栄養素

栄養素とは、生物が生存、成長、繁殖するために使用する物質です。食事による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、代謝目的で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。一部の栄養素は、炭水化物、脂質、タンパク質、発酵産物（エタノールまたは酢）などのエネルギーを放出する過程で、代謝によって小さな分子に変換され、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、死んでいる有機物または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。

生物の種類によって必須栄養素は異なります。アスコルビン酸（ビタミン C）は人間や一部の動物種にとって必須ですが、他のほとんどの動物や多くの植物はそれを合成することができます。栄養素は有機または無機です。有機化合物には炭素を含むほとんどの化合物が含まれますが、その他の化学物質はすべて無機です。無機栄養素には鉄、セレン、亜鉛などの栄養素が含まれ、有機栄養素にはタンパク質、脂肪、糖、ビタミンが含まれます。

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。微量栄養素は少量（ミリグラムまたはマイクログラム）で必要であり、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、吸収を妨げる病気があると、成長、生存、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、食品ラベルに、食品中に含まれる多量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規制で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は有害な影響を及ぼす可能性があります。^{[1]食用植物には、一般に}植物化学物質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。その中には、2024年現在で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。

マクロ栄養素はいくつかの方法で定義されます。^[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、カロリー値を提供しません。
• 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に比べて大量に必要とされるため、主要栄養素として分類されています。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。^[3]

主要栄養素はエネルギーを供給します:

• 炭水化物は、糖類からなる化合物です。炭水化物は、糖単位の数によって、単糖類（グルコースやフルクトースなど）、二糖類（スクロースやラクトースなど）、オリゴ糖、多糖類（デンプン、グリコーゲン、セルロースなど）に分類されます。
• タンパク質は、ペプチド結合によって結合したアミノ酸からなる有機化合物です。一部のアミノ酸（必須アミノ酸と呼ばれる）は体内で生成できないため、食事から摂取する必要があります。消化により、タンパク質はプロテアーゼによって遊離アミノ酸に分解されます。
• 脂肪は、 3 つの脂肪酸が結合したグリセリン分子で構成されています。脂肪酸分子には、単結合のみ (飽和脂肪酸) または二重結合と単結合の両方 (不飽和脂肪酸) で結合した非分岐炭化水素鎖に結合した -COOH 基が含まれています。脂肪は、細胞膜の構築と維持、安定した体温の維持、皮膚と髪の健康の維持に必要です。特定の脂肪酸 (必須脂肪酸と呼ばれる) は体内で生成されないため、食事から摂取する必要があります。
• エタノールは必須栄養素ではありませんが、カロリーを供給します。米国農務省は、食品のエネルギーを計算するために、アルコール1グラムあたり6.93キロカロリー（29.0 kJ）（ 1mlあたり5.47 kcalまたは22.9 kJ）という数値を使用しています。 ^[4]蒸留酒の場合、米国での標準的な1食分は44 ml（1.5 US fl oz）で、エタノール40%（80プルーフ）では14グラムで98カロリーになります。

微量栄養素は、代謝や生理機能を維持する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事要素です。^{[6] [7]}

• カリウム、ナトリウム、鉄などの食物ミネラルは地球固有の元素であり、合成できません。これらはマイクログラムまたはミリグラム単位で食事から摂取する必要があります。植物が土壌からミネラルを得るのと同じように、食物ミネラルは摂取した植物から直接、または食用動物源から間接的に得られます。^[8]
• ビタミンはマイクログラムまたはミリグラム単位で必要とされる有機化合物です。 ^[9]食事中の各ビタミンの重要性は、そのビタミンが食事に含まれないと病気を発症することが判明したときに初めて確立されました。^[9]

必須栄養素 とは、正常な生理機能に必要な栄養素で、体内では全く合成できないか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る栄養素です。^{[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]必須栄養素はさまざまな細胞}代謝プロセスや組織や臓器の維持と機能に不可欠です。 ^[13]人間に必須であると考えられている栄養素は、9つのアミノ酸、2つの脂肪酸、13のビタミン、15のミネラル、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]}

必須アミノ酸は、生物が必要とするアミノ酸であるが、生物が自ら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。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種類はヒトが体内で合成することができない。[ 16 ^{] [17]}

必須脂肪酸（EFA）は、人間や他の動物が健康を維持するために必要とするが、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]人間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つだけです。^[19]

ビタミンは、ビタマーと呼ばれる様々な関連した形で存在します。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。それらは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分子のグループです（たとえば、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（B ₁）、リボフラビン（B ₂） 、ナイアシン（B ₃）、パントテン酸（B ₅）、ピリドキシン（B ₆）、ビオチン（B ₇）、葉酸（B ₉）、およびコバラミン（B ₁₂）。ビタミンDの必要量は条件付きであり、太陽または人工光源からの紫外線に十分さらされると、皮膚でビタミンDが合成される。^[21]

ミネラルは、生命に欠かせない外因性の 化学元素です。炭素、水素、酸素、窒素( CHON ) の 4 つの元素は生命に不可欠ですが、食べ物や飲み物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ありません。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対処されます。硫黄は必須ですが、これも推奨摂取量はありません。代わりに、硫黄含有アミノ酸のメチオニンとシステインについて推奨摂取量が特定されています。

