代谢调控矿物质：概述

矿物质仅占膳食重量的几个百分点，但没有它们，任何主要的代谢途径都无法正常运作。矿物质参与信号传递，维持细胞的电荷，激活酶，稳定蛋白质和DNA，并调节血压和血液凝固。将食物转化为能量和身体组织的几乎每一个步骤都需要一种或多种元素的参与。[1]

根据现代数据，宏量营养素（钙、镁、磷、钠、钾、氯和硫）构成骨骼和细胞外环境的框架，而微量营养素（铁、锌、铜、硒、碘等）则作为精细的调节器，开启或关闭各种酶促反应。矿物质并非能量来源，而是“控制器”：它们指导新陈代谢的方向、反应的活性以及身体对压力的反应。[2]

即使单一元素的轻微缺乏也会改变数十种酶的功能。例如，镁缺乏会影响胰岛素敏感性和抗压能力，而铁和碘缺乏则会影响甲状腺功能、能量水平和认知功能。同时，过量补充矿物质会加重肾脏负担，扰乱心律，并破坏其他元素的平衡。[3]

世界卫生组织和其他国际组织强调，矿物质缺乏是导致全球范围内贫血、生长发育迟缓、认知发育障碍和易感感染的重要原因。这不仅适用于发展中国家：在富裕地区也普遍存在锌、铁、碘和硒缺乏的情况。[4]

因此，在讨论“健康饮食”时，不仅要考虑热量、蛋白质、脂肪和碳水化合物，还要考虑饮食中的矿物质组成。矿物质虽然不能带来饱腹感，但它们决定了所摄入的食物是转化为健康、能量和抵抗疾病的能力，还是成为慢性代谢紊乱的燃料。[5]

表1. 代谢中的矿物质：简要概述

团体	示例	交易所的关键角色
宏量营养素	钙、磷、镁、钠、钾、氯、硫	骨骼结构、水盐平衡、神经肌肉传递、酸碱平衡
微量元素	铁、锌、铜、硒、碘、锰	酶、激素、抗氧化保护、免疫力
阈值和毒性	氟、铬、钼、钴、铅、镉	少量服用可能产生有益效果，但过量服用则会产生毒性。

矿物质的分类及其在营养学中的地位

矿物质通常分为三大类：常量营养素、微量营养素和超微量营养素。这种分类并非基于重要性，而是基于每日需求量。常量营养素的需求量以百毫克计，微量营养素的需求量以毫克和微克计，而超微量营养素的需求量虽然微量，但仍具有重要的生物学意义。[6]

宏量营养素构成新陈代谢的“背景”。钙和磷对骨骼和牙齿至关重要，镁参与数百种反应，钠和钾决定细胞膜的电位和心脏功能，氯对胃酸分泌很重要，硫是氨基酸和多种辅酶的组成部分。这些元素的任何显著变化都会迅速影响新陈代谢。[7]

微量营养素发挥着“微调”作用。铁是氧气运输和许多酶功能所必需的，锌参与300多种酶的活性，硒参与抗氧化系统和甲状腺调节，碘参与甲状腺激素的合成，铜和锰参与氧化还原反应。即使由于缺乏导致部分功能丧失，也会产生严重的临床后果。[8]

另一类元素具有双重作用。氟、铬、钴和钼少量时参与重要的反应，但过量则会产生毒性。另一方面，铅、镉、汞和其他一些金属对人体完全没有用处，它们仅仅被视为干扰新陈代谢和损害组织的污染物。[9]

从实际角度来看，重要的是要记住：“微量”并不意味着“不重要”。微量营养素与常量营养素同样重要，但所需的剂量较小。然而，它们的安全范围通常很小，饮食错误、肠道疾病或片面的节食方法都可能很快导致营养失衡。[10]

表2. 按需求对矿物进行分类

团体	每日需求	示例
宏量营养素	几十毫克和几百毫克	钙、磷、镁、钠、钾、氯、硫
微量元素	毫克和几十微克	铁、锌、铜、硒、碘、锰
超微量元素	微克和微克的分数	维生素B12中的钴、铬、钼、氟
有毒元素	没有营养需求	铅、镉、汞、砷

矿物质作为酶辅因子：触发反应的“钥匙”

体内大多数代谢反应都涉及酶。这些反应中的矿物质充当辅因子——无机“钥匙”，没有它们，酶就无法结合底物或进行转化。这些辅因子可以整合到酶的结构中，也可以在反应过程中暂时附着。[11]

镁是重要的能量辅因子之一。细胞内任何涉及三磷酸腺苷的反应几乎都需要镁，镁可以稳定该分子并帮助转移磷酸基团。镁缺乏会减缓参与糖酵解、柠檬酸循环和蛋白质合成的数十种酶的功能，从而影响能量水平、肌肉功能和神经系统。[12]

