Kalcis: apibrėžimas, sintezė, absorbcija, transportavimas ir pasiskirstymas

Kalcis yra cheminis elementas, kurio elemento simbolis Ca ir atomo skaičius 20. Jis priklauso šarminių žemės metalų grupei ir yra penktas pagal gausumą elementų Žemėje. Kalcis yra būtinas (gyvybiškai svarbus) mineralas žmonėms ir organizme atsiranda tik kaip dvivalentis katijonas (Ca2 +).

Absorbcija

Su maistu kalcis pirmiausia turi išsiskirti virškinimo trakto (virškinamojo trakto) virškinimo sultys, kad vėliau būtų absorbuojamos (paimamos) plonoji žarna, pirmiausia dvylikapirštės žarnos (dvylikapirštės žarnos) ir proksimalinės tuščiosios žarnos (viršutinės tuščiosios žarnos). Absorbcija vyksta transcellulariai (masė transportavimas per žarnyno epitelio ląsteles) aktyviu mechanizmu, laikantis prisotinimo kinetikos, kai kalcio kiekis yra mažas arba normalus ir papildomai paraceliulinis (masinis pernešimas per žarnos epitelio ląstelių tarpląstelines erdves), pasyviai difuziškai palei elektrocheminį gradientą, esant dideliam suvartojimui. Pasyvus žarnynas absorbcija, kuris pasireiškia visame žarnyno trakte, įskaitant dvitaškis (storosios žarnos), nėra beveik toks pat veiksmingas, lyginant su aktyviu rezorbcijos mechanizmu, todėl bendras absorbuojamas kiekis absoliučiais skaičiais didėja didėjant kalciui dozė, bet santykinai mažėja. Nors aktyvus tarpląstelinis kalcis absorbcija yra reguliuojamas parathormonas (PTH, peptidinis hormonas, sintetinamas prieskydinės liaukos) ir kalcitriolis (atitinkamai fiziologiškai aktyvi vitamino D3, 1,25-dihidroksilkolekalciferolio, 1,25- (OH) 2-D3) forma, pasyviosios paraceliulinės difuzijos hormonai išvardyti. Transepitelinio kalcio rezorbcijos reguliavimas PTH ir kalcitriolis, atitinkamai, išsamiau aptariamas toliau. Enterocituose (plonosios žarnos ląstelėse) epitelio), kalcis yra sujungtas su specifiniu kalcį surišančiu nešikliu (transportu) baltymu, vadinamu kalbindinu, kuris kalcį per enterocitus perneša į bazolateralą (toliau nuo žarnyno). ląstelės membrana. 1,25- (OH) 2-D3 sukelia receptorių sukeltą kalbindino ląstelės (ląstelės viduje) ekspresijos stimuliavimą. Kalcis į kraują patenka per transmembraninę Ca2 + -ATPazę (transporto sistema, veikianti energija ir adenozino (atitinkamai, trifosfato (ATP) suvartojimas) ir Ca2 + / 3 Na + mainų nešiklį (kalcio nešėją, valdomą Na + gradiento). Kalcio absorbcijos greitis priklauso nuo įvairių veiksnių ir svyruoja nuo 15% iki 60%. Po kūdikystės kalcio absorbcija rodo didžiausią efektyvumą brendimo metu (~ 60%), tada suaugusi sumažėja iki 15-20%. Šie veiksniai slopina kalcio absorbciją, įskaitant komplekso susidarymą:

Šie veiksniai skatina kalcio absorbciją:

  • Kartu su maistu absorbuojamas kalcis
  • Paskirstymas kelioms atskiroms dozėms per dieną
  • 1,25-dihidroksilcholekalciferolis (1,25- (OH) 2-D3) - stimuliuoja viduląstelinę kalbindino sintezę.
  • Lengvai absorbuojamas cukrus, pvz laktozė (pieno cukrus).
  • Pieno rūgštis
  • Citrinos rūgštis
  • Amino rūgštys
  • Kazeino fosfopeptidai
  • Absorbuojami angliavandeniai, tokie kaip inulinas, fruktooligosacharidai ir laktuliozė, kurie bakteriškai fermentuojami iki trumpalaikių riebalų rūgščių žarnos (apatinės plonosios žarnos) ir storosios žarnos (storosios žarnos) → dėl to sumažėjęs pH žarnyno spindyje sukelia padidėjęs surišto kalcio išsiskyrimas, pasyviai absorbcijai paliekant daugiau laisvo kalcio

