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矿物质（营养）

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人体内常见的化学元素

就营养而言，矿物质是一种生物体执行生命所必需的功能时需要的作为必需营养素的化学元素。[1][2] 然而，按重量计算，人体的四种主要结构元素(氧、氢、碳和氮)，通常不包括在主要营养矿物质的范围中(氮被认为是植物的“矿物质”，因为它经常被包含在肥料中)。这四种元素约占人体重量的96%，其余重量由宏量矿物质(巨量矿物质)和微量矿物质(也称为微量元素)构成。

作为元素，矿物质不能由生物体通过生物化学合成。[3] 植物从土壤中获取矿物质。[3] 人类饮食中的大多数矿物质来自食用植物和动物，或饮水中。[3] 作为一个类别，矿物是四类必需营养素之一，其他几类是维生素、必需脂肪酸和必需氨基酸。[4] 人体中的五种宏量矿物质是钙、磷、钾、钠和镁。 人体内所有其余的元素都被称为“微量元素”。人体内具有特定生化功能的微量元素有硫、铁、氯、钴、铜、锌、锰、钼、碘和硒。

生物体摄入的大多数化学元素都是处于简单化合物的形式。植物吸收土壤中溶解的元素，这些元素随后被食用它们的食草动物和杂食动物摄入，进而沿着食物链向上移动。较大的生物体也可能消耗土壤(食土)或利用矿物资源，如舔盐，以获得通过其他食物来源无法获得的有限矿物质。

细菌和真菌在主要元素的风化过程中发挥着重要作用，该过程会导致营养物质的释放，成为细菌和真菌自身的营养，以及生态食物链中其他物种的营养。一种元素钴只有在被细菌处理成复杂分子(如维生素B12)后才可供动物利用。动物和微生物将矿物质用于矿化结构处理的过程称为“生物矿化”，被用于构建骨骼、贝壳、蛋壳、外骨骼和软体动物壳。[5]

1 人类必需的化学元素编辑

已知至少有二十种化学元素为人体所必需，它们通过作为结构和功能上的角色以及电解质来支持人体生化过程。[6][7]

氧、氢、碳和氮是人体中重量最丰富的元素，约占人体重量的96%。钙占成人体重的920至1200克，其中99%被包含在骨骼和牙齿中。这大约是体重的1.5%。[8] 磷的含量约为钙的2/3，约占一个人体重的1%。[8] 其他宏量矿物质(钾、钠、氯、硫和镁)仅占身体重量的0.85%。这11种化学元素(H，C，N，O，Ca，P，K，Na，Cl，S，Mg)共占人体的99.85%。剩余的约18种超微量矿物质仅占人体的0.15%，即平均每人总共约1克。[9]

即使基于相同的数据，人们对于人类(和其他哺乳动物)体内各种超微量元素的本质也存在不同的看法。例如，对于铬是否是人类必需的微量元素还没有形成科学共识。美国和日本将铬指定为一种必需营养素，[10][11] 但是代表欧盟的欧洲食品安全局(EFSA)在2014年审查了这个问题，并不同意。[12]

大多数已知的和建议的矿物质营养素的原子量相对较低，在陆地上，或海洋中（钠和碘）相当普遍:

元素周期表中的营养元素
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 La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
 
  * Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  ** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

  四种基本有机元素
  大量元素
  必需微量元素
  被美国认作必需微量元素，但欧盟不承认
  剥夺效应或主动代谢处理显示其有作用，但是在人体中没有被明确识别的生化功能
  有限的环境证据表明其在哺乳动物体内有微量益处或生化反应
  无证据表明其在哺乳动物体内有生化反应，但是为一些低级生物体所必需。（对于镧，以必不可少且无可替代定义必需营养素并不完全合适，因为镧系元素具有高度相似性。因此，Ce、Pr和Nd可能对于利用La的生物体能够代替La而不产生副作用，而更小量的Sm、Eu和Gd可能也有相似的替代性，但会引起生长缓慢。）

