Kalcium: Definíció, szintézis, felszívódás, szállítás és eloszlás

Kalcium kémiai elem, Ca elemszimbólummal és 20-os atomszámmal. Az alkáliföldfémek csoportjába tartozik és az ötödik leggyakoribb elem a Földön. Kalcium az ember számára nélkülözhetetlen (létfontosságú) ásványi anyagot képviseli, és a szervezetben kizárólag kétértékű kationként (Ca2 +) fordul elő.

Abszorpció

Élelmiszerhez kötött kalcium először a gyomor-bél traktusban (emésztőrendszerben) lévő emésztőrendszer felszabadul, hogy később felszívódjon (felszívódjon) a vékonybél, elsősorban a patkóbél (duodenum) és a proximális jejunum (felső jejunum). Abszorpció transzcellulárisan fordul elő (tömeg transzport a bél hámsejtjein keresztül) egy aktív mechanizmussal, a telítettség kinetikáját követve alacsony vagy normál kalcium bevitel mellett, emellett paracellulárisan (tömeges transzport a bél hámsejtjeinek intersticiális terein keresztül), passzív diffúzióval, elektrokémiai gradiens mentén, nagy bevitel mellett. Passzív bél abszorpció, amely az egész béltraktusban előfordul, beleértve a vastagbél (vastagbél), közel sem olyan hatékony, mint az aktív felszívódási mechanizmus, ezért a felszívódó teljes mennyiség abszolút értékben nő a kalcium növekedésével adag, de relatív értelemben csökken. Míg aktív transzcelluláris kalcium abszorpció szabályozza mellékpajzsmirigy hormon (PTH, egy peptid hormon, amelyet a mellékpajzsmirigy) És kalcitriol (D3-vitamin fiziológiailag aktív formája, 1,25-dihidroxil-kolekalciferol, 1,25- (OH) 2-D3), a passzív paracelluláris diffúzió nem változik hormonok listázott. A transzepitheliális kalcium reszorpció szabályozása PTH és kalcitriol, illetve az alábbiakban tárgyaljuk részletesebben. Enterocitákban (a vékonybél sejtjei hámszövet), a kalcium egy specifikus kalcium-kötő hordozó (transzport) fehérjéhez kötődik, az úgynevezett kalbindinhez, amely a kalciumot az enterocitákon keresztül a bazolaterálisig (a béltől távol) szállítja. sejt membrán. Az 1,25- (OH) 2-D3 a kalbindin intracelluláris (sejten belüli) expressziójának receptor által közvetített stimulációjához vezet. A kalcium egy transzmembrán Ca2 + -ATPáz (az energia és az energia alatt működő szállítórendszer) révén jut be a véráramba adenozin trifoszfát (ATP) fogyasztása, illetve Ca2 + / 3 Na + cserevivő (Na + gradiens által vezérelt kalcium transzporter). A kalcium felszívódási sebessége számos tényezőtől függ, és 15% és 60% között változik. Csecsemőkor után a kalcium felszívódása pubertáskor mutatja a legnagyobb hatékonyságot (~ 60%), majd felnőttkorban 15-20% -ra csökken. A következő tényezők gátolják a kalcium felszívódását, beleértve a komplexképződést:

  • Oxálsav - In rebarbara, spenót, csillaggyümölcs, kakaóStb
  • Fitinsav - gabonakorpában stb.
  • Foszforsav - kolbászokban, olvasztott sajtokban, üdítőkben stb .; egy kalcium-foszfát arány a diéta 1: 1.0-1.2 optimálisnak tekinthető
  • Csersav - in kávé, fekete tea és néhány gyógyteák.
  • Élelmi rost magas uronsav-tartalommal - teljes kiőrlésű gabonákban, gyümölcsökben és zöldségekben stb.
  • Gyenge vagy nem felszívódó cukrok és cukor helyettesítők, mint pl szorbit mustárban, majonézben stb.
  • (Hosszú láncú telített) zsírsavak, Mint például a sztearinsav állati és növényi zsírban.

