Foszfor kémiai elem, P elemszimbólummal. Nemfémként a periódusos rendszer 5. fő csoportjában szerepel, és a 15. atomszámot vagy atomszámot hordozza. foszfor a földkéregben 0.09%. Foszfor nélkülözhetetlen ásványi anyag az ember számára, és ezután a szervezetben a leggyakoribb ásványi anyag kalcium. Mivel a foszfor nagyon reaktív, a természetben kizárólag kötött formában fordul elő, főleg együtt oxigén (O) sójának sójaként foszforsav (H3PO4) - foszfát (PO43-), hidrogén foszfát (HPO42-), dihidrogén-foszfát (H2PO4-) - és apatitként (kémiailag hasonló, meghatározatlan csoport rövid és gyűjtőneve) ásványok Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH) általános képletű vegyületek, például fluor-, klór- és hidroxi-apatit. Az emberi szervezetben a foszfor a szerves vegyületek, mint pl szénhidrátok, fehérjék, lipidek, nukleinsavak, nukleotidok és vitaminok, valamint szervetlen vegyületek, amelyek közül kalcium foszfát vagy hidroxiapatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), amely a csontvázban és a fogakban lokalizálódik, különösen fontos. Vegyületeiben a foszfor főleg -3, +3 és +5 vegyérték állapotban van jelen. A foszfor gyakorlatilag minden ételben jelen van. Nagy mennyiségű foszfát különösen fehérjében gazdag ételekben találhatók meg, például tejtermékekben, húsban, halban és tojás. A foszfátok - bizonyos ortofoszfátok (PO43-), di-, tri- és polifoszfátok (két, három, illetve több ortofoszfát kondenzációs termékei) - élelmiszer-adalékok, például savasságszabályozóként (a pH állandó szinten tartása), emulgeálószerek (két nem elegyedő folyadék, például olaj és víz), antioxidánsok (megakadályozzák a nemkívánatos oxidációt), tartósítószerek (antimikrobiális hatás, tartósítás) és felszabadító szerek, továbbá az iparilag feldolgozott élelmiszerek, például hús- és kolbásztermékek, ömlesztett sajt, kenyér és pékáruk, fogyasztásra kész ételek és szószok, valamint kólatartalmú italok és üdítők néha magas foszfáttartalommal rendelkeznek [4, 7–9, 15, 16, 18, 25, 27].
Abszorpció
Az étrendi foszfát többnyire szerves vegyületek formájában van jelen, például foszfoproteinek, foszfolipidek- és először specifikus foszfatázoknak kell felszívódniuk (enzimek, foszforsav foszforsav-észterekből vagy polifoszfátokból) az enterociták (a hámszövet az vékonybél) annak érdekében, hogy szervetlen foszfátként felszívódjon a patkóbél és a jejunum. A polifoszfátok (több ortofoszfát kondenzációs termékei), amelyek a napi foszfátbevitel kb. 10% -át teszik ki, szintén hidrolízisen mennek keresztül (hasadás víz) a bél előtt foszfatázokkal abszorpció (felszívódás a belekben), míg az ortofoszfátok (PO43-) eredeti formájában szinte teljesen felszívódnak. Minél magasabb a polifoszfát kondenzációjának mértéke (térhálósodás mértéke), annál alacsonyabb az enzimatikus hasadása a bél lumenében, és annál több polifoszfát szabadul fel a széklettel (széklet). A vegyületéből feloldott foszfát - szervetlen foszfát - elsősorban a nyálkahártya sejtek (nyálkahártya sejtek) patkóbél (duodenum) és a jejunum (jejunum), egy aktív, nátrium-függő mechanizmus, amely előnyben részesíti hidrogén foszfát (HPO42-) szubsztrátként. Ezenkívül létezik egy passzív folyamat, amelynek során a