骨营养

 邮箱网  2021-09-03 15:10:48

  骨骼是生命的支柱,有着“生命工厂、体质银行”之称,具有贮藏骨髓、支持形体和保护内脏等功能。骨的生长与离不开人体营养物质,骨营养的研究对身体的健康起着确定性的作用。

  1.骨营养的定义

  骨营养是指组成骨骼、关节、牙齿的营养物质。骨营养、骨量、骨密度之间关系密切,骨量是指是单位体积内骨组织骨矿物质(钙、磷等)和骨基质(骨胶原、蛋白质、无机盐等)含量,即骨量为单位体积骨营养含量,骨密度为单位体积骨营养中矿物质含量。

  2.骨营养的构成

  骨营养构成种类与骨组织相一致,骨组织可分为硬骨、软骨、骨髓、关节液组织,硬骨组织主要有蛋白质、矿物质、糖胺多糖组成;软骨组织与关节液主要有蛋白质、糖胺多糖组成;骨髓组织主要有脂类及各种造血因子等,所以骨营养组成主要有蛋白质、脂质、矿物质、糖胺多糖四大类。

  3.骨营养的成分

  骨营养成分非常复杂,现比较清楚的有数十种:

  1)骨蛋白质主要有骨胶原蛋白与糖蛋白。其中胶原蛋白含量约占95%;糖蛋白含量约5%,但种类很多,包括碱性磷酸酶、骨钙素、骨连接蛋白、骨形成蛋白、骨涎蛋白等数十种。

  2)骨矿物质主要有钙磷及微量元素等组成。其中钙、磷约占90%,镁、锶、锰、钒、氟、铜、钠、钾、铁、锌、钴、铬、硒、碘、镍、钼、锡、硅、硼、铷、砷等约占10%,其中钙、磷、镁、锶、锰、钒、氟等元素是构成骨组织必需成分,其含量与骨质量密切相关。

  3)脂质主要是骨髓物质。主要来自骨髓腔与骨小梁间隙,成分复杂,有脂肪、类脂、造血干细胞、造血因子等组成。

  4)糖胺多糖包括硫酸软骨素、透明质酸、硫酸角质蛋白等。

  4.骨营养的比例

  1)种类间的比例

  20~40岁时期,骨骼功能处于最佳时期,矿物质、蛋白质、脂质、糖胺多糖比例大约为10:10:10:1,为骨营养黄金比例。在婴幼儿时期,蛋白质、糖胺多糖等所占比例较多,矿物质、脂质较少,此时骨骼富有弹性但强度不足;随年岁增长,矿物质逐渐增加,蛋白质、脂质、糖胺多糖含量适中,骨营养种类接近黄金比例,此时骨骼强度最大。老年时期,骨小梁断裂、吸收,蛋白质、糖胺多糖减少,矿物质、脂质增加,骨脆性增加强度降低。

  2)矿物质间比例

  钙与磷约占矿物质总量90%,钙:磷≈8:5。钙、磷、镁、锶、锰、钒、铜、氟之间存在一定的比例。矿物质间的比例失衡就会影响骨量,如:钙含量减少导致骨骼形态改变(佝偻病),氟或锶减少导致龋齿等,缺锶导致关节变形,缺钒导致骨质问题等。

  3)蛋白质间比例

  骨蛋白质中骨胶原蛋白含量约占95%,而非胶原蛋白主要是糖蛋白约占5%,糖蛋白成分非常复杂,其变化提示骨骼生化的变化,如碱性磷酸酶、骨钙素、骨连接蛋白、骨形成蛋白、骨涎蛋白等是医学上的骨生化指标。

  4)脂质间比例

  脂质是指在骨髓腔内以及骨小梁间隙的脂类物质,这些脂质成分非常复杂,主要有脂肪、类脂、造血干细胞、造血因子等。这些脂类物质的变化提示骨髓功能的变化。

  4.骨营养的结构

  1)蛋白质结构:骨胶原蛋白分子主要有甘氨酸、羟脯氨酸、脯氨酸、谷氨酸、精氨酸、天门冬氨酸、赖氨酸这几种氨基酸组成,总和超80%。这种氨基酸模式的蛋白质在非胶原蛋白合成方面属于劣质蛋白,但却是骨胶原蛋白合成所要求的,尤其赖氨酸是人体必需氨基酸,不能体内合成,只能外源补充,在普通蛋白质中含量又非常少,主要存在骨胶原蛋白中,最适宜通过动物骨胶原蛋白来补充,另外,骨胶原蛋白中精氨酸含量非常高,而精氨酸是婴幼儿必需氨基酸。

