营养学基础2015.3.2课件

第一章营养学基础第一节概述哈尔滨医科大学公共卫生学院营养与食品卫生学孙长颢第一节概述目的：是让同学们在开始学习营养学这门课程的时候，首先应对营养学的全貌有个大致了解。否则，只见树木，不见森林。另外还要将在以后学习当中经常使用的一些重要概念在这一节进行介绍，以方便同学们对今后学习相关内容的理解。

第一节概述一、营养学的大致轮廓二、食物成分三、人体的营养需求

一、营养学的大致轮廓

(一)营养的定义：是指机体从外界摄取食物，经过体内的消化、吸收和（或）代谢后，或参与构建组织器官，或满足生理功能和体力活动需要的必要的生物学过程。(二)营养学定义：是指研究机体营养规律以及改善措施的科学(三)营养学的大致轮廓：食物能提供哪些对人体健康有益的成分→食物营养营养学的研究对象食物人体

：人体是如何消化、吸收和利用这些有益成分以维持人体处于良好的健康状态→人体营养。营养学，本质上就是研究二者之间的相互作用及其规律。最基础内容自然科学范畴生物医学领域最终目的提出改善营养状况的措施二、食物成分(一)营养素（nutrient）定义为：为维持机体繁殖，生长发育和生存等一切生命活动和过程，需要从外界环境中摄取的物质。1、营养素的特点：

（1）必须从外界环境中摄取（2）是维持生存所必需的:1816年法国科学家用狗做实验。营养素的这两个特点非常重要，这两个“必须（需）”是营养素区别于其他食物成分(植物化学物)的重要标志。（我们的研究）

2、营养素的分类(1)根据营养素的化学性质和生理作用，可分为5类。

即：蛋白质（protein）、脂类（lipids）、碳水

化合物（carbohydrate）、矿物质（mineral）

和维生素（vitamin）。(2)根据人体对各种营养素的需要量或体内含量多少，将营养素分为宏量营养素（macronutrient）和微量营养素（micronutrient）。矿物质根据体内含量多少（占体重的0.01%），又可分为：

常量元素（macroelements）：钙、磷、钠、钾、硫、氯、镁

微量元素（microelements）：铁、铜、锌、硒、铬、碘、钴、钼维生素根据溶解性，又可分为：水溶性维生素（water-solublevitamins）:B族维生素、维生素C

脂溶性维生素（lipid-solublevitamins）：维生素A、D、E、K（二）水（H2O）营养素分类上，一般情况下不把水列为营养素，其原因是人体一般不会发生水缺乏。实际上水非常重要，人体离不开水，水是人体必需的。因此科学意义上讲水是营养素。水的生理功能可概括为：(1)构成细胞和体液的重要组成成分，成人体内水分约占体重的65%。(2)提供体内生物化学反应的内环境，而且还参与生化反应，如水参与氧化还原反应；物质的转运与废物的排泄

（尿、汗、呼出的气体）。(3)调节体温：通过汗液排出多少调节体温。(4)润滑作用：人体关节、胸腹腔和胃肠道等部位，均存在一定量水分，这些水主要起缓冲和润滑作用。（三）食物生物活性成分食物成分水；营养素；不属于营养素不是人体必需食物生物活性成分——调节生理功能；延缓疾病发生和进展；促进健康；来源于植物性食物的生物活性成分，主要是植物化学物（phytochemical）；主要来源于动物性食物的生物活性成分，包括：肉碱、半胱氨酸、牛磺酸、谷氨酰胺、辅酶Q、γ-氨基丁酸、褪黑素等。虽然上述食物生物活性成分不是人体所必需的，但它们对健康的意义和作用不可忽视。为了达到合理的营养目标，机体每天需要从食物中摄取多少能量和营养素？对膳食又有哪些要求？要想回答这些问题，就引出了下列概念：合理营养营养不良膳食营养素参考摄入量合理膳食（平衡膳食）（一）合理营养是指人体每天从食物中摄入的能量和各种营养素的数量及其相互间的比例，能满足在不同生理阶段、不同劳动环境及不同劳动强度下的需要，并使机体处于良好的健康状态。合理营养的要求：为了达到合理营养的目标，针对人体，提出的能量和营养素摄入的原则性要求：

