都起一定的作用。由必需脂肪酸合成前列腺素的过程也需要锌的参与。前列腺素可辅助维持激素平衡,控制炎症和维持正常的血液黏度,含锌的含片可以缩短感冒的病程。保护和修复DNA是锌的主要功能,动物的DNA水平高,因此动物体内的锌含量高于植物,而素食者体内锌含量必然较低。过大的压力、吸烟、饮酒都会消耗锌。精液的锌含量很高,对男性而言,性生活频繁也会造成缺锌。牡蛎被公认为可提高性欲,也是饮食中锌含量最高的食物,每只牡蛎约含锌15毫克。总之,锌对男性和女性的生育能力都很重要。

锰——被遗忘的矿物元素

这种元素与体内20多种酶有关,最重要的是SOD(超氧化物歧化酶)。SOD是一种抗氧化剂,可以清除体内自由基。在动物体内,缺锰可导致胰岛素合成量减少。由于糖尿病患者体内锰含量往往偏低,锰也因此被认为对维持血糖平衡有一定作用。锰还与黏多糖合成有关,黏多糖是软骨组织的组成成分。脑功能的正常发挥也需要锰的参与。缺锰可引起精神分裂症、帕金森氏病和癫痫,其首要症状是关节痛。

通常饮食中锰含量都不足。锰的最佳来源有热带水果、坚果、可食种子和粗粮。茶也是锰的重要来源之一,它可提供日常摄入量的一半。日常饮食摄入的锰仅有5%可被吸收,原因却不得而知。同样,锰补充剂的吸收情况也不容乐观。柠檬酸锰和氨基酸鳌合锰是最佳形式的锰补充剂。

铜——双刃剑

铜既是营养素,又是有毒元素。人体每天需摄入2毫克铜。由于大部分自来水由铜管输送,缺铜是很少见的。铜元素可与其他元素一起辅助神经周围的绝缘性髓鞘的合成。铜和锌互为拮抗物质,且有很强的拮抗作用,缺锌可导致铜摄入过量,反之,过量的锌可引起铜的缺乏。

事实上,铜过量比铜缺乏更常见。如果你的饮食中食物种类全面,就没有必要额外补充铜元素。但矿物元素补充剂中仍含铜。好的补充剂含锌量应约为铜含量的10倍(如含锌10毫克,含铜1毫克)。服用避孕药或采用激素替代疗法(HRT)也可使体内铜蓄积,而体内积累过多的铜可导致精神分裂症、心血管疾病,并增加患风湿性关节炎的可能。体内缺铜也可能导致风湿性关节炎。一些炎症反应所涉及的抗氧化酶中,铜是必要的组成成分,这也可能是铜过多或过少都会使风湿性关节炎加剧的原因。妊娠期女体内铜含量升高,这可能与分娩和产后抑郁症有关。

铬——耐量因子

铬是葡萄糖耐量因子的重要组成成分。葡萄糖耐量因子在肝脏合成中主要作用协助葡萄糖从血液运送至细胞。维生素B3(尼生素)和甘氨酸、谷氨酸、胱氨酸也是合成葡萄糖耐量因子所需的物质。持续的压力和经常食用糖类,均会消耗体内的铬。铬在粗粮、豆类、坚果、尤其是蘑菇和芦笋中含量很高。因此精制食品比重过高的饮食也会导致缺铬。铬补充剂已成功地用于治疗糖尿病和葡萄糖不耐症。

硒——抗癌矿物元素

中国最先发现了缺硒导致的克山病。这是一种在土壤缺硒地区盛行的心脏病。后来俄罗斯发现硒与另一种地区性疾病——关节功能退化有关。然而最重要的发现是,硒可能有降低某些癌症的发病率的作用。

硒是谷胱甘肽过氧化物酶(一种抗氧化酶)的重要组成成分。硒的摄入量增加10倍,体内该种酶的含量就会翻一番。由于许多氧化物可诱发癌症,而癌细胞又可以释放氧化物破坏正常细胞,因此谷胱甘肽过氧化物酶的抗癌和抗早衰作用就十分重要,那么硒的重要性也不言而喻了。硒主要存在于天然食物中,尤其海产品和芝麻中的含量更高。将芝麻碾碎更易于硒的吸收。

未知矿物元素

随着科学研究的开展和分析技术的进步,我们将发现更多有重要作用的矿物元素。一些矿物元素的作用已得到证明,但尚未广为人知。如硼可以帮助人体利用钙,因此有益于关节炎患者;钼可以帮助清除体内的自由基,降低石油化工制品和亚硫酸盐对人体的负面作用,因此对饱受环境污染之苦的城市居民有益;钒是某些动物的必需矿物元素,它可能有益于治疗躁狂抑郁症;锗则可能有抗氧化的作用。

从20世纪70年代起,化学家在检测食物、血液、毛发中矿物质含量时,检测精度水平已从百万分之一提高到万亿分之一——即百万分之一的百万分之一。这相当于将一块方糖溶于地中海,再测出放糖前后海水中糖浓度的差别。还有很多矿物质的奥秘正等着我们去发现。

———帕特里克·霍尔福德



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