Kalcij: definicija, sinteza, absorpcija, transport in distribucija

Kalcij je kemični element s simbolom elementa Ca in atomskim številom 20. Spada v skupino zemeljskoalkalijskih kovin in je peti najbolj razširjeni element na Zemlji. Kalcij predstavlja za človeka bistveni (vitalni) mineral in se v organizmu pojavlja izključno kot dvovalentni kation (Ca2 +).

Absorpcija

Hrana vezana kalcij najprej prepustiti prebavnim sokom v prebavilih (GI trakt), da se nato absorbirajo (prevzamejo) v Tanko črevo, predvsem v dvanajstnik (dvanajstnik) in proksimalni jejunum (zgornji jejunum). Absorpcija se pojavi transcelularno (masa transport skozi epitelijske celice črevesja) z aktivnim mehanizmom po kinetiki nasičenja pri majhnem do normalnem vnosu kalcija in dodatno paracelularno (prenos mase skozi intersticijske prostore črevesnih epitelijskih celic) s pasivno difuzijo vzdolž elektrokemičnega gradienta pri visokih vstopih. Pasivno črevesno absorpcija, ki se pojavlja v celotnem črevesnem traktu, vključno z debelo črevo (debelo črevo) ni skoraj tako učinkovit v primerjavi z aktivnim resorpcijskim mehanizmom, zato se celotna absorbirana količina absolutno poveča s povečanjem kalcija Odmerek, vendar se relativno zmanjša. Medtem ko je aktiven transcelularni kalcij absorpcija ureja obščitnični hormon (PTH, peptidni hormon, sintetiziran v obščitnična žleza) in kalcitriol (fiziološko aktivna oblika vitamina D3, 1,25-dihidroksilholekalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)), pasivna paracelularna difuzija ostane nespremenjena hormoni naveden. Regulacija resorpcije transepitelnega kalcija s PTH in kalcitriolv nadaljevanju je podrobneje obravnavano v nadaljevanju. V enterocitih (celice tankega črevesja epitelija), se kalcij veže na specifičen protein, ki veže kalcij (transportni) protein, imenovan kalbindin, ki prenaša kalcij skozi enterocite v bazolateral (stran od črevesja) celična membrana. 1,25- (OH) 2-D3 vodi do receptorsko posredovane stimulacije znotrajcelične (znotraj celice) ekspresije kalbindina. Kalcij vstopi v krvni obtok s pomočjo transmembranske Ca2 + -ATPaze (transportni sistem, ki deluje pod energijo in adenozin poraba trifosfata (ATP)) in nosilec izmenjave Ca2 + / 3 Na + (transporter kalcija, ki ga poganja gradient Na +). Stopnja absorpcije kalcija je odvisna od različnih dejavnikov in se giblje med 15% in 60%. Po dojenčku kaže absorpcija kalcija največjo učinkovitost v puberteti (~ 60%), nato pa se v odrasli dobi zmanjša na 15-20%. Naslednji dejavniki zavirajo absorpcijo kalcija, vključno s tvorbo kompleksov:

Naslednji dejavniki spodbujajo absorpcijo kalcija:

  • Hkratna absorpcija kalcija s hrano
  • Porazdelitev v več posameznih odmerkov na dan
  • 1,25-dihidroksilholekalciferol (1,25- (OH) 2-D3) - stimulira znotrajcelično sintezo kalbindina.
  • Lahko absorbirani sladkorji, kot npr laktoza (mleko sladkorja).
  • Mlečna kislina
  • Citronska kislina
  • Aminokisline
  • Kazeinski fosfopeptidi
  • Ogljikovi hidrati, ki se ne absorbirajo, kot so inulin, fruktooligosaharidi in laktuloza, ki se bakterijsko fermentirajo v kratkoverižne maščobne kisline v ileumu (spodnjem delu tankega črevesa) in debelem črevesu (debelem črevesu) → posledični padec pH v črevesnem lumenu vodi do povečano sproščanje vezanega kalcija, tako da je na voljo več prostega kalcija za pasivno absorpcijo

