一、常量元素
一般将占人体体重0.01％以上，每人每日需要量在100mg以上的元素称为常量元素。常量元素在体内的主要生理功能有以下几点：
（1）构成人体组织的重要成分，大部分是由钙、磷和镁组成，软组织含钾较多。
（2）在细胞外液中与蛋白质一起调节细胞膜的通透性，控制水分，维持正常的渗透压和酸碱平衡，维持神经肌肉兴奋性。
（3）构成酶的成分或激活酶的活性参与物质代谢。
常量元素在人体新陈代谢过程中，会有一部分被排出体外，必须通过膳食补充。许多国家都制定了钙、磷、镁、钾、钠和氯6种常量元素的RDA（推荐的膳食供应量）和AI（适宜摄入量）。
（一）钙和磷
钙和磷是硬组织骨和牙的重要矿物成分。骨的钙、磷比几乎是恒定的，二者之一在体内的含量显著变动时，另一个也随之改变，因此钙和磷常一起考虑。
1.钙
（1）钙在体内的分布 钙（Ca）是人体内含量较多的元素之一。人体内含钙量约为1000～1200g。其中大约99％的钙以磷酸盐的形式集中在骨骼和牙齿内，统称为“骨钙”；其余1％的钙，大部分以离子状态存在于软组织、细胞液及血液中，少部分与柠檬酸螯合，或与蛋白质结合，这一部分统称为“混溶钙池”（也称“混合钙库”）。“混溶钙池”中的钙与骨钙维持着动态平衡。
（2）钙的生理功能
①钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，起支持和保护作用。混合钙库的钙维持细胞处在正常生理状态，它与镁、钾、钠等离子保持一定的比例，使组织表现适当的应激（excitability）。
②促进体内某些酶的活动。许多参与细胞代谢与大分子合成和转变的酶，如腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羧化酶和色氨酸羧化酶等都受钙离子的调节。
③钙起电荷载体作用。Ca2+的最适水合半径能与细胞膜表面的各种阴离子亚部位结合，调节受体结合和离子通透性，起电荷载体作用。
④钙参与神经肌肉的活动。神经递质的释放、神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、激素的分泌、血液的凝固、细胞黏附、肌肉收缩等活动都需要钙。
（3）吸收、排泄和储留
①吸收 钙盐在酸性条件下较易溶解，因此钙的吸收主要在酸性较强的小肠上端进行。钙的吸收为主动吸收，需要维生素D的参与。膳食成分影响钙的吸收和利用见表4-1。
表4-1 膳食成分对钙吸收利用的影响
植物成分中的植酸盐、纤维素、糖醛酸、藻酸钠和草酸可降低钙的吸收，果胶和维生素C对钙的吸收的影响很小。谷类含植物较多，以谷类为主的膳食应供给较多的钙。含草酸多的食物如菠菜，其钙难以吸收且影响其他食物钙的吸收，故选择供给的食物时，不仅考虑钙含量还应注意草酸含量（表4-2）。
表4-2 几种常见蔬菜中钙和草酸的含量
近年来的研究表明，摄食纤维会影响钙的吸收。钙与脂肪酸形成皂钙，当脂肪酸碳链增长，不饱和度降低时，钙的利用率更低。中链脂肪酸能改善脂肪和钙的吸收，在婴儿代乳粉、胃切除或胆汁性肝硬变患者的饮食中应用颇适宜。钙的吸收与磷的水平无关，只与钙的摄取量有关。维生素D可促进小肠吸收钙。乳糖可增强钙的扩散转运，它被乳糖酶水解成葡萄糖和半乳糖，改善钙的吸收。其他糖如蔗糖、果糖也能增加钙吸收率。蛋白质被消化成氨基酸，如赖氨酸、色氨酸、精氨酸、亮氨酸、组氨酸等与钙形成可溶性钙盐，从而促进钙的吸收。碱剂、应激和卧床不动、食物在消化道中停留时间长，都会使钙的吸收率降低。
