蛋白质代谢：蛋白质和蛋白质需求量

蛋白质是人体最主要、最重要的营养物质之一。现在显而易见的是，利用蛋白质来消耗能量是不合理的，因为氨基酸分解会产生大量的酸根和氨，这些物质对孩子的身体健康至关重要。

什么是蛋白质？

人体没有蛋白质储备。只有当组织分解时，蛋白质才会分解，释放出氨基酸，用于维持其他更重要的组织和细胞的蛋白质组成。因此，如果没有足够的蛋白质，身体就无法正常生长，因为脂肪和碳水化合物无法替代它们。此外，蛋白质还含有必需氨基酸，这些氨基酸对于新组织的形成和自我更新至关重要。蛋白质是各种酶（消化酶、组织酶等）、激素、血红蛋白和抗体的组成部分。据估计，约有2%的肌肉组织蛋白质是不断更新的酶。蛋白质充当缓冲剂，参与维持各种体液（血浆、脑脊液、肠分泌液等）中环境的恒定反应。最后，蛋白质是能量的来源：1克蛋白质完全分解后可产生16.7千焦（4千卡）的能量。

氮平衡标准多年来一直用于研究蛋白质代谢。该标准通过测定食物中的氮含量以及随粪便和尿液排出的氮含量来实现。含氮物质随粪便排出的量可用于判断蛋白质在小肠中的消化和吸收程度。食物中的氮含量与其随粪便和尿液排出的氮含量之差可用于判断新组织形成或自我更新所需的氮消耗程度。对于刚出生的婴儿或低体重和未发育成熟的婴儿，任何食物蛋白质（尤其是非母乳蛋白质）的吸收系统非常不完善，都可能导致无法利用氮。

胃肠道功能发育的时间

年龄，月数	粮农组织/世卫组织（1985年）	联合国（1996年）
0-1	124	107
1-2	116	109
2-3	109	111
3^	103	101
4-10	95-99	100
10-12	100-104	109
12-24	105	90

成人体内排出的氮量通常等于随食物摄入的氮量。而儿童体内氮平衡为正，即随食物摄入的氮量始终大于随粪便和尿液排出的氮量。

膳食氮的保留，以及人体对其的利用，取决于年龄。虽然人体保留食物中氮的能力终生维持，但儿童时期保留能力最强。氮保留水平与生长常数和蛋白质合成速率相关。

不同年龄段的蛋白质合成率

年龄段	年龄	合成速率，g/(kg·天)
低出生体重新生儿	1-45天	17.46
一个两岁的孩子	10-20个月	6.9
成人	20-23岁	3.0
一位老人	69-91岁	1.9

制定营养标准时考虑的食品蛋白质特性

生物利用度（吸收）：

• 100 (Npost-Nout)/Npost，

其中，Npost为接收的氮；Nnext为随粪便排出的氮。

净利用率（NPU %）：

• (Nпш-100 (Nсn + Nvч)) / Nпш,

其中 Nпш 为食品氮；

Nst——粪便氮；

Nmch——尿氮。

蛋白质效率比：

• 在对幼鼠进行的标准化实验中，每消耗 1 克蛋白质会增加体重。

氨基酸“评分”：

• 100 AKB/AKE，

其中Akb为给定蛋白质中给定氨基酸的含量，单位为mg；

AKE——参考蛋白质中给定氨基酸的含量，单位为毫克。

为了说明“分数”的概念和“理想蛋白质”的概念，我们提供了有关“分数”的特征和几种食物蛋白质的利用率的数据。

部分食品蛋白质的“氨基酸评分”和“净利用率”值

蛋白质	斯科	处理
玉米	49	三十六
粟	63	43
米	67	63
小麦	53	40
大豆	74	67
整个鸡蛋	100	87
母乳	100	94
牛奶	95	81