Med nosečnost, povečana absorpcija kalcija - posredovana s PTH in kalcitriol- za prilagoditev dnevnega prenosa kalcija čez placenta (placenta) do plod (nerojeni otrok), ki v povprečju znaša 250 mg v tretjem trimesečju (tretje trimesečje nosečnost). Poleg povečanega črevesja (črevo), povezana s absorpcijo kalcija, dodatno potrebo nosečnice izpolnjuje povečano sproščanje kalcija iz okostja po 1. trimesečju. V primerjavi z nosečnicami izgube kalcija pri mleko, ki se gibljejo od 250 do 350 mg / dan, se pri doječih ženskah kompenzira s povečano mobilizacijo kalcija samo iz kosti, kar povzroči 5% kosti masa izguba po šestih mesecih laktacije. Vendar pa v 6-12 mesecih po odstavitvi pride do obnove kosti ne glede na uprava kalcija dodatki- ob predpostavki, da je vnos kalcija ustrezen.

Prevoz in porazdelitev v telesu

Vsebnost kalcija v človeškem telesu je približno 25-30 g (0.8% telesne teže) ob rojstvu in približno 900-1,300 g (do 1.7% telesne teže) v odrasli dobi. Približno 99% celotnega telesnega kalcija je zunajceličnega (zunaj celic) v kostnem sistemu, vključno z zobmi, kjer je shranjen pretežno v vezani obliki kot neraztopljen kalcij fosfat ali hidroksiapatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). V kosti kosti kalcij predstavlja približno 39% celotne vsebnosti mineralov. Le nekaj manj kot 1% celotnega telesa masa kalcija je lokaliziran v drugih telesnih tkivih (~ 7 g) in telesnih tekočinah (~ 1 g). Tako je znotrajcelična vsebnost kalcija 10,000-krat nižja od vsebnosti zunajceličnega kalcija. Za vzdrževanje koncentracija gradient med zunajceličnim in znotrajceličnim kalcijem, celična membrana je v počitku v veliki meri neprepustna (neprepustna) za kalcij. Poleg tega obstajajo transmembranski črpalni ali transportni sistemi, kot so Ca2 + -ATPaze (transporterji Ca2 +, ki delujejo pod porabo ATP) in nosilci izmenjave Ca2 + / 3 Na + (transporterji Ca2 +, ki jih poganja gradient Na +), ki kalcij prenašajo iz celice. V membranah endoplazmatskega retikuluma (ER, bogato razvejan kanalski sistem ravninskih votlin v evkariontskih celicah) so specifične Ca2 + -ATPaze, tako imenovane SERCA (sarko- / endoplazmatski retikulum Ca2 + -ATPaze), ki lahko črpajo kalcij iz citosola. v ER - znotrajcelično skladiščenje - in po prenašanju celic z ustreznimi dražljivci, ki mobilizirajo kalcij, prenesite mineral nazaj v citosol za celične funkcije. Tri različne frakcije kalcija lahko ločimo v kri. Ionizirani prosti kalcij tvori največjo frakcijo s približno 50%, čemur sledi beljakovine (albumin-, globulin-) vezani kalcij (40-45%) in kalcij v kompleksu z nizko molekulskimi ligandi, kot je citrat, fosfat, sulfat in bikarbonat (5-10%). Tako pomanjkanje beljakovin kot premiki pH vplivajo na razmerje med kalcijevimi frakcijami. Na primer acidoza (kri pH <7.35) vodi do zmanjšanja in alkaloza (kri pH> 7.45) do povečanega vezava na beljakovine serumskega kalcija, kar povzroči ustrezno povečanje ali zmanjšanje deleža prostega, ioniziranega kalcija v serumu - za približno 0.21 mmol / l Ca2 + na pH enoto. Jonizirana prosta frakcija kalcija (1.1–1.3 mmol / l) predstavlja biološko aktivno obliko in jo homeostatično nadzoruje obščitnični hormon1,25- (OH) 2-D3 in kalcitonin (peptidni hormon, sintetiziran v celicah C ščitnice) (glejte spodaj). Tako celotni serumski kalcij koncentracija ohranja konstantno v razmeroma ozkem območju (2.25-2.75 mmol / l).

