钙质

营养学中的“钙”

钙质(英文: calcium )是指 营养学 中的钙,通常用于指代富含钙元素的食物或物质,而不是特定的化学物质。

人体的钙含量出生时约为28g,成年时达到850~1200g,占体重1.5~2%。钙 原子 数目仅次于 碳氢 氧氮等四种 非金属元素 。每千克非 脂肪组织 中平均约含钙20~25g。人体需要钙来建立和维持强健的骨骼和牙齿,以及进行神经、肌肉和心脏功能。 体内钙99%以上都分布在骨骼和牙齿中,主要以 羟基磷灰石 结晶[3Ca 3 (PO 4 ) 2 ·(OH) 2 ]形式存在,少量为无定形钙。后者在婴儿期占较大比例,以后随年龄增长而逐渐减少。其余的1%中,有50%与枸缘酸( 柠檬酸 ) 合或与 蛋白质 结合,另外50%则以离子状态存在于 软组织 、 内环境 及血液中,组成 混溶 钙池 ,这部分钙与骨骼钙维持 动态平衡 ,是维持体内正常状态所必需的。 人体无法自主合成钙质,因此必须从饮食中获取。自然的食品以牛奶和 优酪乳 所含的钙最多,其他食物如干 豆类 、鱼、 豆腐 、深色的蔬菜如 花椰菜 、 甘蓝类蔬菜 和 芥蓝 菜等都含有丰富的钙。此外还有很多添加钙强化的食物,例如:橙汁、 蔓越莓汁 、早餐谷类食品等。也有人服用钙补充剂以补不足。然而摄取过量的钙可能导致 肾结石 。

分布

骨骼和牙齿:人体中99%的钙分布在骨骼和牙齿中,以 羟基磷灰石 (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 )的形式结晶,并与其他元素(如磷、镁、 碳酸根 等)相互作用,形成强而有力的骨骼和牙齿结构。

血液和其他 软组织 : 血浆 中的钙有48%为离子形式,46%与 蛋白质 结合,3%为 配位化合物 形式,还有3%未被确认。 钙离子 对 神经组织 有特殊且重要的影响,如果血钙离子浓度下降,神经组织会过度兴奋,导致仅手/足或甚至四肢抽搐;另一方面, 高血钙 抑制神经兴奋。

作用机理

钙质在人体内具有多种生理作用,包括维持骨骼健康、支持神经、肌肉和心脏功能、维持血液凝固和 细胞 信号传递等。其作用机理主要涉及以下几个方面:

骨骼健康:钙离子是骨骼组织的重要成分,维持骨骼强度和 骨密度 。骨骼会不断重塑,钙会吸收和沉积到新骨中,以改变骨骼大小、修复损伤、维持血清钙水平并提供其他矿物质的来源。

神经和肌肉功能: 钙离子 在神经和 肌细胞 中扮演着重要的信号传递角色。在 神经元 中,钙离子参与了神经传递的调节。在肌肉细胞中,钙离子在收缩和松弛过程中起着关键的作用。

心脏功能:心肌细胞中的钙离子参与了心脏的收缩和松弛过程。钙离子的水平和调节可以影响心脏的节律和功能。

血液凝固:钙离子在血液凝固过程中扮演着重要的角色。它参与了凝血因子的活化和血栓的形成。

细胞 信号传递: 钙离子 参与了许多细胞信号通路的调节,包括 细胞增殖 、分化、凋亡和代谢等。

吸收与代谢

钙的吸收和代谢是一个复杂的过程,受到多种因素的影响,包括饮食、 维生素D 、 甲状旁腺激素 和肾脏功能。

吸收:人体对钙质的吸收主要发生在 小肠 中。在小肠上皮细胞的绒毛边缘有许多钙离子通道和运输蛋白,它们可以将钙离子从肠道中吸收到 血液循环 中。钙质的吸收受到许多因素的影响,如维生素D、钙离子浓度、钙质形式等。

