Фосфор е химичен елемент със символа на елемента P. Като неметален, той е в 5-та основна група на периодичната система и носи атомното или атомно число 15. Изобилието от фосфор в земната кора се дава като 0.09%. Фосфор е основен минерал за хората и е най-разпространеният минерал в тялото след калций. Тъй като фосфорът е много реактивен, той се среща в природата изключително в свързана форма, главно в комбинация с кислород (O) като сол на фосфорна киселина (H3PO4) - фосфат (PO43-), водород фосфат (HPO42-), дихидроген фосфат (H2PO4-) - и като апатит (кратко и общо наименование за група от химически подобни, неуточнени полезни изкопаеми с обща химична формула Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH)), като флуоро-, хлоро- и хидроксиапатит. В човешкия организъм фосфорът е съществен градивен елемент на органични съединения, като напр въглехидрати, протеини, липиди, нуклеинова киселина, нуклеотиди и витамини, както и на неорганични съединения, от които калций фосфат или хидроксиапатит (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), който е локализиран в скелета и зъбите, е особено важен. В неговите съединения фосфорът присъства главно във валентните състояния -3, +3 и +5. Фосфорът присъства практически във всички храни. Високи количества от фосфат се намират особено в храни, богати на протеини, като млечни продукти, месо, риба и яйца. Поради използването на фосфати - някои ортофосфати (PO43-), ди-, три- и полифосфати (кондензационни продукти на съответно два, три и няколко ортофосфати) - като хранителни добавки, например като регулатори на киселинността (поддържане на рН постоянно), емулгатори (комбиниране на две несмесващи се течности, като масло и вода), антиоксиданти (предотвратяване на нежелано окисляване), консерванти (антимикробен ефект, консервиране) и освобождаващи агенти, освен това промишлено преработени храни, като месо и колбаси, топено сирене, хляб и хлебните изделия, готовите за консумация ястия и сосове, и съдържащите кола напитки и газирани напитки, понякога имат високо съдържание на фосфати [4, 7-9, 15, 16, 18, 25, 27].
Абсорбцията
Диетичният фосфат е най-вече под формата на органични съединения - например фосфопротеини, фосфолипиди-и първо трябва да се абсорбира от специфични фосфатази (ензими, фосфорна киселина от естери на фосфорна киселина или полифосфати) на четката мембрана на ентероцитите (клетки на епителий от тънко черво), за да се абсорбира като неорганичен фосфат в дванадесетопръстник и йеюнум. Полифосфатите (кондензационни продукти на няколко ортофосфати), които представляват около 10% от дневния прием на фосфати, също се подлагат на хидролиза (разцепване чрез реакция с вода) от фосфатази преди чревни абсорбция (абсорбция през червата), докато ортофосфатите (PO43-) се абсорбират почти напълно в първоначалната си форма. Колкото по-висока е степента на кондензация (степен на омрежване) на един полифосфат, толкова по-ниско е неговото ензимно разцепване в чревния лумен и толкова повече полифосфати се екскретират неабсорбирано във фекалиите (изпражненията). Фосфатът, разтворен от неорганичния фосфат, който не съдържа съединения, се транспортира предимно в лигавицата клетки (мукозни клетки) на дванадесетопръстник (дванадесетопръстник) и йеюнум (йеюнум), съответно, чрез активен, натрий-зависим механизъм, който преференциално използва водород фосфат (HPO42-) като субстрат. Освен това съществува пасивен процес, при който неорганичният фосфат навлиза парацелуларно в кръвообращението (през интерстициалните пространства на чревните епителни клетки) по електрохимичен градиент. Парацелуларен абсорбция, който се среща в целия чревен тракт, включително двоеточие (дебело черво), става особено важно при поглъщане на по-големи количества фосфат. В сравнение с активния абсорбция механизъм, обаче, пасивната чревна абсорбция не е почти толкова ефективна, поради което общото абсорбирано количество се увеличава в абсолютно изражение с увеличаване на фосфатите доза, но намалява относително. Докато е активен трансцелуларен (маса транспорт през епителните клетки на червата) резорбцията на фосфатите се регулира от паратиреоиден хормон (PTH, пептиден хормон, синтезиран в паращитовидна жлеза), калцитриол (физиологично активна форма на витамин D) И калцитонин (пептиден хормон, синтезиран в С клетките на щитовидната жлеза), пасивният парацелуларен транспортен процес остава незасегнат от хормони изброени. Регулирането на трансцелуларната реабсорбция на фосфат чрез PTH, калцитриол, и калцитонин е обсъдено по-подробно по-долу. Скоростта на усвояване на фосфатите е по-висока във фазата на растеж, отколкото в зряла възраст. Например усвояването на фосфати при кърмачета, малки деца и деца, които имат положителен фосфат баланс (приемът на фосфат надвишава екскрецията на фосфат), е между 65-90%, докато възрастните абсорбират неорганичен фосфат от смесен диета при 55-70%. В допълнение към биологичната възраст, фосфат бионаличност също зависи от нивото на прием на фосфат в храната - обратна корелация (колкото по-висок е приемът на фосфати, толкова по-ниска е бионаличността) - вида на фосфатното съединение и взаимодействието с хранителните съставки. Следните фактори инхибират усвояването на фосфатите:
- Повишен прием на определени полезни изкопаеми намлява микроелементи, Като калций, алуминий, и желязо - Утаяване на свободен фосфат чрез образуване на неразтворим комплекс.
