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第五節維生素
維生素是人體所必需的一類微量的低分子有機營養素。它們并不是一類化學性質和結構相近似的一類化合物,但其生理功能和營養學意義有類似之處。
(一)維生素的共同特點
雖然各類維生素的化學結構不同,生理功能各異,但都具有以下共同特點:
1.其均以本體或可被機體利用的前體形式存在于天然食物中。
2其既不參與機體組織的構成,也不供給能量,主要作為調節物質,調節各種生理機能。
3.大多數維生素不能在體內合成,也不能大量儲存于組織中,所以必須經常由食物供給。
4.維生素常以輔酶或輔基的形式參與酶的功能。
5.維生素的人體需要量很少,但在調節物質代謝過程中卻起著十分重要的作用,絕對不能缺少。
6.不少維生素具有幾種結構相近、生物活性相同的化合物,如維生素A1.A2,維生素D2.D3等。
(二)維生素的命名
維生素的命名可分為三個系統。一是按發現的歷史順序,以英文字母順序命名,如維生素A、B、C、D、E等;二是按其生理功能命名,如抗壞血酸、抗干眼病維生素和抗凝血維生素等;三是按其化學結構命名,如視黃醇、硫胺素和核黃素等。
(三)維生素的分類
維生素分為脂溶性維生素和水溶性維生素兩大類。前者包括維生素A、D、E、K等;后者包括B族維生素和維生素C等。
脂溶性維生素可溶于脂肪而不溶于水,在食物中常與脂類共存,在酸敗的脂肪中容易被破壞。在體內的吸收與脂肪相似,當脂類吸收障礙時,脂溶性維生素的吸收大為減少,甚至會引起繼發性缺乏。吸收后可在體內貯存而不易排出體外,過量攝取易在體內蓄積而引起中毒。如攝入不足可緩慢出現缺乏癥狀。
水溶性維生素溶解于水,在體內僅有少量儲存,較易從尿中排出。大多數水溶性維生素常以輔酶的形式參與機體的物質代謝。水溶性維生素攝取過多時,多余的維生素可從尿中排出,一般不會因攝取過多而中毒,但極大量攝入時也可出現毒性。若攝入過少,可較快地出現缺乏癥狀。
一、脂溶性維生素
(一)維生素A
維生素A是指含有視黃醇結構,具有其生物活性的一大類物質。它包括已形成的維生素A和維生素A原以及其代謝產物,包括視黃醇、視黃醛、視黃酸、視黃基酯復合物和一些類胡蘿卜素等。
具有視黃醇生物活性的維生素A在動物體內含量高,尤其是海水和淡水魚。其中,有維生素A1(視黃醇)和維生素A2(3-脫氫視黃醇)之分,但生理功能相似,生物活性卻不同。
植物體中不含原形的維生素A。但某些有色(黃、橙和紅色)植物中含有的類胡蘿卜素中,有一部分可在小腸和肝細胞內轉變成視黃醇和視黃醛的類胡蘿卜素,被稱為維生素A原,如α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素、β-隱黃素、γ-胡蘿卜素等。其中,最重要的為β-胡蘿卜素。
1.理化性質與體內分布
大多數天然的維生素A溶于脂肪或有機溶劑,對異構、氧化和聚合作用敏感,因而應避免與氧、高溫或光接觸。維生素A和胡蘿卜素都對酸和堿穩定,一般烹調和罐頭加工不易破壞;當食物中含有磷脂、維生素E、維生素C和其它抗氧化劑時,視黃醇和胡蘿卜素較為穩定;脂肪酸敗可引起嚴重破壞。密封、低溫冷凍組織標本中的維生素A可以穩定幾年。