(1)种类要齐全，一个不能少。人体大约需要50多种营养素。

(2)数量要充足。

(3)能量与某些营养素之间及各种营养素之间的比例要适宜。因为能量和营养素发挥生理功能时，需要相互配合，协作；同时又存在相竞争和干扰。（二）营养不良是指由于能量、一种或多种营养素缺乏或过剩所造成的机体健康异常或疾病状态。营养不良包括两种表现：营养缺乏（nutritiondeficiency）营养过剩（nutritionexcess）（三）膳食营养素参考摄入量（dietaryreferenceintakes,DRIs）

1、概念

是一组每日平均膳食营养素摄入量的参考值。是为满足机体营养需要，维持机体处于良好健康状态，预防营养相关疾病发生，由各国行政部门或营养权威团体，根据营养科学原理及发展，并结合本国具体情况，提出的对社会各人群一日膳食中应含有的能量和各种营养素种类、数量的建议值。目的；主体；依据；对象；要求（目标）

1996年以前，使用的是推荐膳食营养素供给量（recommendeddietaryallowance，RDA），RDA制订的依据和目的是为了预防营养缺乏病。随着经济发展，膳食模式和生活方式发生了重大变化，一些与营养有关的慢性病的发病率亦呈逐年上升趋势，并正成为某些国家居民死亡的主要原因。大量的动物和人群试验证明，某些营养素对慢性病的防控有显著的积极作用。因此，传统的RDA已不能满足防控慢性病的需要。1996年美国和加拿大合作进行DRIs的制订工作，并从1999年起陆续发表了一些营养素的DRIs。中国营养学会于2000年10月也正式颁布了我国的DRIs。(1)EAR，是指某一特定性别、年龄及生理状态群体中个体对某营养素需要量的平均值；是根据个体需要量的研究资料计算得到的，即依据某些指标进行判断，可以满足群体中50%个体需要量的摄入水平。营养素摄入量达到EAR时，可以满足人群中50%个体对该营养素的需要，但不能满足另外50%个体的需要。

-2SD–SDEAR+SD+2SDEAR营养素的需要量

(2)RNI，是指可以满足某一特定性别、年龄及生理状态群体中绝大多数个体（97%～98%）需要量的某种营养素摄入水平。长期摄入RNI水平，可以满足机体对该营养素的需要，维持组织中有适当的该营养素储备和机体健康。

RNI可由EAR计算推导出来，如果已知某营养素的EAR和标准差（SD），则RNI=EAR+2SD；如果资料不充分，不能计算EAR的标准差时，则一般可设定EAR的变异系数为10%，RNI定为EAR加20%，即RNI=EAR×1.2。

-2SD–SDEAR+SD+2SDEARRNI营养素的需要量RNI的主要用途：

1）评价个体膳食营养素摄入状况：当某个体摄入量达到或超过RNI水平时，则可以认为该个体摄入不足的几率很低；但当个体的营养素摄入量低于RNI时，并不一定表明该个体未达到适宜营养状态，只是表明该个体摄入不足的几率增加。

2）评价群体膳食营养素摄入量：不能用于评价群体的摄入量。因严重高估摄入不足的比例。

3）个体计划膳食：RNI可作为个体计划膳食的摄入量目标，如果达到或超过此水平，则摄入不足的概率很低。这是RNI的主要用途。4）群体计划膳食：不能用于计划群体膳食摄入量。低估了目标摄入量。RNI主要用于个体的膳食评价与计划，而不能用于群体。(3)AI，系指通过观察或实验获得的健康人群某种营养素的摄入量。需要特别强调是，AI一定要来源于“健康”人群；特别适用于6个月以内的婴儿。例如纯母乳喂养的足月产健康婴儿，从出生到4～6个月，他们的营养素全部来自母乳，故从母乳中摄入的营养素的量就是婴儿的各种营养素的AI。某种营养素AI=母乳中营养素含量（浓度）×0.75L