②排泄 吸收的钙的大部分经肠黏膜上皮细胞的脱落和消化液的分泌排入肠道。除来自膳食的钙以外，小肠消化液有钙600mg，肠内总钙量约为1200mg/d，其中600mg重吸收（reabsorption），900mg由粪便排出，250mg由尿液排出，20～350mg由汗液排出，高温作业者汗分泌多，钙在汗液中的浓度增加，损失钙可高达1g/d。授乳期妇女乳中排出的钙约为150～300mg/d。
③储留 学龄前儿童分别供给钙339mg/d、555mg/d、704mg/d和904mg/d，钙储留量分别为60mg/d、103mg/d、125mg/d和154mg/d，储留量和供给量呈正相关。但是也有摄入量相差很大而储留量差不多的。可能机体对钙的需要不同而影响其储留。磷摄入过多对于钙的储留影响不大。
当膳食钙供给充足时，机体将根据需要来增减钙的吸收、排泄和储留。甲状旁腺激素（PTH）、CT和1α-25-（OH）2D3是调节钙代谢的重要激素，它们协同其他激素与磷共同保持钙的内环境稳定。
（4）钙的每日需要量 中国营养学会推荐的钙供给量标准（mg/d）为：从初生至10岁儿童，600；10～13岁，800；13～16岁，1200；16～19岁，1000；成年男女，600；孕妇，1500；乳母，2000。英国成年男女供给量标准（mg/d）为500，孕妇、乳母各1200。WHO的每日标准为：成年男女为0.4～0.5g，孕妇、乳母为1.0～1.2g。
（5）食物中钙的含量 乳及乳制品含钙丰富，吸收率高。水产品中小虾米皮含钙特多，其次是海带。干果豆和豆制品及绿叶蔬菜含钙也不少。谷物、肉类和禽类含钙不多。骨粉含钙20％以上，吸收率约为70％。蛋壳粉含大量钙。膳食中补充骨粉或蛋壳粉可以改善钙的营养状况。一些食品中钙的含量见表4-3。
表4-3 食品中钙和磷含量及比值
2.磷
磷在生理上和生化上是人体最必需无机盐之一，但在营养上对它很少注意，因为细胞中普遍存在磷，动植物都含磷。
（1）磷在体内的分布 成人体内含磷（750±50）g，约占体重的1％、矿物质总量的1/4。其中87.6％以羧磷灰石的形式构成骨盐储存在骨骼和牙齿中，10％与蛋白质、脂肪、糖及其他有机物结合构成软组织。
（2）磷的生理功能
①磷存在于人体每个细胞中，其量居无机盐的第二位，对骨骼生长、牙齿发育、肾功能和神经传导都是不可缺少的。钙和磷形成难溶性盐而使骨与牙结构坚固。磷酸盐与胶原纤维共价联结，起动骨的成核过程（nicleation），在骨的回吸和矿化中起决定作用。骨形成时储留2g钙需要1g磷，在形成有机磷时，每储留17g氮需要1g磷。
②磷是核酸、磷脂和某些酶的组成成分，促进生长维持和组织修复，有助于对碳水化合物、脂肪和蛋白质的利用，调节糖原分解，参与能量代谢。
③磷脂是细胞膜的主要脂类组成成分，与膜的通透性有关。它促进脂肪和脂肪酸的分解，预防血中聚集太多的酸或碱，促进物质经细胞壁吸收，刺激激素的分泌，有益于神经和精神活动。