A következő tényezők elősegítik a kalcium felszívódását:

  • A kalcium egyidejű felszívódása étellel
  • Eloszlás naponta több egyedi adagra
  • 1,25-dihidroxil-kolekalciferol (1,25- (OH) 2-D3) - serkenti az intracelluláris kalbindin szintézist.
  • Könnyen felszívódó cukrok, mint pl laktóz (tej cukor).
  • Tejsav
  • Citromsav
  • Aminosavak
  • Kazein-foszfopeptidek
  • Nem felszívódó szénhidrátok, például inulin, fruktooligoszacharidok és laktulóz, amelyeket bakteriálisan fermentálnak rövid láncú zsírsavakká az ileumban (az alsó vékonybélben) és a vastagbélben (vastagbélben) → az ennek következtében bekövetkező pH-csökkenés a bél lumenében a megkötött kalcium fokozott felszabadulása, több szabad kalcium marad a passzív felszívódáshoz

Alatt terhesség, a kalcium felszívódása fokozott - PTH és kalcitriol, ill. - a kalcium napi transzferének a placenta (méhlepény) a magzat (születendő gyermek), amely átlagosan 250 mg a harmadik trimeszterben (3 harmadik trimeszterében) terhesség). A megnövekedett bél mellett (bélösszefüggő) kalciumfelszívódás, a terhes nő további igényét kielégíti a csontvázból az 1. trimeszter után megnövekedett kalcium felszabadulás. Terhes nőkhöz képest a kalciumveszteség tej, amelyek 250-350 mg / nap tartományban vannak, szoptató nőknél a csontból származó fokozott kalcium-mobilizáció kompenzálja, ami a csont 5% -át eredményezi tömeg veszteség hat hónapos laktáció után. Az elválasztást követő 6-12 hónapon belül azonban a csont helyreállítása függetlenül a igazgatás kalcium kiegészítők- feltételezve, hogy a kalciumbevitel megfelelő.

Szállítás és eloszlás a testben

Az emberi test kalciumtartalma születéskor körülbelül 25-30 g (a testsúly 0.8% -a), felnőttkorban pedig körülbelül 900-1,300 g (a testsúly legfeljebb 1.7% -a). A test teljes kalciumának körülbelül 99% -a extracelluláris (a sejteken kívül) a csontrendszerben, beleértve a fogakat is, ahol főleg megkötött formában oldatlan kalciumként tárolódik foszfát vagy hidroxi-apatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). A csontban a kalcium az összes ásványianyag-tartalom körülbelül 39% -át teszi ki. Csak valamivel kevesebb, mint a teljes test 1% -a tömeg kalcium más testszövetekben lokalizálódik (~ 7 g) és testnedvek (~ 1 g). Így az intracelluláris kalciumtartalom 10,000 XNUMX-szer alacsonyabb, mint az extracelluláris kalciumtartalom. A koncentráció gradiens az extracelluláris és intracelluláris kalcium között, a sejt membrán nyugvó körülmények között nagyrészt áthatolhatatlan (áthatolhatatlan) a kalciumtól. Ezenkívül léteznek transzmembrán szivattyúk vagy transzport rendszerek, mint például a Ca2 + -ATPázok (ATP fogyasztás mellett működő Ca2 + transzporterek) és a Ca2 + / 3 Na + cserevivők (a Na + gradiens által hajtott Ca2 + transzporterek), amelyek a kalciumot a sejtből szállítják. Az endoplazmatikus retikulum membránjaiban (ER, az eukarióta sejtekben a síküregek elágazó ágú elágazó csatornarendszere) specifikus Ca2 + -ATPázok, úgynevezett SERCA-k (szarkó- / endoplazmatikus retikulum Ca2 + -ATPázok) találhatók, amelyek mind a kalciumot pumpálhatják a citoszolból az ER-be - intracelluláris tárolás - és szállítsa az ásványi anyagot vissza a citoszolba a sejtfunkciókhoz, miután a sejtet megfelelő kalcium-mobilizáló ingerekkel stimulálták. Három különböző kalciumfrakció különböztethető meg a vér. Az ionizált, szabad kalcium képezi a legnagyobb frakciót, körülbelül 50% -kal, majd a fehérje- (albumin-, globulinhoz kötött kalcium (40-45%) és alacsony molekulatömegű ligandumokkal, például citráttal komplexelt kalcium, foszfát, szulfát és hidrogén-karbonát (5-10%). A fehérjehiányok és a pH-eltolódások egyaránt befolyásolják a kalciumfrakciók egymáshoz viszonyított arányát. Például, acidózis (vér pH <7.35) csökkenéshez és alkalózis (vér pH> 7.45) fehérjéhez kötődik szérum kalcium, ami a szabad, ionizált kalcium arányának megfelelő növekedését vagy csökkenését eredményezi a szérumban - körülbelül 0.21 mmol / l Ca2 + / pH-egység. Az ionizált szabad kalciumfrakció (1.1-1.3 mmol / l) a biológiailag aktív formát képviseli, és homeosztatikusan a mellékpajzsmirigy hormon, 1,25- (OH) 2-D3, és kalcitonin (a pajzsmirigy C sejtjeiben szintetizált peptid hormon) (lásd alább). Így a teljes szérum kalcium koncentráció viszonylag szűk tartományban (2.25-2.75 mmol / l) állandó értéken tartjuk.