在某种营养素的个体需要量的研究资料不足（或无）而不能计算EAR，因而不能求得RNI时，可用AI代替RNI。

AI与RNI相似之处：两者都能用作个体膳食的评价与计划AI与RNI的不同之处：AI和RNI的区别在于，AI的准确性

远不如RNI，它与EAR之间的关系不能

肯定，其可能高于RNI，

应用时要清楚这一点，如果摄入量长期

超过AI，或能有毒副作用。

AI的主要用途：

1）评价个体膳食营养素摄入情况当个体摄入量达到或超过AI水平时，则可认为该个体摄入不足的概率很低。但未达到AI时，不能做出评价。

2）评价群体膳食营养素摄入情况当群体平均摄入量达到或超过AI水平时，则可认为该群体摄入不足的概率很低。但未达到AI时，不能做出评价。

3）个体计划膳食：AI主要用作个体的营养素摄入目标。

4）群体计划膳食：AI可用于计划群体膳食营养素的平均摄入水平。(4)UL，是指平均每日可以摄入某营养素的最高量。UL指的是这一摄入水平，在生物学角度上是可以耐受的，对一般人群中的几乎所有个体，似乎不至于损害健康。当摄入量超过UL时，发生健康损害的风险（危险性）增加。但并不表示达到此水平是有益的，所以UL不是一个建议的摄入水平。有些营养素目前还没有足够的资料来制定UL，对于没有UL的营养素，并不意味着过多摄入这些营养素没有潜在的风险。用途：

1）评价个体膳食营养素摄入状况每日（日常）摄入量超过此水平，可能面临健康风险。

2）评价群体膳食营养素摄入状况用以估测人群中面临健康风险的人所占的比例。

3）个体计划膳食营养素摄入量计划每日（日常）摄入量低于此水平，以免摄入过量可能造成的危害。

4）群体计划膳食营养素摄入量用作计划指标，使人群中有摄入过量的风险比例很少。当日常摄入量为0时,摄入不足的概率为1.0。当摄入量达到EAR水平时，发生营养素缺乏的概率为0.5，即有50%的机会缺乏该营养素。摄入量达到RNI水平时，摄入不足的概率变得很小，也就是绝大多数的个体都没有发生缺乏症的危险。摄入量达到UL水平后，若再继续增加就可能开始出现毒副作用。RNI和UL之间是一个“安全摄入范围”。RNI安全摄入范围低摄入高摄入营养素摄入不足和过多的危险性AI2、与DRIs制定有关的名词术语（概念、定义）

DRIs的本质是为满足机体营养需要，针对膳食提出了能量和各种营养素的摄入量。从DRIs的本质上，我们可发现，摄入量制定的依据是满足“机体营养需要”，那么机体到底需要多少营养素才能满足机体营养需要？这就引出了一个新概念，机体的营养素需要量（简称营养素需要量）。总结上述逻辑推理：决定制定依据营养素摄入量营养素需要量(1)营养素需要量的定义：个体对某种营养素的需要量，是机体为了维持适宜的营养状态，在一段时间内平均每天必需“获得的”该营养素的最低量（低于不行，高点可以，是临界点或切点）。适宜的营养状态必需“获得的”该营养素的最低量

必需“获得的”该营养素的最低量需要从膳食中摄入的量需要吸收的量膳食需要量吸收率生理需要量

制定DRIs依据吸收率低吸收率高

适宜营养状态

指机体处于良好的健康状态，并且能够维持这种状态。

。预防需要要量基础需要量储备需要量预防功能性损害预防功能损害和储备需要预防缺乏病“良好的健康状态”(2)不同水平的营养素需要量

1）基础需要量为预防临床可察知功能损害所需要的营养素的量。满足了这种需要，机体能够正常生长、发育和维持健康状态。但他们的组织内很少或没有该种营养素的储备，所以短期的膳食供给不足，就可能造成缺乏。

2）储备需要量除了满足基础需要量外，还可维持组织中储存一定水平该营养素的需要量。某种营养素短期缺乏时，机体可动用储存的营养素，以满足基础需要量，以防止造成可察知的功能损害。虽然认为，为满足机体特殊情况下的需要，机体保持适当的储备是必要的，但储备多少为宜还是个未解决的问题。3）预防需要要量为预防出现临床缺乏病而需要的营养素的量。当某种营养素短期摄入不足时，首先动员储存的营养素，以维持基础需要量；长期不足，储存耗尽，不能满足基础需要，就会出现临床上可察知的功能损害，进一步就会出现营养缺乏病。可见预防需要量，比基础需要量更低。不同的营养素在制订DRIs，可能要依据不同的“需要量”。所以一定要清楚这三个概念。储备需要量基础需要量（预防功能损害）预防需要量（缺乏病）储备需要量、基础需要量、预防需要量三者之间的关系。上述几个概念之间的关系：良好健康状态营养素需要量基础需要量储备需要量预防需要量不同标准生理需要量膳食需要量消化率吸收率膳食摄入量不同需要量水平膳食营养素摄入量制定的科学（理论）依据实际进入人体的量

