栄養素

栄養素とは、生物が生存、成長、繁殖するために利用する物質です。食事からの栄養素摂取の必要性は、動物、植物、菌類、原生生物に当てはまります。栄養素は、代謝のために細胞に取り込まれるか、細胞から排泄されて毛、鱗、羽、外骨格などの非細胞構造を形成します。栄養素の中には、炭水化物、脂質、タンパク質、発酵産物（エタノールや酢）などのエネルギー放出過程で、代謝によってより小さな分子に変換されるものもあり、最終生成物として水と二酸化炭素が生成されます。すべての生物は水を必要とします。動物にとって必須の栄養素は、エネルギー源、タンパク質を生成するために結合するアミノ酸の一部、脂肪酸のサブセット、ビタミン、特定のミネラルです。植物は、根から吸収されるより多様なミネラルに加えて、葉から吸収される二酸化炭素と酸素を必要とします。菌類は、死んでいる有機物や生きている有機物を食べて生き、宿主からの栄養ニーズを満たします。

Different types of organisms have different essential nutrients. Ascorbic acid ( vitamin C ) is essential to humans and some animal species but most other animals and many plants are able to synthesize it. Nutrients may be organic or inorganic: organic compounds include most compounds containing carbon, while all other chemicals are inorganic. Inorganic nutrients include nutrients such as iron , selenium , and zinc , while organic nutrients include, protein, fats, sugars and vitamins.

動物の栄養ニーズを説明するために主に使用される分類法では、栄養素を主要栄養素と微量栄養素に分けます。主要栄養素（炭水化物、脂肪、タンパク質、水）は比較的大量に（グラムまたはオンス）摂取され、主にエネルギーを生成するため、または成長と修復のために組織に取り込まれるために使用されます。微量栄養素はより少量（ミリグラムまたはマイクログラム）で必要とされ、血管機能や神経伝導などの細胞プロセスにおいて微妙な生化学的および生理学的役割を果たします。必須栄養素の量が不十分であったり、吸収を妨げる疾患があると、成長、生存および生殖に支障をきたす欠乏状態になります。米国の食事摂取基準などの食事による栄養素摂取に関する消費者勧告は、欠乏を防ぐために必要な量に基づいており、摂取量の下限と上限の両方について主要栄養素と微量栄養素のガイドを提供しています。多くの国では、規制により、食品ラベルには、食品中に含まれる主要栄養素と微量栄養素の量に関する情報を表示することが義務付けられています。体が必要とする量よりも多くの栄養素を摂取すると、有害な影響を与える可能性があります。[1]食用植物には、一般的にファイトケミカルと呼ばれる何千もの化合物が含まれており、病気や健康への影響は不明です。これには、2024年現在も十分に理解されていない、 栄養素ではないポリフェノールと呼ばれる多様なクラスが含まれます。

種類

主要栄養素

主要栄養素はいくつかの方法で定義されています。[2]

  • 人間が最も多く摂取する化学元素は、炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄であり、CHNOPSとしてまとめられます。
  • 人間が最も多く摂取し、大量のエネルギーを供給する化合物は、炭水化物、タンパク質、脂肪に分類されます。水も大量に摂取する必要がありますが、カロリー値は提供しません
  • カルシウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、塩化物イオンは、リンや硫黄とともに、ビタミンやその他のミネラルなどの微量栄養素（後者はしばしば微量ミネラルまたは超微量ミネラルと呼ばれます）と比較して大量に必要とされるため、主要栄養素として記載されています。 [3]

主要栄養素はエネルギーを供給します。

生体分子1グラムあたりのキロカロリー[4]
タンパク質4
炭水化物4
エタノール7 [5]
脂質9

微量栄養素

微量栄養素は、代謝機能と生理機能を果たすために、生涯を通じてさまざまな量で必要とされる必須の食物元素です。[6] [7]

必須

必須栄養素

必須栄養素とは、正常な生理機能に必要な栄養素ですが、体内で全く、または十分な量を合成できないため、食事から摂取する必要があります。[10] [11]哺乳類の恒常性維持に普遍的に必要な水とは別に、 [12]必須栄養素は、様々な細胞代謝プロセス、および組織や臓器の維持と機能に不可欠です。 [13]ヒトにとって必須とされる栄養素は、9種類のアミノ酸、2種類の脂肪酸、13種類のビタミン、15種類のミネラル、そしてコリンで構成されています。[13]さらに、特定の発達状態や病理学的状態に不可欠であるため、条件付き必須栄養素と見なされる分子がいくつかあります。[13] [14] [15]