建议蛋白质摄入量

考虑到蛋白质的组成和营养价值存在显著差异，幼年时期蛋白质的摄入量仅考虑生物学价值最高的蛋白质，其营养价值与人乳蛋白质相当。这也适用于下文给出的建议（WHO 和俄罗斯 MZ）。对于总体蛋白质需求较低的老年人群，与成年人相比，通过在饮食中丰富几种植物蛋白可以很好地解决蛋白质质量问题。在肠食糜中，各种蛋白质的氨基酸与血清白蛋白混合，形成接近最佳氨基酸比例。当几乎只吃一种植物蛋白时，蛋白质质量问题非常突出。

俄罗斯的一般蛋白质标准化与国外及世界卫生组织（WHO）委员会的卫生标准化略有不同。这是由于最佳供应标准存在一些差异。多年来，这些立场和不同的科学流派已经更加接近。下表列出了俄罗斯和世界卫生组织（WHO）科学委员会采纳的建议，以说明这些差异。

10岁以下儿童的蛋白质推荐摄入量

指标	0-2个月	3-5个月	6-11个月	1-3年	3-7岁	7-10年
总蛋白质，克	-	-	-	53	68	79
蛋白质，克/千克	2,2	2.6	2.9	-	-	-

幼儿蛋白质摄入安全水平，g/(kg•天)

年龄，月数	粮农组织/世卫组织（1985年）	联合国（1996年）
0-1	-	2.69
1-2	2.64	2.04
2-3	2.12	1.53
3^	1.71	1.37
4-5	1.55	1.25
5-6	1.51	1.19
6-9	1.49	1.09
9-12	1.48	1.02
12-18	1.26	1.00
18-24	1.17	0.94

考虑到植物蛋白和动物蛋白的生物学价值差异，通常既要根据蛋白质的摄入量，也要根据动物蛋白或其在每日蛋白质摄入总量中所占的比例进行标准化。例如，俄罗斯1991年针对较大年龄段儿童的蛋白质M3标准化表。

建议摄入量中的植物蛋白和动物蛋白的比例

松鼠	11-13岁		14-17岁
	男孩们	女孩们	男孩们	女孩们
总蛋白质，克	93	85	100	90
包括动物	56	51	60	54

粮农组织/世卫组织联合专家组（1971年）认为，以牛奶蛋白或蛋清计算，成年男性每日蛋白质安全摄入量为0.57克/公斤体重，女性每日蛋白质安全摄入量为0.52克/公斤体重。该安全摄入量是指满足特定人群几乎所有成员的生理需求和维持其健康所需的摄入量。儿童的蛋白质安全摄入量高于成人。这是因为儿童的组织自我更新能力更强。

已证实，人体对氮的吸收取决于蛋白质的数量和质量。后者更准确地理解为蛋白质的氨基酸组成，尤其是必需氨基酸的存在。儿童对蛋白质和氨基酸的需求明显高于成人。据计算，儿童所需的氨基酸大约是成人的6倍。

必需氨基酸需求量（毫克/克蛋白质）

氨基酸	孩子们			成年人
	最多 2 年	2-5年	10-12岁
组氨酸	二十六	19	19	16
异亮氨酸	46	二十八	二十八	十三
亮氨酸	93	66	四十四	19
赖氨酸	66	58	四十四	16
蛋氨酸+胱氨酸	四十二	二十五	22	17
苯丙氨酸+酪氨酸	72	63	22	19
苏氨酸	43	三十四	二十八	9
色氨酸	17	11	9	5
瓦林	55	三十五	二十五	十三

表格显示，儿童对氨基酸的需求不仅更高，而且对必需氨基酸的需求比例与成人不同，血浆和全血中游离氨基酸的浓度也不同。

其中亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、缬氨酸和苏氨酸的需求量特别高。如果考虑到8种氨基酸对成年人来说是必需的（亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸），那么对于5岁以下的儿童，组氨酸也是一种必需氨基酸。对于出生前3个月的婴儿，还要添加胱氨酸、精氨酸、牛磺酸，对于早产儿还要添加甘氨酸，这样一来，他们就需要13种氨基酸了。在规划儿童营养时，尤其是在幼儿时期，必须考虑到这一点。只是由于生长过程中酶系统的逐渐成熟，儿童对必需氨基酸的需求才会逐渐减少。同时，由于蛋白质摄入过多，儿童比成人更容易发生氨基酸血症，表现为发育迟缓，尤其是神经精神发育迟缓。

