Kalcijs: definīcija, sintēze, absorbcija, transports un izplatība

Kalcijs ir ķīmiskais elements ar elementa simbolu Ca un atoma numuru 20. Tas pieder sārmzemju metālu grupai un ir piektais izplatītākais elements uz Zemes. Kalcijs ir būtisks (vitāli svarīgs) minerāls cilvēkiem un organismā sastopams tikai kā divvērtīgs katjons (Ca2 +).

Absorbcija

Ar pārtiku saistīts kalcijs gremošanas sulas vispirms jāizdalās kuņģa-zarnu traktā (GI traktā), lai pēc tam absorbētu (uzņemtu) tievā zarnā, galvenokārt divpadsmitpirkstu zarnas (divpadsmitpirkstu zarnā) un tuvākajā tukšajā zarnā (augšējā tukšā zarnā). Absorbcija notiek transcellulāri (masa transportēšana caur zarnu epitēlija šūnām) ar aktīvu mehānismu, ievērojot piesātinājuma kinētiku zemā vai normālā kalcija daudzumā un papildus paracelulāri (masveida transports caur zarnu epitēlija šūnu starpnozaru telpām), pasīvi difūzējot pa elektroķīmisko gradientu pie lielām uzņemšanas reizēm. Pasīvā zarnu absorbcija, kas notiek visā zarnu traktā, ieskaitot kols (resnās zarnas), nav gandrīz tikpat efektīvs kā aktīvās rezorbcijas mehānisms, tāpēc kopējais absorbētais daudzums absolūtos skaitļos palielinās, palielinoties kalcija deva, bet relatīvi samazinās. Kamēr aktīvs transcellulārais kalcijs absorbcija to regulē paratheidālais hormons (PTH, peptīdu hormons, kas sintezēts parathormons) Un kalcitriols (attiecīgi fizioloģiski aktīvā D3 vitamīna, 1,25-dihidroksilholekalciferola, 1,25- (OH) 2-D3) forma, pasīvā paracelulārā difūzija neietekmē hormoni uzskaitīti. Transepitēlija kalcija rezorbcijas regulēšana ar PTH un kalcitriols, attiecīgi, sīkāk aplūkots zemāk. Enterocītos (tievās zarnas šūnās) epitēlijs), kalcijs ir saistīts ar specifisku kalciju saistoša nesēja (transporta) proteīnu, ko sauc par kalbindīnu, kas kalciju transportē caur enterocītiem uz bazolaterālo (prom no zarnas). šūnu membrānu. 1,25- (OH) 2-D3 izraisa receptoru mediētu kalbindīna intracelulārās (šūnas iekšienē) ekspresijas stimulāciju. Kalcijs nonāk asinīs ar transmembrānas Ca2 + -ATPāzes palīdzību (transporta sistēma, kas darbojas zem enerģijas un adenozīns trifosfāta (attiecīgi ATP) patēriņš) un Ca2 + / 3 Na + apmaiņas nesēju (kalcija transportieris, kuru vada Na + gradients). Kalcija absorbcijas ātrums ir atkarīgs no dažādiem faktoriem un svārstās no 15% līdz 60%. Pēc zīdaiņa vecuma kalcija absorbcija uzrāda visaugstāko efektivitāti pubertātes vecumā (~ 60%), pēc tam pieaugušā vecumā samazinās līdz 15-20%. Šie faktori kavē kalcija uzsūkšanos, ieskaitot kompleksa veidošanos:

Kalcija uzsūkšanos veicina šādi faktori:

  • Vienlaicīga kalcija uzsūkšanās ar pārtiku
  • Izplatīšana pa vairākām atsevišķām devām dienā
  • 1,25-dihidroksilholekalciferols (1,25- (OH) 2-D3) - stimulē intracelulāro kalbindīna sintēzi.
  • Viegli absorbējami cukuri, piemēram, laktoze (piens cukurs).
  • Pienskābe
  • Citronskābe
  • Aminoskābes
  • Kazeīna fosfopeptīdi
  • Absorbējami ogļhidrāti, piemēram, inulīns, fruktooligosaharīdi un laktuloze, kurus baktērijas fermentē līdz īsās ķēdes taukskābēm ileumā (tievās zarnas apakšējā daļā) un resnajā zarnā (resnajā zarnā) → rezultātā pH kritums zarnu lūmenā izraisa palielināta saistītā kalcija izdalīšanās, atstājot pasīvai absorbcijai pieejamu vairāk brīvā kalcija

Laikā grūtniecība, kalcija absorbcija ir palielināta - starpniecību PTH un kalcitriolsattiecīgi - lai pielāgotos kalcija ikdienas pārnesei caur placenta (placenta) uz auglis (nedzimušam bērnam), kas vidēji ir 250 mg 3. trimestrī (XNUMX. gada trešajā trimestrī) grūtniecība). Papildus palielinātajai zarnai (stīgasaistīta) kalcija uzsūkšanās, grūtnieces papildu prasības tiek apmierinātas ar paaugstinātu kalcija izdalīšanos no skeleta pēc 1. trimestra. Salīdzinot ar grūtniecēm, kalcija zudums ar piens, kas svārstās no 250 līdz 350 mg / dienā, sievietēm zīdīšanas periodā kompensē ar palielinātu kalcija mobilizāciju tikai no kaula, kā rezultātā 5% kaulu masa zaudējums pēc sešiem laktācijas mēnešiem. Tomēr 6-12 mēnešu laikā pēc atšķiršanas kaulu atjaunošana notiek neatkarīgi no pārvalde kalcija bagātinātāji- pieņemot, ka kalcija uzņemšana ir pietiekama.

Transports un izplatīšanās organismā

Kalcija saturs cilvēka ķermenī ir aptuveni 25-30 g (0.8% no ķermeņa svara) dzimšanas brīdī un aptuveni 900-1,300 g (līdz 1.7% no ķermeņa svara) pieaugušā vecumā. Aptuveni 99% no kopējā ķermeņa kalcija ir ārpusšūnu (ārpus šūnām) skeleta sistēmā, ieskaitot zobus, kur tas galvenokārt tiek uzglabāts saistītā veidā kā neizšķīdis kalcijs fosfāts vai hidroksiapatīts (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). Kaulos kalcijs veido aptuveni 39% no kopējā minerālvielu satura. Tikai nedaudz mazāk par 1% no visa ķermeņa masa kalcija lokalizējas citos ķermeņa audos (~ 7 g) un ķermeņa šķidrumi (~ 1 g). Tādējādi intracelulārais kalcija saturs ir 10,000 XNUMX reizes mazāks nekā ārpusšūnu kalcija saturs. Lai saglabātu koncentrācija gradients starp ārpusšūnu un intracelulāro kalciju, šūnu membrānu ir lielākoties necaurlaidīgs (necaurlaidīgs) kalcijam atpūtas apstākļos. Turklāt pastāv transmembrānas sūkņu vai transporta sistēmas, piemēram, Ca2 + -ATPāzes (Ca2 + transportētāji, kas darbojas ar ATP patēriņu) un Ca2 + / 3 Na + apmaiņas nesēji (Ca2 + transportētāji, kurus vada Na + gradients), kas transportē kalciju no šūnas. Endoplazmas retikuluma membrānās (ER, bagātīgi sazarota plakanu dobumu kanālu sistēma eikariotu šūnās) ir specifiskas Ca2 + -ATPāzes, tā sauktās SERCA (sarko- / endoplazmatiskās retikulas Ca2 + -ATPāzes), kas var gan sūknēt kalciju no citozola. ER - intracelulārā uzglabāšana - un transportē minerālu atpakaļ citozolā šūnu funkcijām pēc šūnas stimulēšanas ar atbilstošiem kalciju mobilizējošiem stimuliem. Kolonnā var atšķirt trīs dažādas kalcija frakcijas asinis. Jonizētais brīvais kalcijs veido lielāko daļu ar aptuveni 50%, kam seko olbaltumvielu (albumīns- ar globulīnu saistīts kalcijs (40-45%) un kalcijs, kas kompleksā ar zemas molekulmasas ligandiem, piemēram, citrātu, fosfāts, sulfāts un bikarbonāts (5-10%). Gan olbaltumvielu deficīts, gan pH maiņa ietekmē kalcija frakciju attiecību savā starpā. Piemēram, acidoze (asinis pH <7.35) noved pie pazemināta un alkaloze (asinis pH> 7.45) līdz paaugstinātam saistīšanās ar olbaltumvielām seruma kalcija, kā rezultātā attiecīgi palielinās vai samazinās brīvā, jonizētā kalcija daļa serumā - par aptuveni 0.21 mmol / l Ca2 + uz pH vienību. Jonizētā brīvā kalcija frakcija (1.1-1.3 mmol / l) apzīmē bioloģiski aktīvo formu, un to homeostātiski kontrolē paratheidālais hormons, 1,25- (OH) 2-D3, un kalcitonīns (peptīdu hormons, kas sintezēts vairogdziedzera C šūnās) (skatīt zemāk). Tādējādi kopējais kalcija līmenis serumā koncentrācija tiek nemainīgs relatīvi šaurā diapazonā (2.25-2.75 mmol / l).

