ミネラルって結局何？

「カルシウムは骨に必要」「鉄が不足すると貧血になる」「塩分を取りすぎるとよくない」。

では、そもそもカルシウムや鉄とは何なのでしょうか。

ビタミンは複数の原子からできた有機化合物ですが、鉄は周期表に載っている Feという元素そのものです。カルシウムならCa、亜鉛ならZn、ナトリウムならNaです。

栄養学でいうミネラルとは、人体が必要とする元素です。

人間は体内で鉄原子やカルシウム原子を新しく作れません。元素を別元素へ変えるには通常の化学反応ではなく、原子核を変化させる核反応が必要だからです。

栄養学は、ここで化学と物理学につながります。

ミネラルという一種類の物質があるわけではない

栄養学では「ミネラル」「無機質」という言葉で、人体に必要な無機元素をまとめています。

日本の食事摂取基準では、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、リン、鉄、亜鉛、銅、マンガン、ヨウ素、セレン、クロム、モリブデンなどについて基準が設定されています。

しかし、これらは性質も役割も違います。

「ミネラル」は物質名ではなく、栄養学上の分類名です。

人体も周期表の元素でできている

人体の大部分は酸素、炭素、水素、窒素などからできています。そのほかにもカルシウム、リン、カリウム、ナトリウム、塩素、マグネシウム、鉄、亜鉛などが生命活動に使われています。