锌是酶和转录因子的通用调节因子。它是DNA结合蛋白“锌指”结构的一部分，使这些蛋白能够识别基因组的特定区域，并开启或关闭蛋白质合成。锌还支持抗氧化酶的活性、碳水化合物和脂肪代谢以及激素和神经递质的合成。[13]

铁、铜和锰参与氧化还原反应。铁是血红蛋白、肌红蛋白和呼吸链细胞色素的组成成分，而铜和锰是超氧化物歧化酶的组成成分，超氧化物歧化酶可以保护细胞免受自由基的损害。硒是谷胱甘肽过氧化物酶和其他一些酶的组成成分，这些酶可以清除过氧化物并维持抗氧化平衡。[14]

重要的是，矿物质之间常常相互交织，形成一个复杂的相互作用网络：一种矿物质过量会阻碍另一种矿物质的吸收，而缺乏则会增加第三种矿物质的毒性。例如，锌过量会影响铜的吸收，而当抗氧化剂缺乏时，铁过量会增加氧化应激。因此，任何试图在不了解具体情况的前提下，仅通过单一补充剂来“调节”新陈代谢的做法都可能适得其反。[15]

表3. 辅因子矿物及其相关过程示例

矿物	主要酶的作用	赤字的主要后果
镁	与三磷酸腺苷的反应，涉及300多种酶	疲劳、抽筋、胰岛素敏感性降低
锌	转录因子、抗氧化酶、激素合成	免疫力下降、伤口愈合缓慢、皮肤问题
铁	呼吸链、氧气运输、解毒酶	贫血、耐力下降、认知障碍
铜	氧化还原酶，铁代谢	贫血、中性粒细胞减少症、神经系统症状
硒	抗氧化酶、甲状腺激素代谢	氧化应激增加，甲状腺功能障碍

矿物质和能量代谢：碳水化合物、脂肪、蛋白质

能量代谢始于机体对葡萄糖水平和细胞对胰岛素敏感性的调控。镁和铬参与胰岛素的作用和细胞内信号传导，锌影响胰岛素的合成和分泌，锰则通过糖异生酶和抗氧化防御参与碳水化合物代谢的调节。这些矿物质的缺乏与葡萄糖耐量受损和代谢紊乱风险增加有关。[16]

脂肪代谢也依赖于矿物质“开关”。铁和铜是线粒体酶的组成部分，这些酶介导脂肪酸的β氧化；而锌和硒则支持抗氧化系统，保护膜脂质免受过氧化作用。这些元素的缺乏会破坏脂肪合成和分解之间的平衡，增加氧化应激，这在非酒精性脂肪肝和动脉粥样硬化中尤为重要。[17]

蛋白质代谢和组织生长离不开充足的锌、铁和铜。锌对DNA合成和细胞分裂至关重要；铁是胶原蛋白合成酶和组织发育能量支持所必需的；铜是胶原蛋白和弹性蛋白交联形成强韧结构的酶所必需的。这些矿物质缺乏会损害伤口愈合、肌肉生长和运动后恢复。[18]

钙、磷、镁的平衡不仅决定骨骼强度，也决定肌肉功能，包括心脏功能。钙启动肌肉收缩，镁帮助肌肉放松，钾和钠调节电脉冲。镁和钾缺乏更容易导致心律失常，钠过量会影响血压，而钙和磷缺乏会导致骨骼矿化受损。[19]

铁和铜在氧气运输和呼吸链中发挥着同等重要的作用：如果没有正常的氧气供应和功能正常的线粒体，所有其他代谢途径都将以“节能模式”运行。这就是为什么铁、镁、锌和碘的联合缺乏常常表现为慢性疲劳、注意力不集中和耐力下降的原因。[20]

表4. 矿物质和能量代谢的主要方向

过程	关键矿物	出现短缺时会发生什么？
碳水化合物代谢和胰岛素敏感性	镁、铬、锌、锰	葡萄糖耐量受损，代谢紊乱风险增加
脂肪代谢和膜保护	铁、铜、锌、硒	β-氧化受损、氧化应激增加以及脂肪肝疾病风险增加
蛋白质合成和组织生长	锌、铁、铜	伤口愈合延迟、肌肉萎缩、虚弱
肌肉做功和心率	钙、镁、钾、钠	抽搐、心律失常、血压波动
氧气运输和线粒体功能	铁、铜	贫血、耐力下降、慢性疲劳