Izdalīšanās

Kalcijs izdalās galvenokārt ar urīnu un izkārnījumiem (izkārnījumos) un nedaudz ar sviedriem. Nieru (nieresaistīts) normālos apstākļos izvadītā kalcija daudzums ir mazāks par 4 mg / kg ķermeņa svara dienā vai mazāks par 300 mg dienā vīriešiem un mazāks par 250 mg dienā sievietēm. Kalcija izvadīšana caur nierēm rodas glomerulārās filtrācijas un cauruļveida reabsorbcijas rezultātā. (reabsorbcija caur nieru kanāliņiem), kas notiek pasīvi proksimālajā kanāliņā (nieru kanāliņu galvenā daļa) un aktīvi distālajā kanāliņā (nieru kanāliņu vidusdaļā) - kontrolē PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 un kalcitonīns - un veido vairāk nekā 98% no filtrētās summas. Tas parāda, ka niere ir izšķiroša loma kalcija homeostāzē vai nemainīga kalcija līmeņa serumā uzturēšanā. Nieru kalcija izvadīšanu veicina šādi faktori:

  • Iekšķīgi lietojamā kalcija daudzums palielinās, piemēram, ar piedevām (piemēram, ar uzturu bagātinātāji).
  • kofeīns - In kafija, zaļa un melnā tēja, Uc
  • Nātrijs - kā galda sāls sastāvdaļa (nātrija sāls) hlorīds(NaCl); par katru 2 g uztura nātrijs, Urīnā tiek zaudēti 30-40 mg kalcija.
  • Palielināts olbaltumvielu daudzums - gan dzīvnieku, gan augu olbaltumvielas; 1 g olbaltumvielu palielina kalcija izvadīšanu caur nierēm par 0.5-1.5 mg
  • Palielināta fosfātu uzņemšana - desās, kausētajā sierā, bezalkoholiskajos dzērienos utt .; kalcija un fosfāta attiecība uzturs no 1: 1.0-1.2 tiek uzskatīts par optimālu
  • Palielināta alkohola lietošana
  • hronisks acidoze (asins pH <7.35)

