营养学（2）：矿物质与水电平衡
次我们讲到水对于生命活动的重要性。不知道你有没有听说过，水喝多了也会死人？那么超量饮水为什么会有危险？体液，无论是血液还是细胞内液，都是水溶液。体液中有很多带有电荷的离子存在，比如说带正电荷的钠离子，钾离子，钙离子，带负电荷的氯离子，磷酸根离子等。这些带电离子是由无机盐电离产生的。人体从食物中获取的矿物质，在体内经常以这种电解质的形式存在。比如说，食盐，氯化钠，在水溶液中可以电离成钠离子和氯离子。体液中各种电解质都有重要的生理功能，每一种电解质浓度都需要严格控制·。当水溶液中电解质浓度不正常升高或者降低，就打破了体液中水分和电解质的平衡，可能造成严重后果。
那么，电解质有哪些重要生理功能？比如说，人体很多重要生命活动都是通过生物电信号控制的。心率是由心脏窦房结产生的电信号控制·；神经信号传传导的形式经常也是电信号。这些生物电信号产生的基础就是体液中的电解质。电解质带有正电荷或者负电荷，当这些带有电荷的离子有规律的分布，就会产生电压差，生成一个电信号。所以，心脏的跳动，神经信号的传导都涉及带电离子的运动。细胞膜内外物质交换，无论是营养物质进入细胞还是代谢废物排出细胞，也都跟带电离子的通透性有关。此外，体液中的离子是维持体液液渗透压和酸碱平衡所必须的。比如说，碳酸根离子是人体排泄细胞新陈代谢产生的二氧化碳的介质。碳酸根离子也是保护胃黏膜和防止胃酸损伤十二指肠的重要电解质。
导致体液中电解质浓度异常或者水电平衡被破坏的原因主要有三类：第一类就是不正常失水，比如呕吐腹泻大量出汗等，体液中中的电解质可能会跟水一起流失。运动员比赛的时候大量出汗，除了补充水分之外，也需要补充电解质，所以运动饮料跟生理盐水类似，含有葡萄糖，电解质和维生素；第二类因素是肝肾功能异常。肝脏是代谢中心，而肾脏是控制电解质排泄或者重新吸收利用的过滤器官，肝肾功能异常经常导致某种电解质浓度不正常升高或者降低；第三类因素，就是某些疾病或者药物的影响，特别是调节代谢和血压的药物。比如说，利尿剂类抗高血压药物，可以促进血液中水分排泄，但也同时导致钠离子流失和钾离子重吸收增加，有造成低血钠和高血钾的危险。
电解质紊乱或者水电不平衡对人体有什么危害？如果你了解电解质对于生命活动的重要性，就很容易理解电解质紊乱面临的严重后果。比如说，电解质是心率控制和神经电信号传导的基础，所以电解质紊乱会导致心律不齐，严重的时候会发生心跳停止，电解质紊乱影响神经系统，可以表现为感觉异常，情绪不稳定或者思维混乱，甚至可能导致昏迷。因为钙离子参与肌肉收缩运动，电解质紊乱会导致肌肉收缩无力或肌肉痉挛；铁离子参与氧气运输，缺铁会导致贫血，表现为疲倦；氢离子碳酸根离子对于食物消化吸收正常运作非常重要，所以电解质紊乱会导致一些列消化系统的症状。这些都是电解质紊乱导致的生理功能被破坏的具体例子。
下面，我们具体介绍一些对于生命活动至关重要的电解质。
钙大概是每个人都熟悉的矿物质，因为很多人关心补钙预防骨质疏松问题。毫无疑问，钙是骨骼重要成分。骨骼形成依赖磷酸钙沉积，所以钙离子影响骨骼发育和生长。但是，钙离子的生理功能并非只局限于骨骼健康。比如说，人体肌肉收缩运动需要钙离子参与，钙离子对于血压稳定也非常重要。人体正常血钙值在2.2-2.70 mmol/L之间，低于这个范围会出现低血钙症，高于这个范围会出现高血钙症。无论是高血钙症还是低血钙症都非常危险，血钙水平应该维持在合理生理范围之间。
临床上，血钙浓度高于或等于2.75mmol/L为高血钙症；当血钙高于或等于3.75mmol/L时会出现高钙危象，需要紧急抢救。高血钙可以引发多个系统的症状。神经系统症状包括乏力倦怠，严重者出现头痛，肌无力，步态不稳，语言听力视力障碍或丧失，甚至可能出现谵妄惊厥或者昏迷；高血钙影响呼吸系统会表现为呼吸困难甚至呼吸衰竭；高血钙症可以出现心血管系统的症状，比如血压升高，心律失常等；最常见的是消化道症状，如食欲减退，恶心，呕吐，腹痛，便秘，甚至可以发生麻痹性肠梗阻，消化性溃疡等。血钙增高还可以激活凝血因子，从而导致广泛性血栓。
血钙低于2.2mmol/L称为低血钙症。低血钙可以导致神经肌肉系统功能紊乱。由于钙离子可降低神经肌肉的兴奋性，血钙下降会导致神经肌肉的兴奋性升高。出现肌肉痉挛。严重的低血钙症能导致喉咙或支气管痉挛，甚至呼吸暂停。低血钙会引起心律失常会导致骨质疏松发病率升高。