szervetlen foszfát elektrokémiai gradiens mentén paracellulárisan (a bél hámsejtjeinek intersticiális terein keresztül) lép be a véráramba. Paracellularis abszorpció, amely az egész béltraktusban előfordul, beleértve a vastagbél (vastagbél), különösen fontossá válik, ha nagyobb mennyiségű foszfátot fogyasztanak. Az aktívhoz képest abszorpció mechanizmusa azonban a passzív bélfelszívódás közel sem olyan hatékony, ezért az abszorbeált teljes mennyiség abszolút értékben növekszik a foszfát növekedésével adag, de relatív értelemben csökken. Míg az aktív transzcelluláris (tömeg a belek hámsejtjein történő transzport) a foszfát reszorpciót szabályozza mellékpajzsmirigy hormon (PTH, egy peptid hormon, amelyet a mellékpajzsmirigy), kalcitriol fiziológiailag aktív formája D-vitamin) És kalcitonin (egy peptid hormon szintetizálódik a pajzsmirigy), a passzív paracelluláris transzport folyamatot a hormonok listázott. A transzcelluláris foszfát visszaszívódásának szabályozása PTH-val, kalcitriolés kalcitonin alább részletesebben tárgyaljuk. A foszfát felszívódásának mértéke nagyobb a növekedési fázisban, mint felnőttkorban. Például a foszfát felszívódása csecsemőben, kisgyermekben és gyermekben, akiknek pozitív a foszfátja egyensúly (a foszfátbevitel meghaladja a foszfátkiválasztást), 65-90% között van, míg a felnőttek szervetlen foszfátot diéta 55-70% -nál. A biológiai életkor mellett a foszfát biohasznosulás függ az étrendi foszfátbevitel szintjétől - inverz korrelációtól (minél nagyobb a foszfátbevitel, annál alacsonyabb a biohasznosulás) - a foszfátvegyület típusától és az élelmiszer-összetevőkkel való interakciótól. A következő tényezők gátolják a foszfát felszívódását:
- Fokozott bevitele bizonyos ásványok és a nyomelemek, Mint például a kalcium, alumíniumés vasaló - A szabad foszfát kicsapása oldhatatlan komplex képződésével.
- Az étrend kalcium: foszfát (Ca: P) arányának 0.9-1.7: 1 kell lennie gyermekeknél; a felnőttektől nem követelhetik meg a táplálékkal kapcsolatos speciális Ca: P arány fenntartását
- Fitinsav (myo-inozitol hexafoszfát-észtere) - a gabonafélékben és a hüvelyesekben a foszfát túlnyomórészt kötött formában van jelen fitinsavként, és ezért az emberi szervezet nem tudja felhasználni a fitáz (enzim, amely a vízben visszatartja a fitinsavat) hiánya miatt és kötött foszfátot bocsát ki) az emésztőrendszerben; csak mikrobiális fitázokkal vagy a növényi saját fitázok aktiválásával, például kovászos kenyérgyártásban vagy speciális tésztakezeléssel, erjedés és csírázás során a foszfát felszabadulhat komplexéből és felszívódhat
A növényi élelmiszerek, például gabonafélék, zöldségek, hüvelyesek és néha magas fitinsavtartalma miatt diófélék, az állati eredetű élelmiszerekből származó foszfor leginkább elérhető. Növényi eredetű fitátban gazdag ételekben akár 50% -kal is alacsonyabb lehet biohasznosulás. Például a húsból származó foszfor átlagosan ~ 69% -ban felszívódik tej ~ 64%, sajtból pedig ~ 62%, míg a teljes kiőrlésű rozsból kenyér a foszfornak csak körülbelül 29% -a szívódik fel a belekben. A következő tényezők elősegítik a foszfát felszívódását:
- 1,25-dihidroxil-kolekalciferol (1,25- (OH) 2-D3, kalcitriol - metabolikusan aktív D-vitamin).