アミノ酸

必須アミノ酸は、生物に必要であるものの、生物自身によって新規に合成することができないため、食事から摂取する必要があるアミノ酸です。20種類の標準的なタンパク質生成アミノ酸のうち、フェニルアラニン、バリン、スレオニン、トリプトファン、メチオニン、ロイシン、イソロイシン、リジン、ヒスチジンの9種類は、ヒトによって内因的に合成できません。[16] [17]

脂肪酸

必須脂肪酸（EFA）は、ヒトや他の動物が健康を維持するために必要とするものの、体内で合成できないため、摂取しなければならない脂肪酸です。[18]ヒトにとって必須であることが知られている脂肪酸は、α-リノレン酸（オメガ3脂肪酸）とリノール酸（オメガ6脂肪酸）の2種類だけです。[19]

ビタミンとビタマー

ビタミンは、ビタマーとして知られる様々な関連形態で存在します。特定のビタミンのビタマーは、そのビタミンの機能を果たし、そのビタミンの欠乏症状を予防します。ビタミンは、アミノ酸や脂肪酸に分類されない必須有機分子です。一般的に、酵素補因子、代謝調節因子、または抗酸化物質として機能します人間は食事から13種類のビタミンを必要としますが、そのほとんどは実際には関連する分子のグループです（例：ビタミンEにはトコフェロールとトコトリエノールが含まれます）。[20]ビタミンA、C、D、E、K、チアミン（B1）、リボフラビン（B2 ）、ナイアシン（ B3 ）、パントテン酸（ B5 ）、ピリドキシン（ B6 ）、ビオチン（B7）、葉酸（ B9 ）、コバラミン（B12）。ビタミンDの必要量は条件付きです。太陽または人工の紫外線源から十分な紫外線を浴びると、皮膚でビタミンDが合成されます。[21]

ミネラル

ミネラルは、生命活動に不可欠な外因性の 化学元素です。炭素、水素、酸素、窒素（CHON）の4元素は生命活動に必須ですが、食品や飲料に豊富に含まれているため栄養素とはみなされず、ミネラルとしての推奨摂取量は設定されていません。窒素の必要性は、窒素含有アミノ酸で構成されるタンパク質の必要量で満たされています。硫黄は必須ですが、これも推奨摂取量は設定されていません。代わりに、硫黄含有アミノ酸であるメチオニンとシステインについて推奨摂取量が設定されています。

人間にとって必須の栄養微量元素は、推奨摂取量（質量で表す）の順に、カリウム、塩化物、ナトリウム、カルシウム、リン、マグネシウム、鉄、亜鉛、マンガン、銅、ヨウ素、クロム、モリブデン、セレンです。さらに、コバルトは必須ビタミンB12の成分です。ホウ素やケイ素など、一部の植物や動物には必須ですが、人間には必須かどうかは不明なミネラルも存在します。

コリン

コリンは必須栄養素です。[22] [23] [24]コリンは水溶性の第四級アンモニウム化合物のグループです。[25] [26]コリンはコリン類の親化合物であり、アミノ基に3つのメチル置換基が結合したエタノールアミンで構成されています。[27]コリンが欠乏した人工的に配合された食事を摂取した健康なヒトは、脂肪肝、肝障害、および筋肉障害を発症します。コリンは当初、必須栄養素として分類されていませんでした。これは、人体がホスファチジルコリン代謝を通じて少量のコリンを生成できるためです。[28]

条件付き必須

条件付き必須栄養素とは、通常は生物によって合成できる特定の有機分子ですが、特定の条件下では量が不十分です。ヒトでは、このような状態には、早産、栄養摂取の制限、急速な成長、特定の病状などが含まれます。[14] イノシトール、タウリン、アルギニン、グルタミン、ヌクレオチドは条件付き必須栄養素に分類され、新生児の食事と代謝において特に重要です。[14]

非必須

非必須栄養素とは、食品に含まれる健康に大きな影響を与える可能性のある物質です。食物繊維は人間の消化管では吸収されません。[29] 水溶性食物繊維は、大腸に生息する細菌によって酪酸やその他の短鎖脂肪酸に代謝されます。[30] [31] [32]水溶性食物繊維は、腸内細菌の「健康な」増殖を促進するという謳い文句で、プレバイオティクス機能を持つものとして販売されています。 [33]