④磷酸盐能调节维生素D的代谢，促进人体钙的吸收及内环境稳定。在体液的酸碱平衡中起缓冲作用。钙和磷的平衡有助于无机盐的利用。磷对细胞的生理功能极为重要。
（3）吸收和排泄
①吸收 从膳食摄入的磷酸盐有70％在小肠内吸收。磷的吸收需要维生素D。维生素D缺乏时，血清中无机磷酸盐下降。佝偻病患者往往血钙正常而血磷含量较低。钙、镁、铁、铝等金属离子常与磷酸形成难溶性盐而影响磷的吸收。高脂肪食物或脂肪消化与吸收不良时，肠中磷的吸收增加。但这种不正常情况会减少钙的吸收，扰乱钙磷平衡。
②排泄 从膳食摄入的磷，有部分未吸收的，和分泌到胃肠道的内源磷一起随粪便排出。每天摄入1.0～1.5g磷的男子，内源粪磷为3mg/kg·d。磷主要经肾排泄，肾小球滤出的磷在肾小管重吸收。
（4）需要量 正常膳食可供给磷1g/d。我国膳食以谷类为主，磷偏高。钙/磷比在2:1～1:2为适宜范围。
磷的储留与钙和磷的摄取量有关。当钙摄取量超过940mg/d时，增加膳食磷摄取量可使磷的储留量增加。钙摄取量低时则磷储留量也低。
（5）缺乏或过多 膳食磷较为充裕，很少见磷缺乏病。磷缺乏时引起精神混乱、厌食、关节僵硬等现象。
近年来聚磷酸盐、偏磷酸等广泛用于食品添加剂，可引起磷摄入过多。其表现是：神经兴奋、手足抽搐和惊厥。
（6）磷在食物中的含量 人乳含磷为150～175mg/L，钙、磷比为2:1，牛乳含磷100mg/L。人乳含量可满足正常婴儿生长的需要。
食物中肉、鱼、牛乳、乳酪、豆类和硬壳果等含磷较多。一些食物的磷含量见表4-3。
（二）镁
镁是人体细胞内的主要阳离子之一，浓集于线粒体中，仅次于钾和磷。在细胞外液，镁仅次于钠和钙而居于第三位。1934年首次发现人类的镁缺乏病，才认识到镁是人类生存不可缺少的元素。
1.镁在人体内的分布
成人体内镁总量约为20～28g或43mg/kg。其中55％在骨骼中，27％在软组织，1％左右在细胞外液。
2.镁的生理功能
镁的生理作用广泛并重要，分述如下：
（1）镁是酶的激活剂 镁激活多种酶如己糖激酶、钠-钾-ATP酶、羧化酶、丙酮酸脱氢酶、肽酶、胆碱酯酶等，参与体内许多重要代谢过程，包括蛋白质、脂肪和碳水化合物的代谢，氧化磷酸生命线作用、离子转运、神经冲动的产生和传递、肌肉收缩等。
（2）镁与骨 镁是骨细胞结构和功能所必需的元素，可促进骨骼生长和维持。镁可影响骨的吸收。
（3）镁对心血管的影响 镁是肌细胞膜上Na+-K+-ATP-酶必需的辅助因子，Mg2+与磷酸盐合成Mg2+-ATP为激活剂，激活心肌中腺苷酸环化酶，在心肌细胞线粒体内，刺激氧化磷酸化。它能促进肌原纤维水解ATP，使肌凝蛋白胶体超沉淀和凝固，参与肌浆网对钙的释放和结合，从而影响心肌的收缩过程。
（4）胃肠道作用 当硫酸镁溶液经十二指肠时，可使奥狄括约肌松弛，短期增加胆汁流出，促进胆囊排空，具有利胆作用。碱性镁盐可中和胃酸。镁离子在肠腔中吸收缓慢，促进水分滞留，引起导泻作用。低浓度镁可减少肠壁张力和蠕动，有解痉作用，并能对抗毒扁豆碱的作用。
（5）钙对镁的拮抗 镁与钙使神经肌肉兴奋或抑制的作用相同，不论血中镁或钙过低，神经肌肉兴奋性增高；反之，则有镇静作用。但镁和钙又有拮抗作用，竞争与某些酶的结合，在吸收、排泄及对心脏和神经肌肉等活动方面表现出相反的作用。