3、确定营养素生理需要量的方法

(1)动物实验研究

(2)人体代谢研究

(3)人群观察研究（AI的制订，UL制定）

(4)随机性临床研究（干预试验）以上研究方法各有优缺点，但常用的是人体研究资料，其中人体代谢研究和随机性临床研究更可靠一些。理论上，确定出生理需要量，再考虑了吸收率，就可以制定出DRIs。实际上并不这么简单。

4、DRIs的制定过程

(1)搜集有关DRIs的研究资料，并进行评价搜集通过上述研究方法获得的研究资料，并评价其可靠性。

(2)如果某营养素有明确可靠的EAR研究资料，则通过EAR计算出RNI（=EAR+2SD，EAR×1.2）。如果没有可靠的资料，则自行开展研究。

(3)如果没有EAR，再考虑AI研究资料是否可靠，如果可靠则制定AI。(4)如果EAR、AI的可靠研究资料无法获得或没有，则可利用公式推算：如由成人资料外推至儿童、青少年；由小婴儿的AI推算至大婴儿的AI。(5)还要考虑社会经济条件，食物来源以及与国外比较等因素，来进行适当调整DRIs数值。（生理需要量是纯粹的科学数据，而DRIs不是。）(6)UL制订依据：未观察到有害作用水平（non-observedadverseeffectoflevel,NOAEL），又称未观察到毒副作用的最高水平；

观察到有害作用的最低水平（lowestobservedadverseeffectoflevel，LOAEL）。(四)合理膳食前面讲了合理营养、营养不良和DRIs的概念。为了从食物中能获得足够的能量和营养素，实现合理营养的目标，避免出现营养不良，那么对膳食有哪些要求呢？这就引出了另一个概念，合理膳食。1、概念：合理膳食，又称平衡膳食。是指能满足合理营养要求的膳食。合理膳食是合理营养的物质基础和前提，是实现合理营养的唯一途径。那么对合理膳食或平衡膳食有哪些要求？换句话讲，合理膳食的判断标准是什么？

2、合理膳食的要求（或判断标准）

(1)种类齐全：食物分5大类。每日膳食应包含5大类食物，每类食物中选2～4种，一日至少吃10～20种食物，最好达到30种以上。

(2)数量充足：满足DRIs的要求

(3)比例适宜：包括能量与营养素之间的比例、营养素之间的比例动物性食物与植物性食物之间或之内的比例。

从能量和营养素角度讲，有几个比例平衡要达到：1)产能营养素供能比例的平衡。2)与能量代谢有关的B族维生素与能量消耗之间比例的平衡。3)优质蛋白与总蛋白质之间的比例，以保证必需氨基酸之间比例的平衡。4)必需脂肪酸与总能量摄入之间的比例的平衡。5)饱和、单不饱和及多不饱和脂肪酸之间的比例的平衡。6)复合碳水化合物与总碳水化合物之间的比例的平衡。7)钙与磷比例，及其他矿物质之间的比例的平衡。

