维生素 (Vitamins)

1. 维生素(Vitamins) Yan Zhao (Associate Prof.) Department of Nutrition & Food Hygiene Harbin Medical University

2. 1. Overview • Vitamins are a group of organic chemicals with no general link between them, other than that they are needed by the body in small amounts because the body cannot make them for itself. • 维生素是维持机体生命活动过程所必需的一类微量的低分子有机化合物。种类很多，化学结构各不相同，在生理上既不是构成各种组织的主要原料，也不是体内的能量来源，然而它在能量产生的反应中以及调节机体物质代谢过程中起着十分重要的作用。

3. 1.1 Nomenclature 分为三个系统 • 按发现历史顺序，以英文字母命名 • 按生理功能命名，如抗坏血酸、抗干眼病维生素和抗凝血维生素等 • 按化学结构命名，如视黄醇、硫胺素和核黄素等

4. B & C A、D、E、K 1.2 Classification Vitamins Water-soluble Fat-soluble

5. 1.3 Deficiency 原因 • 食物供应严重不足，如选择食物不当，食物运输、加工、烹调、储藏不当使维生素遭受破坏和丢失 • 吸收利用降低，如老年人，肝、胆疾病患者 • 维生素需要量相对增高

6. 分类 • 按缺乏原因 • 原发性：膳食中维生素供给不足或其生物利用率过低引起 • 继发性：生理或病理原因妨碍了维生素的消化、吸收、利用，或因需要量增加、排泄或破坏增多而引起条件性缺乏 • 按缺乏程度 • 临床缺乏 • 亚临床缺乏/边缘缺乏

7. 1.4 Interaction with other nutrients • 维生素-其他营养素之间：如B1、B2和尼克酸与能量代谢有密切关系，它们的需要量一般是随着能量需要量的增高而增加 • 维生素之间：动物实验表明VE能促进VA在肝内的储存，VE的抗氧化作用依赖GPx、VC等抗氧化物质的协同作用，而GPx功能又需要Se的存在

8. 2. Vitamin A---2.1 Chemical property • 维生素A类：含有retinol结构，并具有其生物活性的一大类物质 • 类维生素A(retinoids)：视黄醇和其代谢产物以及合成的类似物 • The biologically active forms of vitamin A found in animal foods are called preformed vitamin A, including retinol、retinal、 retinoic acid and retinyl esters.

9. 在植物中不含preformed vitamin A。某些有色植物中含有carotenoids，其中一小部分可在小肠和肝细胞内转变成视黄醇和视黄醛的类胡萝卜素称为维生素A原，如α-carotene、β-carotene、β-cryptoxanthin、-carotene。 • 目前已经发现的类胡萝卜素约600种，仅有约十分之一是维生素A原，其中最重要的为β-胡萝卜素。相当一部分的类胡萝卜素不能分解形成维生素A，不具有维生素A的活性。

10. 2.2 Absorption & metabolism 类胡萝卜素和维生素A在小肠的吸收过程

11. 肝脏是储存维生素A的主要器官，视黄醇主要以棕榈酸视黄酯的形式储存在肝星状细胞（80%～95%）和肝主细胞。肾脏中视黄醇储存量约为肝脏的1%，眼色素上皮细胞也有少量的视黄醇储存。 • Retinoic acid is the main metabolite of retinol. The main excretory product of both retinol and retinoic acid is retinoyl glucuronide, which is secreted in the bile. 维生素A在体内被氧化成一系列的代谢产物，后者与葡萄糖醛苷结合后由胆汁进入粪便排泄。

12. 2.3 Functions (1) Vision • The best-characterized function of vitamin A is its role in the retina of the eye. • 人视网膜的杆状细胞内含有感光物质视紫红质，是11-顺式视黄醛的醛基和视蛋白内赖氨酸的ε-氨基通过形成schiff碱缩合而成，对暗视觉十分重要。 • 暗适应（dark adaptation）：当维生素A不足时，暗适应时间会延长。

13. (2) Cell growth and differentiation 细胞生长与分化 (3) Immunity 免疫功能 (4) Synthesis of glucoprotein on membrance surface 细胞膜表面糖蛋白合成 (5) Antioxidation 抗氧化作用 (6) Anticancer activity 抑制肿瘤生长

14. 2.4 Deficiency & excess • Vitamin A deficiency occurs most often and remains a major problem in large areas of developing world, being the single most common preventable cause of blindness. • 婴幼儿和儿童维生素A缺乏的发生率远高于成人 • 一些疾病，如消耗性疾病、消化道疾病、血吸虫病和饮酒等，皆可影响维生素A的吸收和代谢

15. 维生素A摄入过量 • 可引起急性、慢性及致畸毒性 • 可引起细胞膜的不稳定和某些基因的不适当表达 • 动物试验证明，可导致胚胎吸收、流产、出生缺陷 • 大量摄入类胡萝卜素一般不会引起毒性作用

16. 2.5 Nutritional evaluation • 维生素A营养状况可分为五类：缺乏、较少（边缘状态）、充足、过多和中毒 • 维生素A营养状况应根据生化指标、临床表现，结合生理情况、膳食摄入情况综合予以判定