- Magas pH
Eloszlás a testben
A foszfor teljes mennyisége a testben körülbelül 17 g (0.5%) az újszülöttben, 600-700 g (0.65-1.1%) a felnőtteknél. Több mint 85% -a szervetlen vegyületekben található kalciummal kalcium-foszfát és hidroxi-apatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2) formájában, a csontvázban és a fogakban. A test foszforjából 65-80 g (10-15%) túlnyomórészt szerves vegyületek - energiadús foszfátvegyületek, mint pl. adenozin trifoszfát (ATP, univerzális energiahordozó) és kreatin foszfát (PKr, izomszövet energiaszolgáltatója), foszfolipidekstb. - a fennmaradó szövetekben, mint pl agy, máj és az izmok. Az extracelluláris tér a test foszforjának csak körülbelül 0.1% -át tartalmazza [2, 5, 7-9, 11, 15, 18, 25, 27]. Körülbelül 1.2 g (0.2–5%) a teljes foszforállomány könnyen kicserélhető és naponta akár tízszer is metabolizálódik, a leglassabb foszfát-anyagcserével a agy és a leggyorsabb be vér sejtek - vörösvértesteket (vörös vérsejtek), leukociták (fehér vér sejtek), vérlemezkék (trombociták). Ban ben testnedvekA foszfor körülbelül 30% szervetlen formában van jelen, elsősorban kétértékű (kétértékű) hidrogén foszfát (HPO42-) és egyértékű (egyértékű) dihidrogén-foszfát (H2PO4-). Ezenkívül léteznek szerves foszfátvegyületek, például foszfát-észterek, lipidhez kötött és fehérjéhez kötött foszfát. 7.4-es fiziológiai pH mellett a HPO42- és H2PO4-arány 4: 1. Ha a pH emelkedik, a foszfáthoz kötött protonok (H + ionok) egyre inkább felszabadulnak a környezetbe, így erősen lúgos körülmények között (pH = (13), a PO43- és a HPO42- főleg megtalálhatók. Ezzel szemben erősen savas körülmények között (pH = 1) a H3PO4 és a H2PO4 dominál, mivel a foszfor egyre inkább kivezeti a H + ionokat a környezetből és megköti őket. Így a foszfor dihidrogén-foszfát-hidrogén-foszfát rendszerként (H2PO4- H H + + HPO42-) működik a sav-bázisban egyensúly pufferként a cellában, in vér plazmában, valamint a vizeletben (→ a pH fenntartása). A teljes foszfor a vérben körülbelül 13 mmol / l (400 mg / l). Szervetlen foszfát a vérplazmában (felnőttek 0.8-1.4 mmol / l [2, 7, 25-27]; gyermekek 1.29-2.26 mmol / l) 45% -ban komplex, 43% ionizált és 12% kötődik fehérjék. A vér szerves foszfátvegyületei közé tartoznak a plazma és a lipoproteinek (lipid és fehérje aggregátumok) foszfolipidek of vörösvértesteket (vörös vérsejtek). A szérum foszfátkoncentrációt a következő tényezők befolyásolják:
- Cirkadián (a szervezet saját periodikus) ritmusa - a foszfát szérumszint a legalacsonyabb reggel / reggel, a legmagasabb pedig délután / este
- Biológiai kor
- A csecsemők, kisgyermekek és iskolások vérfoszfátszintje lényegesen magasabb, mint a felnőtteknél (→ a csont mineralizációja).
- Az életkor előrehaladtával a szérum foszfátkoncentráció csökkenése figyelhető meg - ellentétben a kalciumkoncentrációval, amelyet viszonylag szűk határok között tartanak, és az egész életen át azonosak
- nem
- A táplálékfelvétel minősége és mennyisége
- A foszfátvegyületek típusa és mennyisége
- A reszorpciót gátló és a reszorpciót elősegítő tényezők aránya.
- Túlzott szénhidrátfogyasztás - különösen diabéteszes ketoacidosis esetén (súlyos anyagcsere-kisiklás (túlsavasodás) inzulin hiányában a ketontestek (szerves savak) túlzott koncentrációja miatt a vérben) vagy újragyakorlás (az étkezés újrakezdése) súlyos alultápláltság (alultápláltság) esetén ), az extracelluláris (a sejteken kívüli) foszfátkoncentráció csökkenéséhez vezet - hipofoszfatémia (foszfáthiány) -, mert a megnövekedett intracelluláris (a sejteken belüli) glikolízis (szénhidrát lebontás) miatt megnövekedett foszfát-észterek, például ATP a foszforilációs reakciókhoz ( foszfátcsoportot egy molekulához) és ADP-t (adenozin-difoszfátot) kell biztosítani az ATP szintéziséhez, amelyeket a vérből kivonnak
- A szervezet által felszívódott és kiválasztott foszfát mennyisége.
- hormonális kölcsönhatások - mellékpajzsmirigy hormon, kalcitriol, kalcitonin és egyéb hormonok (lásd alább).