metu nėštumas, padidėja kalcio absorbcija - tarpininkauja PTH ir kalcitriolisatitinkamai - pritaikyti kalcio pernešimą per dieną placenta (placenta) į vaisius (negimusiam vaikui), kuris vidutiniškai yra 250 mg 3 - ąjį trimestrą (XNUMX - asis trimestras) nėštumas). Be padidėjusio žarnyno (sunaikintisusijęs su kalcio absorbcija, papildomas nėščios moters poreikis tenkinamas padidėjus kalcio išsiskyrimui iš skeleto po I trimestro. Palyginti su nėščiomis moterimis, kalcio netekimas su pieno, kurie svyruoja nuo 250 iki 350 mg per parą, žindančioms moterims kompensuojama padidėjusia kalcio mobilizacija vien iš kaulų, todėl kaulų yra 5 proc. masė praradimas po šešių laktacijos mėnesių. Tačiau per 6-12 mėnesių po nujunkymo kaulai atkuriami, neatsižvelgiant į administracija kalcio papildai- darant prielaidą, kad kalcio suvartojimas yra pakankamas.

Transportas ir pasiskirstymas kūne

Kalcio kiekis žmogaus organizme yra apie 25–30 g (0.8% kūno masės), o suaugus - apie 900–1,300 g (iki 1.7% kūno masės). Apie 99% viso kūno kalcio yra tarpląstelinis (už ląstelių ribų) skeleto sistemoje, įskaitant dantis, kur jis daugiausia yra susietas kaip neištirpęs kalcis. fosfatas arba hidroksiapatitas (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). Kauluose kalcis sudaro apie 39% viso mineralų kiekio. Tik šiek tiek mažiau nei 1% viso kūno masė kalcio yra lokalizuota kituose kūno audiniuose (~ 7 g) ir kūno skysčiai (~ 1 g). Taigi tarpląstelinio kalcio kiekis yra 10,000 XNUMX kartų mažesnis už tarpląstelinio kalcio kiekį. Norėdami išlaikyti koncentracija gradientas tarp tarpląstelinio ir tarpląstelinio kalcio, ląstelės membrana yra daugiausia nepralaidus (nelaidus) kalciui poilsio sąlygomis. Be to, egzistuoja transmembraniniai siurbliai ar transportavimo sistemos, tokios kaip Ca2 + -ATPases (Ca2 + transporteriai, veikiantys naudojant ATP) ir Ca2 + / 3 Na + mainų nešėjai (Ca2 + transporteriai, varomi Na + gradiento), kurie transportuoja kalcį iš ląstelės. Endoplazminio tinklelio membranose (ER, gausiai išsišakojusi eukariotų ląstelių plokščių ertmių kanalų sistema) yra specifinės Ca2 + -ATPazės, vadinamosios SERCA (sarko- / endoplazminės tinklelio Ca2 + -ATPazės), kurios gali pumpuoti kalcį iš citozolio į ER - viduląstelinį kaupimą - ir perneškite mineralą atgal į citozolį ląstelių funkcijoms atlikti po ląstelės stimuliacijos atitinkamais kalcį mobilizuojančiais dirgikliais. Galima išskirti tris skirtingas kalcio frakcijas kraujas. Jonizuotas laisvas kalcis sudaro didžiausią frakciją (apie 50%), po to seka baltymai (albuminas- su globulinu) susietas kalcis (40–45%) ir kalcis, kompleksiškas su mažos molekulinės masės ligandais, tokiais kaip citratas, fosfatas, sulfatas ir bikarbonatas (5–10%). Tiek baltymų trūkumas, tiek pH pokyčiai daro įtaką kalcio frakcijų tarpusavio santykiui. Pavyzdžiui, acidozė (kraujas pH <7.35) sumažėja ir alkalozė (kraujas pH> 7.45) padidėjo prisijungimas prie baltymų kalcio koncentracijos serume, todėl atitinkamai padidėja arba sumažėja laisvo jonizuoto kalcio dalis serume - maždaug 0.21 mmol / l Ca2 + pH vienetui. Jonizuota laisvo kalcio frakcija (1.1–1.3 mmol / l) atspindi biologiškai aktyvią formą ir ją homeostatiškai kontroliuoja parathormonas, 1,25- (OH) 2-D3 ir kalcitoninas (skydliaukės C ląstelėse sintetinamas peptidinis hormonas) (žr. toliau). Taigi bendras kalcio kiekis serume koncentracija yra pastovus santykinai siaurame diapazone (2.25–2.75 mmol / l).