17. 2.6 Dietary requirements & food sources • 膳食或食物中全部具有视黄醇活性的物质常用视黄醇当量(retinol equivalents，RE)来表示 • 总视黄醇当量(μgRE)=视黄醇(μg)+β-胡萝卜素(μg)×0.167+其他维生素A原(μg)×0.084 • Recommended by CNS in 2000: RNI 800µgRE/d for male and 700µgRE/d for female adults; UL 3000µg/d for adults. • Food souces:最好的来源是各种动物肝脏、鱼肝油、鱼卵、全奶、奶油、禽蛋等

18. 3. Thiamin---3.1 Chemical properties • Thiamin, also known as vitamin B1, is widely known for its role in preventing the deficiency disease beriberi. 硫胺素也称维生素B1、抗脚气病因子和抗神经炎因子。 • 易溶于水，微溶于乙醇，故米淘洗或蒸煮时常随水流失 • It is easily destroyed by heat or oxidation, especially in the presence of an alkli. 在酸性环境下较稳定，加热120℃仍不分解，在中性和碱性条件下遇热易破坏，所以在烹调食品过程中加碱会造成硫胺素损失。

19. 3.2 Absorption & metabolism • The adult body contains 25 to 30mg of thiamin, about 80% of which is in the form of thiamine pyrophosphate (TPP). Half of the body’s thiamin is within muscle tissue. 成年人体内总量约为25～30mg，主要分布在肌肉中，其次为心脏、大脑、肝脏和肾脏中。在体内以不同的磷酸化形式存在，其中大约80%为焦磷酸硫胺素(TPP)。

20. Thiamin is excreted both unchanged and as metabolites in the urine. It has a relatively high turnover rate in the body; there is really no store anywhere in the body. • 体内硫胺素的生物半衰期为9～18d，如膳食中缺乏硫胺素，1～2周后人体组织中的硫胺素含量就会下降。所以，为维持组织中的正常含量需要定期供给。

21. 3.3 Functions • TPP acts as a coenzyme in two types of reactions: oxidative decarboxylation and transketolation. TPP 是碳水化合物代谢中氧化脱羧酶的辅酶，在体内参与两个重要的反应 • 非辅酶功能—神经组织：硫胺素缺乏时可影响某些神经递质的合成和代谢；TPP可能具有调控某些离子通道功能，其作用机制与硫胺素磷酸化有关。

22. 3.4 Deficiency & excess • 缺乏原因 • 摄入不足：如长期大量食用精白米和精白面，同时又缺乏其它富含维生素B1食物的补充，容易造成B1缺乏 • 需要量增加：B1供给量与机体能量总摄入量成正比 • 机体吸收或利用障碍：如长期慢性腹泻、酗酒以及肝、肾疾病影响TPP的合成

23. 硫胺素缺乏症 又称脚气病(beriberi)，主要损害神经-血管系统，多发生在以精白米面为主食地区。早期症状较轻，症状特点和严重程度与硫胺素缺乏程度、发病急缓等有关。 分类： • dry beriberi：以多发性周围神经炎症状为主，出现上行性周围神经炎 • wet beriberi：多以水肿和心脏症状为主 • infant beriberi：多发生于2～5月龄的婴儿，且多是硫胺素缺乏的乳母所喂养的婴儿，发病突然，病情急，常在症状出现1～2d后突然死亡 • 长期酗酒者可出现Wernicke’s-Korsakoff综合征——脑型脚气病

24. 3.5 Nutritional evaluation • 尿负荷试验：清晨给被测者口服硫胺素5mg，测定尿液中含量 • 尿中硫胺素和肌酐含量比值：取清晨空腹尿样，人体每日由尿中排出肌酐量比较恒定，因此能较好反映机体硫胺素的营养水平 • 红细胞转酮醇酶活力系数(erythrocyte transketolaseaction coefficient，E-TKAC)或焦磷酸硫胺素(TPP)效应：通过体外试验测定加入TPP前后红细胞中转酮醇酶活力的变化来反映营养状态

25. 3.6 Dietary requirements & food sources • 一般硫胺素的供给量应按照总热能需要量推算 • Recommended by CNS in 2000: RNI 1.4mg/d for male and 1.3mg/d for female adults，UL 50mg/d. • Food sources: The best sources in descending order are wheat germ, whole wheat and products, yeast and yeast extracts, nuts, meats, et al. 广泛存在于天然食物中，含量丰富的食物有谷类、豆类及干果类。动物内脏（肝、心、肾）、瘦肉、禽蛋中含量也较多。

26. 4. Riboflavin • 黄色粉末状结晶体，水溶性较低，常温下溶解12mg/100ml水，水溶液呈现黄绿色荧光 • It is a relatively stable vitamin that is resistant to acid, heat and oxidation. However, it is unstable in the presence of alkali and light. 在酸性及中性环境中对热稳定，但在碱性环境中易被热和紫外线破坏。 • 食物中的核黄素大多数与磷酸及蛋白质形成复合物，在食物加工蒸煮过程中损失较少。