維生素A在體內主要儲存于肝臟中,約占總量的90%~95%,少量儲存于脂肪組織中。
2.吸收與代謝
動物性食物中的維生素A一般不是以游離形式存在,而是以與脂肪酸結合成視黃基酯的形式存在,視黃基酯和類胡蘿卜素又常與蛋白質結合成復合物。視黃基酯和維生素A原類胡蘿卜素經蛋白酶消化水解,從食物中釋出,然后在小腸中在膽汁和脂酶的共同作用下釋放出脂肪酸、游離的視黃醇以及類胡蘿卜素。釋放出的游離視黃醇和類胡蘿卜素與其它脂溶性食物成分形成膠團,通過小腸吸收。大約膳食中70%~90%的視黃醇,20%~50%的類胡蘿卜素被吸收,類胡蘿卜素的吸收隨著其攝入的增加而降低。
脂肪和膽鹽是維生素A和胡蘿卜素被腸道吸收的必要條件。與維生素E同服,可防止維生素A的氧化從而提高其生理效能。膽鹽能夠乳化脂肪,加強胡蘿卜素裂解酶的活動,促進胡蘿卜素轉變為維生素A,有利于其吸收、運轉和代謝。
3.生理功能
(1)維持正常視覺功能。維生素A是構成視覺細胞內感光物質的原料。眼的光感受器是視網膜的桿狀細胞和錐狀細胞。這兩種細胞中都存在著對光敏感的色素,而這些色素的形成和表現出生理功能均有賴于適量維生素A的存在。
若維生素A充足,則視紫紅質的再生快而完全,故暗適應時間短;若維生素A不足,則視紫紅質的再生慢而不完全,故暗適應時間長,嚴重時可產生夜盲癥。這在兒童比較明顯,因為兒童沒有足夠的時間建立體內的儲存。
(2)維護上皮細胞的正常功能。維生素A有可能參與糖基轉移酶系統的功能,對糖基起著運載和活化的作用。因而維生素A不足可能影響粘膜細胞中糖蛋白的生物合成從而影響粘膜的正常結構。
(3)促進生長發育和維護生殖功能。維生素A參與細胞的DNA、RNA的合成,促進蛋白質的生物合成及骨細胞的分化,在細胞生長、分化、增殖以及凋亡過程中起著十分重要的調節作用。
(4)抗癌作用。動物實驗研究揭示天然或合成的類維生素A具有抑制腫瘤的作用,可能與其調節細胞的分化、增殖和凋亡有關,也可能與抗氧化功能有關。
4.缺乏與過量
維生素缺乏仍是許多發展中國家的一個主要公共衛生問題,發生率相當高,在非洲和亞洲許多發展中國家的部分地區甚至呈地方性流行。如①嬰幼兒和兒童維生素A缺乏的發生率遠高于成人,這是因為孕婦血中的維生素A不易通過胎盤屏障進入胎兒體內,故初生兒體內維生素A儲存量低;②維生素A缺乏最早的癥狀是夜間視力減退,暗適應能力降低,嚴重者可導致夜盲癥;③維生素A缺乏可引起干眼病,進一步發展可致失明;④維生素A缺乏還能引起機體不同組織上皮干燥、增生及角化,以致于出現皮膚干燥、毛囊角化、毛囊丘疹與毛發脫落,呼吸道、消化道、泌尿道和生殖道感染。特別是兒童、老人容易引起呼吸道炎癥,嚴重時可引起死亡;⑤維生素A缺乏時,血紅蛋白合成代謝障礙,免疫功能低下,兒童生長發育遲緩。
維生素A攝入過量可引起急性中毒、慢性中毒及致畸毒性。通常,維生素A所致的急性中毒可產生于一次或多次連續攝入量過大。如成人大于RDA100倍或兒童大于RDA20倍即可發生急性中毒。而慢性中毒則有幾個月到二至三年的潛伏期,一般要等超出肝內貯存能力才會出現中毒癥狀。極大劑量(12g,RDA的13000倍)的維生素A可以致命。
其中,慢性中毒比急性中毒常見,維生素A使用劑量為其RDA的10倍以上時可發生。一般飲食情況下維生素A不致攝入過量。中毒多發生在長期誤服過量的維生素A濃縮劑的兒童。