人間にとって必須の栄養微量元素は、推奨食事摂取量（質量で表す）の順に並べると、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 B ₁₂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わからないミネラルは他にもあります。

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、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]コリンが不足している人工的に作られた食事を摂取した健康な人間は、脂肪肝、肝臓障害、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]

条件付き必須栄養素とは、通常は生物によって合成できるが、特定の条件下では量が不十分な特定の有機分子のことである。ヒトの場合、そのような条件には早産、栄養摂取の制限、急速な成長、特定の病状などが含まれる。^[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ある。^[14]

非必須栄養素は、食品に含まれる健康に重大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]水溶性繊維は、腸内細菌の「健康」を促進するという主張で、}プレバイオティクス機能を果たすものとして販売されています。^[33]

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]スピリッツ（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) で、 エタノール 40% (80 プルーフ) の場合は 14 グラム、410 kJ (98 kcal) になります。 アルコール度数 50% の場合は 17.5 グラム、513 kJ (122.5 kcal) になります。ワインおよびビールには、それぞれ 150 mL および 350 mL (5 および 12 米液量オンス) あたり同量のエタノールが含まれていますが、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。 ^{[要出典]米国農務省の}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。 ^[35]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しますが、必須栄養素を供給しないため、カロリーのない食品と見なされています。 ^[34]

定義上、植物化学物質には食用植物の栄養成分と非栄養成分がすべて含まれる。^[36]栄養成分としてはプロビタミンAカロテノイドが含まれるが、^[37]栄養成分ではないものとしては、さまざまなポリフェノール、フラボノイド、レスベラトロール、リグナンなどがあり、多くの植物性食品に含まれている。^[38]一部の植物化学物質は、ヒトの病気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る。^{[36] [37] [38]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ある。 ^[39]この条件は、抗酸化作用があると主張されているほとんどの植物化学物質では確立されていない。^[40]

ビタミン、ミネラル（栄養素）、タンパク質（栄養素）を参照

栄養素の量が不十分な場合、欠乏症となります。欠乏症の原因はいくつかありますが、食事性欠乏症と呼ばれる栄養素摂取量の不足や、生物体内での栄養素の利用を妨げるいくつかの状態などです。^[1]栄養素の利用を妨げる状態には、栄養素の吸収の問題、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、および栄養素の排泄量を増やす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物に害を及ぼす場合に発生します。^[41]

米国とカナダでは、必須栄養素の推奨食事摂取量は「個人の栄養状態を一定レベルに維持する」最低量を基準としているが、これは世界保健機関や国連食糧農業機関が用いる「病理学的に関連し、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る。^[42]

人間の栄養ガイドラインを設定するにあたり、政府機関は、欠乏症を避けるために必要な量や毒性のリスクを避けるための最大量について必ずしも合意しているわけではありません。^{[43] [44] [45]}たとえば、ビタミンCの場合、推奨摂取量はインドの40 mg/日^[46]から欧州連合の155 mg/日^[47]までの範囲です。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）、および3つの政府機関が安全な上限摂取量と見なしているものを示しています。 RDAは、平均よりも高い必要量を持つ人々をカバーできるように、EARよりも高く設定されています。 目安摂取量（AI）は、EARとRDAを確立するための情報が不十分な場合に設定されます。 各国は、悪影響を引き起こす量に基づいて、上限値（UL）とも呼ばれる許容上限摂取レベルを確立しています。政府はこの種の情報の改訂に時間がかかっています。米国のデータでは、カルシウムとビタミンDを除いて、すべてのデータは1997年から2004年までのものです。^[17]

* ナイアシンとマグネシウムの1日の推奨摂取量は許容上限量よりも高い。なぜなら、両栄養素とも、ULは栄養補助食品として摂取した場合に副作用のリスクを高めない量を示しているためである。ULを超えてマグネシウムを補給すると下痢を引き起こす可能性がある。ULを超えてナイアシンを補給すると顔が赤くなり、体が熱くなる感覚を引き起こす可能性がある。各国または地域の規制機関は症状が発生する可能性のある安全域を決定しているため、ULは情報源によって異なる場合があります。^{[43] [44]}

EAR米国の推定平均要件。

RDA米国の推奨食事摂取量。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場合があります。

AI 米国の適正摂取量。EAR および RDA を設定するための十分な情報がない場合に設定される AI。

PRI人口基準摂取量は、欧州連合の 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 は消費される食品エネルギーのメガジュール (239 キロカロリー) あたりの量として表されます。

上限 許容される摂取量の上限。

ND ULは決定されていません。

NE EAR、PRI、AIはまだ確立されておらず、確立される予定もありません（EUはクロムを必須栄養素とは見なしていません）。

植物の栄養素は、根から吸収される12種類以上のミネラルと、葉から吸収または放出される二酸化炭素と酸素で構成されています。すべての生物は、周囲の環境から栄養素をすべて得ています。^{[48] [49]}

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。^[50]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。^[51]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。これらを合わせると、「ビッグシックス」はすべての生物にとっての基本的な主要栄養素です。^[52] 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）と有機物（炭水化物、脂質、タンパク質）に由来します。

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• USDA. 食事摂取基準