کلسیم: تعریف ، سنتز ، جذب ، انتقال و توزیع

کلسیم یک عنصر شیمیایی با عنصر نماد Ca و شماره اتمی 20 است. این گروه از فلزات قلیایی است و پنجمین عنصر فراوان روی زمین است. کلسیم نمایانگر یک ماده معدنی ضروری (حیاتی) برای انسان است و به طور انحصاری به عنوان کاتیون دو ظرفیتی (Ca2 +) در ارگانیسم رخ می دهد.

جذب

مقید به غذا کلسیم ابتدا باید توسط آب میوه های گوارشی در دستگاه گوارش (دستگاه GI) آزاد شود تا متعاقباً جذب (جذب) شود روده کوچک، در درجه اول در اثنی عشر (دوازدهه) و ژژنوم پروگزیمال (ژژنوم فوقانی). جذب از نظر سلولی اتفاق می افتد (توده انتقال از طریق سلولهای اپیتلیال روده) توسط یک مکانیسم فعال به دنبال سینتیک اشباع در مصرف کم و نرمال کلسیم و علاوه بر این به صورت paracellularly (انتقال جرم از طریق فضاهای بینابینی سلولهای اپیتلیال روده) توسط انتشار غیر فعال در امتداد یک شیب الکتروشیمیایی در مصرف زیاد. روده منفعل جذب، که در کل مجرای روده از جمله روده بزرگ (روده بزرگ) ، در مقایسه با مکانیسم فعال فعال تقریباً کارآمد نیست ، به همین دلیل است که با افزایش کلسیم ، مقدار کل جذب شده از نظر مطلق افزایش می یابد مقدار، اما از نظر نسبی کاهش می یابد. در حالی که کلسیم بین سلولی فعال است جذب توسط تنظیم شده است هورمون پاراتیروئید (PTH ، هورمون پپتیدی سنتز شده در غده پاراتیروئید) و کلسیتریول (به ترتیب از نظر فیزیولوژیکی فعال ویتامین D3 ، 1,25،1,25-دی هیدروکسیل کلکالسیفرول ، 2،3- (OH) XNUMX-DXNUMX) ، انتشار منجمد پاراسلولری تحت تأثیر هورمون ذکر شده. تنظیم جذب کلسیم ترانسپیتلیال توسط PTH و کلسیتریول، به ترتیب ، با جزئیات بیشتر در زیر بحث شده است. در سلولهای انتروسیت (سلولهای روده کوچک) اپیتلیوم) ، کلسیم به یک پروتئین حامل (حمل و نقل) اتصال دهنده کلسیم خاص به نام کالبیندین متصل می شود ، که کلسیم را از طریق سلولهای انتروسی به پایه بازال (دور از روده) منتقل می کند غشای سلولی. 1,25،2- (OH) 3-D2 منجر به تحریک گیرنده واسطه بیان داخل سلولی (داخل سلول) کالبیندین می شود. کلسیم با استفاده از یک غشا CaXNUMX + -ATPase (سیستم حمل و نقل تحت انرژی و آدنوزین تری فسفات (ATP) ، به ترتیب) و یک حامل تبادل Ca2 + / 3 Na (حمل و نقل کلسیم رانده شده توسط یک شیب Na +). میزان جذب کلسیم به عوامل مختلفی بستگی دارد و بین 15 تا 60 درصد متغیر است. پس از نوزادی ، جذب کلسیم بالاترین اثر را در بلوغ نشان می دهد (60 ~)) ، سپس در بزرگسالی به 15-20 کاهش می یابد. عوامل زیر جذب کلسیم را از جمله تشکیل کمپلکس مهار می کنند:

عوامل زیر جذب کلسیم را تقویت می کنند:

  • جذب همزمان کلسیم با غذا
  • توزیع در چندین دوز فردی در روز
  • 1,25،1,25-Dihydroxylcholecalciferol (2،3- (OH) XNUMX-DXNUMX) - سنتز کالبیندین داخل سلولی را تحریک می کند.
  • قندهایی که به راحتی قابل جذب هستند ، مانند قند شیر (شیر قند).
  • اسید لاکتیک
  • اسید سیتریک
  • آمینو اسید
  • فسفوپپتیدهای کازئین
  • کربوهیدرات های غیرقابل جذب ، مانند اینولین ، فروکتولیگوساکاریدها و لاکتولوز ، که از طریق باکتری تخمیر می شوند و به اسیدهای چرب زنجیره کوتاه در ایلئوم (روده کوچک پایین) و روده بزرگ (روده بزرگ) تبدیل می شوند ... افزایش آزاد شدن کلسیم متصل ، و کلسیم آزاد بیشتری را برای جذب غیرفعال در دسترس می گذارد

در طی بارداری، جذب کلسیم افزایش می یابد - با واسطه PTH و کلسیتریول، به ترتیب - برای انتقال روزانه کلسیم در سراسر جفت (جفت) به جنین (کودک متولد نشده) ، که به طور متوسط ​​250 میلی گرم در سه ماهه 3 (سه ماهه سوم بارداری) است بارداری) علاوه بر افزایش روده (روده در اوردن ازجذب کلسیم مربوط به آن ، بعد از سه ماهه اول ، با افزایش ترشح کلسیم از اسکلت ، نیاز اضافی خانم باردار تأمین می شود. در مقایسه با زنان باردار ، از دست دادن کلسیم با شیر، که از 250 تا 350 میلی گرم در روز است ، در زنان شیرده با افزایش بسیج کلسیم فقط از استخوان جبران می شود ، در نتیجه 5٪ استخوان ایجاد می شود توده از دست دادن بعد از شش ماه شیردهی. با این حال ، در طی 6-12 ماه پس از از شیر گرفتن ، ترمیم استخوان بدون توجه به حکومت کلسیم مکملبا فرض مصرف کلسیم کافی است.

حمل و نقل و توزیع در بدن

مقدار کلسیم بدن انسان در هنگام تولد حدود 25-30 گرم (0.8٪ از وزن بدن) و در بزرگسالی حدود 900-1,300 گرم (تا 1.7٪ از وزن بدن) است. حدود 99٪ کل کلسیم بدن خارج سلولی (خارج از سلول ها) در سیستم اسکلتی ، از جمله دندانها است ، جایی که عمدتا به شکل متصل به عنوان کلسیم حل نشده ذخیره می شود فسفات یا هیدروکسی آپاتیت (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). در استخوان ، کلسیم تقریباً 39٪ از کل مواد معدنی را تشکیل می دهد. فقط کمی کمتر از 1٪ از کل بدن توده کلسیم در سایر بافتهای بدن (7 ~ گرم) و مایعات بدن (1 گرم) بنابراین ، میزان کلسیم داخل سلول 10,000 هزار برابر کمتر از کلسیم خارج سلول است. برای حفظ غلظت شیب بین کلسیم خارج سلولی و داخل سلولی ، غشای سلولی تحت شرایط استراحت تا حد زیادی به کلسیم نفوذ ناپذیر (نفوذ ناپذیر) است. علاوه بر این ، پمپ یا سیستم حمل و نقل غشایی مانند Ca2 + -ATPases (انتقال دهنده های Ca2 + که تحت مصرف ATP کار می کنند) و حامل های تبادل Ca2 + / 3 Na (انتقال دهنده های Ca2 + که توسط یک شیب Na + هدایت می شوند) وجود دارند که کلسیم را از سلول خارج می کنند. در غشای شبکه آندوپلاسمی (ER ، سیستم کانال منشعب غنی از حفرات مسطح در سلولهای یوکاریوتی) Ca2 + -ATPases ، به اصطلاح SERCAs (شبکه سارکو- / آندوپلاسماتیک Ca2 + -ATPases) وجود دارد ، که می تواند کلسیم را از سیتوزول پمپ کند به داخل ER - ذخیره داخل سلول - و مواد معدنی را پس از تحریک سلول با محرک های مناسب تحریک کننده کلسیم ، برای عملکردهای سلولی به داخل سیتوزول منتقل کنید. سه بخش مختلف کلسیم را می توان در خون. کلسیم آزاد یونیزه ، با حدود 50٪ بزرگترین کسر را تشکیل می دهد و به دنبال آن پروتئین- (آلبومین- ، گلوبولین-) کلسیم (40-45)) و کلسیم متصل شده با لیگاندهای با وزن مولکولی کم ، مانند سیترات ، فسفات، سولفات و بی کربنات (5-10). کمبود پروتئین و تغییر pH بر نسبت کسرهای کلسیم به یکدیگر تأثیر می گذارند. مثلا، اسیدوز (خون pH <7.35/XNUMX) منجر به کاهش و آلکالوز (خون pH> 7.45/XNUMX) افزایش می یابد اتصال پروتئین کلسیم سرم ، منجر به افزایش یا کاهش متناظر نسبت کلسیم یونیزه آزاد در سرم می شود - تقریباً با 0.21 میلی مول در لیتر Ca2 + در هر واحد pH. بخش آزاد کلسیم یونیزه (1.1-1.3 میلی مول در لیتر) نشان دهنده شکل فعال بیولوژیکی است و بصورت هومواستاتیک کنترل می شود هورمون پاراتیروئید، 1,25،2- (OH) 3-DXNUMX ، و کلسی تونین (هورمون پپتیدی سنتز شده در سلولهای C تیروئید) (به زیر مراجعه کنید). بنابراین ، کل کلسیم سرم غلظت در یک محدوده نسبتاً باریک (2.25-2.75 mmol / l) ثابت نگه داشته می شود.

