Значение и обмяна на калция и фосфатите в организма

Минералите са изключително важни за поддържане на здравето на организма. Тялото ги използва на различни места – за правилното функциониране на костите, мускулите, сърцето и мозъка, за производството на ензими и хормони. В зависимост от количеството им в организма минералите се делят на две групи: макроелементи и микроелементи. Калцият и фосфорът се причисляват към макроелементите. Те са от решаващо значение за физиологията на човека и са необходими за скелетната минерализация. Запазването на калциево-фосфатната хомеостаза е от изключително значение. Нарушенията в нея са едни от най-често срещаните. Те могат да включват аномалии в серумните концентрации на двата минерала, аномалии в костите и в основните регулаторни системи (паращитовидни жлези, бъбреци, гастроинтестинален тракт).

Калций

99% от общото количество на калция в организма се намира в костите и зъбите. 0,9% се намират интрацелуларно в меките тъкани и 0,1% се намират в екстрацелуларната течност. Нормалната концентрация на калция в плазмата е 2,2-2,7 mmol/L. Той се намира под три форми:

• свободен (йонизиран) калций (50%) – количеството му зависи от рН на средата. При ацидоза степента на йонизация се повишава, а при алкалоза се понижава. Този калций може свободно да преминава в интрацелуларното пространство при определени условия. Само свободният калций е биологично активен и е подложен на регулация.;
• свързан с фосфатни, сулфатни, цитратни и лактатни аниони (10%) – тази форма на калция също може свободно да преминава във вътреклетъчното пространство при определени условия.;
• свързан с плазмените белтъци, предимно с албумините (40%) – тази форма не може да преминава през стените на капилярите.

Свободният калций участва в осъществяването на редица биологичните процеси. Към тях се причисляват:

• нервно-мускулна възбудимост – понижаването на концентрацията на калция в ЕЦТ води до повишена нервно-мускулна възбудимост, а повишаването и я потиска.;
• калциевите йони играят ключова роля в осъществяването на връзката между процесите на възбуждане и съкращение. Навлизането на калциеви йони от ЕЦТ в гладко-мускулните и миокардните клетки и освобождаването им от вътреклетъчните места за съхранение е пусков механизъм за процесите на мускулното съкращение. Увеличаването на Ca²⁺ в мускулните клетки предизвиква мускулно съкращение, а увеличението им в ЕЦТ намалява нервно-мускулната възбудимост.;
• освобождаване на хормони от ендокринни клетки – при възбуждане на секреторните клетки пропускливостта им за Ca²⁺ се увеличава. Навлизането на калциеви йони води до освобождаване на предварително образуваните пептидни хормони и катехоламини чрез екзоцитоза.;
• освобождаване на медиатори в синапсите – отделените калциеви йони стимулират отделянето на медиатор от везикулите;
• участие в кръвосъсирването – калциевите йони са от ключово значение за стимулиране на редица ензими в плазмата, участващи в каскадната ензимна реакция на кръвосъсирването;
• роля на вътреклетъчен посредник;
• калциевите йони влизат в състава на плътните съединения между костите;
• формиране на костите и зъбите.

Основните източници на калций за организма са млякото, сиренето, орехите, бобовите и зърнените храни. Резорбцията на този макроелемент в тънките черва се регулира от витамин D. Дневната нужда е около 1 грам. 35% от приетото количество се резорбира, а останалата част се отделя с изпражненията. В проксималната част на тънкото черво рН е по-кисело. Там се съдържа лактоза и оптималното отношение калций/фосфор стимулират резорбцията. Резорбцията на калций намалява при прием на богата на липиди храна и от високото съдържание на алкализиращи съставки. По време на бременност и кърмене нуждата от калций се повишава с около 30%. Калциевите йони попадат в лумена на червата при секреция на храносмилателни сокове, поради олющване на клетки от чревната лигавица. По този механизъм около 90% от приетия калций се отделя с изпражненията.

Отлагането на калций в костите и зъбите в детска възраст е засилено, а след 10 годишна възраст започва да намалява. В бъбреците се филтрира йонизираният и свързаният с аниони калций, но не и свързаният с плазмените белтъци. 60% от филтрирания калций се резорбира в проксималните извити тубули, 10% в проксималните прави тубули, 20% - в дебелото възходящо рамо на бримката на Хенле, 8% в дисталните извити тубули. След цялата тази резорбция само около 1% от филтрирания калций, който съставлява около 10% от калция приет с храната, се екскретира с урината. Резорбцията в проксималните тубули е пасивна и до голяма степен е паралелна на натриевата и водната реабсорбция. Паратироидният хормон не влияе на реабсорбцията на калций в проксималния сегмент на нефрона. Той регулира калциевата резорбция в бримката на Хенле и в дисталните отдели на нефрона. Транспортът на калций в този част е активен. Паратормонът увеличава калциевата реабсорбция, като причинява увеличение на цикличния аденозинмонофосфат (цАМФ).

