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目前，人体内可检出元素达70余种，除碳、氢、氧、氮主要以有机化合物形式存在外，其余统称为矿物质。矿物质在体内分布不均匀，例如钙、磷、镁绝大部分在骨骼和牙齿，铁主要在红细胞中，碘在甲状腺中浓度相对较高。人体内矿物质的营养状况常受到地理环境和膳食习惯的影响，最典型的是地方性缺碘、缺硒。
人体所含矿物质中含量大于体重的0.01%，成人需要量在100mg/d以上的称为常量元素或宏量元素，包括钙、磷、钾、钠、镁、硫、氯7种。含量小于体重的0.01%，成人需要量为微克至毫克的称为微量元素，可分为人体必需的微量元素、人体可能必需的微量元素、具有潜在毒性但低剂量时可能具有必需功能的微量元素三类，其中人体必需的微量元素包括铁、碘、铜、锌、硒、氟、钴、锰、钼、铬10种。本章节将介绍部分常量元素和微量元素。
钙是人体内含量最多的无机元素，成年时可达1000～1200g，占体重的1.5%～2.0%。其中约99%主要以羟磷灰石的形式集中存在于骨骼和牙齿，其余1%一半与柠檬酸螯合或与蛋白质结合，另一半则以离子状态存在于软组织、细胞外液和血液中，统称为混溶钙池。骨骼中的钙在破骨细胞作用下不断被释放进入混溶钙池，混溶钙池中的钙也不断沉积于成骨细胞中，使骨骼不断更新。
维生素D是促进钙吸收的主要因素，某些氨基酸如赖氨酸、色氨酸、精氨酸和乳糖可与钙形成可溶性物质，也有利于钙的吸收；植酸、草酸、脂肪消化不良时未被吸收的脂肪酸、膳食纤维中的糖醛酸残基等均不利于钙的吸收。
钙是骨骼和牙齿的重要成分。幼儿骨骼每1～2年更新一次，至成年后每年更新2%～4%，约每日700mg，40～50岁后，骨钙溶出大于生成，骨组织中的钙含量每年减少0.7%。钙缺乏时主要影响到骨骼的代谢，典型的临床问题有骨质软化症和骨质疏松症。
神经、红细胞、心肌等的细胞膜上都有钙结合部位，Ca 2+ 从这些部位释放时，膜的结构和功能发生改变，触发细胞内信号，改变细胞膜对钾、钠等阳离子的通透性。因此，钙和钾、钠、镁等离子共同维持着神经、肌肉兴奋性的传导、肌肉的收缩以及心脏的正常搏动。Ca 2+ 能降低神经、肌肉的兴奋性，若血清钙下降，神经、肌肉的兴奋性增高，可出现手足搐搦症。
Ca 2+ 参与体内脂肪酶、ATP酶、腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、钙调蛋白等物质的活性调节，影响细胞内一系列生命活动过程。
Ca 2+ 参与调节质膜的通透性及其转化过程，维持毛细血管的正常通透性，防止炎性渗出和水肿；Ca 2+ 参与细胞的吞噬、分泌、分裂等活动；Ca 2+ 参与血液凝固过程；钙结合蛋白能可逆性地与钙相结合，参与各种催化、启动、运输、分泌等过程；钙还与激素分泌、体液酸碱平衡、细胞内稳定性有关。
根据2000年中国营养学会制定的中国居民营养素参考摄入量，我国各年龄段人群的膳食钙适宜摄入量（AI）和可耐受最高摄入水平（UL）详见表1-19。
表1-19 中国居民膳食钙参考摄入量（DRls，mg/d）
食物中钙的最好来源是奶和奶制品，不仅钙含量丰富（110mg/100g），而且由于乳糖的作用，其吸收率也高，中国营养学会建议每日饮用一定量的奶及其制品。此外，豆类及其制品、虾皮、酥炸小鱼、芝麻酱等也是钙的较好来源。植物性食物烹调时可采用先焯水的方式去除草酸、植酸以提高钙的吸收率。甘蓝菜、花椰菜含钙丰富且草酸含量少，也是钙的较好来源。常见食物钙含量详见表1-20。
表1-20 常见食物钙含量（mg/100g）