دفع

کلسیم عمدتا از طریق ادرار و مدفوع (مدفوع) و به میزان اندکی از طریق عرق دفع می شود. کلیه (کلیهمقدار کلسیم از بین رفته در شرایط طبیعی کمتر از 4 میلی گرم در کیلوگرم وزن بدن در روز یا کمتر از 300 میلی گرم در روز در مردان و کمتر از 250 میلی گرم در روز در زنان است. دفع کلسیم کلیه از فیلتراسیون گلومرولی و جذب مجدد لوله ای حاصل می شود (جذب مجدد توسط توبول های کلیه) ، که به صورت منفعل در توبول پروگزیمال (قسمت اصلی توبول های کلیه) و به طور فعال در توبول دیستال (قسمت میانی توبول های کلیه) رخ می دهد - کنترل شده توسط PTH ، 1,25،2- (OH) 3 -DXNUMX و کلسی تونین - و بیش از 98٪ از مقدار فیلتر شده را تشکیل می دهد. این نشان می دهد که کلیه نقش مهمی در هموستاز کلسیم یا حفظ سطح ثابت کلسیم سرم دارد. عوامل زیر باعث دفع کلسیم کلیه می شوند:

  • افزایش مصرف کلسیم خوراکی ، به عنوان مثال ، از طریق مکمل (به عنوان مثال ، رژیم غذایی) مکمل).
  • كافئين - که در قهوه، سبز و چای سیاه، و غیره
  • سدیم - به عنوان یک جز نمک خوراکی (سدیم) کلرید، NaCl) ؛ به ازای هر 2 گرم رژیم غذایی سدیم، 30-40 میلی گرم کلسیم در ادرار از بین می رود.
  • افزایش پروتئین دریافتی - پروتئین حیوانی و گیاهی. 1 گرم پروتئین 0.5/1.5/XNUMX میلی گرم دفع کلسیم کلیه را افزایش می دهد
  • افزایش مصرف فسفات - در سوسیس ، پنیر فرآوری شده ، نوشابه و غیره. نسبت کلسیم فسفات در رژیم غذایی از 1: 1.0-1.2 بهینه در نظر گرفته می شود
  • افزایش مصرف الکل
  • مزمن اسیدوز (pH خون <7.35/XNUMX)