- A foszfát eloszlásának változása az intracelluláris és az extracelluláris tér között, például alkohollal való visszaélés (alkoholfogyasztás) és túlzott (túlzott) szénhidrátbevitel után, ami a megnövekedett glikolízis következtében az intracelluláris növekedést és az extracelluláris foszfáttartalom csökkenését eredményezheti. az oknál ingadozás (ingadozás) 2 mg / dl-ig terjedhet, amely nem feltétlenül tükrözi az alul- vagy a túlkínálatot, ill.
A fent felsorolt mechanizmusok időnként erős hatása miatt a szérum foszfátszint nem megfelelő mérték a test teljes foszforállományának meghatározásához.
Kiválasztás
A foszfát kiválasztása 60-80% -ban a vesén keresztül, 20-40% pedig a székleten keresztül történik. Az ürüléken keresztül eliminált foszfát 0.9-4 mg / testtömeg-kg. Ebből a legtöbb (~ 70-80%) bélben felszívatlan foszfor, kisebb százalékban pedig a foszfor szekretálódik (kiválasztódik) a emésztőrendszer. Az vesea foszfátot szűrjük (140-250 mmol / nap) a glomerulusokban (hajszálcsöves érrendszeri gubancai vese) és - a nátrium az ionok (Na +) - a proximális tubulusban (a vesetubulusok fő részében) 80-85% -kal reabszorbeálódnak. A vesén keresztül eliminált mennyiség (a fehérjével ürül) vese) foszfát a szérum foszfátjától függ koncentráció - pozitív korreláció a foszfátfelvétellel (minél nagyobb a felvétel, annál magasabb a foszfátkoncentráció a vérben) - és a tubulárisan újra felszívódó foszfátmennyiséggel. Ha a leszűrt foszfát mennyisége meghaladja a proximális tubulus transzport maximumát, a foszfát megjelenik a vizeletben. Ez a helyzet a foszfáttartalom a vérplazmában> 1 mmol / l, amelyet egészséges egyéneknél már meghaladnak. Csecsemőknél a foszfát vese kiválasztásának képessége különösen alacsony a még nem teljesen kialakult vesefunkció miatt. Eszerint, anyatej alacsony foszfortartalma. A vesefoszfát-kiválasztás számszerűsítéséhez 24 órás vizelet gyűjtése szükséges, mivel a vesefoszfát-kiválasztásnak külön nappali-éjszakai ritmusa van - reggel / reggel vizelet-foszfát koncentráció legalacsonyabb, délután / este a legmagasabb. Fiziológiai (az anyagcsere szempontjából normális) körülmények között 310–1,240 mg (10–40 mmol) foszfát ürül a vizelettel 24 órán belül. Számos jel utal arra, hogy a magasfruktóz diétaAz összes energia -20% -a fruktóz (gyümölcs cukor) - növeli a vizelet foszfátvesztését és negatív foszfáthoz vezet egyensúly (a foszfátkiválasztás meghaladja a foszfátbevitelt). A diéta alacsony magnézium ugyanakkor megerősíti ezt a hatást. Úgy gondolják, hogy az ok a hiányzó visszacsatolási mechanizmus fruktóz anyagcserét, így az átlagosnál nagyobb mennyiségű fruktóz-1-foszfát szintetizálódik (képződik) a máj foszfátfogyasztással és felhalmozódik a sejtben - „foszfátcsapda”. Mivel a fruktózfogyasztás Németországban a fruktózszirup, ill szőlőcukor-fruktózszirup (kukorica szirup) - egyidejű csökkenésével magnézium bevitel - ez a tápanyag-kölcsönhatás egyre fontosabbá válik. A vesefoszfát kiválasztás vagy a tubuláris foszfát felszívódásának folyamata hormonálisan szabályozott. Míg mellékpajzsmirigy hormon (a peptid hormon szintetizálódik a mellékpajzsmirigy), kalcitonin (egy peptid hormon, amelyet a C sejtekben szintetizálnak pajzsmirigy), ösztrogén (szteroid hormon, női nemi hormon) és tiroxin (T4, pajzsmirigyhormon) növeli a foszfát kiválasztást a vesén keresztül, ezt a növekedési hormon csökkenti, inzulin (vér cukor- csökkentő peptid hormon), és A kortizol (glükokortikoid, amely aktiválja a katabolikus (lebontó) metabolikus folyamatokat). A vesefoszfát kiválasztására serkentő hatást vált ki a megnövekedett kalciumbevitel és acidózis (a test túlsavtartalma, a vér pH-ja <7.35).