（6）镁与钾 镁能兴奋细胞膜上的钠-钾-ATP酶，使细胞外钾向细胞内移动。镁能降低钾离子的通透性，减少细胞失钾。镁缺乏时，钠泵活动被抑制，细胞内钾外移导致细胞内低钾。
3.吸收和排泄
（1）吸收 镁摄入后主要由小肠吸收，吸收率一般约为摄入的30％。镁的吸收与膳食摄入量的多少密切相关，摄入少时吸收率增加，摄入多时吸收率降低。镁主动运输通过肠壁，其途径与钙相同。摄入量高时，二者在肠道竞争吸收，相互干扰。膳食磷酸盐和乳糖的含量、肠腔内镁的浓度及食物在肠内的过渡时间对镁的吸收都有影响。氨基酸增加难溶性镁盐的溶解度，所以蛋白质可促进镁吸收。膳食纤维降低镁的吸收，使血清、骨及肾的镁水平低。
（2）排泄 健康成人食物供应镁约200mg/d，大量从胆汁、胰液分泌到肠道，其中60％～70％随粪便排出，少量保留在新生组织，有些在汗液或脱落的皮肤中丢失，其余从尿液排出。
4.缺乏或过多
食物中镁一般较充裕，且肾脏有良好的保镁功能，所以，因食入不足而缺镁者较罕见。镁缺乏多数由疾病引起镁代谢紊乱所致。但最近发现克山病患者有低镁血症，所以镁缺乏可能是克山病病因之一。
（1）镁缺乏症 镁缺乏的原因有：摄入不足；吸收不良；排泄过多；透析失镁；其他原因。低钾血症引起的低镁血症，发生率较高，是低钾血症难以纠正的一个原因。镁缺乏的临床表现以神经系统和心血管为主。常见肌肉震颤、手足抽搐，有时听觉过敏、幻觉，严重时出现谵妄、精神错乱，甚至惊厥、昏迷等。
（2）镁过多症 镁摄入过多发生恶心、呕吐、发热和口渴，严重时则出现嗜睡、血压下降、呼吸减慢、心动过缓、体温降低，四肢软瘫，甚至死亡。
5.镁的需要量及来源
我国尚未制定镁的供给量。美国和丹麦规定（mg/d）：1岁以内婴儿为40～70，1～2岁为100，2～3岁150，3～6岁200，6～10岁250，成年男子350，女子300；意大利、波兰为400；加拿大男子为300，女子为250。
镁主要存在于绿叶蔬菜、谷类、干果、蛋、鱼、肉乳中。谷物中小米、燕麦、大麦、豆类和小麦含镁丰富，动物内脏含镁亦多。
（三）其他常量元素
1.钾
钾占人体无机盐的5％，是人体必需的营养素。体内钾含量（mmol/kg体重）：儿童平均为4.0，成年男子为45～55，妇女为32。随着年龄的增加，K和K/Na比值都有所下降。钾漏到细胞外可能是细胞老化的一个因素。
人体的钾主要来自食物。摄入的钾大部分由小肠迅速吸收。在正常情况下，摄入量的85％经肾排出，10％左右从粪便排出，其余少量由汗液排出。
钾是生长必需的元素，是细胞内的主要阳离子，可维持细胞内液的渗透压。它和细胞外钠合作，激活钠-钾-ATP酶，产生能量，维持细胞内外钾钠离子的浓差梯度，发生膜电位，使膜有电信号能力。膜去极化可激活肌肉纤维收缩并引起突触释放神经递质。钾维持神经肌肉的应激性和正常功能。钾营养肌肉组织，尤其是心肌。钾参与细胞的新陈代谢和酶促反应。可使体内保持适当的碱性，有助于皮肤的健康，维持酸碱平衡。钾可对水和体液平衡起调节作用。钾还能对抗食盐引起的高血压。
当血清中钾低于3.5mmol/L时引起低钾血症，其症状为：软弱、畏寒、头晕、缺氧、口渴。急性缺钾达15％～30％时，出现严重腹胀、肠麻痹。当血钾浓度高于5.5mmol/L称为高钾血症，症状为：全身软弱无力、面色苍白、肌肉酸痛、肢体寒冷、动作迟钝、嗜睡、神志模糊、窒息。