代谢:人体内的 钙离子 主要存储在骨骼中,而血液中的游离钙离子水平需要保持稳定。当血液中的钙离子水平过低时,甲状旁腺激素(PTH)会被激活,刺激骨骼释放钙离子,同时促进肾脏对 维生素D 的活化,增加小肠对钙离子的吸收。当血液中的钙离子水平过高时, 甲状旁腺 素( 降钙素 )会被释放,抑制骨骼的 钙离子 释放和肠道对钙的吸收,同时促进肾脏对钙离子的排泄。

来源

人体钙质来源主要包括三个方面:饮食、膳食补充剂和药物。

食物

牛奶、酸奶和奶酪是钙的丰富天然来源。在美国,大约72%的钙摄入量来自 乳制品 和添加了乳制品成分的食品。非乳制品来源包括罐装 沙丁鱼 和带骨 三文鱼 以及某些蔬菜,例如 羽衣甘蓝 、 西兰花 和 结球白菜 (白菜)。大多数谷物的钙含量都不高,但因为人们经常食用它们,所以它们有助于钙的摄入。

钙的吸收因食物类型而异。乳制品和强化食品中钙的吸收率约为30%。植物中的某些化合物(例如, 草酸 、 植酸 )会与钙形成难消化的盐,从而降低钙的吸收,从而降低钙的吸收 。菠菜的钙吸收率仅5%,而牛奶的吸收率则高得多,为27%。

下图是常见食物的钙含量 :

膳食补充剂

当饮食无法提供足够的钙质时,可以考虑膳食补充剂。

钙补充剂通常作为口服片剂或胶囊形式出现,一般包括 碳酸钙 和 柠檬酸钙 ,也可以包括其他形式如 硫酸钙 、 维生素c 盐、 微晶 羟基磷灰石 、 葡萄糖 酸盐、乳酸盐和 磷酸盐 。 与食物一起服用时,补充剂的吸收率会更高。

药物

由于具有中和 胃酸 的能力,碳酸钙包含在一些非处方抗酸产品中,例如水果味抗酸钙补充剂(" Tums Antacid Calcium Supplement)和强效水果味片剂(Rolaids Extra Strength Tablets)。根据其强度,每个咀嚼片或软咀嚼片可提供约270至400毫克的钙。

补钙药物的使用需要在医生指导下进行,因为不同的药物在剂量、用法和不良反应等方面都存在差异,需要根据患者的具体情况进行选择和调整。

推荐摄入量

一般个体

成年人每天需要的 钙 量因年龄和性别而异,美国医学研究所建议成年人每天摄入1000-1200毫克的钙质。在儿童和青少年阶段,适当增加钙元素的摄入量有助于支持骨骼的生长和发育。同时,在老年人和 妊娠期 妇女等特定人群中,增加钙质的摄入量也是必要的。

钙质的每日建议摄入量因年龄和性别而异。根据美国 国家卫生研究院 (National Institutes of Health)的建议,平均每日摄入量几乎满足所有(97%–98%)健康个体的营养需求,对于成年人,主要标准是促进骨骼维持和中性钙平衡所需的量;对于0至12个月大的婴儿,充足摄入量(图中的*)相当于健康母乳喂养婴儿的平均钙摄入量;对于儿童和青少年,推荐膳食摄入量是基于与骨积累和正钙平衡相关的摄入量。如下图所示:

注释:*为充足摄入量,该水平可确保营养充足。

钙质特殊人群

绝经期及绝经后女性的雌激素水平下降会导致骨量迅速下降,增加 骨质疏松症 的风险,男性也可能发生与年龄相关的骨质流失并导致骨质疏松症。 美国食品药品监督管理局 ( 美国食品药品监督管理局 )已批准使用含有钙和 维生素D 的补充剂降低骨质疏松症风险的健康声明,有些 临床试验 发现补钙可以改善老年人的骨骼健康,但并非所有研究都支持这一说法。 因此,只要钙摄入符合日常标准即是安全的。若一天摄取超过2500 mg的钙质,对人体就会造成一些负面的影响,尤其是婴幼儿或老年人。 太大量的钙质摄取会造成血钙过高( 高血钙 ),使大量钙质囤积于 软组织 内(soft tissue),造成软组织钙化(calcification)的现象。大量钙质摄取也会造成便秘,增加钙相关的 肾结石 风险,尤其是原发性的尿钙过多(idiopathic hypercalciuria)的病患。