Išsiskyrimas

Kalcis išsiskiria daugiausia su šlapimu ir išmatomis (išmatose), o nežymiai - su prakaitu. Inkstų (inkstassusijęs kalcio kiekis, pašalinamas normaliomis sąlygomis, yra mažesnis nei 4 mg / kg kūno svorio per parą arba mažiau nei 300 mg per parą vyrams ir mažiau nei 250 mg per parą moterims. Kalcio išsiskyrimas per inkstus atsiranda dėl glomerulų filtracijos ir kanalėlių reabsorbcijos. (reabsorbcija per inkstų kanalėlius), vykstanti pasyviai proksimaliniame kanalėlyje (pagrindinėje inkstų kanalėlių dalyje) ir aktyviai distaliniame kanalėlyje (vidurinė inkstų kanalėlių dalis) - kontroliuojama PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 ir kalcitoninas - ir sudaro daugiau kaip 98% filtruotos sumos. Tai rodo, kad inkstas vaidina lemiamą vaidmenį kalcio homeostazėje arba palaikant pastovų kalcio kiekį serume. Šie veiksniai skatina kalcio išsiskyrimą per inkstus:

  • Geriamojo kalcio kiekio padidėjimas, pavyzdžiui, vartojant papildų (pvz., Su maistu) papildai).
  • kofeinas - Be kava, žalia ir juoda arbataIr tt
  • Natris - kaip valgomosios druskos komponentas (natris chloridas(NaCl); už kiekvieną 2 g dietos natris, Šlapime prarandama 30–40 mg kalcio.
  • Padidėjęs baltymų suvartojimas - tiek gyvūninių, tiek augalinių baltymų; 1 g baltymų padidina kalcio išsiskyrimą per inkstus 0.5–1.5 mg
  • Padidėjęs fosfatų suvartojimas - dešrose, lydytame sūryje, gaiviuosiuose gėrimuose ir kt .; kalcio ir fosfato santykis dieta iš 1: 1.0–1.2 laikoma optimalia
  • Padidėjęs alkoholio vartojimas
  • lėtinis acidozė (kraujo pH <7.35)

Idiopatinė hiperkalciurija (nefiziologiškai didelis šlapimo kalcio kiekis koncentracija,> 4 mg kalcio / kg kūno svorio per parą) yra dėl genetinės anomalijos, turinčios kintamą išraišką, kurios priežastis nežinoma - absorbcinė (veikia žarnyną), inkstų (veikia inkstus) arba mitybinė. Asmenims, sergantiems idiopatine hiperkalciurija, kuriems yra padidėjusi rizika susirgti urolitiaze (formuotis) inkstas akmenys), palyginti su sveikais asmenimis, druskos jautrumas didesnis (sinonimai: druskos jautrumas; druskos jautrumas; jautrumas druskos tirpalui) nei žmonėms, kuriems yra normali rizika inkstų akmenys. Fiziologinio tirpalo ir baltymų apribojimas lemia hiperkalciūrinių pacientų kalcio išsiskyrimą per inkstus. Į virškinamąjį traktą išskiriamas (išskiriamas) kalcis reaguoja žarnyne 85% (reabsorbcija). Likę 15% (18–224 mg per parą) netenkama su išmatomis (išmatomis). Manoma, kad kalcio nuostoliai su prakaitu yra 4-96 mg per parą, o privalomi nuostoliai svyruoja nuo 3 iki 40 mg per parą.

Hormoninis kalcio homeostazės reguliavimas

Kadangi kalcis vaidina pagrindinį vaidmenį atliekant daugybę gyvybinių žmogaus organizmo funkcijų, būtina palaikyti tarpląstelinio jonizuoto laisvo kalcio koncentraciją. Jonizuotas laisvas kalcio kiekis serume yra susijęs su skirtingomis kalcio dalimis - kaulais, plonoji žarna, inkstai - ir nuolat laikosi siaurose ribose sudėtinga hormoninė reguliavimo sistema. Šie kalcio metabolizmo reguliavime dalyvauja šie hormonai:

  • Parathormonas
  • Kalcitriolis (1,25-dihidroksilkolekalciferolis, 1,25- (OH) 2-D3)
  • Kalcitoninas