2.氯
氯是人体必需的一种元素，在自然界中氯总是以氯化物的形式存在，最普通的形式是食盐。成人的体内氯的含量平均为33mmol/kg体重，总量约有82～100g，主要以氯离子形式与钠或钾离子相结合。
氯以氯化钠的形式摄入，经胃肠道吸收，主要由肾脏排泄。经过肾小球滤过的氯，少量氯可随汗液排出。在热环境中劳动，大量出汗，可使氯化钠排泄增加。
氯离子是细胞外最多的阴离子，能调节细胞外液的容量，维持渗透压并可维持体液的酸碱平衡。此外，氯还参与胃液中胃酸（HCl）的形成、稳定神经细胞中的膜电位、刺激肝功能，促使肝中的废物排出、帮助激素分布，保持关节和肌腱健康。
正常膳食的氯来自食盐，摄取量大都过多。当大量出汗丢失氯化钠、腹泻呕吐从胃肠道丢失氯、慢性肾病或急性肾功能衰竭等肾功能异常及使用利尿剂等，使氯从尿液中丢失，都能引起氯缺乏和血浆钠氯比例改变，引起低氯血症；而当血浆氯浓度超过110mmol/L时称为高氯血症。
3.钠
钠是食盐的成分。氯化钠是人体最基本的电解质。钠对肾脏功能也有影响，缺乏或过多会引起多种疾病。人体钠的含量差别颇大，约为2700～3000mg，占体重的0.15％。成人钠的适宜需要量约为10～60mmol/d（0.6～3.5g NaCl）。正常情况下，肾脏根据机体情况，排钠量可多至1000mg或少至1mmol/d。小部分钠可随汗液排出，也有少量随粪便排出。
钠主要存在于细胞外液，构成细胞外液的渗透压。与水的关系密切，体内水的量随钠量而变，钠多则水量增加，钠少则水量减少。体内钠量的调节对细胞的内环境稳定起重要作用。
钠对ATP的生成和利用，对肌肉运动、心血管功能及能量代谢都有影响。钠不足时ATP的生成和利用减少，能量的生成和利用较差，神经肌肉传导迟钝。
人对盐量的要求（所谓盐食欲）与体内盐含量的关系并不一致，人体内缺钠时会主动要求吃含盐较多的膳食，可是喜欢吃含盐较多的膳食者却不一定缺盐，而可能是由于习惯的原因。人体钠平衡的调节主要依靠肾脏控制钠的排出量及激素调节来实现的。
膳食的钠一般较充足，不至于引起缺乏病，钠缺乏多由疾病引起。当血浆钠水平<135mmol/L时称为低钠血症。表现为疲倦、眩晕，直立时可发生昏厥、恶心、呕吐、视力模糊，严重时休克及急性肾功能衰竭而死亡。正常人摄入过多的钠不会蓄积，但当疾病影响肾功能时容易发生钠过多。当血浆钠>150mmol/L时称为高钠血症。表现为水肿、体重增加、血压偏高等。正常人每天摄入35～40g食盐可引起急性中毒，出现水肿。意外盐中毒发生高钠血症的死亡率为43％。
我国南北方高血压患病率显著不同，可能与食盐摄入量不同有关。拉萨藏族高血压患病率高达19％，湖南常饮盐茶的地区、舟山盐区和渔区的人群患高血压者也较多。一生摄取低盐（钠<50mmol/d）膳食的人群，几乎不发生高血压病。四川凉山彝族高血压患病率最低（0.34％）。全国“盐与高血压”研究的协作组在12个省市14个地区对2277人研究的结果指出：我国膳食钠偏高，钾偏低，Na+/K+比值高，从尿钠、钾和Na+/K+比值看来，盐对血压确实有影响。每人每天进盐量不超过5g的限盐膳食，可使高血压病人的血压下降1.33kPa（10mmHg）。建议限制钠、增加钾的摄入量以作为一项预防措施。