Kiválasztás

A kalcium túlnyomórészt a vizelettel és az ürülékkel (széklet) ürül, és csak a verejtékben. A vese (vesea normál körülmények között eliminált kalciummennyiség kevesebb, mint 4 mg / testtömeg-kilogramm naponta, vagy kevesebb, mint 300 mg / nap férfiaknál, és kevesebb, mint 250 mg / nap nőknél. A vese kalciumkiválasztása glomeruláris szűrésből és tubuláris visszaszívódásból származik. (reabszorpció a vesetubulusok által), amely passzívan fordul elő a proximális tubulusban (a vesetubulusok fő része) és aktívan a disztális tubulusban (a vesetubulusok középső része) - PTH vezérli, 1,25- (OH) 2 -D3 és kalcitonin - és a szűrt összeg több mint 98% -át teszi ki. Ez szemlélteti, hogy a vese döntő szerepet játszik a kalcium homeosztázisban, vagy az állandó szérum kalciumszint fenntartásában. A következő tényezők elősegítik a vese kalcium kiválasztását:

  • Az orális kalciumbevitel növekedése, például kiegészítéssel (pl kiegészítők).
  • koffein - In kávé, zöld és fekete teaStb
  • Nátrium - az étkezési só (nátrium-nátrium) komponenseként kloridNaCl); minden 2 g étrendre nátrium, 30-40 mg kalcium veszít a vizeletből.
  • Fokozott fehérjebevitel - mind állati, mind növényi fehérje; 1 g fehérje 0.5-1.5 mg-kal növeli a vese kalcium kiválasztását
  • Fokozott foszfátbevitel - kolbászokban, olvasztott sajtokban, üdítőkben stb .; kalcium-foszfát arány a diéta 1: 1.0-1.2 optimálisnak tekinthető
  • Fokozott alkoholfogyasztás
  • Krónikus acidózis (vér pH <7.35)

Idiopátiás hiperkalciuria (fiziológiailag magas vizelet kalcium koncentráció,> 4 mg kalcium / testtömeg-kg / nap) változó expressziójú genetikai rendellenességnek tudható be, amelynek oka nem ismert - felszívódó (a beleket érintő), vese (a veséket érintő) vagy táplálkozási. Idiopátiás hiperkalciuriában szenvedő egyének, akiknek fokozott a kockázata az urolithiasisban ( vese kövek) az egészséges egyénekhez képest magasabb sóérzékenységet mutatnak (szinonimák: sóérzékenység; sóérzékenység; sóérzékenység), mint a normál vesekövek. A sóoldat és a fehérje korlátozása a kalcium renális kiválasztásának normalizálódásához vezet a hiperkalciurikus betegeknél. A gasztrointesztinális traktusba szekretált (kiválasztott) kalcium a bél 85% -ának újrafelszívódását (visszaszívódását) éri. A fennmaradó 15% (18-224 mg / nap) a széklettel (széklet) elveszik. Az izzadsággal járó kalciumveszteséget a becslések szerint 4-96 mg / nap, a kötelező veszteségek 3 és 40 mg / nap között mozognak.