Izločanje

Kalcij se izloča pretežno z urinom in blatom (blato) ter nekoliko z znojem. Ledvice (ledvicekoličina kalcija, izločena v normalnih pogojih, je manj kot 4 mg / kg telesne mase na dan ali manj kot 300 mg / dan pri moških in manj kot 250 mg / dan pri ženskah. Ledvično izločanje kalcija je posledica glomerulne filtracije in tubulne reabsorpcije (reabsorpcija skozi ledvične tubule), ki se pasivno pojavlja v proksimalnem tubulu (glavni del ledvičnih tubulov) in aktivno v distalnem tubulu (srednji del ledvičnih tubulov) - pod nadzorom PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 in kalcitonin - in predstavlja več kot 98% filtrirane količine. To ponazarja, da ledvice igra ključno vlogo pri homeostazi kalcija ali vzdrževanju stalne ravni kalcija v serumu. Naslednji dejavniki spodbujajo izločanje kalcija skozi ledvice:

  • Povečanje peroralnega vnosa kalcija, na primer z dodatki (npr. S prehrano dodatki).
  • kofein - V kava, zelena in Črni čaj, Itd
  • Natrijev - kot sestavina kuhinjske soli (natrij kloridNaCl); na vsaka 2 g prehrane natrijev, Se v urinu izgubi 30-40 mg kalcija.
  • Povečan vnos beljakovin - tako živalskih kot rastlinskih beljakovin; 1 g beljakovin poveča izločanje kalcija skozi ledvice za 0.5-1.5 mg
  • Povečan vnos fosfatov - v klobasah, topljenem siru, brezalkoholnih pijačah itd .; razmerje kalcij-fosfat v prehrana od 1: 1.0-1.2 se šteje za optimalno
  • Povečan vnos alkohola
  • kronična acidoza (pH krvi <7.35)

Idiopatska hiperkalciurija (nefiziološko visok kalcij v urinu koncentracija,> 4 mg kalcija / kg telesne teže / dan) je posledica genetske nenormalnosti s spremenljivo ekspresijo, pri kateri vzrok ni znan - absorpcijski (vpliva na črevesje), ledvični (vpliva na ledvice) ali prehranski. Posamezniki z idiopatsko hiperkalciurijo, pri katerih obstaja večje tveganje za urolitiazo (nastanek ledvice kamni) v primerjavi z zdravimi posamezniki kažejo večjo občutljivost na sol (sopomenke: občutljivost na sol; občutljivost na sol; občutljivost na sol) kot ljudje z običajnim tveganjem za ledvični kamni. Omejitev soli in beljakovin vodi do normalizacije izločanja kalcija skozi ledvice pri hiperkalciuričnih bolnikih. Kalcij, ki se izloča (izloča) v prebavila, je podvržen 85-odstotni črevesni reabsorpciji (reabsorpciji). Preostalih 15% (18-224 mg / dan) se izgubi z blatom (blato). Izgube kalcija z znojem so ocenjene na 4-96 mg / dan, obvezne izgube pa od 3 do 40 mg / dan.

Hormonska regulacija homeostaze kalcija

Ker ima kalcij osrednjo vlogo pri številnih vitalnih funkcijah človeškega organizma, je vzdrževanje koncentracije zunajceličnega ioniziranega prostega kalcija bistvenega pomena. Ionizirani prosti kalcij v serumu je medsebojno povezan z različnimi predelki kalcija - kost, Tanko črevo, ledvic - in ga zapleten hormonski regulacijski sistem ohranja v ozkih mejah. Pri uravnavanju presnove kalcija sodelujejo naslednji hormoni:

  • Paratiroidni hormon
  • Kalcitriol (1,25-dihidroksilholekalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
  • Kalcitonina

