Calciul: definiție, sinteză, absorbție, transport și distribuție

Calciu este un element chimic cu simbolul elementului Ca și numărul atomic 20. Aparține grupului de metale alcalino-pământoase și este al cincilea cel mai abundent element de pe Pământ. Calciu reprezintă un mineral esențial (vital) pentru oameni și apare în organism exclusiv ca un cation divalent (Ca2 +).

Absorbție

Legat de mâncare calciu trebuie eliberat mai întâi de sucurile digestive din tractul gastro-intestinal (tractul GI) pentru a fi ulterior absorbit (preluat) în intestinului subtire, în primul rând în duoden (duoden) și jejun proximal (jejun superior). Absorbție apare transcelular (masa transport prin celulele epiteliale ale intestinului) printr-un mecanism activ care urmează cinetica de saturație la aporturile de calciu reduse până la cele normale și suplimentar paracelular (transportul de masă prin spațiile interstițiale ale celulelor epiteliale intestinale) prin difuzie pasivă de-a lungul unui gradient electrochimic la aporturi mari. Intestinal pasiv absorbție, care apare în tot tractul intestinal, inclusiv colon (intestin gros), nu este la fel de eficient în comparație cu mecanismul activ de resorbție, motiv pentru care cantitatea totală absorbită crește în termeni absoluți odată cu creșterea calciului doză, dar scade în termeni relativi. În timp ce calciu transcelular activ absorbție este reglementată de hormon paratiroidian (PTH, un hormon peptidic sintetizat în glanda paratiroidă) Şi calcitriol (formă fiziologic activă a vitaminei D3, 1,25-dihidroxilcolecalciferol, respectiv 1,25- (OH) 2-D3), difuzia paracelulară pasivă rămâne neafectată de hormoni enumerate. Reglarea resorbției transepiteliale a calciului prin PTH și calcitriol, respectiv, este discutat mai detaliat mai jos. În enterocite (celule ale intestinului subțire epiteliu), calciul este legat de o proteină specifică (transport) care leagă calciul, numită calbindină, care transportă calciul prin enterocite către bazolateral (departe de intestin) membrana celulara. 1,25- (OH) 2-D3 duce la stimularea mediată de receptor a expresiei intracelulare (în interiorul celulei) a calbindinei. Calciul pătrunde în fluxul sanguin prin intermediul unei transmembranare Ca2 + -ATPase (sistem de transport care funcționează sub energie și adenozină consumul de trifosfat (ATP), respectiv) și un purtător de schimb de Ca2 + / 3 Na + (transportor de calciu condus de un gradient de Na +). Rata de absorbție a calciului depinde de o varietate de factori și variază între 15% și 60%. După copilărie, absorbția calciului prezintă cea mai mare eficacitate la pubertate (~ 60%), apoi scade la 15-20% la vârsta adultă. Următorii factori inhibă absorbția calciului, inclusiv formarea complexă:

Următorii factori favorizează absorbția calciului:

  • Absorbția simultană a calciului cu alimentele
  • Distribuție pe mai multe doze individuale pe zi
  • 1,25-Dihidroxilcolecalciferol (1,25- (OH) 2-D3) - stimulează sinteza intracelulară a calbindinei.
  • Zaharuri usor absorbabile, precum lactoză (lapte zahăr).
  • Acid lactic
  • Acid citric
  • Aminoacizii
  • Fosopeptide de cazeină
  • Carbohidrați neabsorbabili, cum ar fi inulina, fructooligozaharidele și lactuloza, care sunt fermentate bacterian până la acizi grași cu lanț scurt în ileon (intestinul subțire inferior) și colon (intestinul gros) → scăderea rezultată a pH-ului în lumenul intestinal duce la eliberare crescută de calciu legat, lăsând mai mult calciu liber disponibil pentru absorbție pasivă