1.1 生物过程中的角色

膳食元素 RDA (美国) [mg][13] UL (美国和欧洲) [mg][14][15][16] 类别 高营养含量的膳食来源 元素缺乏症的术语 元素过多症的术语
钾 4700 NE; NE 一种影响全身的电解质，以及和钠一起共同调节ATP的必需物质 红薯，西红柿，马铃薯，豆子，小扁豆，乳制品，海鲜，香蕉，干梅子，胡萝卜，橙子[17] 低钾血症 高钾血症
氯 2300 3600; NE 胃中盐酸的合成以及细胞泵功能中的所需物质 食盐（氯化钠）是主要膳食来源。 低氯血症 高氯血症
钠 1500 2300; NE 一种影响全身的电解质，以及和钾一起共同调节ATP的必需物质 食盐（氯化钠，主要来源），海洋蔬菜，牛奶， 以及菠菜。 低钠血症 高钠血症
钙 1200 2500; 2500 维持肌肉、心脏和消化系统健康的所需物质，构建骨骼，支持血细胞的合成和功能 乳制品，蛋类，带骨鱼罐头（三文鱼、沙丁鱼），绿叶蔬菜，坚果，种子，豆腐，百里香，牛至，莳萝，肉桂。[18] 低钙血症 高钙血症
磷 700 4000; 4000 骨骼、细胞的成分，能量传递所需物质，DNA和ATP（作为磷酸盐）以及许多其他功能所需物质 红肉，乳制品，鱼类，家禽，面包，米饭，燕麦。[19][20] 在生物领域通常被视作磷酸盐。[21] 低磷酸盐血症 高磷酸盐血症
镁 420 350; 250 合成ATP和骨骼所需物质 菠菜，豆类，坚果，种子，全谷物，花生酱，鳄梨[22] 低镁血症，镁缺乏症 高镁血症
铁 18 45; NE 许多蛋白质和酶所需物质，尤其是血红蛋白所需以防止贫血 肉类，海鲜，坚果，豆子，黑巧克力[23] 铁缺乏症 铁过剩症
锌 11 40; 25 数种酶的成分和所需物质，如羧肽酶、肝脏乙醇脱氢酶，以及碳酸酐酶 牡蛎*，红肉，家禽，坚果，全谷物，乳制品[24] 锌缺乏症 锌中毒
锰 2.3 11; NE 酶功能的一种辅因子 谷物，豆类，种子，坚果，叶类蔬菜，茶，咖啡[25] 锰缺乏症 锰中毒
铜 0.9 10; 5 许多氧化还原酶的所需成分，包括细胞色素c氧化酶 肝脏，海鲜，牡蛎，坚果，种子；一些：全谷物，豆类[25] 铜缺乏症 铜中毒
碘 0.150 1.1; 0.6 甲状腺激素、甲状腺素和三碘甲状腺原氨酸合成所需物质，防止甲状腺肿 海藻（巨藻或海带）*，谷物，蛋类，加碘盐[26] 碘缺乏症 碘中毒，甲亢[27]
铬 0.035 NE; NE 参与葡萄糖和脂类代谢，但其在体内的作用机制以及最健康的量均不明确[28][29] 花椰菜，葡萄汁（尤其是红色的），肉类，全谷物制品[30] 铬缺乏症 铬中毒
钼 0.045 2; 0.6 黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶、亚硫酸盐氧化酶等氧化酶[31] 豆类，全谷物，坚果[25] 钼缺乏症 钼中毒[32]
硒 0.055 0.4; 0.3 保证抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶活性的必需物质 巴西栗，海鲜，内脏，肉类，谷物，乳制品，蛋类[33] 硒缺乏症 硒中毒
钴 无 NE; NE 维生素B12合成所需物质，但因为合成该维生素时需要细菌，因此钴通常被认为是来源于食用动物及动物源食物（蛋类等）的维生素B12的一部分 钴中毒

RDA=推荐每日摄入量；UL =可耐受最高摄入量；显示的数字适用于31-50岁的成年人，男性或既未怀孕也未哺乳的女性

* 一份海藻超过美国UL的1100μg，但未超过日本设定的3000μg UL。[34]

2 矿物质的血液浓度编辑

矿物质以一定的质量和摩尔浓度存在于健康人的血液中。下图显示了本文中讨论的每种化学元素的浓度，范围从中右到右。根据浓度单位的不同，一些在图片的上部，而另一些在下部。该图包括血液其他成分的相对值，如激素。在图中，矿物质被标记为紫色。

Reference ranges for blood tests, sorted logarithmically by mass above the scale and by molarity below. (A separate printable image is available for mass and molarity)

3 膳食营养编辑

营养师可能会建议矿物质最好通过摄取富含所需化学元素的特定食物来提供。这些元素可以天然存在于食物中(例如牛奶中的钙)，或者被添加到食物中(例如用添加钙的橙汁；用添加碘的碘盐)。膳食补充剂可以配制成含有几种不同的化学元素(作为化合物)、维生素和/或其他化合物的组合，或单一元素(作为化合物或化合物的混合物)，例如钙(碳酸钙、柠檬酸钙)或镁(氧化镁)，或铁(硫酸亚铁、双甘氨酸铁)。

