Metabolizm wapnia
Metabolizm wapnia to przemieszczanie się i regulacja jonów wapnia (Ca 2+ ) do (przez jelita ) i na zewnątrz (przez jelita i nerki ) organizmu oraz między częściami ciała: osoczem krwi , płynami pozakomórkowymi i wewnątrzkomórkowymi oraz kość . Kość działa jako centrum magazynowania wapnia dla depozytów i pobrań potrzebnych krwi poprzez ciągłą przebudowę kości .
Ważnym aspektem metabolizmu wapnia jest homeostaza wapnia w osoczu , czyli regulacja jonów wapnia w osoczu krwi w wąskich granicach . Poziom wapnia w osoczu jest regulowany przez hormony parathormonu (PTH) i kalcytoninę . PTH jest uwalniany przez główne komórki przytarczyc , gdy poziom wapnia w osoczu spada poniżej normy , aby go podnieść; kalcytonina jest uwalniana przez komórki okołopęcherzykowe tarczycy , gdy poziom wapnia w osoczu przekracza normę, w celu jej obniżenia .
Zawartość przedziału ciała
Wapń jest najobficiej występującym minerałem w organizmie człowieka . Przeciętny organizm dorosłego człowieka zawiera łącznie około 1 kg, z czego 99% znajduje się w szkielecie w postaci fosforanów wapnia . Płyn zewnątrzkomórkowy (ECF) zawiera około 22 mmol, z czego około 9 mmol znajduje się w osoczu . Około 10 mmol wapnia jest wymieniane między kością a ECF w ciągu dwudziestu czterech godzin.
Stężenie krwi
Stężenie jonów wapnia wewnątrz komórek (w płynie wewnątrzkomórkowym ) jest ponad 7000 razy niższe niż w osoczu krwi (tj. <0,0002 mmol/L w porównaniu z 1,4 mmol/L w osoczu)
Normalne poziomy w osoczu
Całkowite stężenie wapnia w osoczu mieści się w zakresie 2,2–2,6 mmol/l (9–10,5 mg/dl), a prawidłowe stężenie wapnia zjonizowanego wynosi 1,3–1,5 mmol/l (4,5–5,6 mg/dl). Ilość wapnia całkowitego we krwi zmienia się w zależności od stężenia albumin w osoczu , białka występującego w największej ilości w osoczu, a zatem głównego nośnika wapnia związanego z białkami we krwi. Biologiczne działanie wapnia jest jednak określone przez ilość zjonizowanego wapnia , a nie przez całkowity wapń. Dlatego właśnie zjonizowanego wapnia w osoczu jest ściśle regulowany , aby pozostawał w bardzo wąskich granicach przez homeostatyczne systemy ujemnego sprzężenia zwrotnego .
Od 35 do 50% wapnia w osoczu jest związane z białkami, a 5–10% występuje w postaci kompleksów z kwasami organicznymi i fosforanami. Pozostała część (50–60%) jest zjonizowana. Zjonizowany wapń można oznaczyć bezpośrednio za pomocą kolorymetrii lub można go odczytać z nomogramów , chociaż przydatność tego ostatniego jest ograniczona, gdy pH i zawartość białka w osoczu znacznie odbiegają od normy.
Funkcjonować
Wapń pełni kilka głównych funkcji w organizmie.
Związany z białkami surowicy
Łatwo wiąże się z białkami, zwłaszcza z aminokwasami, których łańcuchy boczne zakończone są grupami karboksylowymi (-COOH) (np. reszty glutaminianu). Kiedy takie wiązanie zachodzi, ładunki elektryczne na łańcuchu białkowym zmieniają się, powodując zmianę trzeciorzędowej struktury białka (tj. formy trójwymiarowej). Dobrym tego przykładem jest kilka czynników krzepnięcia w osoczu krwi, które nie działają pod nieobecność jonów wapnia, ale stają się w pełni funkcjonalne po dodaniu odpowiedniego stężenia soli wapnia.