O hormoni našteti vplivajo na absorpcijo kalcija v črevesju, izločanje kalcija skozi ledvice in sproščanje ali vnos kalcija v kosti. V primeru manjših odstopanj zunajcelične koncentracije prostega kalcija običajno zadostujejo mehanizem kompenzacije v črevesju in ledvicah. Šele ko ti regulativni mehanizmi odpovejo, se kalcij sprosti iz okostja, kar povzroči izgubo kostne mase, povezano z oslabitvijo mehanske stabilnosti kosti. Spremembe v zunajcelični koncentraciji prostega kalcija zazna posebna membrana beljakovin imenovani kalcijevi senzorji, ki spadajo v superdružino z G-proteini povezanih 7-kratnih membransko prepustnih receptorjev. Kalcijev specifične receptorje v glavnem izražajo obščitnične celice, ki sproščajo PTH na kalcij odvisen način, celice ščitnice C, ki izločajo kalcitonin na kalcij odvisen način in z ledvičnimi celicami, ki sintetizirajo aktivni 1,25- (OH) 2-D3 na kalcijev odvisen način. Poleg tega lahko senzorje kalcija zaznamo tudi na številnih drugih vrstah celic, kot so osteoklasti (celice, ki resorbirajo kosti) in enterociti (črevesne epitelijske celice). Predpostavlja se, da je preko kalcijev občutljivih receptorjev od kalcija odvisna modulacija (povečanje) učinka hormoni PTH, kalcitriol in kalcitonin potekajo na ravni ciljnih celic - kosti, Tanko črevo, ledvične celice.Zunajcelična koncentracija prostega kalcija nizka - obščitnični hormon in kalcitriol.

Ko raven kalcija v serumu pade - kot posledica neustreznega vnosa ali povečanih izgub - se PTH vse bolj sintetizira (tvori) v obščitničnih celicah in izloča (izloča) v krvni obtok. PTH doseže ledvice, kjer spodbuja ekspresijo 1-alfa-hidroksilaze in s tem sintezo 1,25- (OH) 2-D3, biološko aktivne oblike vitamin D. Na kosti PTH in 1,25- (OH) 2-D3 spodbujata aktivnost osteoklastov, ki vodi do resorpcije (razgradnje) kostne snovi. Kasneje se kalcij sprosti iz kosti in spusti v zunajcelični prostor. Ker se kalcij v skeletnem sistemu shrani v obliki hidroksiapatita (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), se fosfatni ioni hkrati mobilizirajo iz kosti - tesna korelacija (razmerje) presnove kalcija in fosfata. Kalcitriol na membrani krtačne meje proksimalnega tankega črevesa spodbuja tako aktivno celično absorpcijo kalcija kot reabsorpcijo fosfata in transport kalcija in fosfata v zunajcelični prostor. V ledvicah PTH poveča tubularno reabsorpcijo kalcija, hkrati pa zavira reabsorpcijo tubularnega fosfata. In končno, prihaja do povečanega izločanja fosfata skozi ledvice, kar se poveča zaradi kopičenja kalcijevega fosfata iz kosti in ponovne absorpcije iz črevesja. Znižanje ravni serumskega fosfata po eni strani preprečuje obarjanje kalcijevega fosfata v tkivih, po drugi strani pa spodbuja sproščanje kalcija iz kosti - v korist koncentraciji kalcija v serumu. Rezultat učinkov PTH in kalcitriola na medoddelčno gibanje kalcija pri nizkih koncentracijah kalcija v serumu je povečanje oziroma normalizacija zunajcelične koncentracije prostega kalcija. Dolgotrajno povišane ravni 1,25- (OH) 2-D3 v serumu vodi do zaviranja sinteze in proliferacije PTH (rasti in proliferacije) obščitničnih celic - negativne povratne informacije. Ta mehanizem poteka preko receptorjev vitamina D3 obščitničnih celic. Če kalcitriol zaseda te receptorje, specifične zase, lahko vitamin vpliva na presnovo ciljnega organa. Zunajcelična koncentracija prostega kalcija visoko - kalcitonin

