Elämän alkuaineita – rakenteisiin, säätelyyn ja solujen toimintaan.
Kivennäisaineet eroavat vitamiineista yhdellä perustavanlaatuisella tavalla: ne ovat alkuaineita. Magnesium on magnesiumia, rauta rautaa ja sinkki sinkkiä. Elimistö voi siirtää niitä paikasta toiseen, sitoa niitä proteiineihin, varastoida niitä ja muuttaa niiden kemiallista ympäristöä – mutta se ei voi valmistaa magnesiumatomia jostakin toisesta aineesta.
Siksi tarvitsemamme kivennäisaineet on saatava kehon ulkopuolelta. Ne kulkevat maaperästä kasveihin, ravintoketjuun ja lopulta meidän elimistöömme. Kun mineraali on imeytynyt, sama alkuaine voi päätyä osaksi luuta, veren proteiinia, entsyymiä tai solun sähköistä toimintaa.
Kivennäisaineiden tehtävät ovatkin hämmästyttävän erilaisia. Osa muodostaa kehon rakenteita, osa toimii sähköisesti varautuneina ioneina ja osa mahdollistaa entsyymien kemiallisia reaktioita. Sama kivennäisaine voi osallistua useaan näistä tehtävistä yhtä aikaa.
Kivennäisaineita voidaan luokitella sen perusteella, kuinka suuria määriä niitä elimistö tarvitsee. Suurempina määrinä tarvittaviin kivennäisaineisiin kuuluvat esimerkiksi kalsium, fosfori, magnesium, natrium ja kalium.
Hivenaineita tarvitaan huomattavasti pienempiä määriä. Niihin kuuluvat esimerkiksi rauta, sinkki, kupari, seleeni, jodi ja molybdeeni.
Nimitys hivenaine voi kuulostaa siltä, että kyse olisi biologisesti vähäpätöisestä aineesta. Todellisuudessa määrä ja merkitys ovat kaksi eri asiaa. Hyvin pieni määrä alkuainetta voi olla välttämätön kokonaisen biologisen järjestelmän toiminnalle.
Hyvä esimerkki on jodi. Sitä tarvitaan vain hyvin pieniä määriä, mutta jodi muodostaa konkreettisen osan kilpirauhashormonien T4:n ja T3:n molekyylirakenteesta. Seleeni puolestaan liitetään aminohappoon nimeltä selenokysteiini, jonka kautta siitä tulee osa elimistön selenoproteiineja.
Kivennäisaineet voivat muodostaa myös hyvin konkreettisia rakenteita. Tästä ehkä näkyvin esimerkki löytyy luustosta ja hampaista.
Suurin osa elimistön kalsiumista ja fosforista sijaitsee luustossa. Siellä ne muodostavat yhdessä muiden rakenneosien kanssa hydroksiapatiittikiteitä, jotka antavat luukudokselle kovuutta ja kykyä kestää kuormitusta.
Luu ei silti ole passiivinen mineraalivarasto. Se on jatkuvasti uusiutuvaa kudosta, jossa vanhaa luuta hajotetaan ja uutta rakennetaan. Samalla luusto toimii osana elimistön kalsiumtasapainon säätelyä.
Myös magnesiumia sijaitsee runsaasti luustossa, mutta sen tehtävät ulottuvat paljon rakennetta laajemmalle. Merkittävä osa elimistön magnesiumista löytyy luusta, ja loput jakautuvat pääasiassa solujen ja pehmytkudosten sisälle.
Suurin osa elimistön kemiallisista reaktioista ei tapahtuisi riittävän nopeasti ilman entsyymejä. Monet entsyymit puolestaan tarvitsevat toimiakseen metalli-ioneja tai muita kofaktoreita.
Magnesium on tästä erinomainen esimerkki. Se osallistuu hyvin suureen määrään entsymaattisia reaktioita ja liittyy läheisesti ATP:tä käyttäviin prosesseihin. Solussa ATP esiintyy toiminnallisesti usein magnesiumiin sitoutuneena Mg-ATP-kompleksina.