儿童和成人血浆和全血中游离氨基酸的浓度，mol/l

氨基酸	血浆		全血
	新生儿	成年人	1-3岁儿童	成年人
丙氨酸	0.236-0.410	0.282-0.620	0.34-0.54	0.26-0.40
A-氨基丁酸	0.006-0.029	0.008-0.035	0.02-0.039	0.02-0.03
精氨酸	0.022-0.88	0.094-0.131	0.05-0.08	0.06-0.14
天冬酰胺	0.006-0.033	0.030-0.069	-	-
天冬氨酸	0.00-0.016	0.005-0.022	0.08-0.15	0.004-0.02
瓦林	0.080-0.246	0.165-0.315	0.17-0.26	0.20-0.28
组氨酸	0.049-0.114	0.053-0.167	0.07-0.11	0.08-0.10
甘氨酸	0.224-0.514	0.189-0.372	0.13-0.27	0.24-0.29
谷氨酰胺	0.486-0.806	0.527	-	-
谷氨酸	0.020-0.107	0.037-0.168	0.07-0.10	0.04-0.09
异亮氨酸	0.027-0.053	0.053-0.110	0.06-0.12	0.05-0.07
亮氨酸	0.047-0.109	0.101-0.182	0.12-0.22	0.09-0.13
赖氨酸	0.144-0.269	0.166-0.337	0.10-0.16	0.14-0.17
蛋氨酸	0.009-0.041	0.009-0.049	0.02-0.04	0.01-0.05
鸟氨酸	0.049-0.151	0.053-0.098	0.04-0.06	0.05-0.09
脯氨酸	0.107-0.277	0.119-0.484	0.13-0.26	0.16-0.23
安详	0.094-0.234	0.065-0.193	0.12-0.21	0.11-0.30
牛磺酸	0.074-0.216	0.032-0.143	0.07-0.14	0.06-0.10
酪氨酸	0.088-0.204	0.032-0.149	0.08-0.13	0.04-0.05
苏氨酸	0.114-0.335	0.072-0.240	0.10-0.14	0.11-0.17
色氨酸	0.00-0.067	0.025-0.073	-	-
苯丙氨酸	0.073-0.206	0.053-0.082	0.06-0.10	0.05-0.06
胱氨酸	0.036-0.084	0.058-0.059	0.04-0.06	0.01-0.06

儿童比成人对饥饿更为敏感。在儿童饮食中蛋白质严重缺乏的国家，幼儿死亡率会增加8到20倍。由于蛋白质也是抗体合成所必需的，因此，儿童饮食中缺乏蛋白质通常会引发各种感染，进而增加对蛋白质的需求。由此形成恶性循环。近年来，已证实，儿童在出生后3年内饮食中蛋白质缺乏，尤其是长期缺乏，可能导致持续终身的不可逆转的变化。

判断蛋白质代谢的指标有很多，其中，血液（血浆）中蛋白质及其组分含量的测定，是蛋白质合成和分解过程的概括性表达。

血清中总蛋白及其组分的含量（单位：g/l）

指标	在妈妈家	脐带血	在以下儿童中
			0-14天	2-4周	5-9周	9周 - 6个月	6-15个月
总蛋白	59.31	54.81	51.3	50.78	53.37	56.5	60.56
白蛋白	27.46	32.16	30.06	29.71	35.1	35.02	36.09
α1球蛋白	3.97	2.31	2.33	2.59	2.6	2.01	2.19
α1脂蛋白	2.36	0.28	0.65	0.4	0.33	0.61	0.89
A2-球蛋白	7.30	4.55	4.89	4.86	5.13	6.78	7.55
α2-巨球蛋白	4.33	4.54	5.17	4.55	3.46	5.44	5.60
α2-结合珠蛋白	1.44	0.26	0.15	0.41	0.25	0.73	1.17
α2-铜蓝蛋白	0.89	0.11	0.17	0.2	0.24	0.25	0.39
β球蛋白	10.85	4.66	4.32	5.01	5.25	6.75	7.81
B2脂蛋白	4.89	1.16	2.5	1.38	1.42	2.36	3.26
β1-嗜铁蛋白	4.8	3.33	2.7	2.74	3.03	3.59	3.94
B2-A-球蛋白，U	四十二	1	1	3.7	18	19.9	27.6
β2-M-球蛋白，U	10.7	1	2.50	3.0	2.9	3.9	6.2
Γ-球蛋白	10.9	12.50	9.90	9.5	6.3	5.8	7.5