هیپرکلسسیوری ایدیوپاتیک (از نظر فیزیولوژیکی کلسیم ادرار بالا است غلظت،> 4 میلی گرم کلسیم / کیلوگرم وزن بدن در روز) به دلیل یک ناهنجاری ژنتیکی با بیان متغیر است که در آن علت ناشناخته است - جذب کننده (روده را تحت تأثیر قرار می دهد) ، کلیه (کلیه را تحت تأثیر قرار می دهد) ، یا تغذیه ای. افراد مبتلا به هایپلسلوری ایدیوپاتیک ، که در معرض خطر بیشتری برای ابتلا به بیماری ادرار (تشکیل کلیه سنگ) در مقایسه با افراد سالم ، حساسیت به نمک بالاتر را نشان می دهد (مترادف: حساسیت به نمک ؛ حساسیت به نمک ؛ حساسیت به نمک) نسبت به افراد در معرض خطر طبیعی سنگ کلیه. محدودیت سالین و پروتئین منجر به عادی شدن دفع کلسیم در کلیه در بیماران با فشار خون بالا می شود. کلسیم ترشح شده (دفع شده) در دستگاه گوارش در معرض جذب 85٪ روده (جذب مجدد) قرار دارد. 15٪ باقی مانده (18-224 میلی گرم در روز) با مدفوع (مدفوع) از بین می رود. تلفات کلسیم همراه با عرق 4-96 میلی گرم در روز تخمین زده می شود که ضررهای اجباری آن از 3 تا 40 میلی گرم در روز است.

تنظیم هورمونی هموستاز کلسیم

از آنجا که کلسیم در تعدادی از عملکردهای مهم موجود در ارگانیسم انسان نقش اصلی دارد ، حفظ غلظت کلسیم آزاد یونیزه خارج سلول ضروری است. کلسیم سرم آزاد یونیزه با بخشهای مختلف کلسیم - استخوان ، روده کوچک، کلیه - و توسط یک سیستم نظارتی هورمونی پیچیده در محدوده محدود ثابت نگه داشته می شود. هورمون های زیر در تنظیم متابولیسم کلسیم نقش دارند:

  • هورمون پاراتیروئید
  • کلسیتریول (1,25،1,25-دی هیدروکسیل کلکالسیفرول ، 2،3- (OH) XNUMX-DXNUMX)
  • کلسيتونين

La هورمون بر روی جذب کلسیم روده ، دفع کلسیم کلیه و آزاد سازی یا جذب کلسیم در استخوان تأثیر می گذارد. در مورد انحراف جزئی غلظت کلسیم آزاد خارج سلول ، مکانیسم های جبرانی روده و کلیه معمولاً کافی است. تنها هنگامی که این مکانیسم های تنظیم کننده از کار می افتند ، کلسیم از اسکلت آزاد می شود و در نتیجه توده استخوانی از بین می رود و منجر به ضعف ثبات مکانیکی استخوان می شود. تغییرات در غلظت کلسیم آزاد خارج سلولی توسط غشای خاص احساس می شود پروتئین ها حسگرهای کلسیم نامیده می شود ، که متعلق به خانواده فوقانی گیرنده های نفوذپذیر غشایی 7 برابر پروتئین G است. گیرنده های خاص کلسیم عمدتا توسط سلولهای پاراتیروئید ، که PTH را به روش وابسته به کلسیم آزاد می کنند ، توسط سلولهای C تیروئید ، ترشح می شوند کلسی تونین به روش وابسته به کلسیم ، و توسط سلول های کلیوی ، که فعال 1,25،2- (OH) 3-DXNUMX را به روشی وابسته به کلسیم سنتز می کنند. علاوه بر این ، حسگرهای کلسیم همچنین می تواند در تعدادی از انواع دیگر سلول ها مانند استئوکلاست ها (سلول های جاذب استخوان) و سلولهای انتروسی (سلولهای اپیتلیال روده) شناسایی شود. فرض بر این است که از طریق گیرنده های حساس به کلسیم یک تعدیل وابسته به کلسیم (افزایش) اثر هورمون PTH ، کلسیتریول و کلسی تونین در سطح سلولهای هدف - استخوان ، روده کوچک، سلولهای کلیه. غلظت کلسیم آزاد خارج سلولی کم - هورمون پاراتیروئید و کلسیتریول