非栄養素

エタノール（C 2 H 5 OH）は必須栄養素ではありませんが、1グラムあたり約29キロジュール（7キロカロリー）の食物エネルギーを供給します。[34]蒸留酒（ウォッカ、ジン、ラムなど）の場合、米国での標準的な1食分は44ミリリットル（1+1 ⁄ 2 米液量オンス（約1.5リットル）は、エタノール40% プルーフ）では14グラム、410 kJ（98 kcal）になります。 アルコール度数50%では、17.5グラム、513 kJ（122.5 kcal）になります。ワインとビールは、それぞれ150 mLと350 mL（5米液量オンスと12米液量オンス）で同量のエタノールを含みますが、これらの飲料はエタノール以外の成分からも食物エネルギー摂取に貢献しています。150 mL（5米液量オンス）のワインには420～540 kJ（100～130 kcal）が含まれています。350 mL（12米液量オンス）のビールには400～840 kJ（95～200 kcal）が含まれています。 [35]

米国農務省によると、NHANES 2013～2014年の調査によると、20歳以上の女性は 1日平均6.8グラムのアルコールを消費し、男性は1日平均15.5グラムを消費しています。[36]これらの飲料の非アルコール成分を無視すると、1日の食物エネルギー摂取量に対するエタノールの平均寄与は、それぞれ200kJと450kJ（48kcalと108kcal）です。アルコール飲料はエネルギーは提供するものの、必須栄養素を供給しないため、エンプティカロリー食品と見なされています。 [34]

定義上、ファイトケミカルには食用植物のすべての栄養成分と非栄養成分が含まれます。[37]栄養成分として含まれるのはプロビタミンAカロテノイドです。[38]一方、栄養成分として分類されないものとしては、多様なポリフェノール、フラボノイド、レスベラトロール、リグナンなどがあり、これらは多くの植物性食品に含まれています。[39]一部のファイトケミカル化合物は、ヒトの疾患や健康への潜在的な影響について予備研究が行われています。[ 37] [38] [39]しかし、生体内での特性が十分に定義されていない化合物の栄養状態の資格は、正確な食品表示を可能にするために、まず食事摂取基準値で定義される必要があることです。 [40]これは、抗酸化作用があると主張されているほとんどのファイトケミカルでは確立されていません。[41]

欠乏症と毒性

ビタミン、ミネラル（栄養素）、タンパク質（栄養素）をご覧ください

栄養素の量が不十分な場合、それは欠乏症です。欠乏症にはいくつかの原因があり、例えば、食事性欠乏症と呼ばれる栄養素摂取量の不足や、生体内で栄養素の利用を妨げる様々な状態などが挙げられます。[1]栄養素の利用を妨げる状態には、栄養素の吸収障害、通常よりも多くの栄養素を必要とする物質、栄養素の破壊を引き起こす状態、そして栄養素の排泄量を増加させる状態などがあります。[1]栄養素の毒性は、栄養素の過剰摂取が生体に害を及ぼす場合に発生します。[42]

米国とカナダでは、必須栄養素の推奨摂取量は、「個人の栄養状態を一定レベルに維持できる」最低摂取量に基づいています。これは、世界保健機関（WHO）や国連食糧農業機関（FAO）が用いる「病理学的に関連性があり、臨床的に検出可能な食事不足の兆候を防ぐために必要な摂取量を示す基礎必要量」という定義とは多少異なります。[43]

人間の栄養ガイドラインを設定する際に、政府機関は必ずしも欠乏症を避けるために必要な量や毒性のリスクを回避するための最大量について合意しているわけではありません。[44] [45] [46]例えば、ビタミンCの推奨摂取量は、インドでは40mg/日[47]から、欧州連合では155mg/日の範囲です[48]下の表は、ビタミンとミネラルの米国の推定平均必要量（EAR）と推奨食事摂取量（RDA）、欧州連合のPRI（RDAと同じ概念）、そして3つの政府機関が安全な上限摂取量とみなす値を示しています。RDAは、平均よりも高い必要量を持つ人々をカバーするため、EARよりも高く設定されています。適正摂取量（AI）は、EARとRDAを設定するための情報が不十分な場合に設定されます。各国は、有害な影響を引き起こす量に基づいて、許容上限摂取量（ULとも呼ばれる）を設定しています。政府はこの種の情報の改訂に時間がかかります。米国の値については、カルシウムとビタミンDを除き、すべてのデータは1997年から2004年のものです。[17]