磷是人体内含量仅次于钙的无机元素，成人体内含有400～800g磷，约占体重的1%，85%的磷集中在骨骼和牙齿，其余分布在全身各组织和体液中（其中一半存在于肌肉组织）。磷与钙关系密切，两者的吸收、代谢均受到维生素D、甲状旁腺素、降钙素等的调节，钙或磷体内含量过多或者不足都会影响另一个元素的正常利用。
钙、磷组成的羟磷灰石是骨骼和牙齿的重要成分，其中钙磷比例约为2∶1。人体内还有许多重要的含磷化合物，如核酸、磷蛋白、磷脂、环磷酸腺苷（cAMP）、环磷酸鸟苷（cGMP）和硫胺素焦磷酸酯（TPP）、磷酸吡哆醛等。
磷以磷酸形式参与构成三磷酸腺苷（ATP）、磷酸肌酸（CP）等储能、供能物质，在能量的产生、转移、释放过程中起重要作用；体内许多酶系统的辅酶如硫胺素焦磷酸酯（TPP）、磷酸吡哆醛、黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）等都需要磷的参与，酶蛋白的磷酸化还是调节酶活性的重要方式；葡萄糖磷酸化为葡萄糖-1-磷酸、葡萄糖-6-磷酸是碳水化合物和脂肪代谢的重要环节；蛋白质的可逆性磷酸化是机体的调控机制之一。
磷酸盐是体内重要的酸碱缓冲系统，可通过从尿中排出不同形式和数量的磷酸盐，维持体液的酸碱平衡。
根据2000年中国营养学会制定的中国居民营养素参考摄入量，我国居民膳食磷的适宜摄入量（AI）和可耐受最高摄入量（UL）详见表1-21。
表1-21 中国居民膳食磷参考摄入量（DRls，mg/d）
磷在食物中分布广泛，人体一般不会出现磷缺乏。含磷丰富的食物有瘦肉、蛋类、鱼类、奶类、动物内脏、蛤蜊、海带、紫菜、芝麻酱、花生、豆类、坚果类和粗粮等。谷类和种子中的磷以植酸磷形式存在，吸收利用率较低。常见食物磷含量详见表1-22。
表1-22 常见食物磷含量（mg/100g）
人体内的钾约为无机盐重量的5%。与钠相反，钾主要存在于细胞内，细胞内钾浓度为细胞外的25～35倍。血清钾的正常浓度为3.5～5.00mmol/L，钾的排泄主要是经肾由尿中排出。临床上需注意避免低钾血症和高钾血症的发生。
钾是细胞内液中的主要阳离子，与细胞外液中的钠离子共同维持和调节细胞内渗透压；钾与钠、钙、镁协同维持神经、肌肉的应激性和正常功能，心肌细胞内外适宜的钾浓度与心肌的兴奋性、传导性和自律性密切相关，钾不足或过量均会导致心律失常；钾还参与细胞的新陈代谢和酶促反应，如葡萄糖和氨基酸经过细胞膜进入细胞合成糖原和蛋白质，必须有一定量的钾参与，三磷酸腺苷（ATP）的生成也需要钾。另外，流行病学发现，钾的摄入量与高血压在一定范围内呈负相关。
根据2000年中国营养学会制定的中国居民营养素参考摄入量，我国居民膳食钾的适宜摄入量（AI）为成人2000mg/d，孕妇和乳母2500mg/d。
钾的食物来源广泛，蔬菜、水果是钾的最好来源。富含钾的食物有扁豆、蚕豆、黄豆、冬菇、竹笋、紫菜、黑木耳等。常见食物钾的含量详见表1-23。
表1-23 常见食物钾含量（mg/100g）
镁是人体细胞内的主要阳离子，浓集于线粒体中，仅次于钾和磷，在细胞外液仅次于钠和钙。镁主要分布于细胞内，细胞外液中镁含量不超过1%。正常成人体内含镁20～30g，其中55%集中在骨骼和牙齿，27%分布于软组织中。
镁主要集中在线粒体，作为酶的激活剂参与300多种酶促反应，如镁对氧化磷酸化、糖酵解、脂肪酸β-氧化等重要代谢过程相关的酶系统生物活性均有重大影响；细胞外液中的镁含量虽少，却与钾、钙、钠离子协同维持神经、肌肉的兴奋性；镁还参与维持心肌的正常结构、功能，包括心肌的正常节律；参与调节心血管功能和胃肠道功能，有调节血压和利胆作用。镁还与钙、磷一起协同维持骨骼和牙齿的结构和功能。
根据2000年中国营养学会制定的中国居民营养素参考摄入量，我国居民膳食镁的适宜摄入量（AI）为成人350mg/d，孕妇和乳母400mg/d。