Kanały sodowe bramkowane napięciem
napięciem sodowe kanały jonowe w błonach komórkowych nerwów i mięśni są szczególnie wrażliwe na stężenie jonów wapnia w osoczu. Stosunkowo niewielkie spadki stężenia wapnia zjonizowanego w osoczu ( hipokalcemia ) powodują wyciek sodu z tych kanałów do komórek nerwowych lub aksonów, powodując ich nadpobudliwość ( dodatni efekt batmotropowy ), powodując w ten sposób spontaniczne skurcze mięśni ( tężyczka ) i parestezje (uczucie „mrowienie”) kończyn i wokół ust. Kiedy stężenie wapnia zjonizowanego w osoczu wzrasta powyżej normy ( hiperkalcemia ), więcej wapnia wiąże się z tymi kanałami sodowymi, co ma na nie negatywny wpływ batotropowy, powodując letarg, osłabienie mięśni, anoreksję, zaparcia i chwiejność emocjonalną.
Sygnalizacja wewnątrzkomórkowa
Ponieważ wewnątrzkomórkowe stężenie jonów wapnia jest bardzo niskie (patrz wyżej), wejście niewielkich ilości jonów wapnia z retikulum endoplazmatycznego lub z płynów pozakomórkowych powoduje szybkie, bardzo wyraźne i łatwo odwracalne zmiany względnego stężenia tych jonów w cytozol . Może to zatem służyć jako bardzo skuteczny sygnał wewnątrzkomórkowy (lub „ wtórny przekaźnik ”) w różnych okolicznościach, w tym przy skurczach mięśni , uwalnianiu hormonów (np. insuliny z komórek beta wysp trzustkowych ) lub neuroprzekaźników (np. acetylocholiny z przed - zakończenia synaptyczne nerwów) i inne funkcje.
Kość
Wapń działa strukturalnie jako materiał nośny w kościach jako hydroksyapatyt wapnia (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ).
Mięsień
W mięśniach szkieletowych i mięśniach sercowych jony wapnia uwolnione z retikulum sarkoplazmatycznego ( retikulum endoplazmatycznego mięśni poprzecznie prążkowanych ) wiążą się z białkiem troponiny C obecnym na zawierających aktynę cienkich włóknach miofibryli . W rezultacie trójwymiarowa struktura troponiny zmienia się, powodując, że tropomiozyna , do której jest przyczepiona, zostaje odsunięta od miejsc wiązania miozyny na cząsteczkach aktyny , które tworzą szkielet cienkich włókien. Miozyna może następnie wiązać się z odsłoniętymi miejscami wiązania miozyny na cienkim włóknie, aby przejść powtarzającą się serię zmian konformacyjnych zwanych cyklem mostków krzyżowych , dla których ATP dostarcza energię. Podczas cyklu każde białko miozyny „unosi się” wzdłuż cienkiego włókna aktynowego, wielokrotnie wiążąc się z miejscami wiązania miozyny wzdłuż włókna aktynowego, zapadając się i puszczając. W efekcie grube włókno porusza się lub ślizga wzdłuż cienkiego włókna, powodując skurcz mięśni . Ten proces jest znany jako model skurczu mięśni z przesuwanymi włóknami .
Źródła
Nie cały wapń w diecie może być łatwo wchłaniany z jelit. Najlepiej przyswajalny wapń występuje w produktach mlecznych (72%), warzywach (7%), zbożach (5%), roślinach strączkowych (4%), owocach (3%), białku (3%). Wapń zawarty w materii roślinnej jest często kompleksowany z fitynianami , szczawianami , cytrynianami i innymi kwasami organicznymi, takimi jak długołańcuchowe kwasy tłuszczowe (np. kwas palmitynowy ), z którymi wapń wiąże się, tworząc nierozpuszczalne mydła wapniowe.