هنگامی که سطح کلسیم سرم کاهش می یابد - در نتیجه مصرف ناکافی یا افزایش تلفات - PTH به طور فزاینده ای در سلولهای پاراتیروئید سنتز (تشکیل می شود) و در جریان خون ترشح می شود (ترشح می شود). PTH به کلیه می رسد ، در آنجا بیان 1-α-هیدروکسیلاز را تحریک می کند و در نتیجه سنتز 1,25،2- (OH) 3-DXNUMX ، شکل فعال بیولوژیکی ویتامین D. در استخوان ، PTH و 1,25،2- (OH) 3-DXNUMX فعالیت استئوکلاست ها را تحریک می کنند رهبری به تحلیل (تجزیه) ماده استخوانی. کلسیم متعاقباً از استخوان آزاد شده و در فضای خارج سلولی آزاد می شود. از آنجا که کلسیم در سیستم اسکلتی به شکل هیدروکسی آپاتیت (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2) ذخیره می شود ، یون های فسفات همزمان از استخوان بسیج می شوند - همبستگی نزدیک (رابطه) متابولیسم کلسیم و فسفات. در غشای حاشیه ای روده کوچک پروگزیمال ، کلسیتریول باعث جذب فعال کلسیم درون سلولی و جذب مجدد فسفات و انتقال کلسیم و فسفات به فضای خارج سلول می شود. در کلیه ، PTH ضمن جلوگیری از جذب مجدد لوله فسفات ، باعث جذب مجدد کلسیم در لوله می شود. سرانجام ، دفع کلیوی فسفات افزایش می یابد که به دلیل بسیج فسفات کلسیم از استخوان و جذب مجدد از روده ، تجمع آن افزایش یافته است. کاهش سطح فسفات سرم ، از یک سو ، مانع از رسوب فسفات کلسیم در بافت ها می شود و از طرف دیگر ، آزادسازی کلسیم از استخوان را تحریک می کند - به نفع غلظت کلسیم سرم. نتیجه اثرات PTH و کلسی تریول بر حرکات کلسیم بین بخشی در سطح کلسیم پایین سرم به ترتیب افزایش و عادی سازی غلظت کلسیم آزاد خارج سلول است. سطح سرم طولانی مدت 1,25،2- (OH) 3-DXNUMX طولانی مدت رهبری به مهار سنتز و تکثیر PTH (رشد و تکثیر) سلولهای پاراتیروئید - بازخورد منفی - سایپرز ، باشگاه دانش این مکانیسم از طریق گیرنده های ویتامین D3 سلولهای پاراتیروئید پیش می رود. اگر کلسیتریول این گیرنده های خاص خود را اشغال کند ، این ویتامین می تواند بر متابولیسم اندام مورد نظر تأثیر بگذارد. غلظت کلسیم آزاد خارج سلولی بالا - کلسیتونین

افزایش کلسیم یونیزه خارج سلول باعث می شود سلول های C تیروئید سنتز و ترشح کنند (ترشح کنند) کلسی تونین بیشتری. کلسی تونین از فعالیت استئوکلاستها بر روی استخوان و در نتیجه تجزیه بافت استخوانی جلوگیری می کند که باعث رسوب کلسیم در اسکلت می شود. همزمان هورمون پپتید باعث تحریک دفع کلسیم در کلیه می شود. از طریق این مکانیسم ها ، کلسی تونین منجر به کاهش غلظت کلسیم سرم می شود. کلسی تونین یک آنتاگونیست (مخالف) مستقیم با PTH است. بنابراین ، هنگامی که کلسیم آزاد خارج سلولی افزایش می یابد ، سنتز و ترشح PTH از غده پاراتیروئید تولید کلیوی 1,25،2- (OH) 3-DXNUMX ناشی از PTH کاهش می یابد. این نتایج منجر به کاهش بسیج فسفات کلسیم از استخوان ، کاهش جذب مجدد کلسیم روده و کاهش بازجذب کلسیم لوله ای و در نتیجه افزایش دفع کلسیم کلیه می شود. نتیجه ، مطابق با مکانیسم عمل کلسیتونین ، کاهش غلظت کلسیم آزاد خارج سلول و عادی سازی سطح کلسیم سرم است.