Sinkki puolestaan liittyy lukuisiin entsyymeihin ja proteiineihin. Kuparia tarvitaan useiden entsyymien toiminnassa, ja rauta voi olla sitoutuneena hemiryhmään esimerkiksi hemoglobiinissa, myoglobiinissa ja useissa entsyymeissä.
Kivennäisaine ei siis välttämättä muodosta suurta näkyvää rakennetta. Joskus yksittäinen metalli-ioni sijaitsee proteiinin sisällä juuri siinä kohdassa, jossa kemiallisen reaktion täytyy tapahtua.
Kun esimerkiksi natrium, kalium, magnesium ja kalsium ovat elimistön nesteissä liuenneina ioneina, niillä on sähkövaraus. Tämän vuoksi kivennäisaineet ovat mukana kehon sähkökemiallisessa toiminnassa.
Solukalvon sisä- ja ulkopuolella ei ole samanlaista ionikoostumusta. Solujen sisällä on runsaasti kaliumia, kun taas solunulkoisessa nesteessä natriumia on huomattavasti enemmän. Solut käyttävät energiaa tämän epätasaisen jakauman ylläpitämiseen esimerkiksi natrium-kaliumpumpun avulla.
Tämä pitoisuusero on yksi kalvojännitteen syntymisen edellytyksistä.
Kun hermosolu aktivoituu, ionikanavat avautuvat ja sulkeutuvat tarkasti säädellyssä järjestyksessä. Natrium- ja kaliumionien liikkeet muuttavat solukalvon sähköistä jännitettä ja mahdollistavat hermoimpulssin etenemisen.
Myös kalsiumioneilla on erityinen rooli solunsisäisessä viestinnässä. Solun sisäisen kalsiumpitoisuuden nopea muuttuminen voi toimia viestinä, joka käynnistää esimerkiksi lihassupistukseen liittyviä tapahtumia.
Kehon sähköisyys ei siis ole vertauskuva. Solujen toimintaan liittyy jatkuvasti todellisia sähkökemiallisia jännitteitä ja ionivirtoja.
Ravinnossa ja ravintolisissä kivennäisaineet eivät yleensä esiinny irrallisina alkuaineina. Ne ovat osana erilaisia yhdisteitä.
Magnesium voi esimerkiksi esiintyä magnesiumsitraattina, -oksidina tai -bisglysinaattina. Rauta voi olla sitoutuneena hemirakenteeseen tai esiintyä erilaisina rautasuoloina. Sinkkiä voidaan puolestaan käyttää esimerkiksi sinkkisitraattina tai sinkkiglukonaattina.
Itse alkuaine pysyy samana, mutta yhdiste vaikuttaa muun muassa siihen, kuinka paljon kyseinen yhdiste sisältää varsinaista alkuainetta sekä siihen, miten yhdiste käyttäytyy ruoansulatuskanavassa.
Tämän vuoksi pakkauksessa ilmoitettu elementaalisen kivennäisaineen määrä on olennaisempi tieto kuin pelkkä mineraaliyhdisteen kokonaismäärä.
Se, että ruoassa on tietty määrä mineraalia, ei tarkoita, että sama määrä päätyisi elimistön käyttöön.
Ensin mineraalin täytyy vapautua ruoasta ruoansulatuksen aikana. Sen jälkeen sen täytyy pysyä sellaisessa kemiallisessa muodossa, josta se voidaan imeyttää suolen läpi. Imeytymiseen voivat vaikuttaa esimerkiksi mineraalin muoto, aterian koostumus, ruoansulatuskanavan olosuhteet sekä muiden ravintoaineiden läsnäolo.
Myös ravinnon yhdisteillä voi olla merkitystä. Esimerkiksi fytaatti pystyy sitomaan joitakin kivennäisaineita ruoansulatuskanavassa, kun taas C-vitamiini voi parantaa ei-hemiraudan imeytymistä.
Siksi ravintoarvotaulukon milligrammamäärä kertoo vain, kuinka paljon mineraalia ruoassa on – ei suoraan sitä, kuinka paljon elimistö lopulta imeyttää.
Imeytymisen jälkeen säätely jatkuu. Mineraaleja kuljetetaan veressä, siirretään kudoksiin, sidotaan proteiineihin, varastoidaan ja poistetaan elimistöstä.
