栄養素
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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。

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）はヒトと一部の動物種にとって必須ですが、他のほとんどの動物と多くの植物はアスコルビン酸を合成することができます。栄養素には有機物と無機物があります。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、それ以外の化学物質はすべて無機物です。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、食品ラベルに、その食品に含まれる主要栄養素および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を摂取すると、有害な影響を及ぼす可能性があります。[ 1 ]食用植物には、一般的にファイトケミカルと呼ばれる数千種類の化合物が含まれており、これらは病気や健康への影響が不明です。その中には、2024年現在も十分に解明されていない、栄養素ではないポリフェノールと呼ばれる多様な化合物も含まれます。

種類

主要栄養素

マクロ栄養素はいくつかの方法で定義されます。[ 2 ]

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 ]
脂肪 9

微量栄養素

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物元素です。[ 6 ] [ 7 ]

必須性

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、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および臓器の維持と機能に不可欠です。 [ 13 ]人間にとって必須と考えられている栄養素は、9種類のアミノ酸、2種類の脂肪酸、13種類のビタミン、14種類のミネラル、および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

必須アミノ酸とは、生物にとって必須であるものの、体内で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。タンパク質を生成する20種類の標準的なアミノ酸のうち、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、ヒトでは体内で合成できません。[ 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ある。[ 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つだけである。[ 19 ]

ビタミンとビタマー

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。一般的には、酵素補因子、代謝調節因子、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は関連した分子のグループです（例えば、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（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あり、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 ]

鉱物

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。

ヒトにとって必須の栄養微量元素は、推奨摂取量（質量表示）の順に、カリウム、塩素、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、ヒト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 ]コリンが欠乏している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、ヒトの体がホスファチジルコリン代謝によって少量のコリンを生成することができるためです。[ 28 ]

条件付き必須

条件付き必須栄養素とは、生物が通常は合成できるものの、特定の条件下では量が不足する特定の有機分子のことです。ヒトの場合、このような条件には、早産、栄養摂取量の制限、急速な成長、特定の疾患状態などが含まれます。[ 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 ]

不要

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プレバイオティクス機能を持つ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 US fl ozと12 US fl oz）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 US fl oz）のワインには420～540 kJ（100～130 kcal）が含まれています。350 mL（12 US fl oz）のビールには400～840 kJ（95～200 kcal）が含まれています。 [ 35 ]

米国農務省のNHANES 2013～2014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グラムのアルコールを消費しています。[ 36 ]これらの飲料に含まれる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供給するものの、必須栄養素を供給しないため、空カロリー食品とみなされています。 [ 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。[ 37 ]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[ 38 ]、栄養素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る。[ 39 ]一部の植物化学物質化合物は、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。[ 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が[ 40 ] 、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この条件が確立されていない。[ 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）を参照

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、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、そして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体に害を及ぼす場合に発生します。[ 42 ]

アメリカ合衆国とカナダでは、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できる」最低限の量に基づいており、これは世界保健機関や国連食糧農業機関が用いる「病理学的に関連性があり、臨床的に検出可能な栄養不足の兆候を防ぐために必要な摂取量を示す基礎的必要量」の定義とは多少異なる。[ 43 ]

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ない。[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]例えばビタミンCの場合、推奨摂取量はインドでは40 mg/日[ 47 ]から欧州連合では155 mg/日の範囲である。[ 48 ]下の表は、ビタミンとミネラルに対する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考える量を示している。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る。EARとRDAを確立するための情報が不十分な場合は、目安摂取量（AI）が設定される。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）を設定しています。政府はこの種の情報の改訂に消極的です。米国の値については、カルシウムとビタミンDを除くすべてのデータは1997年から2004年までのものです。 [ 17 ]

栄養素米国EAR [ 44 ]米国の最高のRDAまたはAI [ 44 ]最高のEU PRIまたはAI [ 48 ]上限ユニット
米国[ 44 ]EU [ 45 ]日本[ 46 ]
ビタミンA6259001300300030002700μg
ビタミンC75901552000NDNDミリグラム
ビタミンD101515100100100μg
ビタミンK北東12070NDNDNDμg
α-トコフェロール（ビタミンE）1215131000300650～900ミリグラム
チアミン（ビタミンB1）1.01.20.1 mg/MJNDNDNDミリグラム
リボフラビン（ビタミンB2）1.11.32.0NDNDNDミリグラム
ナイアシン*（ビタミンB3）12161.6 mg/MJ351060～85歳ミリグラム
パントテン酸（ビタミンB5）北東57NDNDNDミリグラム
ビタミンB61.11.31.81002540～60歳ミリグラム
ビオチン（ビタミンB7）北東3045NDNDNDμg
葉酸（ビタミンB9）32040060010001000900～1000μg
コバラミン（ビタミンB12）2.02.45.0NDNDNDμg
コリン北東5505203500NDNDミリグラム
カルシウム80010001000250025002500ミリグラム
塩化北東2300北東3600NDNDミリグラム
クロム北東35北東NDNDNDμg
銅700900160010000500010000μg
フッ化物北東43.4107____ミリグラム
ヨウ素9515020011006003000μg
鉄618 （女性） 8 （男性）16 （女性） 11 （男性）45ND40～45歳ミリグラム
マグネシウム*350420350350250350ミリグラム
マンガン北東2.33.011ND11ミリグラム
モリブデン3445652000600450～550μg
リン5807006404000ND3000ミリグラム
カリウム北東47004000NDND2700-3000ミリグラム
セレン455570400300330-460μg
ナトリウム北東1500北東2300ND3000～3600ミリグラム
亜鉛9.41116.3402535～45歳ミリグラム

* 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（UL）よりも高く設定されています。これは、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規定しているためです。マグネシウムをULを超えて摂取すると下痢を引き起こす可能性があります。ナイアシンをULを超えて摂取すると、顔面紅潮や体温上昇を感じることがあります。各国または地域の規制当局は、症状が現れた場合の安全域をULと定めているため、ULは情報源によって異なる場合があります。[ 44 ] [ 45 ]

EAR US 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。AI は、EAR および 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。

PRI（人口参照摂取量）は、欧州連合におけるRDA（推奨摂取量）に相当します。成人では子供よりも高く、妊娠中または授乳中の女性で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。

上限許容できる上限摂取量。

ND ULは決定されていません。

NE EAR、PRI、または AI はまだ設定されておらず、設定される予定もありません (EU で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）。これらを含めると、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）および酸、炭水化物、脂質、タンパク質などの有機化合物から生成されます。

参照

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