În timpul sarcină, absorbția calciului este crescută - mediată de PTH și calcitriol, respectiv - pentru a găzdui transferul zilnic de calciu peste placenta (placenta) la făt (copil nenăscut), care în medie este de 250 mg în al treilea trimestru (al treilea trimestru de sarcină). În plus față de creșterea intestinului (intestin-relatată) absorbție de calciu, cerința suplimentară a femeii însărcinate este îndeplinită prin eliberarea crescută de calciu din schelet după primul trimestru. Comparativ cu femeile însărcinate, pierderile de calciu cu lapte, care variază între 250 și 350 mg / zi, sunt compensate la femeile care alăptează prin mobilizarea crescută a calciului numai din os, rezultând 5% os masa pierderea după șase luni de lactație. Cu toate acestea, în termen de 6-12 luni după înțărcare, restaurarea osoasă are loc indiferent de administrare de calciu suplimente-sumarea aportului de calciu este adecvată.

Transportul și distribuția în organism

Conținutul de calciu al corpului uman este de aproximativ 25-30 g (0.8% din greutatea corporală) la naștere și aproximativ 900-1,300 1.7 g (până la 99% din greutatea corporală) la vârsta adultă. Aproximativ XNUMX% din calciul total al corpului este extracelular (în afara celulelor) în sistemul osos, inclusiv dinții, unde este stocat predominant sub formă legată ca calciu nedizolvat fosfat sau hidroxiapatită (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). În os, calciul reprezintă aproximativ 39% din conținutul total de minerale. Doar puțin mai puțin de 1% din totalul corpului masa de calciu se localizează în alte țesuturi ale corpului (~ 7 g) și fluide ale corpului (~ 1 g). Astfel, conținutul de calciu intracelular este de 10,000 de ori mai mic decât conținutul de calciu extracelular. Pentru a menține concentrare gradient între calciu extracelular și intracelular, membrana celulara este în mare parte impermeabil (impermeabil) la calciu în condiții de repaus. În plus, există pompe transmembranare sau sisteme de transport, cum ar fi Ca2 + -ATPaze (transportori Ca2 + care funcționează sub consum ATP) și purtători de schimb Ca2 + / 3 Na + (transportori Ca2 + conduși de un gradient de Na +), care transportă calciul din celulă. În membranele reticulului endoplasmatic (ER, sistem de canale bogat ramificat al cavităților planare din celulele eucariote) sunt specifice Ca2 + -ATPaze, așa-numitele SERCA (sarco- / retopul endoplasmatic Ca2 + -ATPases), care pot pompa calciu din citosol în ER - stocare intracelulară - și transportă mineralul înapoi în citosol pentru funcții celulare după stimularea celulei cu stimuli corespunzători de mobilizare a calciului. Trei fracții de calciu diferite pot fi distinse în sânge. Calciul liber ionizat formează cea mai mare fracțiune cu aproximativ 50%, urmată de proteine- (albumină-, calciu legat de globulină (40-45%) și calciu complexat cu liganzi cu greutate moleculară mică, cum ar fi citratul, fosfat, sulfat și bicarbonat (5-10%). Atât deficiențele de proteine, cât și modificările pH-ului afectează raportul dintre fracțiunile de calciu între ele. De exemplu, acidoză (sânge pH <7.35) duce la reducerea și alcaloza (sânge pH> 7.45) până la creștere legarea proteinelor de calciu seric, rezultând o creștere sau scădere corespunzătoare a proporției de calciu liber, ionizat în ser - cu aproximativ 0.21 mmol / l Ca2 + per unitate de pH. Fracția de calciu liber ionizat (1.1-1.3 mmol / l) reprezintă forma activă biologic și este controlată homeostatic de hormon paratiroidian, 1,25- (OH) 2-D3 și calcitonină (un hormon peptidic sintetizat în celulele C tiroidiene) (vezi mai jos). Astfel, calciu seric total concentrare este menținut constant într-un interval relativ îngust (2.25-2.75 mmol / l).