大量攝入類胡蘿卜素一般不會引起毒性作用,其原因是類胡蘿卜素在體內向視黃醇轉變的速率慢;另外,隨著類胡蘿卜素攝入增加,其吸收減少。大劑量的類胡蘿卜素攝入可出現高胡蘿卜素血癥,皮膚可出現類似黃疸改變,但停止使用類胡蘿卜素后癥狀會慢慢消失,未發現其它毒性。
5.供給量與食物來源
膳食中所含有的視黃醇活性物質的量,常用視黃醇當量(retinol equivalent,RE)來表示,包括已形成的維生素A和維生素A原的總量(μg)。其常用的換算關系如下:
1μg視黃醇=1μg視黃醇當量(RE)
1μgβ-胡蘿卜素=0.167μg視黃醇當量(RE)
1μg其它維生素A原=0.084μg視黃醇當量(RE)
1國際單位(IU)維生素A=0.3μg視黃醇
胡蘿卜素在人體內吸收率約為其攝入量的1/3。而吸收后在人體內轉變為維生素A的轉換率為吸入量的1/2。因此1μg的胡蘿卜素=1/6μg的維生素A或視黃醇當量。
膳食中的總視黃醇當量(μg RE)=視黃醇(μg)+β-胡蘿卜素(μg)×0.167+其它維生素A原(μg)×0.084
我國成人維生素A的RNI,男性為每天800μg視黃醇當量,女性為每天700μg視黃醇當量。維生素A的安全攝入量的范圍較小,大量攝入有明顯的毒性作用。維生素A的毒副作用主要取決于視黃醇的攝入量,也與機體的生理及營養狀況有關。β-胡蘿卜素是維生素A的安全來源。維生素A(不包括胡蘿卜素)的UL值,成年人為3000μg/d,孕婦2400μg/d,兒童2000μg/d。
維生素A的需要量隨勞動條件、精神緊張程度及機體狀態而異。需要視力集中、經常接觸粉塵或對粘膜有持續性刺激性的作業,以及在夜間或弱光下工作的人,特別是處于缺氧環境,酷寒或炎熱季節中工作的人,需要維生素A的量大。長期發燒、腹瀉及患肝膽疾病時,需要量也應顯著增加。
動物肝臟、蛋黃、奶油和魚肝油中天然維生素A含量最高。植物性食物中,紅、黃、綠色蔬菜和某些水果都含豐富的胡蘿卜素。
除膳食來源之外,維生素A 補充劑也常使用,其使用劑量不要過高,用量過大不僅沒有必要,反而會引起中毒。
(二)維生素D
維生素D是一族類固醇的衍生物。目前,已知的維生素D至少有10種。其中,最重要的為維生素D2(麥角骨化醇)和維生素D3(膽鈣化醇)等兩種。它們分別由植物中的麥角固醇和人體(皮膚和脂肪組織)中的7-脫氫膽固醇經日光照射形成的。此外,在含脂肪多的海魚及其肝臟中也含有天然維生素D3。
1.理化性質與體內分布
維生素D3純品是白色結晶,溶于脂肪和脂溶劑,性質比較穩定。能耐高溫和抗氧化,不耐酸堿。一般烹調方法對它影響較小,但脂肪酸敗會引起維生素D的破壞。
維生素D被認為具有維生素和激素的雙重作用。
由于維生素D3是在身體的皮膚中產生,但要運往靶器官才能發揮作用,故認為維生素D3實質上是激素。由于從膳食攝入或由皮膚合成的維生素D沒有生理活性,必需到其它部位激活才具有生理作用,即它們是有活性作用維生素D的前體,又稱為激素原。在某些特定條件下,如工作或居住在日照不足、空氣污染(阻礙紫外線照射)的地區,維生素D必須由膳食供給才成為一種真正的維生素,故又認為維生素D3是條件性維生素。
2.吸收與代謝