27. Functions Riboflavin is part of two important coenzymes, FMN and FAD which are oxidizing agents. 核黄素以FMN和FAD辅酶形式参与许多代谢的氧化还原反应 • 参与体内生物氧化与能量代谢：核黄素在体内形成黄素蛋白(flavoprotein)，维持蛋白质、脂肪和碳水化合物的正常代谢，促进正常的生长发育，维护皮肤和粘膜的完整性 • 参与维生素B6和烟酸的代谢 • 其他生理功能

28. Deficiency & excess • 缺乏的原因：膳食摄入不足、食物储存和加工不当导致核黄素的破坏和丢失；机体感染；核黄素吸收不良、利用不良或排泄增加和酗酒 • Clinically, characterized by lesions of eye, mouth and tongue. • 核黄素缺乏常干扰体内铁的吸收、贮存及动员；还可影响生长发育，妊娠期缺乏核黄素，可导致胎儿骨骼畸形。 • 一般核黄素不会引起过量中毒。

29. Nutritional evaluation • 红细胞谷胱甘肽还原酶活性系数(erythrocyte glutathione reductase activation coefficient，EGRAC) 酶活性系数(activity coefficient, AC) ＜1.2为正常，＞1.4为缺乏 • 尿负荷试验：清晨口服维生素B2 5mg，4h尿中排出量 ＜400μg为缺乏，400～799μg为不足，800～1300μg为正常，＞1300μg为充裕。或测任意一次尿中核黄素与尿肌酐比值，＜27为缺乏，27～79为不足，80～269为正常，＞270为充足。

30. Dietary requirements & food sources • 核黄素的需要量与机体能量代谢及蛋白质的摄入量均有关系，所以能量需要量增加、生长加速和创伤修复期，核黄素的供给量均需增加。 • Recommended by CNS in 2000: RNI 1.4mg/d for male and 1.2mg/d for female adults，UL 50mg/d. • Riboflavin is present in most foods although the best sources are milk and milk products, eggs, liver, kidney, yeast extracts and fortified breakfast cereals.

31. 5. Folic acid • Functions • Tetrahydrofolate (THF) plays an essential role in 1-carbon transfers in the body, involving DNA synthesis. • 叶酸不仅可以通过腺嘌呤、胸苷酸影响DNA和RNA的合成，而且还可以通过蛋氨酸代谢影响磷脂、肌酸、神经介质以及血红蛋白的合成。 • When vitamin B12 is deficient, folate is trapped as the 5-methyl compound and thus cannot participate in DNA synthesis.

32. Deficiency • Megaloblastic anaemia 巨幼红细胞性贫血 • Neural tube defect 神经管畸形 • 高同型半胱氨酸血症 • 癌症 • 孕妇出现先兆子痫、胎盘早剥等

33. Excess • 大剂量服用叶酸亦可产生毒副作用 • 影响锌的吸收而导致锌缺乏，使胎儿发育迟缓，低出生体重儿增加 • 干扰抗惊厥药物的作用而诱发病人惊厥 • 干扰维生素B12缺乏的诊断，可能使叶酸合并维生素B12缺乏的巨幼红细胞贫血患者产生严重的不可逆转的神经损害

34. Dietary requirements & food sources • 以膳食叶酸当量(dietary folate equivalence, DFE)表示，食物叶酸的生物利用率为50%，而叶酸补充剂与膳食混合时为85% DFE(μg)=膳食叶酸(μg)+1.7叶酸补充剂(μg) • Recommended by CNS in 2000: RNI400μgDFE/d for adults, UL 1000μgDFE/d. • 叶酸广泛存在于动植物食物中，其良好来源为肝、肾、蛋、梨、蚕豆、芹菜、花椰菜、莴苣、柑橘和香蕉及其他坚果类

35. 6. Vitamin C • Vitamin C is probably the most talked about vitamin and is certainly the one most widely used as a supplement. The chemical name for vitamin C is ascorbic acid. • 具有有机酸的性质，是很强的还原剂，溶于水，不溶于脂溶性溶剂剂 • 极易氧化，在碱性环境、加热或与铜、铁共存时极易被破坏，在酸性条件下稳定

36. Functions • 抗氧化作用：很强的抗氧化剂，在体内可以氧化型和还原型存在 • 作为羟化过程底物和酶的辅助因子 • 促进类固醇的代谢 • 清除自由基 • 参与合成神经递质 • 其他作用

37. Deficiency & excess • Scurvy is the most severe form of vitamin C deficiency. 维生素缺乏时主要引起坏血病 • Early symptoms are relatively nonspecific. • Hemorrhage • Delayed wound healing • Osteoporosis • 抗坏血酸毒性很低，但一次口服2～8g时可能会出现毒性

38. Dietary requirements & food sources • Recommended by CNS in 2000: RNI 100mg/d for adults, UL 1000mg/d. 在高温、寒冷和缺氧条件下劳动或生活，经常接触铅、苯和汞的有毒作业工种的人群，某些疾病的患者，孕妇、乳母应增加摄入量 • Food sources: Fruits and vegetables are the major sources of vitamin C in the diet.