Excreţie

Calciul este excretat predominant în urină și fecale (scaun) și marginal în transpirație. Renal (rinichicantitatea de calciu eliminată în condiții normale este mai mică de 4 mg / kg greutate corporală pe zi sau mai mică de 300 mg / zi la bărbați și mai mică de 250 mg / zi la femei. Excreția renală de calciu rezultă din filtrarea glomerulară și reabsorbția tubulară (reabsorbție de către tubulii renali), care are loc pasiv în tubul proximal (partea principală a tubilor renali) și activ în tubul distal (partea mijlocie a tubulilor renali) - controlat de PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 și calcitonină - și reprezintă mai mult de 98% din suma filtrată. Acest lucru ilustrează faptul că rinichi joacă un rol crucial în homeostazia calciului sau în menținerea unui nivel seric constant de calciu. Următorii factori favorizează excreția renală de calciu:

  • Creșterea aportului de calciu pe cale orală, de exemplu, prin suplimentarea (de exemplu, dietetică) suplimente).
  • Cafeină - în cafea, verde și ceai negru, Etc
  • Sodiu - ca component al sării de masă (sodiu clorură, NaCI); pentru fiecare 2 g de dietă sodiu, 30-40 mg de calciu se pierd în urină.
  • Creșterea aportului de proteine ​​- atât proteine ​​animale, cât și vegetale; 1 g de proteină crește excreția renală de calciu cu 0.5-1.5 mg
  • Creșterea aportului de fosfați - în cârnați, brânză procesată, băuturi răcoritoare etc .; un raport calciu-fosfat în dietă de 1: 1.0-1.2 este considerat optim
  • Consumul crescut de alcool
  • Cronic acidoză (pH din sânge <7.35)

Hipercalciuria idiopatică (calciu urinar nefiziologic ridicat concentrare,> 4 mg calciu / kg greutate corporală / zi) se datorează unei anomalii genetice cu expresie variabilă în care cauza este necunoscută - absorbantă (afectează intestinul), renală (afectează rinichii) sau nutrițională. Persoanele cu hipercalciurie idiopatică, care prezintă un risc crescut de urolitiază (formarea de rinichi pietre) comparativ cu indivizii sănătoși, prezintă o sensibilitate mai mare la sare (sinonime: sensibilitate la sare; sensibilitate la salină; pietre la rinichi. Restricția salină și proteică duce la normalizarea excreției renale de calciu la pacienții hipercalciurici. Calciul secretat (excretat) în tractul gastro-intestinal este supus la 85% reabsorbție intestinală (reabsorbție). Restul de 15% (18-224 mg / zi) se pierde cu fecale (scaun). Pierderile de calciu cu transpirație sunt estimate la 4-96 mg / zi, cu pierderi obligatorii cuprinse între 3 și 40 mg / zi.

Reglarea hormonală a homeostaziei calciului

Deoarece calciul joacă un rol central într-o serie de funcții vitale în organismul uman, menținerea concentrației ionice extracelulare de calciu este esențială. Calciul seric liber ionizat este corelat cu diferitele compartimente de calciu - os, intestinului subtire, rinichi - și este menținut constant în limite înguste de un sistem complex de reglare hormonală. Următorii hormoni sunt implicați în reglarea metabolismului calciului:

  • Hormonul paratiroidian
  • Calcitriol (1,25-dihidroxilcolecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
  • Calcitonina