  2)矿物质结构:矿化的骨基质为羟基磷灰石结晶[Ca10(PO4)6(OH)2]与蛋白质的螯合体,其结合位点为γ-羧基谷氨酸残基,γ-羧 才     基谷氨酸螯合钙结构是骨矿物质基本的分子结构。

  3)糖胺多糖结构:糖胺多糖不仅存在软骨、关节液中,在硬骨中也占一定比例,主要有硫酸软骨素、透明质酸组成,它们分子结构有共同的特点,都是由交替的葡萄糖醛酸和N-乙酰基氨糖二糖单位组成 (透明质酸为:葡萄糖醛酸+N-乙酰基葡萄糖,硫酸软骨素为:葡萄糖醛酸+N-乙酰氨基半乳糖)。如下图,

硫酸软骨素结构式

  透明质酸

  结构式

  由上图可知,N-乙酰氨基半乳糖是硫酸软骨素基本结构,N-乙酰氨基葡萄糖是透明质酸的基本结构。

  5.骨营养的吸收

  在骨蛋白质、矿物质、脂质、糖胺多糖四大类骨营养物质中,脂质的消化吸收比较容易,其他类的消化吸收都有一定难度,矿物质(除一价金属外)吸收是难中之难。

  1)矿物质的吸收

  矿物质(二价金属如Ca2+、Mg2+、Mn 2+、 Sr2+、V2+、Cu2+等)的吸收有离子吸收与分子吸收两种通道。

  离子吸收通道

  第一步矿物质分子与胃酸发生反应置换出离子;第二步可溶性矿物质离子在小肠上1/3段(弱酸性环境)与钙结合蛋白结合;第三步钙结合蛋白结合钙进入细胞,再通过钙泵的作用,将钙离子从细胞内排入血液。离子吸收方式受到PH值(要求弱酸性环境)、钙结合蛋白数量(载体数量)、维生素D(促进钙结合蛋白合成)等多重限制。由于客观存在小肠弱酸性部位少、钙结合蛋白数量有限、维生素D通常不足等多种限制因素,离子吸收通道无法根本上解决矿物质吸收问题。钙盐类产品均是通过离子吸收通道吸收的。目前钙盐类产品较多,具体见下表:

  类   别主  要  成  分

  无机钙碳酸钙、磷酸钙、氯化钙、氧化钙

  有机钙乳酸钙、柠檬酸钙、乳钙、葡萄糖酸钙、氨基酸螯合钙、醋酸钙

  骨营养中的钙是蛋白质结合钙,只有极少部分在胃酸中被置换出离子,通过离子吸收通道。

  分子吸收通道

  可溶性钙分子如氨基酸螯合钙等可以经氨基酸分子吸收通道直接吸收,不受弱酸或弱碱环境影响,可以在小肠全段进行,吸收面积大;不需要钙结合蛋白为载体,不受维生素D影响,无吸收瓶颈,吸收率高,但要求在小肠内消化分解出可溶性钙分子。口服可溶性钙分子极易被胃酸破坏,如口服氨基酸螯合钙在胃酸中极易被置换出钙离子,其效果相当于钙盐类。

  蛋白质结合钙主要在肠道内消化分解为氨基酸螯合钙,经氨基酸分子吸收通道直接吸收。骨营养中钙为骨蛋白结合钙,主要是通过分子方式吸收,无吸收瓶颈,可以从根本上解决这些矿物质吸收问题。

2)骨胶原蛋白与糖胺多糖的吸收

  人体小肠内的胰蛋白酶可以快速水解胶原蛋白中肽键,将其水解为氨基酸或小分子肽等产物。淀粉酶可以水解糖胺多糖中的葡萄糖与氨糖间的糖苷键,将其水解为葡萄糖与N-乙酰氨糖,但骨胶原蛋白与糖胺多糖的分子很大,相互间连接非常紧密,消化酶难与其直接接触。骨营养颗粒质量≤1000道尔顿,消化酶能与这些颗粒的肽键或糖苷键充分接触,容易消化吸收。