- Диетичното съотношение калций: фосфат (Ca: P) трябва да бъде 0.9-1.7: 1 при деца; от възрастните не трябва да се изисква да поддържат специфично диетично съотношение Ca: P
- Фитинова киселина (хексафосфатен естер на мио-инозитол) - в зърнените култури и бобовите растения фосфатът присъства предимно във свързана форма като фитинова киселина и по този начин не се използва от човешкия организъм поради липсата на фитаза (ензим, който разцепва фитиновата киселина чрез задържане на вода и освобождава свързан фосфат) в храносмилателния тракт; само чрез микробни фитази или активиране на растителни фитази, например при производството на хляб чрез закваска или специално управление на тестото, по време на ферментация и покълване, фосфатът може да се освободи от неговия комплекс и да се резорбира
Поради понякога високото съдържание на фитинова киселина в растителните храни, като зърнени култури, зеленчуци, бобови растения и ядки, фосфорът от храни от животински произход е предимно по-достъпен. Богатите на фитат храни с растителен произход могат да имат до 50% по-ниски бионаличност. Например фосфорът от месо се усвоява средно ~ 69% от мляко ~ 64%, а от сирене ~ 62%, докато от пълнозърнеста ръж хляб само около 29% от фосфора се усвоява средно в червата. Следните фактори насърчават усвояването на фосфатите:
- 1,25-дихидроксилхолекалциферол (1,25- (OH) 2-D3, калцитриол - метаболитно активен витамин D).
- Високо рН
Разпределение в тялото
Общото количество фосфор в тялото е около 17 g (0.5%) при новороденото и между 600-700 g (0.65-1.1%) при възрастни. Повече от 85% от него се намира в неорганични съединения с калций под формата на калциев фосфат и хидроксиапатит (Са10 (PO4) 6 (OH) 2), съответно в скелета и зъбите. 65-80 g (10-15%) от фосфора в организма се локализира предимно като компонент на органични съединения - богати на енергия фосфатни съединения, като напр. аденозин трифосфат (АТФ, универсален енергиен носител) и креатин фосфат (PKr, доставчик на енергия в мускулната тъкан), фосфолипидии др. - в останалите тъкани, като мозък, черен дроб и мускулите. Извънклетъчното пространство съдържа само около 0.1% от телесния фосфор [2, 5, 7-9, 11, 15, 18, 25, 27]. Около 1.2 g (0.2-5%) от общия запас от фосфор лесно се обменят и се метаболизират до десет пъти на ден, с най-бавен фосфатен метаболизъм мозък и най-бързо в кръв клетки - еритроцити (червени кръвни телца), левкоцити (бял кръв клетки), тромбоцити (тромбоцити). В телесни течности, фосфорът присъства в около 30% неорганична форма, главно като двувалентен (двувалентен) водород фосфат (HPO42-) и моновалентен (моновалентен) дихидроген фосфат (H2PO4-). В допълнение съществуват органични фосфатни съединения, като фосфатни естери, свързан с липиди и протеин фосфат. При физиологично рН 7.4 съотношението на HPO42- към H2PO4- е 4: 1. Ако рН се повиши, протоните (H + йони), свързани с фосфат, все повече се освобождават в околната среда, така че при силно алкални условия (pH = 13), се срещат главно PO43- и HPO42-. За разлика от това, при силно киселинни условия (рН = 1) доминират H3PO4 и H2PO4, тъй като фосфорът все повече извлича H + йони от околната среда и ги свързва. По този начин фосфорът действа като дихидроген фосфат-водород фосфатна система (H2PO4- ↔ H + + HPO42-) в рамките на киселинно-алкалната баланс като буфер в клетката, в кръв плазма, както и в урината (→ поддържане на рН). Общият фосфор в кръвта е приблизително 13 mmol / l (400 mg / l). Неорганичният фосфат в кръвната плазма (възрастни 0.8-1.4 mmol / l [2, 7, 25-27]; деца 1.29-2.26 mmol / l) е 45% комплексиран, 43% йонизиран и 12% свързан с протеини. Кръвните органични фосфатни съединения включват липопротеини (агрегати от липиди и протеини) на плазмата и фосфолипиди of еритроцити (червени кръвни телца). Концентрацията на серумен фосфат се влияе от следните фактори:
- Циркаден (периодичен за организма) ритъм - фосфатните серумни нива са най-ниски сутрин / сутрин и най-високи следобед / вечер
- Биологична възраст
- Кърмачетата, малките деца и учениците имат значително по-високи нива на фосфат в кръвта от възрастните (→ минерализация на костите).