hormoni listate afectează absorbția de calciu intestinal, excreția renală de calciu și eliberarea sau absorbția calciului în os. În cazul abaterilor minore ale concentrației extracelulare de calciu liber, mecanismele compensatorii intestinale și renale sunt de obicei suficiente. Abia atunci când aceste mecanisme de reglare eșuează, calciul este eliberat din schelet, rezultând o pierdere a masei osoase asociată cu o slăbire a stabilității mecanice a osului. Modificările concentrației de calciu liber extracelular sunt detectate de membrană specifică proteine numiți senzori de calciu, care aparțin superfamiliei receptorilor permeabili cu membrană de 7 ori cuplați la proteina G. Receptorii specifici calciului sunt exprimați în principal de celulele paratiroide, care eliberează PTH într-o manieră dependentă de calciu, de celulele C tiroidiene, care secretă calcitonină într-o manieră dependentă de calciu și de către celulele renale, care sintetizează activul 1,25- (OH) 2-D3 într-o manieră dependentă de calciu. În plus, senzorii de calciu pot fi detectați și pe o serie de alte tipuri de celule, cum ar fi osteoclastele (celule resorbante osoase) și enterocitele (celulele epiteliale intestinale). Se presupune că prin intermediul receptorilor sensibili la calciu se produce o modulare (creștere) dependentă de calciu a efectului hormoni PTH, calcitriol și calcitonină au loc la nivelul celulelor țintă - os, intestinului subtire, celule renale. Concentrație de calciu liber extracelular scăzută - hormon paratiroidian și calcitriol.

Când scade nivelurile de calciu seric - ca urmare a aportului inadecvat sau a pierderilor crescute - PTH este din ce în ce mai sintetizat (format) în celulele paratiroide și secretat (secretat) în sânge. PTH ajunge la rinichi, unde stimulează expresia 1-alfa-hidroxilazei și astfel sinteza 1,25- (OH) 2-D3, forma biologic activă a vitamina D. La nivelul osului, PTH și 1,25- (OH) 2-D3 stimulează activitatea osteoclastelor, care conduce la resorbția (descompunerea) substanței osoase. Calciul este eliberat ulterior din os și eliberat în spațiul extracelular. Deoarece calciul este stocat în sistemul osos sub formă de hidroxiapatită (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), ionii fosfat sunt mobilizați din os în același timp - corelație strânsă (relația) dintre calciu și metabolismul fosfatului. La membrana de la marginea pensulei a intestinului subțire proximal, calcitriolul promovează atât absorbția activă de calciu transcelular, cât și reabsorbția fosfatului și transportul de calciu și fosfat în spațiul extracelular. În rinichi, PTH crește reabsorbția tubulară a calciului în timp ce inhibă reabsorbția tubulară a fosfatului. În cele din urmă, există o excreție renală crescută de fosfat, care a crescut acumularea datorită mobilizării fosfatului de calciu din os și reabsorbției din intestin. Scăderea nivelului fosfatului seric, pe de o parte, previne precipitarea fosfatului de calciu în țesuturi și, pe de altă parte, stimulează eliberarea de calciu din os - în favoarea concentrației serice de calciu. Rezultatul efectelor PTH și calcitriolului asupra mișcărilor intercompartimentale de calciu la niveluri scăzute de calciu seric este creșterea și, respectiv, normalizarea concentrației de calciu liber extracelular. Niveluri serice prelungite de 1,25- (OH) 2-D3 conduce la inhibarea sintezei și proliferării PTH (creșterea și proliferarea) celulelor paratiroide - feedback negativ. Acest mecanism se desfășoară prin intermediul receptorilor de vitamina D3 ai celulelor paratiroide. Dacă calcitriolul ocupă acești receptori specifici în sine, vitamina poate influența metabolismul organului țintă. Concentrație extracelulară de calciu liber ridicată - calcitonină

O creștere a calciului extracelular ionizat determină celulele C tiroidiene să sintetizeze și să secrete (să secrete) mai multă calcitonină. Calcitonina inhibă activitatea osteoclastelor pe os și, astfel, descompunerea țesutului osos, care favorizează depunerea de calciu în schelet. În același timp, hormonul peptidic stimulează excreția renală de calciu. Prin aceste mecanisme, calcitonina duce la scăderea concentrației serice de calciu. Calcitonina reprezintă un antagonist direct (oponent) față de PTH. Astfel, atunci când calciu liber extracelular este crescut, sinteza și secreția de PTH din glanda paratiroidă și producția renală de 1,25- (OH) 2-D3 renală indusă de PTH este scăzută. Acest lucru are ca rezultat mobilizarea scăzută a fosfatului de calciu din os, reducerea reabsorbției intestinale a calciului și scăderea reabsorbției tubulare a calciului și, astfel, creșterea excreției renale de calciu. Rezultatul, în concordanță cu mecanism de acțiune de calcitonină, este o scădere a concentrației de calciu liber extracelular și normalizarea nivelurilor serice de calciu.