A foszfát homeosztázis hormonális szabályozása
A foszfát homeosztázis szabályozása hormonális szabályozás alatt áll, és főleg a vesén keresztül történik. Ezenkívül a csont a foszfátegyensúly szabályozásában is szerepet játszik, mivel ásványi anyagként való fiziológiai funkciója és vékonybél. A foszfát-anyagcserét különféle hormonok szabályozzák, amelyek közül a legjelentősebbek:
- Mellékpajzsmirigy hormon (PTH)
- Kalcitriol (1,25-dihidroxil-kolekalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
- A kalcitonin
A felsoroltak hormonok befolyásolják a foszfát felszabadulást vagy felvételt a csontba, a bélfoszfát felszívódását és a vesefoszfát kiválasztását. A szervetlen foszfát metabolizmusa szorosan kapcsolódik a kalcium metabolizmusához. Parathormon és kalcitriol
Ha a szérum kalciumszintje csökken - az elégtelen bevitel, a megnövekedett veszteségek vagy a bél felszívódásának csökkenése következtében a túlzott foszfátbevitel (→ oldhatatlan kalcium-foszfát-komplex képződése) vagy a vérplazma túlzott foszfátszintje miatt (→ az 1,25- (OH) 2-D3 szintézis) - a mellékpajzsmirigy-hormon (PTH) egyre gyakrabban szintetizálódik a mellékpajzsmirigy sejtjeiben, és szekretálódik (szekretálódik) a véráramba. A PTH eljut a veséig, és stimulálja az 1-alfa-hidroxiláz (enzim, amely egy hidroxil (OH) csoportot beilleszt egy molekulába) expresszióját a proximális tubulusba (a vesetubulusok fő része), ezáltal átalakítva a 25-OH-D3-at (25 -hidroxi-kolekalciferol, kalcidiol) 1,25- (OH) 2-D3-ba, a biológiailag aktív formába D-vitamin [1-4, 14, 15, 18, 25, 27]. A csontban a PTH és az 1,25- (OH) 2-D3 stimulálja az oszteoklasztok aktivitását, amelyek vezet a csontanyag lebontására. Mivel a kalcium a csontrendszerben hidroxi-apatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2) formájában van tárolva, a kalcium- és foszfátionok egyszerre szabadulnak fel a csontból és szabadulnak fel az extracelluláris térbe [1-3, 15, 16, 18 ] .A kefe határmembránján a patkóbél és a jejunum, az 1,25- (OH) 2-D3 elősegíti az aktív transzcelluláris kalcium és foszfát visszaszívódását és ezáltal mindkettő transzportját ásványok az extracelluláris térbe [1-4, 15, 16, 18, 25, 27]. A vesében a PTH gátolja a tubuláris foszfát visszaszívódását, miközben elősegíti a tubuláris kalcium visszaszívódását. Végül megnövekszik a foszfát renális kiválasztása, amely a csontból történő mobilizáció és a bélből történő visszaszívódás révén felhalmozódott a vérben. A szérum foszfátszint csökkenése egyrészt megakadályozza a kalcium foszfát kicsapódását a szövetekben, másrészt serkenti a kalcium felszabadulását a csontból - a szérum kalcium javára koncentráció [1-3, 15, 16, 18, 27]. A PTH és a kalcitriolnak az egyes rekeszek (biomembránokkal körülhatárolt testrészek) közötti kalcium- és foszfátmozgásokra gyakorolt hatásának eredménye az extracelluláris kalciumkoncentráció növekedése és a szérum-foszfátszint csökkenése. Betegeknél krónikus veseelégtelenség (krónikus veseelégtelenség), a glomeruláris szűrési sebesség csökken, ami a foszfát elégtelen kiválasztását és a kalcium elégtelen felszívódását eredményezi. Ennek eredményeként csökken a szérum kalciumkoncentrációja (hipokalcémia) és megnő a foszfáttartalom a vérplazmában (hiperfoszfatémia (foszfátfelesleg)). Végül megnövekszik a PTH - szekunder szekréciója hyperparathyreosis (mellékpajzsmirigy hiperfunkció) - amely a fent felsorolt