Направени са много проучвания за ролята на калция в организма. Някои от заключенията им включват:

• поддържане на здравето на костите и превенция на остеопорозата – калцият и витамин D са незаменима част от правилното развитие на костите в детска възраст. След около 30 годишна възраст съдържанието на калций намалява. Това може да се предотврати ако се консумират повече храни, богати на калций, и с водене на активен и здравословен начин на живот. Остеопорозата е заболяване, което представлява сериозен проблем на обществото. То се характеризира с изтъняване на костите и загуба на костна плътност. Тези патологични промени правят костите по-крехки и по-склонни към фрактури. Адекватният прием на калций и на витамин D са от съществено значение за поддържането на здравето на костите и за превенция на остеопорозата.;
• злокачествени заболявания – много изследвания доказват корелацията между приема на калций и развитието на злокачествени заболявания. Проучванията съобщават, че адекватния прием на калций може да намали риска от развитие на рак на дебелото черво и ректума.;
• сърдечно-съдови заболявания – приемът на достатъчно калций може да намали риска от развитие на сърдени заболявания и инсулт. Смята се, че адекватният прием на калций понижава кръвното налягане.;
• прееклампсия – оптималният прием на калций по време на бременността намалява риска от развитие на това сериозно заболяване, което се характеризира с високо кръвно налягане на бременната и появата на белтък в урината.

Прекомерният прием на калций може да доведе до констипация и до невъзможност на организма да абсорбира желязо и цинк. Той увеличава риска от натрупване на бъбречни конкременти и развитие на бъбречно-каменна болест.

Фосфати

Около 86% от общото количество на фосфатите в организма се намират в зъбите и в костите. Костите освен основно депо за калций са и депо за фосфати. Фосфатите са главния анион в кристалната структура на костите. В меките тъкани и особено в мускулите се намират значително големи запаси. Обмяната между тях и ЕЦТ е важен фактор за бързата регулация на плазмената концентрация на фосфатите. За едно денонощие около половината от общото съдържание на фосфати в плазмата се обменя с това в костите. 0,09% от тях се намират в ЕЦТ. Фосфатите в плазмата се отриват в три форми:

• йонизирани фосфати 75-90%;
• свързани с плазмените белтъци 5-20%;
• свързани с калциеви и магнезиеви йони 5%.

Неорганичните фосфати в плазмата са главно PO₄^3-, HPO₄^2- с концентрация около 1,05 mmol/l, H₂PO₄^- с концентрация 0,26 mmol/L.

Фосфатите имат важно значение за образуването на макроергични съединения – АТФ, АДФ, креатинфосфат. Те играят ролята на ключов фактор във вътреклетъчния метаболизъм на енергията. Неорганичните фосфати повлияват редица ензимни системи. Фосфатните йони участват в поддържането на алкално-киселинното равновесие, като част от фосфатната буферна система. Фосфорът е важен компонент на костите и зъбите. Той участва в мускулното съкращение, в осъществяването на предаването на нервните импулси, в поддържането на сърдечния ритъм.

Необходимият дневен прием от фосфати е около 1,0 грам за възрастни. Той се увеличава по време на бременност. Фосфатите се съдържат в храни с животински и растителен произход – млечни продукти, месо, ядки, семена, плодове и зеленчуци.

Фосфатният баланс е положителен до 20 годишна възраст, а след 50 годишна възраст е отрицателен. Общото съдържание на фосфати е 1,1 грама на килограм. Резорбцията на фосфатите в червата е пряко зависима от приема на храна. Те се резорбират в дванадесетопръстника и тънките черва чрез вторично активен транспорт. Част от поетите с храната фосфати се отделят с изпражненията заедно с екскретирания калций. Основен начин за поддържане на нивата на фосфатите в организма е регулация на екскрецията им с урината. Неорганичните фосфати се филтрират в гломерулите, като от тях около 85% се реабсорбират основно в проксималните тубули чрез вторично активен транспорт с натрия. Когато концентрацията им е под критичната стойност 1,0 mmol/L, те не се елиминират с урината. При увеличаване над тази концентрация, отделянето им е правопропорционално на увеличението. Паратхормонът също участва в регулацията на нивото на фосфатите в организма. Той силно увеличава отделянето им с урината, като потиска тяхната реабсорбция в проксималните тубули.