从食物种类角度讲，除了摄入量外，种类的比例也要达到几个平衡：1)植物性与动物性食物比例的平衡。2)植物性食物中谷类、薯类、豆类、坚果类、水果蔬菜等之间的比例的

平衡。3)动物性食物中：畜、禽肉类、鱼虾类、蛋类、奶类之间的比例的平衡。(4)科学的烹调加工：

1）减少营养素的损失。2）提高食物的消化吸收率。3）改善食物的感观性状，增进食欲。4）消除食物中的抗营养因子，有害化学物质和微生物。(5)合理的进餐制度：如成人应一日三餐，进餐时间固定；一日三餐的能量分配要合理，早、中、晚能量供给分配比为3：4：3。(6)养成良好的饮食习惯：不挑食，不偏食，不暴饮、暴食等。(7)要遵循《膳食指南》的原则。第二节分子生物学在营养学中的应用近几十年，随着分子生物学理论与实验技术在生命科学领域的各个学科的渗透及应用，产生了许多新兴学科。分子营养学就是营养学与现代分子生物学原理和技术有机结合而产生的一门新兴边缘学科。目前该学科正处于不断完善和发展阶段，相信不久的将来，它必将成为一门在理论和实践方面均具有重要意义的学科。分子营养学发展的简史1、1995年，北京军事医学科学院进修学习分子生物学，提出分子营养学的名词；2001年，在美国UT进修，带回资料；2006年，出版《分子营养学》。2、国外：1975年，第59届美国实验生学科学家联合会年会，首次举行了“营养与遗传相互作用”研讨会，ArtemisP.Simopoulos博士评论——“这次会议是营养学历史上具有里程碑意义的盛会”。1985年，Simopoulos博士在西雅图举行的“海洋食物与健康”的会议上，首次使用了“分子营养学”这个名词，并开始了分子营养学相关研究；2000年人类基因组计划完成，极大地推动了分子营养学的发展。2007年，ArtemisP.Simopoulos博士创立了nutrigenetics/nutrgenomics国际学会和杂志，我参加了成立大会，并在大会上做报告，并当选为学会委员。一、分子营养学的定义分子营养学（molecularnutrition）主要是研究营养素与基因之间的相互作用（包括营养素与营养素之间、营养素与基因之间和基因与基因之间的相互作用）及其对机体健康影响的规律和机制，并据此提出促进健康和防治营养相关疾病措施的一门学科。一方面研究营养素对基因表达的调控作用以及对基因组结构和稳定性的影响，进而对健康产生影响（营养基因组学，nutrigenomics）；另一方面研究遗传因素对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄以及生理功能的决定作用（营养遗传学，nutrigenetics）。在此基础上，探讨二者相互作用对健康影响的规律及机制，从而针对不同基因型或变异或针对营养素对基因表达的特异调节作用,制订出营养素需要量、供给量标准和膳食指南，或特殊膳食平衡计划，为促进健康、预防和控制营养相关疾病和先天代谢性疾病提供真实、可靠的科学依据。（一）与营养相关的基因结构及其DNA和染色体结构。（二）基因表达的过程及其产物（mRNA、蛋白质）。（三）膳食因素。（四）机体的健康。二、分子营养学的研究对象1、筛选和鉴定机体对营养素作出应答反应的基因。2、明确受膳食因素调节的基因的功能。3、研究营养素对基因表达和基因组结构的影响及其作用机制，一方面可从基因水平深入理解营养素发挥已知生理功能的机制，另一方面有助于发现营养素新的功能。4、鉴定与营养相关疾病有关的基因，并明确在疾病发生、发展和疾病严重程度中的作用。5、利用营养素修饰基因表达或基因结构，以促进有益健康基因的表达，抑制有害健康基因的表达。6、筛选和鉴定机体对营养素反应存在差异的基因多态性或变异。7、基因多态性或变异对营养素消化、吸收、分布、代谢和排泄的影响及其对生理功能的影响。8、基因多态性对营养素需要量的影响。三、分子营养学的研究内容

9、基因多态性对营养相关疾病发生发展和疾病严重程度的影响。10、营养素与基因相互作用导致营养相关疾病和先天代谢性缺陷的过程及机制。11、生命早期饮食经历对成年后营养相关疾病发生的影响及机制。12、根据上述研究结果，为促进健康和防治营养相关疾病，制订膳食干预方案：个体化的营养素需要量；特殊人群（营养相关疾病易感人群）的特殊膳食指南及营养素供给量；营养相关疾病病人的特殊食疗配方等。13、根据基因与营养素相互作用的原理，构建转基因动物，开展基因治疗和以营养素为母体开发治疗营养相关疾病的药物。1、基因组学方法包括基因组提取、基因克隆、mRNA差异显示、基因芯片、基因敲除和转基因、RNA干扰、生物信息等技术和方法。2、蛋白质组学方法包括双向凝胶电泳、荧光差异凝胶电泳、多维色谱-质谱、蛋白质芯片、生物信息、酵母双杂交系统、噬菌体展示和核素标记亲和标签等技术和方法。四、分子营养学的研究方法3、表观遗传学研究方法包括DNA序列分析、甲基化敏感的限制性内切酶技术、甲基化芯片、质谱等技术和方法。4、基因多态性的研究方法包括以凝胶电泳为基础的限制性片段长度多态性、单链构象多态性、变性梯度凝胶电泳、等位基因特异性PCR等技术和方法，以及高通量的基因测序、基因芯片、变性高效液相色谱、质谱等技术和方法。第三节流行病学在营养学中的应用一、营养流行病学的定义营养流行病学是应用流行病学的方法，研究人群营养以及营养与健康、疾病关系的科学。二、研究目的确定膳食因素在人类营养、健康及营养相关疾病中的作用，在一般因果关系建立之后，将流行病学的研究结果转变成面向大众的膳食建议，以保证和促进健康，预防营养相关疾病的发生。三、应用（一）了解人群营养状况如定期进行全国性或地区性的营养调查及各类人群的营养调查，以便了解目前的营养状况。（二）进行公共营养监测长期动态监测人群的营养状况，以便发现影响人群营养状况的各