Šios hormonai išvardytos įtakos kalcio absorbcijai žarnyne, kalcio išsiskyrimui per inkstus ir kalcio išsiskyrimui į kaulą. Esant nedideliems tarpląstelinio laisvo kalcio koncentracijos nukrypimams, paprastai pakanka žarnyno ir inkstų kompensacinių mechanizmų. Tik tada, kai šie reguliavimo mechanizmai nepavyksta, kalcis išsiskiria iš griaučių, dėl to prarandama kaulų masė, susilpnėjusi kaulo mechaniniame stabilume. Ląstelės tarpląstelinio laisvo kalcio koncentracijos pokyčius jaučia specifinė membrana baltymai vadinamieji kalcio jutikliai, kurie priklauso G-baltymų sujungtų 7 kartų membranai laidžių receptorių superšeimai. Kalciui specifinius receptorius daugiausia ekspresuoja prieskydinės liaukos ląstelės, kurios išskiria PTH priklausomai nuo kalcio, skydliaukės C ląstelės, išskiriančios kalcitoninas priklausomai nuo kalcio ir inkstų ląstelės, kurios sintetina aktyvųjį 1,25- (OH) 2-D3, priklausomai nuo kalcio. Be to, kalcio jutiklius taip pat galima aptikti daugelyje kitų tipų ląstelių, tokių kaip osteoklastai (kaulus rezorbuojančios ląstelės) ir enterocitai (žarnyno epitelio ląstelės). Daroma prielaida, kad per kalciui jautrius receptorius priklauso nuo kalcio priklausoma moduliacija (padidėjimas) hormonai PTH, kalcitriolis ir kalcitoninas vyksta tikslinių ląstelių - kaulo, plonoji žarna, inkstų ląstelės. Ląstelių laisvo kalcio koncentracija maža - parathormonas ir kalcitriolis.

Kai sumažėja kalcio kiekis serume - dėl nepakankamo suvartojimo ar padidėjusių nuostolių - PTH vis labiau sintetinamas (susidaro) prieskydinių liaukų ląstelėse ir išskiriamas (išskiriamas) į kraują. PTH pasiekia inkstą, kur stimuliuoja 1-alfa-hidroksilazės ekspresiją ir taip 1,25- (OH) 2-D3, biologiškai aktyvios vitamino D. Prie kaulo PTH ir 1,25- (OH) 2-D3 stimuliuoja osteoklastų, kurie vadovauti iki kaulų medžiagos rezorbcijos (skaidymo). Vėliau kalcis išsiskiria iš kaulo ir patenka į tarpląstelinę erdvę. Kadangi kalcis skeleto sistemoje yra saugomas hidroksiapatito (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2) pavidalu, fosfato jonai tuo pačiu metu yra mobilizuojami iš kaulo - glaudi kalcio ir fosfatų apykaitos koreliacija (santykis). Ties proksimalinės plonosios žarnos šepečio sienele kalcitriolis skatina aktyvią kalcio transcellulinę absorbciją ir fosfatų reabsorbciją bei kalcio ir fosfato pernešimą į tarpląstelinę erdvę. Inkstuose PTH padidina kanalėlių kalcio reabsorbciją, tuo pačiu slopindama kanalėlių fosfatų reabsorbciją. Galiausiai padidėja fosfato išsiskyrimas per inkstus, dėl kurio padidėja kaupimasis dėl kalcio fosfato mobilizacijos iš kaulų ir reabsorbcijos iš žarnyno. Fosfatų kiekio sumažėjimas serume, viena vertus, apsaugo nuo kalcio fosfato nusėdimo audiniuose ir, kita vertus, stimuliuoja kalcio išsiskyrimą iš kaulų - naudinga kalcio koncentracijai serume. PTH ir kalcitriolio poveikio tarpkomponentiniams kalcio judėjimams, esant mažam kalcio kiekiui serume, rezultatas yra atitinkamai tarpląstelinio laisvo kalcio koncentracijos padidėjimas ir normalizavimas. Pailgėjęs padidėjęs 1,25- (OH) 2-D3 kiekis serume vadovauti prieskydinių liaukų ląstelių PTH sintezės ir proliferacijos (augimo ir proliferacijos) slopinimui - neigiami atsiliepimai. Šis mechanizmas vyksta per prieskydinių liaukų ląstelių vitamino D3 receptorius. Jei kalcitriolis užima šiuos sau būdingus receptorius, vitaminas gali paveikti tikslinio organo metabolizmą. Aukšta tarpląstelinė laisvo kalcio koncentracija - kalcitoninas