A kalcium homeosztázis hormonális szabályozása

Mivel a kalcium központi szerepet játszik az emberi szervezet számos létfontosságú funkciójában, az extracellulárisan ionizált szabad kalciumkoncentráció fenntartása elengedhetetlen. Az ionizált szabad szérum kalcium kölcsönhatásban áll a különböző kalcium rekeszekkel - csont, vékonybél, vese - és egy komplex hormonális szabályozó rendszer szűk határok között állandóan tartja. A következő hormonok vesznek részt a kalcium-anyagcsere szabályozásában:

  • Mellékpajzsmirigy hormon
  • Kalcitriol (1,25-dihidroxil-kolekalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
  • A kalcitonin

A hormonok A felsoroltak befolyásolják a bél kalcium felszívódását, a vese kalcium kiválasztását és a kalcium felszabadulását vagy felvételét a csontokba. Az extracelluláris szabad kalciumkoncentráció kisebb eltérése esetén a bél és a vese kompenzációs mechanizmusa általában elegendő. Csak akkor, ha ezek a szabályozó mechanizmusok nem működnek, szabadul fel a kalcium a csontvázból, ami a csont tömegének csökkenését eredményezi, ami a csont mechanikai stabilitásának gyengülésével jár. Az extracelluláris szabad kalciumkoncentráció változását specifikus membrán érzékeli fehérjék úgynevezett kalcium-szenzorok, amelyek a G-fehérjéhez kapcsolt 7-szeres membránáteresztő receptorok szupercsaládjába tartoznak. A kalcium-specifikus receptorokat főleg a mellékpajzsmirigy sejtek expresszálják, amelyek kalciumfüggő módon engedik el a PTH-t, a pajzsmirigy C sejtek, amelyek szekretálnak kalcitonin kalciumfüggő módon és vesesejtek, amelyek kalciumfüggő módon szintetizálják az aktív 1,25- (OH) 2-D3-at. Ezenkívül a kalcium-érzékelők számos más sejttípuson is kimutathatók, mint például az oszteoklasztok (csontreszorpciós sejtek) és az enterociták (bélhámsejtek). Feltételezzük, hogy a kalcium-érzékeny receptorokon keresztül a kalcium-függő moduláció (növekedés) a hormonok A PTH, a kalcitriol és a kalcitonin a célsejtek - csont, vékonybél, vesesejtek. Extracelluláris szabad kalciumkoncentráció alacsony - mellékpajzsmirigy hormon és a kalcitriol.

Amikor a szérum kalciumszintje csökken - a nem megfelelő bevitel vagy a megnövekedett veszteségek következtében - a PTH egyre inkább szintetizálódik (képződik) a mellékpajzsmirigy sejtjeiben, és szekretálódik (szekretálódik) a véráramba. A PTH eljut a vese felé, ahol serkenti az 1-alfa-hidroxiláz expresszióját és ezáltal az 1,25- (OH) 2-D3, a biológiailag aktív forma szintézisét. D-vitamin. A csontnál a PTH és az 1,25- (OH) 2-D3 stimulálja az oszteoklasztok aktivitását, amelyek vezet a csontanyag felszívódásához (lebontásához). Ezt követően a kalcium felszabadul a csontból és az extracelluláris térbe. Mivel a kalcium a vázrendszerben hidroxi-apatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2) formájában van tárolva, a foszfátionok egyszerre mobilizálódnak a csontból - szoros korreláció (összefüggés) a kalcium- és foszfát-anyagcserével. A proximális vékonybél kefe határmembránjánál a kalcitriol elősegíti az aktív transzcelluláris kalcium felszívódást és a foszfát visszaszívódását, valamint a kalcium és a foszfát transzportját az extracelluláris térbe. A vesében a PTH növeli a tubuláris kalcium újrafelszívódását, miközben gátolja a tubuláris foszfát visszaszívódását. Végül megnövekszik a foszfát vesén keresztüli kiválasztása, amely fokozott felhalmozódást eredményez a kalcium-foszfát csontból történő mobilizálása és a bélből történő újrafelszívódás miatt. A szérum foszfátszint csökkenése egyrészt megakadályozza a kalcium foszfát kicsapódását a szövetekben, másrészt serkenti a kalcium felszabadulását a csontból - a szérum kalcium koncentrációjának javára. A PTH és a kalcitriol alacsony szérum kalciumszint esetén az interkomponens kalciummozgásokra gyakorolt ​​hatásának eredménye az extracelluláris szabad kalciumkoncentráció növekedése, illetve normalizálása. Hosszan tartó emelkedett 1,25- (OH) 2-D3 szérumszint vezet a mellékpajzsmirigy sejtek PTH szintézisének és proliferációjának (növekedés és proliferáció) 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. Extracelluláris szabad kalciumkoncentráció magas - kalcitonin