Povečanje zunajceličnega ioniziranega kalcija povzroči, da celice C ščitnice sintetizirajo in izločajo (izločajo) več kalcitonina. Kalcitonin zavira aktivnost osteoklastov na kosti in s tem razgradnjo kostnega tkiva, kar spodbuja odlaganje kalcija v okostju. Hkrati peptidni hormon spodbuja izločanje kalcija skozi ledvice. S temi mehanizmi kalcitonin vodi do zmanjšanja koncentracije kalcija v serumu. Kalcitonin predstavlja neposrednega antagonista (nasprotnika) PTH. Ko se torej poveča zunajcelični prosti kalcij, se sinteza in izločanje PTH iz obščitnična žleza in s PTH povzročena proizvodnja 1,25- (OH) 2-D3 ledvic se zmanjša. Posledica tega je zmanjšana mobilizacija kalcijevega fosfata iz kosti, zmanjšana reabsorpcija kalcija v črevesju in zmanjšana tubularna reabsorpcija kalcija ter s tem večje izločanje kalcija skozi ledvice. Rezultat, skladen z mehanizem delovanja kalcitonina, je zmanjšanje zunajcelične koncentracije prostega kalcija in normalizacija ravni kalcija v serumu.

Kalcijevo ravnovesje

Kalcij ravnovesje je odvisna od starosti. V fazi rasti v Ljubljani otroštvo in mladostništvo, ob predpostavki zadostnega vnosa kalcija, je pozitiven kalcij ravnovesje, z več kalcija, ki ga telo absorbira, kot ga izločijo ledvice in črevesje. Povečana aktivnost osteoblastov (celic, ki tvorijo kosti) vodi do povečanega shranjevanja kalcija v kostni snovi in ​​s tem do večjega skladiščenja kalcija. Največja mineralna masa kosti ali vrh kostna gostota je pridobljena pretežno v mladosti in mladosti. Tako imajo dekleta oziroma ženske približno 90% celotne vsebnosti mineralov v okostju do starosti 16.9 ± 1.3 leta in približno 99% do starosti 26.2 ± 3.7 leta. Pri dečkih in moških lahko opazimo približno 1.5 leta zamude. Praviloma največja kostna masa doseže približno do 30. leta. Vsebnost kostnih mineralov samo neustrezno označuje dejansko kost moč. Namesto tega ga določajo dejavniki, kot so telesna aktivnost, mišična masa, postava in velikost. Od 30. leta dalje obstaja ravnotežni kalcij ravnovesje v nekaj desetletjih življenja, pri čemer količina kalcija, ki ga telo absorbira, korelira s količino kalcija, ki se izloča ledvično in fekalno. Na primer, pri vnosu kalcija 1,000 mg se približno 200 mg absorbira in približno 200 mg izloči skozi ledvice, medtem ko se 250-500 mg sprosti iz kosti in ponovno absorbira kot del procesov preoblikovanja. Da bi preprečili negativno ravnovesje kalcija, je treba poskrbeti za ustrezen vnos kalcija s hrano. Kljub uravnoteženi presnovi kalcija kostna gostota od 30. leta dalje nenehno upada. Pri zdravih ljudeh izguba mineralne mase kosti znaša približno 1% na leto. Vzrok izgube kostne mase s starostjo je povečana aktivnost osteoklastov (celic, ki razgrajujejo kosti), kar spremlja povečana razgradnja kostnega tkiva in povečano sproščanje kalcija iz kosti. Končno se v urin in iztrebke izloči več kalcija, kot ga absorbirajo tanko črevo in kosti. Starejši ljudje imajo zato negativno ravnovesje kalcija. Kostna masa se pri ženskah po menopavzi postopoma zmanjšuje (Menopavza; menopavza pri ženskah) zaradi spremenjenega statusa estrogena. Kot rezultat študij je pri samicah na stegnenici mogoče opaziti nastop izgube kosti in mineralne snovi vratu od 37. leta in na hrbtenici od 48. leta. Ženske v postmenopavzi so zato večje tveganje za razvoj osteoporoza (izguba kosti). Nižja kot je "najvišja kostna masa", večje je tveganje za osteoporoza. Študije pri ženskah v postmenopavzi so pokazale, da je raven oralnega vnosa kalcija tesno povezana s tveganjem za zlome kolka. Kalcij uprava 800-1,000 mg / dan je pri osebah zmanjšala aktivnost osteoklastov, kar je zaustavilo resorpcijo kosti ali izgubo kostne mase in zmanjšalo Zlom pojavnost.