Przechowywanie kości
Przepływ wapnia do iz kości może być dodatni, ujemny lub obojętny. Gdy jest neutralny, dziennie obraca się około 5–10 mmoli. Kość służy jako ważny punkt magazynowania wapnia, ponieważ zawiera 99% całkowitego wapnia w organizmie. Uwalnianie wapnia z kości jest regulowane przez parathormon w połączeniu z kalcytriolem wytwarzanym w nerkach pod wpływem PTH. Kalcytonina (hormon wydzielany przez tarczycę, gdy poziom zjonizowanego wapnia w osoczu jest wysoki lub wzrasta; nie mylić z „kalcytriolem” wytwarzanym w nerkach) stymuluje wbudowywanie wapnia w kości.
Wchłanianie jelitowe
Normalna dieta osoby dorosłej zawiera około 25 mmol wapnia dziennie. Tylko około 5 mmol tego jest wchłaniane do organizmu dziennie (patrz poniżej).
Wapń jest wchłaniany przez błonę rąbka szczoteczkowego komórek nabłonka jelitowego. Zaproponowano, że kanał TRPV6 odgrywa główną rolę w jelitowym wychwycie Ca2 + . Jednak Trpv6 KO nie wykazywały znaczącego zmniejszenia poziomów wapnia w surowicy i wykazywały tylko nieznacznie zmniejszone lub nawet niezmienione wchłanianie Ca2 + w jelitach, co wskazuje, że muszą istnieć inne szlaki wchłaniania. Ostatnio TRPM7 powiązano z jelitowym wychwytem wapnia. Autorzy mogli wykazać, że jelitowa delecja TRPM7 skutkuje silnie obniżonymi poziomami wapnia w surowicy i kościach oraz intensywnie podwyższonymi poziomami kalcytriolu i PTH , co wskazuje, że TRPM7 jest niezbędny do wychwytu wapnia w jelitach. Po wchłonięciu przez komórki wapń jest natychmiast wiązany z kalbindyną , białkiem wiążącym wapń zależnym od witaminy D. Kalbindyna przenosi wapń bezpośrednio do siateczki śródplazmatycznej komórki nabłonka , przez którą wapń jest przenoszony do błony podstawnej po przeciwnej stronie komórki, bez wchodzenia do jej cytozolu lub płynu wewnątrzkomórkowego. Stamtąd pompy wapniowe ( PMCA1 ) aktywnie transportują wapń do organizmu. Aktywny transport wapnia zachodzi głównie w dwunastniczej części jelita, gdy spożycie wapnia jest niskie; oraz poprzez pasywny transport okołokomórkowy w jelicie czczym i jelicie krętym , gdy spożycie wapnia jest wysokie, niezależnie od poziomu witaminy D.
Aktywne wchłanianie wapnia z jelit jest regulowane przez stężenie kalcytriolu (lub 1,25-dihydroksycholekalcyferolu lub 1,25-dihydroksywitaminy D 3 ) we krwi. Kalcytriol jest pochodną cholesterolu. Pod wpływem światła ultrafioletowego na skórze cholesterol przekształca się w prewitaminę D 3 , która samorzutnie izomeryzuje do witaminy D 3 (lub cholekalcyferolu). Następnie jest przekształcany z cholekalcyferolu w kalcyfediol w wątrobie. Pod wpływem parathormonu nerki przekształcają kalcyfediol w aktywny hormon kalcytriol, który oddziałuje na komórki nabłonka ( enterocyty ) wyściełające jelito cienkie , zwiększając szybkość wchłaniania wapnia z treści jelitowej. W skrócie cykl wygląda następująco:
Niski poziom PTH we krwi (występujący w warunkach fizjologicznych, gdy poziom wapnia zjonizowanego w osoczu jest wysoki) hamuje przemianę cholekalcyferolu w kalcytriol, co z kolei hamuje wchłanianie wapnia z jelit. Sytuacja odwrotna ma miejsce, gdy poziom zjonizowanego wapnia w osoczu jest niski: hormon przytarczyc jest wydzielany do krwi, a nerki przekształcają więcej kalcyfediolu w aktywny kalcytriol, zwiększając wchłanianie wapnia z jelit.