Az extracellulárisan ionizált kalcium növekedése a pajzsmirigy C sejtjeinek hatására több kalcitonin szintetizálódik és szekretálódik (szekretálódik). A kalcitonin gátolja az oszteoklasztok aktivitását a csonton és ezáltal a csontszövet lebontását, ami elősegíti a kalcium lerakódását a csontvázban. Ugyanakkor a peptid hormon serkenti a vese kalcium kiválasztását. Ezen mechanizmusok révén a kalcitonin a szérum kalciumkoncentrációjának csökkenéséhez vezet. A kalcitonin a PTH közvetlen antagonistáját (ellenfelét) képviseli. Így, 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 kalciumának újrafelszívódása és csökken a tubulusos kalcium visszaszívódása, és ezáltal fokozódik a vese kalcium kiválasztása. Az eredmény összhangban van a a cselekvés mechanizmusa A kalcitonin értéke az extracelluláris szabad kalciumkoncentráció csökkenése és a szérum kalciumszintjének normalizálása.

Kalciummérleg

Kalcium egyensúly korától függ. A növekedési szakaszban gyermekkor és serdülőkorban, megfelelő kalciumbevitelt feltételezve, pozitív a kalcium egyensúly, a szervezet több kalciumot szív fel, mint amennyit a vese és a belek eliminál. Az oszteoblasztok (csontképző sejtek) megnövekedett aktivitása a kalcium fokozott tárolásához vezet a csontanyagban, és ezáltal a kalcium megnövekedett tárolásához. A csontok maximális tömege vagy csúcsa csontsűrűség túlnyomórészt serdülőkorban és fiatal felnőttkorban szerzett. Így a lányok, illetve a nők a csontváz összes ásványianyag-tartalmának körülbelül 90% -át 16.9 ± 1.3 éves korukra, és körülbelül 99% -át 26.2 ± 3.7 éves korukra teszik. Fiúknál, illetve férfiaknál körülbelül 1.5 éves késés figyelhető meg. Rendszerint a csonttömeg csúcsa körülbelül 30 éves korig érhető el. A csont ásványianyag-tartalma csak nem megfelelően jellemzi a tényleges csontot erő. Inkább olyan tényezők határozzák meg, mint a fizikai aktivitás, az izomtömeg, a testfelépítés és a méret. 30 éves kortól egyensúlyi kalcium van egyensúly az élet több évtizede alatt, a szervezet által felszívott kalcium mennyisége korrelál a vesén és a székletben kiválasztott kalcium mennyiségével. Például 1,000 mg kalciumbevitel esetén körülbelül 200 mg felszívódik és körülbelül 200 mg eliminálódik a vesén keresztül, míg 250-500 mg felszabadul a csontból és újrafelszívódik az átalakító folyamatok részeként. Annak elkerülése érdekében, hogy a kalciummérleg negatívvá váljon, ügyelni kell az étrend megfelelő étrend-bevitelére. A kiegyensúlyozott kalcium-anyagcsere ellenére csontsűrűség 30 éves kortól folyamatosan csökken. Egészséges embereknél a csont ásványianyag-veszteség évente körülbelül 1%. Az életkor előrehaladtával a csonttömeg csökkenésének oka az oszteoklasztok (csontdegradáló sejtek) megnövekedett aktivitása, amely a csontszövet fokozott lebomlásával és a csontból származó fokozott kalcium felszabadulással jár. Végül, több kalcium választódik ki a vizelettel és az ürülékkel, mint amennyit a vékonybél és a csont felszív. Az idős emberek kalcium-egyensúlya ezért negatív. Különösen a csonttömeg fokozatosan csökken a posztmenopauzás nőknél (klimax; nők menopauza) a megváltozott ösztrogén státusz miatt. A vizsgálatok eredményeként a nőknél a combcsontnál megfigyelhető volt a csont- és ásványianyag-veszteség kezdete nyak 37 éves kortól és a gerincnél 48 éves kortól. A posztmenopauzás nőknél tehát fokozott a fejlődés kockázata csontritkulás (csontvesztés). Minél alacsonyabb a „csonttömeg csúcsa”, annál nagyobb a kockázata csontritkulás. Posztmenopauzás nőknél végzett vizsgálatok kimutatták, hogy az orális kalciumbevitel szintje szorosan összefügg a csípőtáji törések kockázatával. Kalcium igazgatás 800-1,000 mg / nap dózis csökkent csökkent osteoclast aktivitást mutatott az alanyokban, ami leállította a csontreszorpciót vagy a csonttömegvesztést és törés előfordulása.