Padidėjus tarpląsteliniam jonizuotam kalciui, skydliaukės C ląstelės sintetina ir išskiria (išskiria) daugiau kalcitonino. Kalcitoninas slopina osteoklastų aktyvumą kauluose, taigi ir kaulinio audinio irimą, o tai skatina kalcio nusėdimą skelete. Tuo pačiu metu peptidinis hormonas stimuliuoja kalcio išsiskyrimą per inkstus. Dėl šių mechanizmų kalcitoninas sumažina kalcio koncentraciją serume. Kalcitoninas yra tiesioginis PTH antagonistas (oponentas). Taigi, padidinus tarpląstelinio laisvo kalcio kiekį, PTH sintezė ir sekrecija iš prieskydinės liaukos ir PTH sukelta inkstų 1,25- (OH) 2-D3 gamyba yra sumažėjusi. Dėl to sumažėja kalcio fosfato mobilizacija iš kaulų, sumažėja kalcio reabsorbcija žarnyne ir sumažėja kalcio reabsorbcija kanalėlėse, taigi padidėja kalcio išsiskyrimas per inkstus. Rezultatas, atitinkantis Veiksmo mechanizmas kalcitonino, yra tarpląstelinio laisvo kalcio koncentracijos sumažėjimas ir kalcio koncentracijos serume normalizavimas.

Kalcio likutis

Kalcis subalansuoti priklauso nuo amžiaus. Augimo fazėje vaikystė ir paauglystėje, darant prielaidą, kad suvartojama pakankamai kalcio, yra teigiamas kalcio kiekis subalansuoti, organizme absorbuojamas daugiau kalcio nei pašalinamas inkstuose ir žarnose. Padidėjęs osteoblastų (kaulus formuojančių ląstelių) aktyvumas padidina kalcio kaupimąsi kaulų medžiagoje ir taip padidina kalcio kaupimąsi. Didžiausia kaulų mineralinė masė arba smailė kaulų tankis daugiausia įgyjamas paauglystėje ir jaunystėje. Taigi mergaitės ir moterys turi apie 90% viso skeleto mineralų kiekio iki 16.9 ± 1.3 metų amžiaus ir apie 99% iki 26.2 ± 3.7 metų amžiaus. Berniukų ir vyrų, atitinkamai, galima pastebėti maždaug 1.5 metų vėlavimą. Didžiausia kaulų masė paprastai pasiekiama maždaug nuo 30 metų. Kaulų mineralų kiekis tik neadekvačiai apibūdina tikrąjį kaulą stiprumas. Greičiau tai lemia tokie veiksniai kaip fizinis aktyvumas, raumenų masė, kūno struktūra ir dydis. Nuo 30 metų yra pusiausvyros kalcio subalansuoti per kelis gyvenimo dešimtmečius, organizmo absorbuoto kalcio kiekiui koreliuojant su kalcio kiekiu, išsiskiriančiu per inkstus ir su išmatomis. Pavyzdžiui, suvartojus 1,000 mg kalcio, maždaug 200 mg absorbuojamas ir apie 200 mg pašalinamas per inkstus, o 250–500 mg išsiskiria iš kaulo ir reabsorbuojamas kaip pertvarkymo procesų dalis. Norint, kad kalcio balansas netaptų neigiamas, reikia pasirūpinti pakankamu kalcio kiekiu su maistu. Nepaisant subalansuoto kalcio metabolizmo, kaulų tankis nuo 30 metų nuolat mažėja. Sveikiems žmonėms kaulų mineralinės masės sumažėjimas yra apie 1% per metus. Kaulų masės mažėjimo priežastis didėjant amžiui yra padidėjęs osteoklastų (kaulus skaidančių ląstelių) aktyvumas, kurį lydi padidėjęs kaulinio audinio irimas ir padidėjęs kalcio išsiskyrimas iš kaulo. Galiausiai su šlapimu ir išmatomis išsiskiria daugiau kalcio, nei absorbuoja plonoji žarna ir kaulas. Todėl pagyvenusių žmonių kalcio pusiausvyra yra neigiama. Visų pirma kaulų masė palaipsniui mažėja moterims po menopauzės (menopauzė; moterų menopauzė) dėl pakitusios estrogeno būklės. Atlikus tyrimus, moterims buvo pastebėtas kaulų ir mineralinių medžiagų praradimas šlaunikaulio srityje kaklas nuo 37 metų amžiaus ir stuburo srityje nuo 48 metų amžiaus. Todėl moterims po menopauzės yra didesnė rizika išsivystyti osteoporozė (kaulų netekimas). Kuo mažesnė „kaulų smailės masė“, tuo didesnė rizika osteoporozė. Tyrimai su moterimis po menopauzės parodė, kad geriamojo kalcio kiekis yra glaudžiai susijęs su klubo lūžių rizika. Kalcis administracija 800-1,000 XNUMX mg per parą, sumažėjo tiriamųjų osteoklastų aktyvumas, kuris sustabdė kaulų rezorbciją ar kaulų masės praradimą ir sumažino lūžis dažnis.