钙质缺乏和摄入过量的影响

钙是人体健康所必需的营养素之一,对于骨骼和牙齿的生长和维持、神经、心肌和其他组织的正常功能都至关重要。缺乏钙或者过量的钙摄入可能会相关的疾病:

缺钙

骨质疏松症

缺钙会降低骨骼强度并导致 骨质疏松症 ,其特征是骨骼脆弱和跌倒风险增加。缺钙还会导致儿童 佝偻病 和成人其他骨骼疾病,尽管这些疾病更常见的原因是 维生素D 缺乏。在患有佝偻病的儿童中,生长 软骨 不能正常矿化,这会导致骨骼结构发生不可逆转的变化。慢性缺钙的另一个影响是 骨软化症 ,或骨矿化和骨软化缺陷,可发生在成人和儿童中。对于佝偻病和 低磷性佝偻病 ,钙和维生素D的需求似乎相互关联,因为 血清 维生素D水平越低,预防这些疾病所需的钙就越多。

心血管疾病

钙与 脂肪酸 结合,因此可以减少脂质吸收,从而可能降低 心血管疾病 (Cardiovascular Disease)风险。然而,关于膳食钙和钙补充剂在降低心血管疾病风险方面的作用的研究结果不一,一些证据表明钙补充剂甚至可能增加心血管疾病风险。目前对该影响没有统一的结论,一般认为钙摄入不超过 可耐受最高摄入量 就是安全的。

钙摄入过多

肾结石

高钙摄入会增加尿中钙的浓度,因为钙可以沉积在尿液中并形成结晶,导致钙结石形成的风险增加。因此,长期高钙饮食可能会增加 肾结石 的风险。但并非所有人都会因为高钙摄入而形成肾结石,具体情况还要考虑其他因素,如饮食中的其他物质、个人肾功能等。

与其他药物的相互作用

钙有可能与某些药物相互作用,并且几种类型的药物可能会对钙水平产生不利影响。

杜鲁特韦(Dovato,Tivicay)是一种用于成人和儿童的HIV整合酶抑制剂。同时使用钙补充剂和 多替拉韦 可显著降低Dolutegravir的血药水平,显然是通过 螯合作用 。 美国食品药品监督管理局 批准的Dolutegravir标签建议患者在服用钙补充剂前2小时或服用后6小时服用Dolutegravir。

左旋 甲状腺 素是一种用于治疗甲状腺功能减退和 甲状腺癌 的 甲状腺素 ,补充 碳酸钙 可干扰 左旋甲状腺素 (Synthroid、Levoxyl等)的吸收。FDA批准的该药物标签指示服用碳酸钙补充剂的患者在服用补充剂后4小时内避免服用左旋甲状腺素。

同时使用钙补充剂和 喹诺酮类 抗生素(如 环丙沙星 (Cipro)、吉米沙星(Factive)和 莫西沙星 ( Avelox ))可减少 诺 类药物的吸收。在补钙前2小时或补钙后2小时服用抗生素可防止这种作用。

补钙药物的使用需要在医生指导下进行,因为不同的药物在剂量、用法和不良反应等方面都存在差异,需要根据患者的具体情况进行选择和调整。

参考资料

  1. Calcium - Health Professional Fact Sheet U.S. Department of Health & Human Services National Institutes of Health 2023-04-14
  2. 各国膳食指南 中国居民膳食指南 2023-06-15
  3. Dietary Supplement Label Database National Institutes of Health & Office of Dietary Supplements 2023-04-14
  4. U.S. Food and Drug Administration. Dovato Label 药物使用说明 2023-04-14