  6.骨营养的成骨要求

  1)要求成分全面

  从骨组织分析可知,骨营养有蛋白质、脂质、矿物质、糖胺多糖四大类,蛋白质有骨胶原蛋白与糖蛋白;矿物质有钙、磷、镁、锶、锰、钒、氟、铜、锌等;脂质主要有脂肪、造血干细胞、造血因子等;糖胺多糖有硫酸软骨素、透明质酸等。这些营养物质都是骨组织不可或缺的。如人体合成胶原蛋白需要特殊比例的氨基酸(甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、丙氨酸、赖氨酸这几种氨基酸占比超80%),其中赖氨酸是人体必需氨基酸,如缺乏就会极大限制骨骼的合成。矿物质钙、磷、镁、锶、锰、钒、氟都是骨组织合成所必需的,不足或缺乏都会带来不良后果。糖胺多糖虽然含量不多,但也不可或缺,尤其是氨糖合成功能退化的老年人群。

  2)要求比例均衡

  骨组织中组成物质种类与成分之间存在的一定比例关系。骨营养类别之间如蛋白质、矿物质、脂肪、糖胺多糖之间存在一定比例关系;骨营养矿物质成分之间如钙、磷、镁、锰、钒、氟、铜等存在一定比例关系;骨营养中蛋白质成分之间如胶原蛋白与糖蛋白存在一定比例关系。这些比例关系与骨形成的数量与质量密切相关。

  3)要求结构活性

  与骨组织中分子结构相同的营养物质分子才能直接参与骨组织合成,才具有成骨活性。骨营养中营养物质分子结构与人体骨组织相同,可以直接参与人体骨组织合成。

  比如,骨营养中小分子肽的氨基酸连接结构与骨组织蛋白质结构一致,可直接参与骨蛋白合成。

  比如,骨营养中矿物质分子与骨蛋白结合的位点匹配,这些矿物质分子就可以直接与骨蛋白结合,具有成骨活性。

  比如,骨营养中糖胺多糖直接分解为N-乙酰基葡萄糖或N-乙酰氨基半乳糖,可以直接参与透明质酸或硫酸软骨素的合成,具有成骨活性。

  7.骨营养与各种骨粉的比较表

  骨营养与各类骨粉均来源动物骨骼,但骨营养不等于骨粉

  种  类颗粒细度消化成分比例结构重金属铅安全等级

  普通骨粉70-150µm较难不全面不均衡破坏标准≤2.0

  非食品

  酶解骨粉4-5µm较难不全面不均衡破坏标准≤2.0非食品

  超微骨粉50-70µm较难不全面不均衡破坏标准≤2.0

  非食品

  骨营养1µm容易全 面均 衡完整标准≤0.1

  食  品

  8.骨营养与同类产品比较表

  种 类分解

  方式吸收

  方式成骨

  时间(2)成骨

  方式尿钙

  影响结石

  风险重金属食用

  范围

  钙盐(1)酸碱

  反应离子<2hK2辅助

  间接成骨增加增加≤2.0限制

  牛奶类消化

  反应

  分子>4hK2辅助

  间接成骨轻微无<0.05无限制

  骨粉类消化

  反应分子>4h直接成骨轻微无≤2.0限制

  骨营养消化

  反应分子>4h直接成骨轻微无<0.05无限制

  (1)钙盐类:包括碳酸钙、葡萄糖酸钙、醋酸钙、氨基酸螯合钙、乳钙等。

  (2)成骨时间:指单次口服维持正常血钙浓度,同时钙磷浓度乘积>40的时间。

  9.骨营养的作用

  骨营养的作用包括参与人体骨组织合成与满足人体生理需要两方面。

  1)参与骨组织合成

  骨营养因素是影响骨骼生长的后天最重要因素。骨骼生长包括骨构建与骨重建。

  骨构建从胎儿到18-20岁生长发育期结束,使骨具有一定的形状、长短、大小及强度。摄入骨营养数量影响骨构建速度,骨构建速度与人体身高直接相关;摄入骨营养质量(比例、结构)影响骨组织质量,骨组织质量与骨组织强度密切相关,骨组织强度决定体形,如钙摄入不足易患佝偻病、软骨病等。