体内的蛋白质和氨基酸水平

从表中可以看出，新生儿血清中的总蛋白质含量低于其母亲的水平，这是由于蛋白质分子通过母体胎盘的主动合成而非简单的过滤所致。在出生后的第一年，血清中的总蛋白质含量会下降。在2至6周龄的婴儿中，指标尤其低，从6个月开始逐渐增加。然而，在小学阶段，蛋白质含量略低于成年人的平均水平，并且这种差异在男孩中更为明显。

除了总蛋白含量较低外，部分组分的含量也较低。已知肝脏中白蛋白的合成量为0.4 g/(kg-day)。在正常合成和排泄条件下（部分白蛋白进入肠腔并被再次利用；少量白蛋白随尿液排出），经电泳测定，血清中的白蛋白含量约为血清蛋白的60%。新生儿的白蛋白含量（约58%）甚至高于其母体（54%）。这显然不仅与胎儿合成白蛋白有关，还与部分白蛋白通过胎盘从母体转移有关。在出生后的第一年，白蛋白含量会下降，与总蛋白含量下降一致。γ-球蛋白含量的变化与白蛋白相似。在生命前半段，γ-球蛋白的含量尤其低。

这是由于从母亲胎盘获得的 γ 球蛋白（主要是与 β 球蛋白相关的免疫球蛋白）的分解所致。 

儿童自身球蛋白的合成逐渐成熟，其数量随年龄增长而缓慢增加。α1、α2和β球蛋白的含量与成人相比差别不大。

白蛋白的主要功能是营养和塑性。由于白蛋白分子量低（小于60,000），它们对胶体渗透压有显著的影响。白蛋白在胆红素、激素、矿物质（钙、镁、锌、汞）、脂肪等的运输中起着重要作用。这些理论基础在临床上用于治疗新生儿期特有的高胆红素血症。为了降低胆红素血症，建议使用纯白蛋白制剂，以防止其对中枢神经系统产生毒性作用——即脑病的发生。

高分子量（90,000-150,000）球蛋白是复杂的蛋白质，包含各种复合物。α1球蛋白和α2球蛋白包含黏蛋白和糖蛋白，这在炎症性疾病中有所体现。抗体的主要成分是γ球蛋白。对γ球蛋白更深入的研究表明，它们由不同的组分组成，其组分的变化是多种疾病的特征，因此也具有诊断价值。

血液中的蛋白质含量和所谓的光谱或蛋白质配方的研究在临床上有着广泛的应用。

健康人体内白蛋白占主导地位（约占蛋白质的60%）。球蛋白的组分比例很容易记住：α1-1、α2-2、β-3、γ-4。急性炎症性疾病时，血液蛋白质组成变化的特征是α球蛋白含量增加，尤其是α2增加，γ球蛋白含量正常或略有增加，白蛋白含量减少。慢性炎症时，γ球蛋白含量增加，α球蛋白含量正常或略有增加，白蛋白浓度降低。亚急性炎症的特征是α球蛋白和γ球蛋白浓度同时增加，而白蛋白含量降低。

高丙种球蛋白血症的出现表明该疾病处于慢性阶段，高α球蛋白血症则表明病情恶化。在人体中，蛋白质被肽酶水解为氨基酸，根据需要，氨基酸可用于合成新的蛋白质，或通过脱氨作用转化为酮酸和氨。儿童血清中的氨基酸含量接近成人的典型值。仅在出生后的最初几天，某些氨基酸的含量才会增加，这取决于喂养方式和参与其代谢的酶的活性相对较低。因此，儿童氨基酸尿症的发生率高于成人。