Munuaiset ovat tässä erityisen tärkeitä. Ne voivat säädellä monien ionien takaisinimeytymistä ja erittymistä virtsaan. Joidenkin mineraalien kohdalla myös suoliston imeytymistä säädellään tarpeen mukaan.
Rauta tarjoaa tästä kiinnostavan esimerkin. Elimistöllä ei ole tehokasta, aktiivisesti säädeltyä tapaa poistaa suuria määriä ylimääräistä rautaa. Sen vuoksi rautatasapainoa säädellään erityisesti imeytymisen tasolla, jossa hepsidiini–ferroportiini-järjestelmällä on keskeinen tehtävä.
Kalsiumtasapainoon puolestaan osallistuvat suoliston, munuaisten ja luuston lisäksi hormonaaliset säätelyjärjestelmät.
Yhden mineraalin tarkasteleminen irrallaan muista kertoo vain osan kokonaisuudesta. Kivennäisaineet voivat vaikuttaa toistensa imeytymiseen, kuljetukseen ja aineenvaihduntaan, ja monet biologiset järjestelmät tarvitsevat useita mineraaleja samanaikaisesti.
Tämän vuoksi kivennäisaineiden kohdalla enemmän ei automaattisesti tarkoita parempaa. Biologia perustuu oikeisiin määriin, oikeisiin paikkoihin ja tarkkaan säätelyyn.
Kivennäisaineiden maailma onkin lopulta ennen kaikkea tasapainon ylläpitämistä: samoista alkuaineista voidaan rakentaa luuta ja hemoglobiinia, mahdollistaa entsyymireaktioita ja synnyttää solukalvojen yli kulkevia sähköisiä signaaleja – mutta jokaisen niistä täytyy olla siellä, missä sitä tarvitaan, juuri sopivassa määrässä.
Näytetään kaikki 15 tulosta
Ravintoainetaulukosta voidaan nähdä, kuinka paljon esimerkiksi magnesiumia, rautaa tai sinkkiä ruoka sisältää. Se ei kuitenkaan vielä kerro, kuinka paljon kyseisestä määrästä lopulta päätyy elimistön käyttöön. Ennen kuin kivennäisaine voi osallistua aineenvaihduntaan, sen täytyy vapautua ruoasta, säilyä imeytymiseen soveltuvassa muodossa, kulkea suolen seinämän läpi ja päästä edelleen verenkierron mukana oikeisiin kudoksiin.
Tähän kokonaisuuteen vaikuttavat kivennäisaineen kemiallinen muoto, aterian muut ravintoaineet ja yhdisteet, ruoansulatuskanavan olosuhteet sekä elimistön oma säätely. Lisäksi kivennäisaineet eivät toimi toisistaan irrallisina: niiden aineenvaihduntareitit kohtaavat jatkuvasti. Siksi mineraalien kohdalla olennaista ei ole vain se, kuinka paljon saamme, vaan kuinka paljon imeytyy ja millaisessa ravitsemuksellisessa kokonaisuudessa se tapahtuu.
Kivennäisaineen biosaatavuudella tarkoitetaan käytännössä sitä, kuinka suuri osa saadusta ravintoaineesta voidaan imeyttää ja hyödyntää elimistössä. Sama milligrammamäärä ei siis välttämättä tarkoita samaa elimistön käyttöön päätyvää määrää.
Rauta on tästä hyvä esimerkki. Ravinnossa esiintyy sekä hemirautaa että ei-hemirautaa, ja niiden imeytymisreitit eroavat toisistaan. Ei-hemiraudan imeytyminen on erityisen herkkä aterian muulle koostumukselle.
Myös kivennäisaineen kemiallisella ympäristöllä on merkitystä. Mineraali voi ruoansulatuksen aikana sitoutua muihin yhdisteisiin, saostua huonosti liukenevaan muotoon tai pysyä liukoisena ja paremmin imeytymisen ulottuvilla.
Ravintoarvotaulukon numero kertoo siis lähtötilanteen – ei koko matkaa ruoasta soluihin.
Ruoka sisältää paljon muutakin kuin vitamiineja ja kivennäisaineita. Kasveissa esiintyy esimerkiksi fytiinihappoa eli fytaattia, joka pystyy sitomaan ruoansulatuskanavassa tiettyjä mineraaleja.