量が少ない元素でも重要性が低いとは限りません。

鉄不足は酸素運搬に影響し、ヨウ素不足は甲状腺ホルモン合成に影響します。Na⁺やK⁺の濃度が大きく乱れれば、神経や心臓の電気活動にも影響します。

なぜ人体はミネラルを作れない？

人体は化学反応によってグルコースを分解し、アミノ酸からタンパク質を作り、さまざまな分子を変換できます。

しかし通常の化学反応で変化するのは、主に原子同士の結合や電子の状態です。原子核の陽子数は変わりません。

鉄は化学反応しても鉄です。カルシウムもカルシウムです。

鉄元素を別元素から新しく作るには原子核を変化させる必要があり、これは恒星内部などの元素合成につながる核物理の世界です。

体から失われた必須元素は、外部から補給するしかありません。

食べた「鉄」は金属の鉄と同じ？

元素としては同じFeですが、存在する化学形態が違います。

食品中の鉄は、ヘムに組み込まれた鉄、タンパク質等と結合した鉄、イオンや錯体などとして存在します。

吸収後もヘモグロビン、ミオグロビン、鉄含有酵素、フェリチンなどに組み込まれて利用・貯蔵されます。

したがってミネラルでは、

どの元素かだけでなく、どの化学形態で存在するか

も重要です。

ミネラルはイオンとして働くものが多い

ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムなどは体液中で主に、

• Na⁺
• K⁺
• Ca²⁺
• Mg²⁺

などのイオンとして存在します。

塩化物イオンCl⁻なども重要です。

原子や原子団が電荷を持った状態がイオンです。この電荷が生命活動に利用されます。

神経が電気で動くのもミネラルと関係する

神経細胞の内外ではNa⁺、K⁺、Cl⁻、Ca²⁺などの濃度が異なります。

細胞膜のイオンチャネルやポンプがその移動を制御し、膜電位を形成します。活動電位ではNa⁺やK⁺などの膜を横切る移動が重要です。

私たちが考え、感じ、筋肉を動かす背景には、元素からできたイオンの移動があります。

ナトリウムやカリウムは、食品表示に書かれた数字である以前に、人体の電気現象へ参加する物質なのです。

心臓もイオンで動く

心筋細胞の電気活動にもNa⁺、K⁺、Ca²⁺などが深く関係します。

血中カリウム濃度などが大きく乱れると、不整脈につながることがあります。

だから「カリウムは健康に良いから多いほど良い」とはなりません。

ミネラルでは体液中の濃度を適切な範囲に維持することが重要です。

カルシウムは骨だけではない

人体のカルシウムの大部分は骨や歯にあります。骨ではリン酸カルシウム系の結晶が、コラーゲン主体の有機質と組み合わさっています。

一方、Ca²⁺は筋収縮、神経伝達物質放出、細胞内シグナル、血液凝固などにも関係します。

カルシウムは構造材料であると同時に、細胞の情報伝達にも使われます。

血中Ca²⁺濃度は生命維持上重要なため、副甲状腺ホルモン、ビタミンD、腎臓、腸管、骨などによって厳密に調節されます。

そのため、血中カルシウム値が正常でも、それだけで骨のカルシウム状態まで判断できるわけではありません。

鉄はなぜ血液に必要？

ヘモグロビンにはヘムがあり、その中心に鉄があります。この鉄を含む構造が酸素と可逆的に結合することで、肺から組織へ酸素を運べます。

鉄が不足すると十分なヘモグロビンを作れず、鉄欠乏性貧血につながります。

鉄は「血を増やす栄養」ではなく、酸素運搬装置の中心部品です。

鉄は電子伝達系などに関わるタンパク質にも使われます。

一方、鉄は多ければ良いわけでもありません。酸化還元反応に参加できるため、人体ではトランスフェリンやフェリチンなどを使って厳密に運搬・貯蔵しています。

亜鉛は何をしている？

亜鉛は多数の酵素やタンパク質の構造・機能に関与します。

ジンクフィンガー構造を持つタンパク質の中には、DNAへの結合や遺伝子発現調節に関わるものもあります。

亜鉛不足では味覚障害、皮膚症状、成長や免疫機能への影響などが起こり得ます。

「亜鉛＝味覚」ではなく、多数の分子機械に組み込まれる元素です。

ヨウ素はホルモンの材料になる

甲状腺ホルモンT3・T4にはヨウ素原子が含まれます。

甲状腺ホルモンはエネルギー代謝、成長、発達などに広く関係します。

つまりヨウ素はホルモン分子そのものの構成元素です。

不足だけでなく過剰摂取でも甲状腺機能へ影響する場合があります。

マグネシウムはATPとも関係する

ATPは「細胞のエネルギー通貨」と呼ばれますが、生体内の多くの反応ではMg²⁺と結合した形が重要です。

マグネシウムは多数の酵素反応、ATP利用反応、神経・筋機能、骨などに関係します。

炭水化物の記事で登場したATPも、実際の細胞ではミネラルとの関係を無視できません。

リンは骨にもDNAにもATPにもある

リンはリン酸基として、

• 骨・歯
• ATP
• DNA・RNA
• リン脂質
• タンパク質のリン酸化

などに登場します。

ATPのPはphosphate（リン酸）です。DNAの骨格にもリン酸があり、細胞膜のリン脂質にもリンがあります。