绿色食物富含镁，叶绿素是镁卟啉的螯合物，植物性食物如粗粮、干豆、坚果中的镁含量较为丰富，奶、肉、蛋也是镁的食物来源，饮水尤其是硬水也可获得部分镁。精制谷物镁的含量较低。常见食物镁的含量详见表1-24。
表1-24 常见食物镁含量（mg/100g）
铁是人体必需的微量元素之一，人体内铁的总量为4～5g，分为功能铁和贮存铁。功能铁包括血红蛋白铁、肌红蛋白铁、转铁蛋白铁、含铁酶（细胞色素、细胞色素氧化酶、过氧化物酶）以及和辅因子结合的铁，其中血红蛋白铁占体内铁总量的65%～70%。贮存铁主要包括铁蛋白和含铁血黄素两种形式。体内铁不足引起的缺铁性贫血是常见病、多发病，常与膳食中铁摄入不足有关。
铁的生理功能主要有：参与人体血红蛋白合成，与红细胞的形成和成熟有关；参与体内氧和二氧化碳转运与交换，在组织呼吸中起重要作用；参与抗体的生成与药物在肝脏的解毒；参与某些酶的构成。铁缺乏可影响个体的体力、认知能力和行为，降低机体抗感染能力。长期铁摄入不足容易发生缺铁性贫血，如不及时治疗会影响心功能，最终导致心脏病。
成年男子每日铁损失量为0.9～1.05mg，女性月经失血相当于每日铁损失0.6～0.7mg。一般来说，从均衡膳食中摄入的铁可满足机体需要。我国居民膳食铁的适宜摄入量（AI）为成年男子15mg/d，成年女子20mg/d，孕妇和乳母分别为25～35mg/d和25mg/d，可耐受最高摄入量（UL）为50mg。
铁在食物中存在的形式主要有两种：①非血红素铁或离子铁：主要以Fe（OH） 3 络合物形式存在于植物性食物中。这种形式的铁必须在胃酸作用下还原为亚铁离子才能被吸收；膳食中的植酸盐、草酸盐、磷酸盐和碳酸盐，可与铁形成不溶性铁盐而抑制铁吸收，称为铁吸收的抑制因素。胃内缺乏胃酸或过多服用抗酸药物，使胃内容物pH升高，不利于铁离子的释出，也将阻碍铁的吸收。某些因素对非血红素铁的吸收有利，称为铁吸收的促进因素，如维生素C、柠檬酸、果糖、葡萄糖等可与铁形成可溶性螯合物，有利于铁的吸收。维生素C还可作为还原性物质，在肠道内将三价铁还原为二价铁而促进铁的吸收。②血红素铁：指与血红蛋白及肌红蛋白中的卟啉结合的铁，它是以卟啉铁的形式直接被肠黏膜上皮细胞吸收，不受植酸、维生素C等因素的影响，其吸收率较非血红素铁高。胃黏膜分泌的内因子有促进血红素铁吸收的作用。常见食物铁含量详见表1-25。
表1-25 常见食物铁含量（mg/100g）
人体含碘量为20～50mg，碘在甲状腺组织中浓度最高。人体所需的碘可从水、食物及食盐中获取。远离海洋的内陆山区，土壤和空气中含碘量较低，影响了水和食物中的含碘量，使其成为地方性甲状腺肿高发区的可能性增高。
碘是组成人体甲状腺激素的重要成分，碘在体内主要通过甲状腺激素体现其生理作用。甲状腺激素在人体内分泌代谢调节上起着非常重要的作用，主要为：促进三羧酸循环的生物氧化，协调生物氧化和磷酸化的偶联，调节能量转化；调节蛋白质合成和分解，如蛋白质摄入不足或体内甲状腺激素缺乏，甲状腺激素促进蛋白质合成，如蛋白质摄入充足或体内甲状腺激素过多，甲状腺激素促进蛋白质分解；促进糖的吸收，加速肝糖原分解，促进周围组织对糖的利用；促进脂肪的分解、氧化，调节血清中胆固醇和磷脂的浓度；活化许多重要的酶，促进物质代谢；调节水盐代谢；促进维生素的吸收和利用；促进神经系统发育、组织发育和分化以及蛋白质合成，在胚胎发育期和出生早期起着尤为重要的作用。小儿长期缺碘有可能发生呆小病即克汀病；成人长期缺碘容易发生甲状腺功能减退。
环境和个体因素均能影响碘的需要量。不同地区的食物含碘量有差异，个体膳食习惯的不同，某些食物如萝卜、黄豆等含有可引起碘需要量增加的致甲状腺肿物质。因此，不同地区不同个体碘的需要量也有差异，很难得出统一的适宜需要量。作为一般参考，我国营养学会2000年提出的膳食营养素参考摄入量，建议每日适宜需碘量成人150μg/d，孕妇200μg/d，儿童90～1200μg/d。