矿物质、血液和免疫力

造血是对微量营养素最敏感的过程之一。铁、维生素B12和叶酸传统上被认为是优先补充的营养素，但如果没有铜、锌以及这些矿物质作为DNA代谢酶的介质，血细胞的完全成熟也无法实现。缺铁仍然是一个全球性问题，会导致贫血、运动能力下降，并增加感染和妊娠期间并发症的风险。[21]

铜参与将铁转化为适合合成血红蛋白的形式，也参与保护红细胞免受自由基损伤的酶的功能。铜缺乏症可能表现为缺铁性贫血：血红蛋白水平低，但只有在铜水平恢复正常后，常规剂量的铁剂才能发挥作用。[22]

免疫系统对锌、硒、铁和铜的缺乏尤为敏感。锌对于T淋巴细胞的成熟和屏障组织的正常功能至关重要；硒对于免疫细胞的抗氧化保护和炎症的调节至关重要；铁和铜对于中性粒细胞和巨噬细胞的杀菌机制至关重要。这些矿物质的缺乏会增加严重感染的风险并延缓康复。[23]

碘和硒通过甲状腺激素影响代谢率以及机体对感染和应激的反应。甲状腺激素调节氧气消耗、蛋白质合成、体温和免疫细胞功能。因此，碘和硒的联合缺乏会间接削弱免疫系统，降低对慢性疾病的抵抗力。[24]

尤其值得注意的是矿物质缺乏在儿童、孕妇、老年人和慢性病患者感染风险中的作用。这些人群中铁、锌、碘和硒的缺乏与腹泻、肺炎、疟疾和其他感染导致的较高死亡率相关，凸显了有针对性的营养强化和干预计划的必要性。[25]

表5. 血液和免疫所需的矿物质及其关键功能

方向	基本要素	不足的后果
血红蛋白合成	铁、铜、维生素B12和叶酸（通过矿物质控制）	贫血、虚弱、耐力下降
白细胞的成熟	锌、铁	更容易感染
抗氧化保护免疫细胞	硒、铜、锌、锰	氧化应激增加，严重感染
激素对代谢的调节	碘、硒	对压力和感染的反应受损，代谢波动
红细胞保护	铜、铁、锌	红细胞寿命缩短，亚临床溶血负荷

矿物质缺乏和过量：双重风险

对于大多数矿物质而言，缺乏和中毒之间的范围相对较窄。铁、碘、锌、硒、镁和钙的缺乏会导致代谢紊乱和疾病，但试图通过高剂量补充剂来“求稳”可能会使身体超负荷，尤其是肾脏、肝脏和心血管系统。[26]

欧洲和国际组织为大多数矿物质设定了参考摄入量和可耐受最高摄入量。这些是基准值，超过这些值，不良反应的风险会显著增加。例如，钙摄入过量与结石形成和可能对心脏造成的影响有关；铁摄入过量与氧化应激增加和肝损伤有关；锌摄入过量与铜缺乏和免疫功能障碍有关。[27]

在现实生活中，营养素缺乏通常与饮食不良、饮食单一、吸收不良以及需求增加（生长发育、怀孕、慢性炎症性疾病）有关。然而，营养素过量往往是由于不加控制地摄入补充剂和药物、职业性接触金属，或多种因素共同作用（浓缩婴儿食品、药物、强化食品）造成的。[28]

元素之间的相互作用应分别考虑。例如，高剂量铁补充剂会影响锌和铜的吸收，过量的钙会干扰镁和铁的吸收，过量的锌会导致铜缺乏。因此，建议不要“一蹴而就”，而应在了解整体情况并进行分析后，再纠正矿物质缺乏症。[29]

当怀疑存在矿物质缺乏或过量时，合理的策略是将营养评估与实验室诊断相结合。血清水平、铁蛋白测定、转铁蛋白饱和度、碘和硒水平，以及在某些情况下进行头发或尿液分析，均可用于检测各种元素。在没有进行此类评估的情况下，“以防万一”就开具大剂量补充剂，会增加矿物质失衡的风险。[30]

表6. 矿物质缺乏和过量：典型例子

矿物	存在缺陷风险	风险过高
铁	贫血、认知能力下降、疲劳	肝损伤、氧化应激增加、易感人群感染风险升高
钙	骨矿化障碍，骨质疏松症	结石形成，以及高剂量对血管和心脏的影响
镁	抽搐、心律失常、胰岛素抵抗	肾功能正常时，肾小球滤过率过高的情况很少见；肾功能衰竭时，则可能出现心律失常。
锌	免疫力下降、皮肤问题、味觉和食欲紊乱	铜缺乏、免疫功能受损、胃肠道症状
硒	氧化应激增加，甲状腺疾病	硒中毒：头发和指甲脆弱易断，神经系统紊乱