- С увеличаване на възрастта се наблюдава намаляване на концентрацията на серумен фосфат - за разлика от концентрацията на калций, която се поддържа в относително тесни граници и еднаква през целия живот
- Пол
- Качество и количество прием на храна
- Вид и количество фосфатни съединения
- Съотношение на инхибиращи резорбцията към фактори, стимулиращи резорбцията.
- Прекомерен прием на въглехидрати - може, особено при диабетна кетоацидоза (тежко метаболитно дерайлиране (свръхкиселифициране) при липса на инсулин поради прекомерна концентрация на кетонни тела (органични киселини) в кръвта) или възстановяване (рестартиране на приема на храна) след тежко недохранване (недохранване ), водят до спад в извънклетъчната (извън клетките) фосфатна концентрация - хипофосфатемия (фосфатен дефицит) - тъй като за повишената вътреклетъчна (вътре в клетките) гликолиза (разграждане на въглехидратите) се увеличават фосфатните естери, като АТФ за реакциите на фосфорилиране (свързване на фосфатна група до молекула) и ADP (аденозин дифосфат) за синтез на АТФ, които се изтеглят от кръвта
- Количество фосфат, абсорбирано и отделено от организма, съответно.
- Хормоналните взаимодействия - паратиреоиден хормон, калцитриол, калцитонин и други хормони (виж отдолу).
- Промяна в разпределението на фосфатите между вътреклетъчното и извънклетъчното пространство, например при злоупотреба с алкохол (злоупотреба с алкохол) и след прекомерен (прекомерен) прием на въглехидрати, което може да доведе до увеличаване на вътреклетъчното и намаляване на съдържанието на извънклетъчен фосфат поради повишена гликолиза - в зависимост по причината могат да възникнат колебания (колебания) до 2 mg / dl, които не отразяват непременно недостатъчно или свръхпредлагане, съответно
Поради понякога силното влияние на механизмите, изброени по-горе, нивото на серумния фосфат не е подходяща мярка за определяне на общия телесен запас от фосфор.
отделяне
Екскрецията на фосфат се осъществява 60-80% през бъбреците и 20-40% чрез изпражненията (изпражненията). Фосфатът, елиминиран чрез изпражнения, варира от 0.9-4 mg / kg телесно тегло. От това по-голямата част (~ 70-80%) е неусвоен в червата фосфор и по-малък процент е фосфор, секретиран (екскретиран) в храносмилателен тракт. В бъбрек, фосфатът се филтрира (140-250 mmol / ден) в гломерулите (капилярен съдови заплитания на бъбрек) и - в котранспорт с натрий йони (Na +) - реабсорбира се в проксималния канал (основната част на бъбречните тубули) с 80-85%. Количеството бъбречно елиминирано (екскретирано чрез бъбрек) фосфатът зависи от серумния фосфат концентрация - положителна корелация с усвояването на фосфати (колкото по-голямо е усвояването, толкова по-висока е концентрацията на фосфат в кръвта) - и с количеството фосфат, реабсорбирано тубуларно. Ако количеството на филтрирания фосфат надвишава транспортния максимум на проксималните тубули, фосфатът се появява в урината, Такъв е случаят със съдържание на фосфат в кръвната плазма> 1 mmol / l, което вече е надвишено при здрави индивиди. При кърмачетата способността за бъбречна екскреция на фосфат е особено ниска поради все още не напълно развитата бъбречна функция. Съответно, кърма има ниско съдържание на фосфор. За количествено определяне на бъбречната екскреция на фосфат е необходимо събиране на 24-часова урина, тъй като екскрецията на бъбречния фосфат е подчинена на различен дневно-нощен ритъм - сутрин / сутрин уринарен фосфат концентрация е най-ниска, следобед / вечер най-висока. При физиологични (нормални за метаболизма) условия, 310-1,240 10 mg (40-24 mmol) фосфат се екскретират с урината в рамките на XNUMX часа. Има няколко индикации, че високофруктоза диета-20% от общата енергия под формата на фруктоза (плодове захар) -увеличава загубата на фосфат в урината и води до отрицателен фосфат баланс (екскрецията на фосфат надвишава приема на фосфат). A диета ниско в магнезий в същото време засилва този ефект. Счита се, че причината е липсващ механизъм за обратна връзка в фруктоза метаболизъм, така че над средното количество фруктоза-1-фосфат се синтезира (образува) от