Fytaattia esiintyy erityisesti täysjyväviljoissa, palkokasveissa, siemenissä ja pähkinöissä. Se voi vähentää esimerkiksi raudan ja sinkin imeytymistä muodostamalla niiden kanssa yhdisteitä, joista mineraali ei imeydy yhtä helposti.
Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että fytaattia sisältävät ruoat olisivat ravitsemuksellisesti huonoja. Päinvastoin monet niistä ovat samalla hyviä kivennäisaineiden, kuidun ja muiden ravintoaineiden lähteitä.
Myös ruoan käsittelyllä on merkitystä. Esimerkiksi liotus, idätys ja fermentointi voivat vähentää fytaatin määrää tai muuttaa sen vaikutusta ja siten parantaa joidenkin kivennäisaineiden biosaatavuutta.
Ravintoaineiden väliset vuorovaikutukset eivät ole pelkästään imeytymistä heikentäviä. Toisinaan toinen ravintoaine voi tehdä ympäristöstä imeytymiselle suotuisamman.
Tunnetuin esimerkki on C-vitamiini ja ei-hemirauta. C-vitamiini voi pelkistää kolmiarvoista Fe³⁺-rautaa kaksiarvoiseen Fe²⁺-muotoon ja auttaa pitämään rautaa liukoisena. Fe²⁺ on puolestaan muoto, jota suolen DMT1-kuljettaja pystyy kuljettamaan enterosyyttiin.
Siksi esimerkiksi palkokasvien rinnalle lisätty paprika, parsakaali, marjat tai muu C-vitamiinin lähde voi parantaa samalla aterialla olevan ei-hemiraudan imeytymistä.
Tämä on hyvä muistutus siitä, että ravintoaineiden yhdistelmällä voi joskus olla enemmän merkitystä kuin yhden ruoka-aineen ravintoarvolla yksinään.
Mineraalien väliset suhteet muuttuvat erityisen kiinnostaviksi silloin, kun yksittäisiä kivennäisaineita käytetään suurina määrinä ravintolisistä.
Hyvä esimerkki on sinkki ja kupari. Pitkäaikainen runsas sinkin saanti lisää suolen soluissa metallotioneiinin muodostumista. Metallotioneiini sitoo kuparia voimakkaasti, jolloin kuparia voi jäädä suolen soluihin ja poistua niiden mukana sen sijaan, että se pääsisi verenkiertoon. Tämän vuoksi hyvin runsas ja pitkäaikainen sinkin käyttö voi altistaa kuparin puutteelle.
Tässä tapauksessa kyse ei siis ole vain epämääräisestä mineraalien ”kilpailusta”, vaan tunnetusta biologisesta mekanismista.
Mineraalien vuorovaikutukset ovat kuitenkin erilaisia eri aineilla. Niistä ei kannata muodostaa yleissääntöä, jonka mukaan kaikki kivennäisaineet pitäisi aina ottaa erillään toisistaan. Tavallisessa ruoassa mineraaleja esiintyy luonnostaankin yhdessä.
Magnesiumin ja kaliumin yhteys on hyvä esimerkki siitä, ettei mineraalien välinen vuorovaikutus rajoitu suolistossa tapahtuvaan imeytymiseen.
Magnesium osallistuu solujen ionitasapainon ylläpitämiseen ja vaikuttaa myös munuaisten kaliumin käsittelyyn. Merkittävän magnesiumvajeen yhteydessä kaliumin menetys virtsaan voi lisääntyä.
Tämän vuoksi kliinisessä tilanteessa hypokalemia eli veren matala kaliumpitoisuus voi joskus olla vaikeasti korjattavissa, jos samanaikainen magnesiumvaje jää korjaamatta.
Tässä kaksi mineraalia eivät siis ensisijaisesti kilpaile samasta imeytymisreitistä, vaan niiden aineenvaihdunta kohtaa myöhemmin elimistön säätelyjärjestelmissä.
Kivennäisaineiden imeytymisestä voisi helposti saada kuvan, että tietty vakio-osuus syödystä määrästä kulkeutuisi aina verenkiertoon. Todellisuudessa suolisto on aktiivisesti säädelty rajapinta.