Idiopātiska hiperkalciūrija (nefizioloģiski augsts kalcija līmenis urīnā) koncentrācija,> 4 mg kalcija / kg ķermeņa svara / dienā) cēlonis ir ģenētiska novirze ar mainīgu izpausmi, kuras cēlonis nav zināms - absorbējošs (ietekmē zarnu), nieres (ietekmē nieres) vai uztura. Personas ar idiopātisku hiperkalciūriju, kurām ir paaugstināts urolitiāzes risks ( niere akmeņiem), salīdzinot ar veseliem indivīdiem, ir lielāka sāls jutība (sinonīmi: jutība pret sāli; jutība pret fizioloģisko šķīdumu; jutība pret fizioloģisko šķīdumu) nekā cilvēkiem ar normālu nierakmeņi. Sāls šķīduma un olbaltumvielu ierobežošana izraisa kalcija izdalīšanos nierēs normalizēšanos pacientiem ar hiperkalciūriju. Kalcija izdalīšanās (izdalīšanās) kuņģa-zarnu traktā tiek pakļauta 85% zarnu reabsorbcijai (reabsorbcijai). Atlikušie 15% (18-224 mg / dienā) tiek zaudēti ar izkārnījumiem (izkārnījumi). Tiek lēsts, ka kalcija zudumi ar sviedriem ir 4-96 mg dienā, obligātie zaudējumi svārstās no 3 līdz 40 mg dienā.

Hormonāla kalcija homeostāzes regulēšana

Tā kā kalcijs spēlē galveno lomu vairākās cilvēka organisma vitālajās funkcijās, ir svarīgi uzturēt ārpusšūnu jonizētā brīvā kalcija koncentrāciju. Jonizētais brīvais seruma kalcijs ir savstarpēji saistīts ar dažādiem kalcija nodalījumiem - kauliem, tievā zarnā, nieres - un sarežģīta hormonālā regulēšanas sistēma to pastāvīgi uztur šaurās robežās. Kalcija metabolisma regulēšanā ir iesaistīti šādi hormoni:

  • Paratheoidālais hormons
  • Kalcitriols (1,25-dihidroksilholekalciferols, 1,25- (OH) 2-D3)
  • Kalcitonīns

Jūsu darbs IR Klientu apkalpošana hormoni uzskaitītie ietekmē zarnu kalcija uzsūkšanos, kalcija izvadīšanu caur nierēm un kalcija izdalīšanos vai uzņemšanu kaulos. Nelielu ārpusšūnu brīvā kalcija koncentrācijas noviržu gadījumā parasti ir pietiekami zarnu un nieru kompensācijas mehānismi. Tikai tad, ja šie regulējošie mehānismi neizdodas, kalcijs izdalās no skeleta, kā rezultātā tiek zaudēta kaulu masa, kas saistīta ar kaula mehāniskās stabilitātes pavājināšanos. Ārpusšūnu brīvā kalcija koncentrācijas izmaiņas tiek noteiktas ar specifisku membrānu proteīni sauc par kalcija sensoriem, kas pieder G-olbaltumvielu savienotu 7-kārtīgu membrānu caurlaidīgu receptoru superģimenei. Kalcija specifiskos receptorus galvenokārt izsaka parathormona šūnas, kas atbrīvo PTH no kalcija atkarīgā veidā, vairogdziedzera C šūnas, kas izdala kalcitonīns no kalcija atkarīgā veidā un nieru šūnās, kas sintezē aktīvo 1,25- (OH) 2-D3 no kalcija atkarīgā veidā. Turklāt kalcija sensorus var noteikt arī vairākos citos šūnu tipos, piemēram, osteoklastos (kaulu rezorbējošās šūnas) un enterocītos (zarnu epitēlija šūnas). Tiek pieņemts, ka caur kalcija jutīgajiem receptoriem ir atkarīga no kalcija modulācija (palielināšanās) hormoni PTH, kalcitriols un kalcitonīns notiek mērķa šūnu līmenī - kauls, tievā zarnā, nieru šūnas. Zema ekstracelulārā brīvā kalcija koncentrācija - paratheidālais hormons un kalcitriols.