фруктоза в черен дроб с консумация на фосфат и се натрупва в клетката - „улавяне на фосфати“. Тъй като консумацията на фруктоза в Германия рязко се е увеличила след въвеждането на фруктозен сироп или гликоза-фруктозен сироп (царевица сироп) - с едновременен спад в магнезий прием - това взаимодействие с хранителни вещества става все по-важно. Процесът на бъбречна екскреция на фосфат или тубулна абсорбция на фосфати се хормонално контролира. Докато паратиреоиден хормон (пептиден хормон, синтезиран в паращитовидна жлеза), калцитонин (пептиден хормон, синтезиран в С клетките на щитовидната жлеза), естроген (стероиден хормон, женски полови хормони) и тироксин (Т4, хормон на щитовидната жлеза) увеличава екскрецията на фосфат през бъбреците, намалява се от хормона на растежа, инсулин (кръв захар-намаляващ пептиден хормон) и Кортизолът (глюкокортикоид, който активира катаболните (разграждащи се) метаболитни процеси). Стимулиращ ефект върху бъбречната екскреция на фосфат се предизвиква и от увеличения прием на калций и ацидоза (хиперацидност на тялото, рН на кръвта <7.35).
Хормонална регулация на фосфатната хомеостаза
Регулирането на фосфатната хомеостаза е под хормонален контрол и се осъществява главно през бъбреците. В допълнение, костта също участва в регулирането на фосфатния баланс поради физиологичната си функция като запас на минерали и тънко черво. Метаболизмът на фосфатите се регулира от различни хормони, от които най-важни са следните:
- Паратиреоиден хормон (PTH)
- Калцитриол (1,25-дихидроксилхолекалциферол, 1,25- (OH) 2-D3)
- Калцитонин
Изброените хормони повлияват освобождаването или поглъщането на фосфати в костите, резорбцията на чревния фосфат и екскрецията на бъбреците на фосфата, съответно. Метаболизмът на неорганичния фосфат е тясно свързан с този на калция. Паратиреоиден хормон и калцитриол
Когато нивата на серумния калций спаднат - в резултат на недостатъчен прием, увеличени загуби или намалена чревна абсорбция поради прекомерен прием на фосфат (→ образуване на неразтворим калциев фосфатен комплекс) или прекомерни нива на фосфат в кръвната плазма (→ блокиране на бъбреците 1,25, 2- (OH) 3-D1 синтез) - паратиреоидният хормон (PTH) се синтезира все по-често в паращитовидните клетки и се секретира (секретира) в кръвния поток. PTH достига до бъбреците и стимулира експресията на 25-алфа-хидроксилаза (ензим, който вкарва хидроксилна (OH) група в молекула) в проксималния канал (основната част на бъбречните тубули), като по този начин превръща 3-OH-D25 (1,25 -хидроксихолекалциферол, калцидиол) в 2- (OH) 3-DXNUMX, биологично активната форма на витамин D [1-4, 14, 15, 18, 25, 27]. В костта PTH и 1,25- (OH) 2-D3 стимулират активността на остеокластите, които олово до разграждането на костното вещество. Тъй като калцият се съхранява в костната система под формата на хидроксиапатит (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), калциевите и фосфатните йони се освобождават едновременно от костта и се освобождават в извънклетъчното пространство [1-3, 15, 16, 18 ]. На граничната мембрана на четката на дванадесетопръстник и йеюнум, 1,25- (OH) 2-D3 насърчава активната трансклетъчна реабсорбция на калций и фосфат и по този начин транспортирането на двете полезни изкопаеми в извънклетъчното пространство [1-4, 15, 16, 18, 25, 27]. В бъбреците PTH инхибира тубулната фосфатна реабсорбция, като същевременно насърчава тубулната реабсорбция на калций. И накрая, има повишена бъбречна екскреция на фосфат, който се натрупва в кръвта чрез мобилизация от костите и реабсорбция от червата. Намаляването на нивата на серумния фосфат, от една страна, предотвратява утаяването на калциев фосфат в тъканите и, от друга страна, стимулира отделянето на калций от костите - в полза на серумния калций концентрация [1-3, 15, 16, 18, 27]. Резултатът от ефектите на PTH и калцитриол върху движенията на калций и фосфат между отделните отделения (части на тялото, ограничени от биомембрани) е повишаване на извънклетъчната концентрация на калций и намаляване на нивото на серумния фосфат. При пациенти с хронична бъбречна недостатъчност (хронична бъбречна недостатъчност), скоростта на гломерулна филтрация е намалена, което води до недостатъчна екскреция на фосфат и недостатъчна реабсорбция на калций. Резултатът е намалена серумна концентрация на калций (хипокалциемия) и повишено съдържание на фосфати в кръвната плазма (хиперфосфатемия (излишък на фосфати)). И накрая, има повишена секреция на PTH - вторичен хиперпаратиреоидизъм (паращитовидна хиперфункция) - което причинява изброените по-горе ефекти върху бъбреците, червата и кости (→ повишеното мобилизиране на калциев фосфат увеличава риска от остеопороза (загуба на кост)). Въпреки това, поради нарушена бъбречна функция, повишената концентрация на серумен фосфат не може да бъде нормализирана от PTH. Ако нивото на серумния фосфат се повиши над 7 mmol / l, фосфатът се комбинира с калций, за да образува слабо разтворим, не абсорбиращ се калциев фосфатен комплекс, който засилва спада в нивата на серумния калций и е свързан с калциране (калциеви отлагания) в извънкостните (отвън) костите), като кръв съдове, бъбреци (→ нефрокалциноза), ставите, и мускулите, и в крайна сметка може да бъде придружено от реактивно възпаление и некроза на засегнатата тъкан (→ патологична клетъчна смърт). По този начин при съществуваща бъбречна недостатъчност приемът на диетичен фосфат трябва да бъде ограничен до 800-1,000 XNUMX mg / ден и, в зависимост от тежестта на заболяването, допълнителната употреба на фосфатни свързващи вещества (наркотици които отстраняват фосфата от усвояването чрез комплексиране), като калций соли, е посочен (посочен). В миналото, алуминий съединения често се използват за инхибиране на абсорбцията на фосфат при пациенти с недостатъчна бъбречна функция. В днешно време тези съединения се заменят главно с калциев карбонат, от алуминий има токсичен (отровен) ефект в по-големи количества. Продължително повишени серумни нива на калцитриол олово до инхибиране на синтеза и пролиферацията на PTH (растеж и размножаване) на паращитовидните клетки - отрицателна обратна връзка. Този механизъм протича чрез рецепторите за витамин D3 на паращитовидните клетки. Ако калцитриолът заема тези специфични за себе си рецептори, витаминът може да повлияе на метаболизма на целевия орган. Калцитонин
Повишаването на серумната концентрация на калций кара клетките на щитовидната жлеза да синтезират и секретират (секретират) увеличени количества калцитонин. В костта калцитонинът инхибира активността на остеокластите и по този начин разграждането на костната тъкан, насърчавайки отлагането на калций и фосфат в скелета. В дванадесетопръстника (тънко черво) и йеюнум (празно черво), пептидният хормон намалява активната абсорбция на калций и фосфат в ентероцитите (клетки на тънките черва епителий). В същото време калцитонинът стимулира отделянето на калций и фосфат в бъбреците, като инхибира тубулната реабсорбция. Чрез тези механизми калцитонинът води до понижаване както на серумните концентрации на калций, така и на фосфатите. Калцитонинът представлява директен антагонист (противник) на PTH. По този начин, когато се повиши извънклетъчният свободен калций, синтезът и секрецията на PTH от паращитовидна жлеза и индуцираното от PTH бъбречно производство на 1,25- (OH) 2-D3 намалява. Това води до намалено мобилизиране на калциев фосфат от костите, намалена реабсорбция на калций в червата и фосфат и намалена реабсорбция на калциев канал, което води до повишена екскреция на калций в бъбреците. механизъм на действие на калцитонин - представлява намаляване на извънклетъчната концентрация на свободен калций и нивото на серумния фосфат. Хормоналната регулация на фосфатния метаболизъм позволява адаптиране към променящите се нива на прием на фосфати или толерантност на относително високи нива на фосфат, което е от съществено значение поради факта, че дневният прием на фосфати от немски мъже и жени - средно 1,240-1,350 mg / ден - надвишава препоръките от 700 mg / ден. За разлика от калция, чиято серумна концентрация се поддържа постоянна в относително тесни граници, фосфатната хомеостаза е по-слабо регулирана [6-8, 15, 18, 27].