栄養素米国の推定平均必要量[44]米国の最高
RDAまたはAI [44]		EUの最高
PRIまたはAI [48]		上限単位
米国[44]EU [45]日本[46]
ビタミンA6259001300300030002700μg
ビタミンC75901552000NDNDmg
ビタミンD101515100100100μg
ビタミンKNE12070NDNDNDμg
α-トコフェロール（ビタミンE）1215131000300650～900mg
チアミン（ビタミンB1）1.01.20.1 mg/MJNDNDNDmg
リボフラビン（ビタミンB2 ） 1.11.32.0NDNDNDmg
ナイアシン*（ビタミンB3 ） 12 161.6 mg/MJ351060～85mg
パントテン酸（ビタミンB5 ） NE 57NDNDNDmg
ビタミンB6 1.11.3 1.81002540～60mg
ビオチン（ビタミンB7 ） NE 3045NDNDNDμg
葉酸（ビタミンB9 ） 32040060010001000900～1000μg
コバラミン（ビタミンB12 ） 2.0 2.45.0NDNDNDμg
コリンNE5505203500NDNDmg
Calcium80010001000250025002500mg
ChlorideNE2300NE3600NDNDmg
ChromiumNE35NENDNDNDμg
Copper700900160010000500010000μg
FluorideNE43.4107____mg
Iodine9515020011006003000μg
Iron618 (females)
8 (males)		16 (females)
11 (males)		45ND40-45mg
Magnesium *350420350350250350mg
ManganeseNE2.33.011ND11mg
モリブデン3445652000600450～550μg
リン5807006404000ND3000mg
カリウムNE47004000NDND2700～3000mg
セレン455570400300330～460μg
ナトリウムNE1500NE2300ND3000～3600mg
亜鉛9.41116.3402535～45mg

* ナイアシンとマグネシウムの1日あたりの推奨摂取量は耐容上限量よりも高くなっています。これは、どちらの栄養素についても、UL（耐容上限量）は、栄養補助食品として摂取した場合に有害作用のリスクを高めない量を特定しているためです。ULを超えるマグネシウムのサプリメントは下痢を引き起こす可能性があります。ULを超えるナイアシンのサプリメントは、顔面紅潮や体温上昇を引き起こす可能性があります。各国または地域の規制機関は、症状が発生した場合にその下の安全マージンを決定するため、ULは情報源によって異なる場合があります。[44] [45]

EAR（米国推定平均必要量）

RDA（米国推奨栄養所要量）。成人は子供よりも高く、妊娠中または授乳中の女性の場合はさらに高くなる場合があります

AI：米国の適正摂取量。EAR（摂取量）とRDA（推奨摂取量）を設定するための情報が不十分な場合、AIが設定されます。

PRI：人口参照摂取量は、EUにおけるRDAに相当します。成人の場合は子供よりも高く、妊娠中または授乳中の女性の場合はさらに高くなる可能性があります。チアミンとナイアシンの場合、PRIは摂取した食物エネルギー1メガジュール（239キロカロリー）あたりの量で表されます。

上限値：許容上限摂取量。

ND： UL（非推奨）は設定されていません。

NE： EAR、PRI、またはAIはまだ設定されていないか、設定されません（EUはクロムを必須栄養素とは見なしていません）。

植物

植物は空気中や土壌から炭素、水素、酸素を二酸化炭素と水として吸収します。[49]その他の栄養素は土壌から吸収されます（一部の寄生植物や食虫植物は例外です）。これらを数えると、植物にとって重要な栄養素は17種類あります。[50]これらは、窒素（N）、リン（P）、カリウム（K）、カルシウム（Ca）、硫黄（S）、マグネシウム（Mg）、炭素（C）、酸素（O）、水素（H）の主要栄養素と、鉄（Fe）、ホウ素（B）、塩素（Cl）、マンガン（Mn）、亜鉛（Zn）、銅（Cu）、モリブデン（Mo）、ニッケル（Ni）の微量栄養素です。炭素、水素、酸素に加えて、窒素、リン、硫黄も比較的大量に必要です。これら6つを合わせて、すべての生物にとっての基本的な主要栄養素です。[51]これらは、無機物（例えば、二酸化炭素、水、硝酸塩、リン酸塩、硫酸塩、窒素の二原子分子、特に酸素）と、酸、炭水化物、脂質、タンパク質などの有機化合物に由来します。

参照

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ウィキメディア・コモンズには、栄養素に関連するメディアがあります。
  • USDA（米国農務省）食事摂取基準
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