Kad kalcija līmenis serumā samazinās - nepietiekamas uzņemšanas vai palielinātu zaudējumu rezultātā - PTH arvien vairāk sintezējas (veidojas) parathormona šūnās un izdalās (izdalās) asinīs. PTH nonāk nierēs, kur stimulē 1-alfa-hidroksilāzes ekspresiju un tādējādi 1,25- (OH) 2-D3, bioloģiski aktīvās D vitamīns. Pie kaula PTH un 1,25- (OH) 2-D3 stimulē osteoklastu darbību, kas vadīt līdz kaulu vielas rezorbcijai (sadalījumam). Pēc tam kalcijs tiek atbrīvots no kaula un izdalīts ārpusšūnu telpā. Tā kā kalcijs kaulu sistēmā tiek uzglabāts hidroksiapatīta (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2) formā, vienlaikus no kauliem tiek mobilizēti fosfāta joni - cieša kalcija un fosfātu metabolisma korelācija (saistība). Pie proksimālās tievās zarnas otas robežas membrānas kalcitriols veicina gan aktīvo kalcija absorbciju, gan fosfātu reabsorbciju, gan kalcija un fosfāta transportēšanu ārpusšūnu telpā. Nierēs PTH palielina cauruļveida kalcija reabsorbciju, vienlaikus kavējot cauruļveida fosfātu reabsorbciju. Visbeidzot, palielinās fosfāta izdalīšanās caur nierēm, kas palielina uzkrāšanos, pateicoties kalcija fosfāta mobilizācijai no kauliem un reabsorbcijai no zarnām. Seruma fosfātu līmeņa pazemināšanās, no vienas puses, novērš kalcija fosfāta nogulsnēšanos audos un, no otras puses, stimulē kalcija izdalīšanos no kauliem - par labu kalcija koncentrācijai serumā. PTH un kalcitriola ietekmes rezultāts uz starpakciju kalcija kustībām zemā kalcija līmenī serumā ir attiecīgi ārpusšūnu brīvā kalcija koncentrācijas palielināšanās un normalizēšanās. Ilgstoši paaugstināts 1,25- (OH) 2-D3 līmenis serumā vadīt parathormonu šūnu PTH sintēzes un proliferācijas (augšanas un proliferācijas) kavēšanai - negatīvas atsauksmes. Šis mehānisms notiek ar parathormona šūnu D3 vitamīna receptoriem. Ja kalcitriols aizņem šos sev specifiskos receptorus, vitamīns var ietekmēt mērķa orgāna metabolismu. Augsta ekstracelulārā brīvā kalcija koncentrācija - kalcitonīns

Ārpusšūnu jonizētā kalcija palielināšanās vairogdziedzera C šūnās sintezē un izdala (izdala) vairāk kalcitonīna. Kalcitonīns kavē osteoklastu aktivitāti uz kaulu un tādējādi kaulu audu sadalīšanos, kas veicina kalcija nogulsnēšanos skeletā. Tajā pašā laikā peptīdu hormons stimulē kalcija izvadīšanu caur nierēm. Izmantojot šos mehānismus, kalcitonīns samazina kalcija koncentrāciju serumā. Kalcitonīns ir tiešs PTH antagonists (pretinieks). Tādējādi, palielinot ārpusšūnu brīvo kalciju, PTH sintēze un sekrēcija no parathormons un PTH izraisīta nieru 1,25- (OH) 2-D3 ražošana ir samazināta. Tā rezultātā samazinās kalcija fosfāta mobilizācija no kauliem, samazinās kalcija reabsorbcija zarnās un samazinās cauruļveida kalcija reabsorbcija un tādējādi palielinās kalcija izvadīšana caur nierēm. Rezultāts, kas atbilst darbības mehānisms kalcitonīna, ir ārpusšūnu brīvā kalcija koncentrācijas samazināšanās un seruma kalcija līmeņa normalizēšanās.