hatásokat okozza a vese, a belek és csontok (→ a fokozott kalcium-foszfát-mobilizáció növeli a csontritkulás (csontvesztés)). A károsodott vesefunkció miatt azonban a megnövekedett szérum foszfátkoncentrációt PTH nem tudja normalizálni. Ha a szérum foszfátszint 7 mmol / l fölé emelkedik, a foszfát a kalciummal egyesülve gyengén oldódó, nem felszívódó kalcium-foszfát komplexet képez, ami súlyosbítja a szérum kalciumszint csökkenését, és az extracellus (külső a csont) területek, például vér hajók, vesék (→ nephrocalcinosis), ízületek, és az izmok, és végül reaktív gyulladással és elhalás az érintett szövet (→ kóros sejthalál). Így fennálló veseelégtelenség esetén az étrendi foszfátbevitelt napi 800-1,000 mg-ra kell korlátozni, és a betegség súlyosságától függően a foszfátkötők további alkalmazását (szerek amelyek komplexképzéssel eltávolítják a foszfátot az abszorpcióból), például a kalcium sók, van feltüntetve (jelezve). A múltban, alumínium vegyületeket gyakran alkalmaztak a foszfát felszívódásának gátlására elégtelen vese esetén. Manapság ezeket a vegyületeket főként a Kálcium-karbonátmivel alumínium nagyobb mennyiségben mérgező (mérgező) hatást fejt ki. Hosszan tartó emelkedett szérum kalcitriol szint vezet a mellékpajzsmirigy sejtek PTH szintézisének és szaporodásának (növekedés és szaporodás) gátlásához - negatív visszacsatolás. Ez a mechanizmus a mellékpajzsmirigy sejtjeinek D3-vitamin-receptorain keresztül halad. Ha a kalcitriol elfoglalja ezeket a sajátra jellemző receptorokat, a vitamin befolyásolhatja a célszerv metabolizmusát. Kalcitonin
A szérum kalciumkoncentrációjának növekedése a pajzsmirigy C sejtjeiben megnövelt mennyiségű kalcitonin szintetizálását és kiválasztását okozza. A csontban a kalcitonin gátolja az oszteoklaszt aktivitását és ezáltal a csontszövet lebontását, elősegítve a kalcium és a foszfát lerakódását a csontvázba. A nyombélben (vékonybél) és a jejunum (üres bél), a peptid hormon csökkenti a kalcium és a foszfát aktív felszívódását az enterocitákba (a vékonybél sejtjeibe) hámszövet). Ugyanakkor a kalcitonin a tubuláris visszaszívódás gátlásával serkenti a kalcium és a foszfát kiválasztását a vesében. Ezen mechanizmusok révén a kalcitonin a szérum kalcium- és foszfátkoncentrációjának csökkenéséhez vezet. A kalcitonin a PTH közvetlen antagonistáját (ellenfelét) képviseli. Tehát, amikor az extracelluláris szabad kalcium fokozódik, a PTH szintézise és szekréciója a mellékpajzsmirigy és a PTH által indukált vese 1,25- (OH) 2-D3 termelés csökken. Ennek eredményeként csökken a kalcium-foszfát mobilizációja a csontból, csökken a bél kalcium- és foszfát-újrafelszívódása, valamint csökken a tubulusos kalcium-újrafelszívódás, ami fokozza a vese kalciumürülését. Az eredmény - a a cselekvés mechanizmusa kalcitonin - az extracelluláris szabad kalciumkoncentráció és a szérum foszfátszintjének csökkenése. A foszfát-anyagcsere hormonális szabályozása lehetővé teszi az alkalmazkodást a változó foszfát-bevitel szintjéhez vagy a viszonylag magas foszfát-szint toleranciáját, ami elengedhetetlen annak a ténynek köszönhető, hogy a német férfiak és nők napi foszfát-bevitele - átlagosan 1,240-1,350 700 mg / nap - meghaladja a 6 mg / nap ajánlásokat. Ellentétben a kalciummal, amelynek szérumkoncentrációját viszonylag szűk határok között tartják állandóan, a foszfát-homeosztázis kevésbé szigorúan szabályozott [8-15, 18, 27, XNUMX].