Eri kivennäisaineilla on omia kuljetusmekanismejaan, ja elimistö pystyy muuttamaan joidenkin mineraalien imeytymistä tarpeen ja fysiologisen tilanteen mukaan.
Raudan aineenvaihduntaa säätelee esimerkiksi maksassa muodostuva hepsidiini. Se vaikuttaa ferroportiiniin, jonka kautta rautaa siirtyy suolen soluista verenkiertoon ja elimistön rautavarastoista käyttöön. Kun hepsidiinin määrä kasvaa, ferroportiinin määrä solukalvolla vähenee ja raudan pääsy verenkiertoon pienenee.
Tämän vuoksi esimerkiksi elimistön tulehdustila voi muuttaa raudan käsittelyä, vaikka ruokavalion sisältämä rautamäärä pysyisi täsmälleen samana.
Myös kalsium havainnollistaa hyvin sitä, kuinka tarkasti mineraalien tasapainoa voidaan säädellä.
Kalsiumia tarvitaan luuston lisäksi muun muassa lihasten ja hermoston normaaliin toimintaan, minkä vuoksi veren ionisoidun kalsiumin pitoisuutta säädellään tarkasti. Säätelyyn osallistuvat suolisto, munuaiset ja luusto sekä niitä ohjaavat hormonaaliset mekanismit.
D-vitamiinin aktiivinen muoto, kalsitrioli, vaikuttaa esimerkiksi suolistossa kalsiumin imeytymiseen liittyvien proteiinien muodostumiseen. Lisäkilpirauhashormoni puolestaan osallistuu veren kalsiumtasapainon säätelyyn muun muassa munuaisten ja luuston kautta.
Luu ei siis ole vain mineraaleista rakennettu tukiranka, vaan samalla osa koko kehon mineraalitasapainoa.
Imeytyminen on vain toinen puoli yhtälöstä. Elimistön täytyy myös säädellä sitä, kuinka paljon mineraaleja säilytetään ja kuinka paljon poistetaan.
Tässä munuaisilla on keskeinen tehtävä. Munuaisissa suodattuneita aineita voidaan ottaa takaisin verenkiertoon tai päästää poistumaan virtsan mukana. Näin elimistö pystyy säätelemään esimerkiksi natriumin, kaliumin ja magnesiumin tasapainoa.
Eri kivennäisaineiden säätelyjärjestelmät ovat kuitenkin hyvin erilaisia. Esimerkiksi raudan kohdalla elimistöllä ei ole tehokasta aktiivista mekanismia ylimääräisen raudan poistamiseen. Siksi sen tasapainoa säädellään erityisen voimakkaasti imeytymisen ja raudan kierrätyksen kautta.
Koska kivennäisaineet ovat välttämättömiä, voi olla houkuttelevaa ajatella, että suurempi määrä olisi aina hyödyllisempi. Biologia toimii kuitenkin harvoin näin.
Kivennäisaineilla on omat saantitarpeensa ja turvallisen käytön rajansa. Liian vähäinen saanti voi häiritä normaalia fysiologiaa, mutta myös hyvin suuri saanti voi aiheuttaa ongelmia tai muuttaa muiden ravintoaineiden tasapainoa.
Erityisesti ravintolisissä annokset voivat olla aivan eri mittaluokkaa kuin tavallisessa ruokavaliossa. Siksi yhden mineraalin pitkäaikaista, suurta annosta on järkevä tarkastella suhteessa sekä todelliseen tarpeeseen että muuhun ravitsemukseen.
Kivennäisaineiden aineenvaihdunta muistuttaakin enemmän verkostoa kuin kokoelmaa toisistaan riippumattomia ravintoaineita. Saanti, imeytyminen, kuljetus, varastointi, muiden ravintoaineiden vaikutukset ja erittyminen muodostavat yhdessä kokonaisuuden.
Siksi kysymys ei lopulta ole vain siitä, kuinka monta milligrammaa saimme, vaan siitä, mitä kyseiselle mineraalille tapahtuu sen jälkeen, kun olemme sen syöneet.