钠离子对于生命活动的重要性可以从每天饮食需要补充食盐，也就是氯化钠可以看出。钠离子和钾离子是人体细胞跨膜运输通道的重要组成元素。细胞活动需要的营养物质，比如如能量代谢需要的葡萄糖，细胞代谢产生的氢离子，要跨越细胞膜运输都需要钠钾离子参与。钠离子也是细胞生物电的重要元素，对于神经信号传导非常重要。钠离子也参与肌肉收缩运动。
血钠的正常值范围在135-145mmol/L，低于135mmol/L称之为低血钠症，高于145mmol/L称之为高血钠症。钠摄取过多引起高血压。第四次中国居民营养与健康状况调查报告表明，每天摄入食盐≥12g，患高血压的风险增高14%，每日食盐摄入量≥18g，患高血压的风险增高27%。高血钠危害中枢神经系统，导致中枢神经系统脱水，出现有乏力嗜睡；严重时患者会卧床不起，出现谵妄、定向力失常，甚至昏迷危及生命。低血钠症引起的临床损害表现为胃肠道的症状，恶心呕吐，食欲不振；严重时容易并发脑水肿，出现头痛、嗜睡、肌肉痛性痉挛，可逆性的供给失调。 甚至可以出现脑疝、呼吸衰竭和死亡。
人体中，钠离子和钾离子经常是一对，他们的生理功能以及代谢经常偶联。所以，钾离子的生理功能跟钠离子非常类似，钾离子参与神经信号传递，控制心跳节律，控制肌肉收缩。酸中毒，也就是血液酸碱度pH值下降，比如糖尿病酮症酸中毒，会导致血钾偏高。
正常血钾浓度3.5-5.5mmol/L，血钾高于5.5mmol/L，会出现高血钾症。血钾升高对心脏具有抑制作用，临床表现为心肌收缩功能降低、出现心率减慢，房室传导阻滞，心室颤动等；高血钾症会影响患者血压，早期血压升高，晚期降低，出现血管收缩缺血症；高血钾对中枢神经系统的影响表现为疲乏无力，四肢松弛性瘫痪，腱反射消失，动作迟缓，以及嗜睡等。低血钾的症状包括精神萎靡倦怠，反应迟钝，定向力减弱，嗜睡甚至导致昏迷。
人体中另一个重要电解质是镁离子。镁离子参与神经信号传导，调节心率和肌肉收缩等。镁可以抑制甲状旁腺激素而刺激降钙素的分泌，因此，镁离子·促进血液中钙离子进入骨骼，有预防骨质疏松作用，也有利于减少软组织中钙沉积导致钙化。人体血液中钙/镁的比例保持为2:1为佳。
正常人血清镁约为0.81mmol/L，血清镁若低于0.75mmol/L即为低血镁症，高于1.0mmol/L即为高血镁症。血镁升高可以造成病人嗜睡，出现肌无力，甚至呼吸肌麻痹导致死亡。机体缺镁可以表现为便秘、乏力、困倦、手脚抽筋。还可以出现腹泻、脱水，有些患者可以出现肌肉松弛、心律失常等问题。
氯化钠是食盐主要成分，氯化氢（盐酸）是胃酸的主要成分。所以，血液中氯离子具有不可或缺的重要功能。人体血氯的正常值范围是96-106mmol/L。过高的血氯，会影响心肝肾功能，导致高氯性酸中毒。低血氯症的临床表现主要为疲倦，周身不适，表情淡漠，恶心，食欲减退，头痛，嗜睡和谵妄等
人体中另外一个非常重要的带负电荷的电解质是磷酸根离子。磷酸盐生理功能非常广法。比如说，磷酸盐是维持体液酸碱平衡的重要缓冲系统；高能磷酸键是人体所有细胞可以直接利用的能量形式；磷酸是合成细胞遗传物质DNA和RNA的原料；磷脂类是组成所有细胞膜的重要成分；磷酸钙盐是组成骨骼的重要成分。
血液中磷酸盐过高，钙与磷酸盐结合会导致血钙水平降低，引起肌肉痉挛，导致骨骼脆弱；钙和磷酸盐可能在身体组织（包括血管壁内）沉积形成晶体（钙化），引起动脉硬化。磷酸钙晶体也可能在皮肤内形成，导致严重瘙痒。血液低磷酸盐偏低，可能出现肌无力，甚至昏迷和死亡。长期血液中磷酸盐偏低可能导致骨质疏松，引起骨痛和骨折。
这一章我们重点介绍了矿物质的营养功能。矿物质在体内经常以带电点离子，也就是电解质的形式存在，电解质对于维持酸碱平衡，维持水电平衡至关重要。电解质具有广泛生理功能，包括参与神经信号传导，细胞跨膜运输，能量代谢，心率调节，肌肉收缩以及骨骼生长发育等。血液中电解质浓度升高或者降低可能造成严重健康为题。影响电解质平衡的主要因素可以分为三类，饮食饮水以及消化吸收，肾脏功能障碍，某些药物或者疾病的影响。为了帮助你复习理解本章内容，请思考回答以下问题
- 什么是电解质？
- 电解质紊乱可能有哪些原因？
- 电解质紊乱为何会引起心跳停止？
- 人体调节血液电解质平衡最重要的器官是什么？
- 钙离子有哪些重要生理功能？
- 血钙偏低为何引起血液磷酸根离子升高？
- 例举电解质紊乱可能危及生命的三个原因