تعادل کلسیم

کلسیم تعادل وابسته به سن است. در طی مرحله رشد در کودکی و نوجوانی ، با فرض دریافت کافی کلسیم ، کلسیم مثبت وجود دارد تعادل، با جذب کلسیم بیشتر توسط بدن در مقایسه با کلیه ها و روده ها. افزایش فعالیت استئوبلاست ها (سلول های سازنده استخوان) منجر به افزایش ذخیره کلسیم در ماده استخوانی و در نتیجه افزایش ذخیره کلسیم می شود. حداکثر توده یا پیک معدنی استخوان تراکم استخوان عمدتا در دوران نوجوانی و بزرگسالی به دست می آید. بنابراین ، دختران و زنان به ترتیب حدود 90٪ از کل مواد معدنی اسکلتی را تا سن 16.9 ± 1.3/99 سال و حدود 26.2٪ را تا سن 3.7/1.5 ± 30 سال دارند. در مردان و پسران به ترتیب می توان تاخیری در حدود XNUMX سال مشاهده کرد. به طور معمول ، حداکثر توده استخوان در حدود XNUMX سالگی به دست می آید. محتوای مواد معدنی استخوان فقط به طور ناکافی توصیف کننده استخوان واقعی است استحکام. بلکه توسط عواملی مانند فعالیت بدنی ، توده عضلانی ، ساخت و ساز بدن و اندازه تعیین می شود. از سن 30 سالگی ، کلسیم تعادلی وجود دارد تعادل در طی چندین دهه زندگی ، با مقدار کلسیم جذب شده در بدن با میزان کلسیم دفع شده از طریق کلیه و مدفوع در ارتباط است. به عنوان مثال ، با دریافت کلسیم 1,000 میلی گرم ، تقریباً 200 میلی گرم جذب می شود و حدود 200 میلی گرم توسط کلیه ها از بین می رود ، در حالی که 250-500 میلی گرم از استخوان آزاد می شود و به عنوان بخشی از فرایندهای بازسازی دوباره جذب می شود. برای جلوگیری از منفی شدن تعادل کلسیم ، باید اطمینان حاصل شود که از دریافت کافی کلسیم در رژیم غذایی اطمینان حاصل کنید. با وجود متابولیسم متعادل کلسیم ، تراکم استخوان از 30 سالگی به طور مداوم کاهش می یابد. در افراد سالم ، از دست دادن توده معدنی استخوان حدود 1٪ در سال است. علت از دست رفتن توده استخوان با افزایش سن ، افزایش فعالیت استئوکلاست ها (سلول های تجزیه کننده استخوان) است که با افزایش تجزیه بافت استخوانی و افزایش ترشح کلسیم از استخوان همراه است. سرانجام ، کلسیم بیشتر از مقدار جذب شده در روده کوچک و استخوان از طریق ادرار و مدفوع دفع می شود. بنابراین افراد مسن تعادل منفی کلسیم دارند. به طور خاص ، توده استخوانی در زنان یائسه به تدریج کاهش می یابد (يائسگي؛ یائسگی در زنان) به دلیل تغییر وضعیت استروژن. به عنوان یک نتیجه از مطالعات ، می توان شروع از دست دادن استخوان و مواد معدنی را در زنان در استخوان ران مشاهده کرد گردن از 37 سالگی و در ستون فقرات از 48 سالگی. بنابراین زنان یائسه در معرض خطر بیشتری برای ابتلا به پوکی استخوان (از دست دادن استخوان). هرچه "اوج توده استخوان" کمتر باشد ، خطر ابتلا به آن بیشتر است پوکی استخوان. مطالعات روی زنان یائسه نشان داده است که میزان کلسیم خوراکی با خطر شکستگی مفصل ران ارتباط تنگاتنگی دارد. کلسیم حکومت 800-1,000 میلی گرم در روز منجر به کاهش فعالیت استئوکلاست در افراد می شود ، که باعث جلوگیری از تحلیل استخوان یا از دست دادن توده استخوان و کاهش شکستگی وقوع.