海盐和海产品含碘丰富，是碘的良好来源。含碘丰富的海产品有海带、紫菜、海鱼、虾皮等。缺碘地区补充强化碘的食物是预防地方性甲状腺肿的最好途径，其中强化碘盐是世界上大多数国家都采用的应用最广泛且效果最好的补碘方式。近年来，我国居民甲状腺疾病发病率增加，怀疑与碘摄入过量有关。2011年卫生部公布食品安全国家标准《食用盐碘含量》。标准明确，食用盐产品（碘盐）中碘含量平均水平为20～30mg/kg，而且允许在该标准的±30%范围内波动。各省、自治区、直辖市人民政府卫生行政部门应在规定的范围内，根据当地人群实际碘营养水平，选择适合本地情况的食用盐碘含量平均水平。常见食物碘含量详见表1-26。
表1-26 常见食物碘含量（μg/100g）
人体内锌的含量仅次于铁，主要存在于肌肉、骨骼、皮肤和毛发中。锌参与人体内300余种酶和功能蛋白的组成，对代谢活动起重要调节作用。目前认为，锌与人体的生长发育、免疫功能、脂质代谢等有着密切关系。
锌在体内主要以酶或有机分子配基的形式发挥作用。锌的功能主要有：作为酶和酶的激活剂，如锌是人体内许多重要酶的组成成分，DNA聚合酶和RNA聚合酶活性的发挥也需要锌；促进生长发育和组织再生，如锌在DNA合成、蛋白质代谢、细胞增殖、酶活性和激素调节等方面都发挥重要作用，锌还与胎儿和儿童的骨骼生长发育、性器官发育、记忆力和学习能力等都有密切关系；促进食欲，如锌参与和维持正常味觉、消化功能有关的味觉素、唾液、消化酶、胰岛素的分泌和活性，并参与味蕾细胞转化；作为维生素A还原酶的组成部分，参与维生素A的合成和利用；通过作用于中枢和外周免疫器官，影响外周T细胞的成熟，同时与免疫细胞的凋亡也有关；参与细胞膜结构的组成，维持细胞膜的稳定，并对细胞内外各种代谢活动及其功能起调节作用。人体缺锌常表现为食欲不振、生长发育延缓、第二性征发育不良、免疫力下降、记忆力和学习能力下降、创伤愈合不良等症状。
根据2000年中国营养学会制定的中国居民营养素参考摄入量，我国居民膳食锌的推荐摄入量（RNI）为成年男性15mg/d，成年女性11.5mg/d，孕妇早期11.5mg/d，中、晚期16.5mg/d，乳母21.5mg/d。
锌主要存在于动物性食物中，其中红肉和贝壳类是锌的较好来源，奶类及蛋类次之，各种豆类、坚果类的含量也比较高。常见食物锌含量详见表1-27。
表1-27 常见食物锌含量（μg/100g）
硒是人体必需的微量元素之一，人体内含硒总量为14～20mg。人体内硒的水平常与地理环境、个人的饮食习惯有关。克山病是一种地方性心肌病，其病因至今未明，但普遍认为缺硒是克山病的基本发病因素，研究也证明补硒可有效预防克山病的发生。硒还与肿瘤、老年人心血管病有一定关系。
我国在硒的营养学研究上对人类做出了重要贡献。硒的功能主要有：作为谷胱甘肽过氧化物酶的重要组成成分，在人和动物体内起抗氧化作用，防止过多的过氧化物损害机体新陈代谢，同时保护细胞膜和细胞；促进人体生长，组织培养证明硒对二倍体人体纤维细胞的生长是必需的；对心肌纤维、小动脉及微血管的结构和功能均有重要作用，可保护心血管和心肌健康；对金属有很强的亲和力，可解除体内重金属的毒性；保护视觉器官；抗肿瘤。
根据2000年中国营养学会制定的中国居民营养素参考摄入量，我国居民膳食硒的推荐摄入量（RNI）为成人50μg/d，孕妇早、中、晚期均为50μg/d，乳母65μg/d。人体对硒的需要量与中毒剂量接近，中国营养学会制定的成人可耐受最高摄入量（UL）为400μg。
硒在动物性食物如猪肉、牛肉、动物内脏类及海产品中含量较高；谷类和其他食品的硒含量较依赖于土壤中的硒含量，芝麻、大蒜、圆葱、黄芪中硒含量较为丰富。常见食物的硒含量详见表1-28。
表1-28 常见食物硒含量（μg/100g）