新生儿出生后最初几天会出现生理性氮血症（最高可达70 mmol/l）。出生后2-3天氮水平达到峰值后逐渐下降，至出生后5-12天达到成人水平（28 mmol/l）。早产儿的氮残留水平越高，其体重越轻。儿童此阶段的氮血症与手术切除和肾功能不全有关。

食物中的蛋白质含量会显著影响血液中残留氮的水平。因此，当食物中蛋白质含量为0.5克/千克时，尿素浓度为3.2毫摩尔/升；当蛋白质含量为1.5克/千克时，尿素浓度为6.4毫摩尔/升；当蛋白质含量为2.5克/千克时，尿素浓度为7.6毫摩尔/升。在一定程度上，尿液中蛋白质代谢终产物的排泄情况可以作为反映体内蛋白质代谢状态的指标。蛋白质代谢的重要终产物之一——氨——是一种有毒物质。它可以被中和：

• 通过肾脏排泄铵盐；
• 转化为无毒的尿素；
• 与 α-酮戊二酸结合谷氨酸；
• 在谷氨酰胺合成酶的作用下与谷氨酸结合生成谷氨酰胺。

成人的氮代谢产物主要以肝细胞合成的低毒尿素形式经尿液排出。成人尿素占总氮排出量的80%。新生儿和出生后头几个月的儿童尿素排出量较低（占尿液总氮的20-30%）。3个月以下儿童尿素排出量为0.14g/(kg•天)，9-12个月儿童为0.25g/(kg•天)。新生儿尿液总氮中尿酸的含量较高。3个月以下儿童尿酸排出量为28.3mg/(kg•天)，成人为8.7mg/(kg•天)。尿液中尿酸过量是导致肾脏尿酸性梗塞的原因，75%的新生儿会出现这种情况。此外，幼儿体内会以氨的形式排出蛋白氮，尿液中氨占总氮量的10-15%，成人则占2.5-4.5%。这是因为出生后3个月内的儿童肝功能发育尚不完善，因此蛋白质负荷过高会导致毒性代谢产物的产生及其在血液中的蓄积。

肌酐随尿液排出。排泄取决于肌肉系统的发育。早产儿每日排出3毫克/千克肌酐，足月儿每日排出10-13毫克/千克肌酐，成人每日排出1.5克/千克肌酐。

蛋白质代谢紊乱

在各种基于蛋白质代谢障碍的先天性疾病中，氨基酸病占了很大一部分，其病因是参与其代谢的酶缺乏。目前，已描述了30多种不同类型的氨基酸病。它们的临床表现多种多样。

氨基酸病的一种相对常见的表现是神经精神障碍。神经精神发育迟缓，表现为不同程度的智力低下，是许多氨基酸病（苯丙酮尿症、同型胱氨酸尿症、组氨酸血症、高氨血症、瓜氨酸血症、高脯氨酸血症、哈特纳普病等）的特征，其高发病率证实了这一点，其发病率是普通人群的数十倍甚至数百倍。

患有氨基酸病的儿童常出现抽搐综合征，抽搐通常出现在出生后几周内。屈肌痉挛也常见。这种症状尤其常见于苯丙酮尿症，也可见于色氨酸和维生素B6（吡哆醇）代谢障碍、甘氨酸中毒症、亮氨酸中毒症、脯氨酸尿症等疾病。

肌张力的变化通常表现为低血压（高赖氨酸血症、胱氨酸尿症、甘氨酸中毒症等），或相反的高血压（白蛋白沉积症、高尿酸血症、哈特纳普病、同型胱氨酸尿症等）。肌张力的变化可以周期性地增加或减少。

言语发育迟缓是组氨酸血症的特征。视力障碍常见于芳香族氨基酸和含硫氨基酸引起的氨基酸病（白化病、苯丙酮尿症、组氨酸血症），色素沉着常见于黑黑酸尿症，晶状体脱位常见于高胱氨酸尿症。