  骨重建在人的一生中在不断进行,包括骨吸收与骨形成两个方面,这两个方面在骨组织不同部位同时进行。骨重建方向决定人体骨量增减(医学上通过骨密度反映人体骨量)。血液骨营养浓度调节骨重建方向,如当[血钙]×[血磷] >40时,血钙磷沉积>骨钙磷分解;当[血钙]×[血磷]<35时,血钙磷沉积<骨钙磷分解。低骨量直接相关疾病有:骨质增生、骨刺形成、骨关节炎、骨质疏松等;低骨量间接相关疾病有:高血压、高血脂、高血糖、高尿酸、老年痴呆、癌症发生等。低骨量常见症状体征有:腰酸背痛、腿痛、关节痛、变矮、驼背、老年骨折、呼吸困难、性功能减退等。

  2)满足人体生理需要

  我们体内每个细胞内外液都需要一定的电解质浓度才能正常发挥生理功能作用,细胞内外液的电解质浓度是受血液电解质影响的,而血液中钙、镁、锶、锰、钒、氟、铜、锌等电解质浓度是依靠体外骨营养补充、骨吸收与骨形成、肾脏排泄与重吸收、肠道排泄与重吸收等多方面来调节的,其中体外骨营养补充是唯一增量。根据人体骨营养每日生理消耗量,补足补够,才能维持正常的生理功能需要。

  10.骨营养的应用

  1)骨营养补钙

  骨营养能够缓慢提高血钙、血磷浓度,既可以满足骨骼合成及非骨组织生理需要,又不会过度刺激降钙素分泌,不增加尿钙排出,无结石风险,实现补钙入骨。实验表明:10岁儿童单次口服骨营养可维持4小时以上的正常血钙浓度及钙磷浓度乘积常数大于40;60岁老人单次口服骨营养可维持4小时左右的正常血钙浓度及2-3小时的钙磷浓度乘积常数大于40。

  2)骨营养对骨量的影响

  既往研究表明,单纯补钙难以提高中老年人群骨密度。实验证明:骨营养能有效提高50岁以上人群骨密度。人体骨量受遗传、营养、运动、习惯四大因素影响,骨营养因素是后天最重要因素。世界卫生组织调查证明,人体钙满足率低于48%,那么骨营养的满足率也低于48%,增加骨营养补充,赢取人生骨量,还有很大的提升空间。通过数学模型分析可知,骨营养满足率提高10%,人体峰值骨量提升7.23%。

  3)骨营养对血压的影响

  骨营养通过三方面稳定血压:维持稳定的血液电解质(钠、铜、锌)/(钙、镁、锶)比,稳定血压;维持稳定的血液胶原蛋白浓度,稳定血压;提高骨量,减少“微骨折”刺激,稳定血压。

  4)骨营养对血糖的影响

  骨营养通过维持血钙、镁、铬、锌、锰、钒等这些与血糖相关离子浓度影响血糖;骨营养通过提高骨量增加骨骼“吸糖”功能影响血糖;骨营养通过提高骨量,减少骨骼“升糖”刺激影响血糖;骨营养通过促进骨骼分泌降糖激素影响血糖。

  5)骨营养对皮肤的影响

  骨营养含有大量的胶原蛋白与糖胺多糖,可以源源不断地提供皮肤生长需要的营养。

  6)骨营养对婴幼儿生长发育影响

  依据多哈理论:在生命初期1000天,营养不良会对人体造成终生影响。骨营养是婴幼儿容易缺乏的营养,骨营养不良影响人体身高、体形,影响脑神经、免疫、消化、呼吸、心血管等系统的功能发育。

  孕妇骨营养实验:孕妇28周骨营养实验组10人中出生宝宝Apgar 评分全部达到10分,孕妇无腿脚抽筋现象出现;对照组中仅有8人Apgar 评分达到10分,8人孕妇发生腿脚抽筋现象。

  婴幼儿骨营养实验:选取40人6月龄有发育不良表现的宝宝,随机分为两组。在骨营养强化组中,半年后20人只有11人有发育不良表现,1.5年后只有3人有发育不良表现;在对照组中,半年后20人有18人有发育不良表现,1.5年后仍有18人有发育不良表现。