リンは構造、エネルギー、遺伝情報、細胞膜、情報伝達を横断する元素です。

ナトリウムは悪者なの？

Na⁺は体液量、浸透圧、神経活動、筋活動、物質輸送などに不可欠です。

問題はナトリウムが毒だからではなく、現代の食生活では過剰摂取になりやすく、高血圧などとの関係から摂取量が問題になることです。

必要な物質でも、必要量を超えれば問題になる。

これはミネラル全般に共通します。

塩とナトリウムは同じではない

食塩は主に塩化ナトリウム（NaCl）です。

NaClの式量に占めるNaの割合から、概算では、

食塩相当量 ≒ ナトリウム量 × 2.54

となります。

ナトリウム1 gと食塩1 gは同じではありません。

カリウムはナトリウムの反対？

善玉と悪玉の関係ではありません。

細胞ではNa⁺とK⁺の濃度差をNa⁺/K⁺-ATPaseがATPを使って維持しています。

この濃度差が膜電位、神経活動、二次性能動輸送、細胞容積調節などに利用されます。

ナトリウムとカリウムは敵ではなく、濃度差を利用して生命機能を成立させる一組のイオンです。

食品に入っている量＝吸収される量ではない

ミネラルの吸収率は、化学形態、同時に摂取する成分、消化管の状態、体内の不足状態、年齢、生理状態などによって変化します。

鉄ではヘム鉄と非ヘム鉄で吸収のされ方が異なります。非ヘム鉄の吸収はビタミンCなどの影響を受け、フィチン酸などは一部ミネラルの吸収へ影響します。

したがって、

食品中の含有量＝人体が利用できる量ではありません。

ミネラルウォーターのミネラルも同じ？

カルシウムやマグネシウムという意味では同じ元素です。

水の硬度も主にカルシウムやマグネシウムの量に関係します。

ただし「ミネラル入りの水だから特別に健康になる」とまでは言えず、食事・飲料全体からの摂取を考える必要があります。

微量しか必要ない元素がなぜ重要？

鉄、亜鉛、銅、ヨウ素、セレンなどは必要量が比較的少ない元素ですが、酵素の活性中心、タンパク質の構造、ホルモンの構成、酸化還元反応など、重要な場所で使われます。

必要量が少ないのは役割が小さいからではありません。

少数の重要な分子装置へ組み込まれて働くため、大量の構造材料ほど量を必要としないのです。

ミネラルにも不足・適正・過剰がある

鉄、カルシウム、亜鉛などは不足の話が目立ちますが、多ければ多いほど良いわけではありません。

ナトリウム、鉄、ヨウ素、セレンなどは過剰でも問題になります。

一方、水分を極端に多く摂取するなどして血中ナトリウム濃度が下がる低ナトリウム血症も危険です。

元素を大量に入れることではなく、必要な範囲を維持することが重要です。

サプリメントなら簡単に補える？

不足しているミネラルを補うことが合理的な場合はあります。

しかし、過剰摂取で問題になる元素や、他のミネラルの吸収・代謝に影響するものもあります。

「不足しているかもしれないから大量に飲む」という使い方は合理的ではありません。

ビタミンとミネラルの違い

ビタミン

複数の元素からできた有機化合物です。人体で必要量を十分に作れないものを外部から補給し、体内で化学的に変換・分解されます。

ミネラル

栄養として必要な元素そのものです。

化学形態、酸化状態、結合相手を変えることはできますが、通常の代謝で別元素へ作り変えることはできません。

ビタミンは「必要な分子」、ミネラルは「必要な元素」と考えると違いが見えやすくなります。

私たちの血液にある鉄はどこから来た？

人体は鉄を作れません。

地球も化学反応によって鉄元素を作ったわけではありません。

鉄などの元素は、地球形成以前の宇宙における恒星進化や爆発的な元素合成過程などに由来します。

それが星間物質となり、太陽系や地球の材料となり、岩石・土壌・生物を経て食物として人体へ入ります。

私たちのヘモグロビンに組み込まれている鉄原子は、人体どころか地球より古い歴史を持っています。

ミネラルを理解すると、栄養学は化学、地球科学、宇宙物理学までつながります。

結論：ミネラルとは「生命が借りている元素」

カルシウムは骨だけではなく、Ca²⁺として細胞の信号にもなります。

鉄は酸素運搬や電子移動に使われます。

Na⁺とK⁺は神経や心臓の電気活動に関わります。

亜鉛は多数のタンパク質に使われます。

ヨウ素は甲状腺ホルモンの材料です。

リンは骨にもATPにもDNAにも細胞膜にもあります。

そして共通しているのは、

人体はこれらの元素を新しく作れないことです。

私たちは食事から元素を取り込み、一時的に骨や血液や細胞へ組み込み、やがて環境へ返します。

そう考えると、

ミネラルとは「健康に良い微量成分」ではなく、生命が地球から一時的に借りて使っている元素です。

栄養学で「鉄を取る」「カルシウムを取る」と言うとき、私たちは文字通り、周期表に載っている原子を食べています。

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