Kalcija atlikums

Kalcijs līdzsvarot ir atkarīgs no vecuma. Augšanas fāzē bērnība un pusaudža gados, pieņemot pietiekamu kalcija uzņemšanu, kalcijs ir pozitīvs līdzsvarot, organismā absorbēts vairāk kalcija nekā izdalīts nierēs un zarnās. Paaugstināta osteoblastu (kaulu veidojošo šūnu) aktivitāte palielina kalcija uzglabāšanu kaulu vielā un tādējādi palielina kalcija uzglabāšanu. Maksimālā kaulu minerālā masa vai maksimums kaulu blīvums galvenokārt iegūst pusaudža gados un jaunībā. Tādējādi meitenēm un sievietēm attiecīgi ir aptuveni 90% no kopējā skeleta minerālvielu satura līdz 16.9 ± 1.3 gadu vecumam un aptuveni 99% līdz 26.2 ± 3.7 gadu vecumam. Zēniem un vīriešiem attiecīgi var novērot aptuveni 1.5 gadu kavēšanos. Parasti kaulu maksimālā masa tiek sasniegta apmēram 30 gadu vecumā. Kaulu minerālvielu saturs tikai nepietiekami raksturo faktisko kaulu spēks. Drīzāk to nosaka tādi faktori kā fiziskās aktivitātes, muskuļu masa, ķermeņa uzbūve un lielums. Kopš 30 gadu vecuma ir līdzsvara kalcijs līdzsvarot vairāku gadu desmitu laikā organismā absorbētā kalcija daudzums korelē ar nieru un izkārnījumos izdalītā kalcija daudzumu. Piemēram, uzņemot 1,000 mg kalcija, aptuveni 200 mg tiek absorbēts un apmēram 200 mg tiek izvadīts caur nierēm, savukārt 250–500 mg izdalās no kaula un reabsorbējas kā daļa no remodelēšanās procesiem. Lai nepieļautu, ka kalcija bilance kļūst negatīva, jārūpējas par pietiekamu kalcija uzņemšanu uzturā. Neskatoties uz līdzsvarotu kalcija metabolismu, kaulu blīvums no 30 gadu vecuma nepārtraukti samazinās. Veseliem cilvēkiem kaulu minerālās masas zudums ir aptuveni 1% gadā. Kaulu masas zuduma cēlonis, pieaugot vecumam, ir palielināta osteoklastu (kaulus noārdošo šūnu) aktivitāte, ko papildina palielināts kaulu audu sadalījums un palielināta kalcija izdalīšanās no kauliem. Visbeidzot, vairāk kalcija tiek izvadīts ar urīnu un izkārnījumiem, nekā absorbē tievā zarnā un kaulā. Tāpēc gados vecākiem cilvēkiem kalcija bilance ir negatīva. Kaulu masa pakāpeniski samazinās sievietēm pēcmenopauzes periodā (menopauze; menopauze sievietēm) mainītā estrogēna statusa dēļ. Pētījumu rezultātā sievietēm augšstilba kaulā varēja novērot kaulu un minerālvielu zuduma sākumu kakls no 37 gadu vecuma un mugurkaulā no 48 gadu vecuma. Tāpēc sievietēm pēcmenopauzes periodā ir paaugstināts attīstības risks osteoporoze (kaulu zudums). Jo mazāka ir “maksimālā kaulu masa”, jo lielāks risks osteoporoze. Pētījumi sievietēm pēcmenopauzes periodā ir parādījuši, ka perorālā kalcija uzņemšanas līmenis ir cieši saistīts ar gūžas kaula lūzumu risku. Kalcijs pārvalde 800-1,000 XNUMX mg dienā izraisīja samazinātu osteoklastu aktivitāti indivīdos, kas apturēja kaulu rezorbciju vai kaulu masas zudumu un samazināja lūzums sastopamība.