Resorpcja
Jelito
Ponieważ dziennie około 15 mmol wapnia jest wydalane do jelita z żółcią, całkowita ilość wapnia docierająca każdego dnia do dwunastnicy i jelita czczego wynosi około 40 mmol (25 mmol z diety plus 15 mmol z żółcią), z czego średnio 20 mmol jest wchłaniane (z powrotem) do krwi. Wynik netto jest taki, że około 5 mmol więcej wapnia jest wchłaniane z jelit niż jest do nich wydalane z żółcią. Jeśli nie ma aktywnej budowy kości (jak w dzieciństwie) lub zwiększone zapotrzebowanie na wapń podczas ciąży i laktacji, 5 mmol wapnia, które jest wchłaniane z jelit, rekompensuje straty moczu, które są tylko częściowo uregulowane.
Nerki
Nerki filtrują 250 mmol jonów wapnia dziennie w pro-moczu (lub przesączu kłębuszkowym ) i resorbują 245 mmol, co prowadzi do średniej utraty netto w moczu około 5 mmol/d. Na ilość jonów wapnia wydalanych z moczem w ciągu doby częściowo wpływa parathormonu (PTH) w osoczu – wysoki poziom PTH zmniejsza szybkość wydalania jonów wapnia, a niski ją zwiększa. Jednak parathormon ma większy wpływ na ilość jonów fosforanowych (HPO 4 2− ) wydalanych z moczem. Fosforany tworzą nierozpuszczalne sole w połączeniu z jonami wapnia. Wysokie stężenie HPO 4 2− w osoczu obniża zatem poziom zjonizowanego wapnia w płynach zewnątrzkomórkowych. Zatem wydalanie z moczem większej ilości jonów fosforanowych niż wapniowych podnosi poziom zjonizowanego wapnia w osoczu, nawet jeśli całkowite stężenie wapnia może być obniżone.
Nerki wpływają na stężenie wapnia zjonizowanego w osoczu jeszcze w inny sposób. Przetwarza witaminę D 3 w kalcytriol , aktywną postać, która najskuteczniej wspomaga wchłanianie wapnia w jelitach. Temu przekształceniu witaminy D3 w kalcytriol sprzyja również wysoki poziom parathormonu w osoczu.
Wydalanie
Jelito
Większość wydalania nadmiaru wapnia odbywa się z żółcią i kałem, ponieważ poziomy kalcytriolu w osoczu (które ostatecznie zależą od poziomu wapnia w osoczu) regulują, ile wapnia w żółci jest ponownie wchłaniane z treści jelitowej.
Nerki
Wydalanie wapnia z moczem wynosi zwykle około 5 mmol (200 mg) dziennie. To mniej w porównaniu z tym, co jest wydalane z kałem (15 mmol/dzień).
Rozporządzenie
Stężenie wapnia zjonizowanego w osoczu jest regulowane w wąskich granicach (1,3–1,5 mmol/l). Osiągają to zarówno komórki przypęcherzykowe tarczycy, jak i przytarczyce stale wyczuwają (czyli mierzą) stężenie jonów wapnia w przepływającej przez nie krwi.
Wysoki poziom w osoczu
Gdy stężenie wapnia wzrasta, komórki okołopęcherzykowe tarczycy zwiększają wydzielanie do krwi kalcytoniny , hormonu polipeptydowego. Jednocześnie przytarczyce zmniejszają wydzielanie parathormonu (PTH), również hormonu polipeptydowego, do krwi. Wynikający z tego wysoki poziom kalcytoniny we krwi stymuluje osteoblasty w kościach do usuwania wapnia z osocza krwi i odkładania go w postaci kości.