進入體內的維生素D主要在小腸吸收。其在膽汁協助下形成乳糜微粒,經淋巴管入血流,與自身形成的維生素D3一起轉運到肝臟中進行羥化反應,在腎臟中進一步羥化為具有活性的1,25-(OH)2D3,最后轉入血循環,分別貯存于肝臟及富含脂肪的組織中備用,并分配到有關器官中發揮其生理效能。
維生素D3主要隨同膽汁排泄入腸。
3.生理功能
(1)促進小腸鈣吸收轉運。1,25-(OH)2-D3可誘導一種特異的鈣結合蛋白質合成。
(2)促進腎小管對鈣、磷的重吸收。1,25-(OH)2-D3對腎臟也有直接作用,能促進腎小管對鈣、磷的重吸收,減少丟失。促進磷的重吸收比促進鈣的重吸收作用明顯。
(3)對骨細胞呈現多種作用。當血鈣濃度降低時,1,25-(OH)2-D3能動員骨組織中的鈣和磷釋放入血液,以維持正常的血鈣濃度。
(4)通過維生素D內分泌系統調節血鈣平衡。目前,已確認存在維生素D內分泌系統,其主要的調節因子是1,25-(OH)2-D3.PTH、降鈣素及血清鈣和磷的濃度。當血鈣降低時,PTH升高, 1,25-(OH)2-D3增多,通過對小腸、腎、骨等器官的作用來升高血鈣水平。當血鈣過高時,PTH降低,降鈣素分泌增加,尿中鈣和磷排出增加。
(5)通過基因轉錄作用,主要作用于腸、腎、骨、胰、垂體、****、胎盤、造血組織、皮膚及各種來源的癌細胞等。1,25-(OH)2-D3通過調節基因轉錄調節細胞的分化、增殖和分化。
4.缺乏與過量
缺乏維生素D時,鈣、磷代謝可受到嚴重影響。如血中鈣、磷含量降低,不但骨骼生長發育障礙,同時也影響肌肉和神經系統的正常功能;其缺乏時可引起嬰兒佝僂病,及成年人尤其是孕婦、乳母和老人的骨質軟化癥、骨質疏松癥、自發性多發性骨折和手足痙攣癥等;孕婦可因缺乏維生素D引起骨盆發生特異性變形引起難產;當母體缺乏維生素D時,新生兒可因低血鈣(低于8mg/dl),發生手足搐搦或驚厥等癥狀。
過量攝入維生素D可引起維生素D過多癥。維生素D的中毒劑量雖然尚未確定,但攝入過多的維生素D可能會產生副作用。如表現為食欲不振、體重減輕、惡心、嘔吐、腹瀉、頭痛、多尿、煩渴、發熱、血清鈣磷濃度明顯升高;導致動脈、心肌、肺、腎、氣管等軟組織轉移性鈣化和腎結石。結石阻塞腎小管可引起繼發性腎水腫,常發展為腎病,嚴重時可發生腎功能衰竭。嚴重的維生素D中毒可導致死亡。預防過量的維生素D中毒最有效的方法是避免濫用。
5.供給量與食物來源
維生素D一般用國際單位(IU)來表示。1IU維生素D3=0.025μg維生素D3,即1μg維生素D3=40IU維生素D3。
維生素D既來源于膳食又可由皮膚合成,因而難以估計膳食維生素D的攝入量。在鈣、磷供給量充足的條件下,兒童、少年、孕婦、乳母、老人維生素D的RNI為10μg/d,16歲以上成人為5μg/d。維生素D的UL為20μg/d。
維生素D主要存在于肝、乳、蛋黃、魚肝油等動物性食品中,也可由體內轉化,經常曬太陽可獲得經濟可靠的維生素D3。在陽光不足或空氣污染嚴重的地區,可采用紫外燈作預防照射。成年人只要經常接觸陽光,在均衡膳食條件下一般不會發生維生素D缺乏病。
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(責任編輯:中大編輯)