氨基酸病的皮肤改变并不少见。色素沉着异常（原发性和继发性）是白化病、苯丙酮尿症的特征，组氨酸血症和同型胱氨酸尿症则较少见。苯丙酮尿症患者在没有晒黑的情况下，会出现对日晒（晒伤）的不耐受。糙皮病是哈特纳普病的特征，而湿疹是苯丙酮尿症的特征。精氨酸琥珀酸氨基酸尿症患者会出现毛发脆弱。

氨基酸血症患者常伴有胃肠道症状。进食困难，常伴有呕吐，这些症状几乎从出生起就成为甘氨酸血症、苯丙酮尿症、酪氨酸血症、瓜氨酸血症等疾病的特征。呕吐可为阵发性，并可导致快速脱水和昏睡，有时甚至导致昏迷和抽搐。蛋白质含量高时，呕吐会加剧且更加频繁。甘氨酸血症患者常伴有酮血症和酮尿症以及呼吸衰竭。

通常，精氨酸琥珀酸氨基酸尿症、同型胱氨酸尿症、高蛋氨酸血症和酪氨酸病会导致肝损害，直至发展为肝硬化、门静脉高压和胃肠道出血。

高脯氨酸血症伴有肾脏症状（血尿、蛋白尿）。可能观察到血液学改变。贫血是高赖氨酸血症的特征，白细胞减少和血小板增多是甘氨酸血症的特征。同型胱氨酸尿症可能增加血小板聚集，并导致血栓栓塞。

氨基酸血症可能在新生儿期出现（亮氨酸血症、甘氨酸血症、高氨血症），但由于患者体内氨基酸及其代谢障碍产物的大量积累，病情通常会在3-6个月内加重。因此，这类疾病可以合理地归类为储存性疾病，其主要作用于中枢神经系统、肝脏和其他系统，导致不可逆的损害。

除了氨基酸代谢紊乱外，基于蛋白质合成紊乱的疾病也时有发生。已知遗传信息位于每个细胞的细胞核中，并被编码在DNA分子中。这些信息通过转运RNA（tRNA）传递，tRNA进入细胞质，被翻译成构成多肽链的线性氨基酸序列，从而进行蛋白质合成。DNA或RNA的突变会破坏正确结构的蛋白质合成。根据特定酶的活性，可能发生以下过程：

1. 最终产物合成不足。如果这种化合物至关重要，则会导致致命后果。如果最终产物对生命的重要性较低，则这些情况会在出生后立即显现，有时甚至在之后才会显现。血友病（抗血友病球蛋白合成不足或含量低）和无纤维蛋白原血症（血液中纤维蛋白原含量低或缺失）就是此类疾病的例子，其表现为出血增多。
2. 中间代谢物的积累。如果它们有毒，就会出现临床症状，例如苯丙酮尿症和其他氨基酸病。
3. 次要代谢途径可能变为主要代谢途径并超负荷，正常形成的代谢物可能积聚并以异常大的量排泄，例如在黑酸尿症中。这类疾病包括血红蛋白病，其中多肽链的结构发生改变。目前，已描述了 300 多种异常血红蛋白。因此，已知成人血红蛋白由 4 条多肽链 aapp 组成，这些多肽链包含特定序列的氨基酸（α 链中为 141 个氨基酸，β 链中为 146 个氨基酸）。这由第 11 和第 16 条染色体编码。谷氨酰胺被缬氨酸取代形成具有 α2 多肽链的血红蛋白 S，在血红蛋白 C（α2β2）中，甘氨酸被赖氨酸取代。整个血红蛋白病组在临床上表现为自发性或因素诱发的溶血，改变血红素对氧运输的亲和力，并常出现脾脏肿大。

血管或血小板血管性血友病因子缺乏会导致出血增加，这在奥兰群岛的瑞典人口中尤为常见。

该组还应包括各种类型的巨球蛋白血症，以及个体免疫球蛋白合成障碍。

因此，蛋白质代谢紊乱既可以在其在胃肠道中的水解和吸收水平观察到，也可以在中间代谢水平观察到。需要强调的是，蛋白质代谢紊乱通常伴有其他类型代谢紊乱，因为几乎所有酶都含有蛋白质成分。

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