Obniżony poziom PTH hamuje usuwanie wapnia z kośćca. Niski poziom PTH ma kilka innych skutków: zwiększona utrata wapnia z moczem, ale co ważniejsze, utrata jonów fosforanowych z moczem jest zahamowana. Jony fosforanowe będą zatem zatrzymywane w osoczu, gdzie tworzą nierozpuszczalne sole z jonami wapnia, usuwając je w ten sposób z puli zjonizowanego wapnia we krwi. Niski poziom PTH hamuje również tworzenie kalcytriolu (nie mylić z kalcytoniną ) z cholekalcyferolu (witaminy D 3 ) przez nerki.
Zmniejszenie stężenia kalcytriolu we krwi działa (stosunkowo wolno) na komórki nabłonka ( enterocyty ) dwunastnicy, hamując ich zdolność do wchłaniania wapnia z treści jelitowej. Niski poziom kalcytriolu działa również na kości, powodując, że osteoklasty uwalniają mniej jonów wapnia do osocza krwi.
Niski poziom w osoczu
Kiedy poziom zjonizowanego wapnia w osoczu jest niski lub spada, dzieje się odwrotnie. Wydzielanie kalcytoniny jest hamowane, a wydzielanie PTH jest stymulowane, co powoduje usuwanie wapnia z kości w celu szybkiego skorygowania poziomu wapnia w osoczu. Wysoki poziom PTH w osoczu hamuje utratę wapnia z moczem, jednocześnie stymulując wydalanie jonów fosforanowych tą drogą. Pobudzają również nerki do produkcji kalcytriolu (hormonu steroidowego), który zwiększa zdolność komórek wyściełających jelita do wchłaniania wapnia z treści jelitowej do krwi, poprzez stymulację produkcji kalbindyny w tych komórkach . Stymulowana przez PTH produkcja kalcytriolu powoduje również uwalnianie wapnia z kości do krwi poprzez uwalnianie RANKL ( cytokiny lub miejscowego hormonu ) z osteoblastów , co zwiększa aktywność resorpcyjną kości przez osteoklasty. Są to jednak procesy stosunkowo powolne
Zatem szybka, krótkotrwała regulacja poziomu zjonizowanego wapnia w osoczu obejmuje przede wszystkim szybkie przemieszczanie wapnia do lub ze szkieletu. Długoterminową regulację uzyskuje się poprzez regulację ilości wapnia wchłanianego z jelit lub wydalanego z kałem.
Zaburzenia
Hipokalcemia (niski poziom wapnia we krwi) i hiperkalcemia (wysoki poziom wapnia we krwi) to poważne zaburzenia medyczne. Osteoporoza , osteomalacja i krzywica to choroby kości związane z zaburzeniami gospodarki wapniowej i działaniem witaminy D. Osteodystrofia nerek jest konsekwencją przewlekłej niewydolności nerek związanej z gospodarką wapniową.
Dieta odpowiednio bogata w wapń może zmniejszać utratę wapnia z kości wraz z postępującym wiekiem (po menopauzie ). Niskie spożycie wapnia w diecie może być czynnikiem ryzyka rozwoju osteoporozy w późniejszym życiu; a dieta ze stałą odpowiednią ilością wapnia może zmniejszyć ryzyko osteoporozy.
Badania
Rola, jaką wapń może odgrywać w zmniejszaniu częstości występowania raka jelita grubego, była przedmiotem wielu badań. Jednak biorąc pod uwagę jego skromną skuteczność, nie ma obecnie zaleceń medycznych dotyczących stosowania wapnia w celu zmniejszenia raka.
Zobacz też
przypisy
Linki zewnętrzne
- Wapń w Lab Tests Online
- Nosek, Thomas M. „Sekcja 5/5ch6/5ch6line” . Podstawy fizjologii człowieka . [ martwy link ]
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