膳食方面对于化学元素的关注源于对用所需元素成分来支持新陈代谢的生化反应的研究兴趣。某些化学元素的适当摄入水平已被证明是维持最佳健康状态所需的。饮食可以满足身体对所有的化学元素需求，但是当饮食没有充分满足一些建议时，可以使用补充剂。一个例子是乳制品摄入量低的饮食，其不能满足对于钙的建议。

4 被认为可能必需但尚未确认的元素编辑

许多超微量元素被认为是必需的，但这种说法通常没有得到证实。功效的决定性证据来自对含有该元素的生物分子的具有可识别和可测试功能的表征。[35]确认功效的一个问题是，一些元素在低浓度下是无害的，并且是广泛存在的(例如:固体灰尘中的硅和镍)，因此功效的证据是缺乏的，因为元素缺乏很难再现。[35]硅和硼等一些矿物的超微量元素已知有一定作用，但确切的生化性质未知，而砷等其他矿物被怀疑对健康有一定作用，但证据更弱。[35]

元素 描述 过量
溴 可能作为合成胶原蛋白IV的所需催化剂而具有对基膜结构和组织的发展的重要性。[35] 溴中毒
砷 在大鼠、仓鼠、山羊和鸡的模型中是必需的，但在人体中无已知生化机制。[36] 砷中毒
镍 镍在数种酶中是必须的成分，包括脲酶和氢化酶。[37]尽管这些酶非人体所需，但其中一些是肠道细菌所需的，如脲酶是一些种类的双歧杆菌所需的。[38]在人体中，镍可能是某些涉及水解、氧化还原反应，以及基因表达的金属酶的辅因子和结构成分。镍缺乏会抑制山羊、猪、及绵羊的生长，并能降低大鼠体内循环的甲状腺激素的浓度。[39] 镍中毒
氟 氟（作为氟化物）不被认为是必需元素，因为人类的生长或生命延续不需要氟。研究表明氟化物对牙齿的主要益处在于保护其表面免于局部暴露。[40][41]在本表格中的矿物质中，氟化物是唯一的美国医学研究所已确立适宜摄入量的矿物质。[42] 氟化物中毒
硼 硼是一种植物必需营养素，主要为维持细胞壁的完整性所需。[43][44][45]硼已经显示出所有进化领域中的代表性物种在完成生命周期中的必要性，包括模型物种Danio rerio（斑马鱼）和Xenopus laevis（非洲爪蟾）。[37][46]在动物体内，补充的硼已经显示出可以降低钙的排出，并能活化维生素D。[47] 无毒
锂 锂是否在所有物种中有生理学作用尚不清楚，[48]但是哺乳动物的营养研究已经表明其对健康的重要性，引出了将其归类于一种必需微量元素的建议。 理中毒
锶 锶被发现与体内钙的利用有关。在锶的适中膳食水平，它对将钙吸收至骨骼有促进作用，但是在较高的膳食水平下，它有致佝偻病（引发软骨病）的作用。[49] 致佝偻病（引发软骨病）
其他 硅和钒已经被确立为在其他生物体中作为结构和功能的辅因子（尽管是其生物体专用），且可能甚至很可能，被哺乳动物（包括人类）利用。与其相反，钨、镧、以及镉在某些低等生物体中具有特别的生化用途，但是这些元素表现得不能被人类利用。[50]其他元素被认为有可能是必需的，包括铝、锗、铅、铷、以及锡。[37][51][52] 多种

5 矿物质生态学编辑

矿物质可以通过细菌进行生物工程处理，细菌作用于金属来催化矿物溶解和沉淀。[53]矿物质营养素被遍布全球土壤、海洋、淡水、地下水和冰川融水系统中的细菌再利用。[53][54]细菌在觅食大量繁殖的植物时吸收含有矿物质的溶解有机物。[54]矿物质营养素通过这个海洋食物链循环，从细菌和浮游植物到鞭毛虫和浮游动物，然后被其他海洋生物食用。[53][54]在陆地生态系统中，真菌具有与细菌相似的作用，将矿物质从其他生物体无法接触到的物质中移出，然后将获得的营养输送到当地生态系统中。[55][56]

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