Echilibrul calciului

Calciu echilibra este dependent de vârstă. În timpul fazei de creștere în copilărie și adolescență, presupunând un aport adecvat de calciu, există un calciu pozitiv echilibra, cu mai mult calciu absorbit de organism decât eliminat de rinichi și intestine. Activitatea crescută a osteoblastelor (celule formatoare de os) duce la creșterea stocării calciului în substanța osoasă și, astfel, la creșterea stocării calciului. Masa minerală osoasă maximă sau vârf densitatea oaselor se dobândește predominant în adolescență și la vârsta adultă tânără. Astfel, fetele și respectiv femeile au aproximativ 90% din conținutul total de minerale scheletice până la vârsta de 16.9 ± 1.3 ani și aproximativ 99% până la vârsta de 26.2 ± 3.7 ani. La băieți și, respectiv, la bărbați, se poate observa o întârziere de aproximativ 1.5 ani. De regulă, masa maximă osoasă este atinsă la aproximativ 30 de ani. Conținutul mineral osos caracterizează numai inadecvat osul real rezistenţă. Mai degrabă, este determinat de factori precum activitatea fizică, masa musculară, construcția corpului și dimensiunea. De la vârsta de 30 de ani, există un echilibru de calciu echilibra pe parcursul mai multor decenii de viață, cantitatea de calciu absorbită de organism corelându-se cu cantitatea de calciu excretată renal și fecal. De exemplu, cu un aport de calciu de 1,000 mg, aproximativ 200 mg sunt absorbiți și aproximativ 200 mg sunt eliminați de rinichi, în timp ce 250-500 mg sunt eliberați din os și reabsorbiți ca parte a proceselor de remodelare. Pentru a împiedica echilibrul calciului să devină negativ, trebuie să se acorde atenție asigurării unui aport alimentar adecvat de calciu. În ciuda unui metabolism echilibrat al calciului, densitatea oaselor scade continuu de la vârsta de 30 de ani. La persoanele sănătoase pierderea masei minerale osoase este de aproximativ 1% pe an. Cauza pierderii masei osoase odată cu înaintarea în vârstă este activitatea crescută a osteoclastelor (celule degradante osoase), care este însoțită de descompunerea crescută a țesutului osos și creșterea eliberării de calciu din os. În cele din urmă, mai mult calciu este excretat în urină și fecale decât este absorbit de intestinul subțire și os. Persoanele în vârstă au, prin urmare, un bilanț negativ de calciu. În special, masa osoasă scade progresiv la femeile aflate în postmenopauză (menopauza; menopauză la femei) datorită modificării statusului estrogenului. Ca rezultat al studiilor, un debut al pierderii de oase și substanțe minerale a putut fi observat la femele la nivelul femurului gât de la 37 de ani și la coloana vertebrală de la 48 de ani. Femeile aflate în postmenopauză prezintă, așadar, un risc crescut de dezvoltare osteoporoza (pierderea osoasă). Cu cât „masa osoasă de vârf” este mai mică, cu atât este mai mare riscul de apariție osteoporoza. Studiile efectuate la femeile aflate în postmenopauză au arătat că nivelul aportului de calciu pe cale orală este strâns legat de riscul fracturilor de șold. Calciu administrare de 800-1,000 mg / zi a dus la reducerea activității osteoclastelor la subiecți, care a stopat resorbția osoasă sau pierderea masei osoase și a redus fractură incidenţă.