实用建议：如何正确补充“矿物质系统”。

基本原则是先注重饮食，再考虑补充剂。大多数人只要饮食均衡，包括蔬菜、水果、全谷物、豆类、坚果、乳制品或其衍生物、鱼类以及适量的肉类，就能完全满足自身对必需矿物质的需求。但某些高危人群除外，对他们来说，强化食品和补充剂才是真正必要的。[31]

第二大支柱是了解自身风险。素食者，尤其是纯素食者，更容易出现铁、锌、碘，有时还有硒的缺乏。患有炎症性肠病、乳糜泻以及接受过减肥手术、胃切除术和小肠切除术的人群，多种微量营养素缺乏的风险更高。老年人和慢性病患者也属于需要进行矿物质状态检测的人群。[32]

第三步是谨慎使用补充剂。除非有明确的适应症，否则使用接近参考水平的补充剂比“冲击式”方案更安全。如果已经确诊缺乏症，医生可能会开具治疗剂量，但会明确规定服用时间和后续的复查。长期自行服用高剂量的铁、钙、镁、锌和硒，而不进行实验室检测，是导致潜在失衡毒性的常见原因。[33]

第四点是注意药物组合。服用铁剂和钙剂时，最好分开服用。镁剂应在晚上服用，以改善睡眠问题和肌肉紧张。锌补充剂不应在没有医生指导的情况下与高剂量铁剂同时服用。碘强化盐有助于补充碘，但不能代替均衡饮食。[34]

最后，需要记住的是，矿物质状况绝不能脱离维生素、蛋白质和整体生活方式来考虑。蛋白质缺乏会影响铁和锌的代谢和利用，维生素D缺乏会改变钙磷平衡，而慢性压力和睡眠不足会改变对镁和其他元素的需求。因此，矿物质管理不仅仅是服用“药片”；它还涉及营养、睡眠、运动和压力管理。[35]

表7. 矿物实用检查清单

步	实际操作中应该怎么做
1	评估一下你的饮食：是否有足够的蔬菜、全谷物、豆类、坚果和优质蛋白质来源？
2	确定您是否存在营养缺乏的风险（饮食、疾病、年龄）
3	如果您出现持续疲劳、记忆力减退或头发、皮肤或指甲问题，请与您的医生讨论进行必需矿物质分析。
4	没有指征和监督，请勿自行服用高剂量补充剂。
5	注意矿物质和药物剂型之间的相互作用，并遵循使用建议。
6	将矿物质水平的纠正与睡眠、压力水平和整体营养结构的改善结合起来。

关于矿物质和新陈代谢的快速常见问题解答

仅仅补充镁或锌就能“加速新陈代谢”吗？答案是否定的
。镁、锌和其他矿物质确实在调节新陈代谢中发挥作用，但它们的效果取决于身体的整体健康状况、营养状况以及缺乏程度。通过纠正缺乏，它们能使新陈代谢恢复正常，而不是过度加速。在正常情况下，试图通过高剂量来“加速新陈代谢”弊大于利。[36]

如果我做了“扩展微量营养素检测”，这是否足以开具补充剂处方？
实验室结果需要结合患者的症状、饮食和合并症进行解读。有些矿物质最好通过血清水平评估，有些则通过铁蛋白或酶活性评估，而碘最好通过尿排泄量评估。因此，未经咨询专科医生而进行的“干式”检测可能会导致误读和不必要的处方。[37]

仅靠植物性食物能否获取人体所需的所有矿物质？
答案是肯定的，部分可以，尤其是在饮食中包含各种全谷物、豆类、坚果和种子的情况下。然而，铁、锌和碘从植物来源的吸收率低于从动物产品中的吸收率。因此，严格的纯素饮食通常需要有意识地规划饮食，并食用强化食品和补充剂，特别是碘和铁。[38]

为了预防疲劳，每个人都应该服用“矿物质补充剂”吗？
对于大多数健康人来说，只要饮食均衡，就不需要定期服用矿物质补充剂。疲劳通常与睡眠、压力、运动、精神状态以及某些单一营养素缺乏等因素有关。更合理的做法是，先评估自己的生活方式和饮食，必要时进行相关检查，然后选择有针对性的干预措施，而不是“一股脑儿地”服用所有补充剂。[39]

最安全的矿物质补充策略是什么？
最佳方法是饮食多样化，限制高度加工食品的摄入，避免过度服用补充剂，尤其是大剂量补充剂，并利用实验室诊断来确定具体的缺乏或过量情况。采用这种方法，矿物质才能真正发挥智能代谢“控制器”的作用，而不是成为新问题的根源。[40]