МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН МЕТАБОЛИЗМ Fe 2 Са 2 Р

МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН (МЕТАБОЛИЗМ Fe 2+, Са 2+, Р, F) МЕТАБОЛИЗМ ЖЕЛЕЗА У новорожденных детей Hb гораздо больше в организме, чем им требуется: у них выше и концентрация Hb в Эр, и количество самих Эр. Это является компенсаторным ответом на относительно низкое напряжение О 2 в условиях внутриутробной жизни. В течение нескольких недель после рождения разрушение Эр превышает их создание, при этом может наблюдаться желтуха.

• Однако в течение этого периода железо практически не выделяется из организма ребенка и не теряется. • Это хорошо, т. к. грудное молоко практически не содержит железа. • В дальнейшем человек начинает получать железо с пищей. • С этого момента потребности организма ребенка и взрослого определяются скоростью выведения Fe из организма.

• Ежедневное обновление Hb у взрослых эквивалентно примерно 20 мл ЭР или 25 мг железа. Обновление Эр не вызывает дополнительной потребности в экзогенном железе, т. к. железо, освобождающееся из разрушенных Эр, почти полностью доступно для повторного использования. • В период роста ребенка железо необходимо для синтеза Hb, миоглобина, цитохромов, каталазы и других хромопротеидов

• Особенно много надо железа в период полового созревания. Максимальная потребность в железе наблюдается у юношей в 15 - 16 лет. У взрослых мужчин ежедневная потребность в железе нужна для компенсации относительно небольших потерь с мочой и желчью , она составляет около 0, 9 мг/сутки.

• У женщин, в связи с менструацией, потребность в железе на 30 -90% больше, чем у мужчин. • Потребление железа у женщин возрастает также в период беременности, примерно еще на 60%. При недостаточном содержании железа в пище беременной женщины у нее развивается гипохромная анемия.

Железо очень плохо всасывается в кишечнике. Большая часть Fe в натуральных пищевых продуктах находится в виде "органического железа", оно входит в состав комплексов, которые плохо всасываются. Железо образует многочисленные нерастворимые соли. Образование таких солей в кишечнике снижает всасывание железа.

Неорганический фосфат снижает всасывание железа. • Железо в составе белой муки утилизируется легче, чем в составе непросеянной пшеничной муки. • Еще легче усваивается железо из мяса, несмотря на то, что там оно находится в составе гема. Восстановленное железо всасывается быстрее, чем окисленное. Аскорбиновая кислота увеличивает усвояемость железа

• Таким образом, количество железа в пище должно в 5 -10 раз превышать расчетную физиологическую норму. Ежедневное потребление 12 мг железа взрослыми и 6 -15 мг детьми различных возрастных групп является вполне достаточным.

• • ВСАСЫВАНИЕ Fe В КИШЕЧНИКЕ В норме на уровне слизистой кишечника функционирует "блок" для всасывания железа. Переход железа из содержимого кишечника в кровь регулируется с помощью специального белкапереносчика - ферритина. Железо в кишечнике 2 -х-валентное, в слизистой оно окисляется до 3 -х валентного состояния и быстро соединяется с апоферритином, образуя ферритин.

• В клетках слизистой оболочки кишечника железо снова восстанавливается до 2+ и отделяется от апоферритина. Освободившийся апоферритин перетаскивает новые порции железа в энтероцит. В этом процессе важное значение имеют аскорбиновая кислота и белок - церулоплазмин. Освободившееся от связи с ферритином железо выходит в кровь и связывается с белком трансферрином, который переносит его к тканям.

• Ферритин участвует в депонировании железа в ткани печени. • Если ферритина недостаточно, то часть железа откладывается в форме гранул большого размера, которые называются гемосидерином. Гемосидерин - нормальный компонент большинства тканей, но если его откладывается слишком много, это ведет к повреждению клеток гемосидерозу.

• Другим компонентом системы метаболизма железа является белок плазмы крови трансферрин который участвует в транспорте железа. Его концентрация в плазме составляет 0, 4 г/100 мл. • При нормальном уровне плазменного железа (100 мкг/100 мл) трансферрин насыщен железом на 30%. По сравнению с другими белками плазмы крови трансферрин проявляет наиболшее сродство к железу.

• Трансферрин связывает 2 иона Fe и переносит в ткани, где на поверхности клеток имеются специальные рецепторы к трансферрину. Обнаружены также рецепторы на опухолевых клетках. Железо является фактором роста для опухолей. Поэтому опухолевые клетки усиленно захватывают железо, а организм в целом при этом страдает от дефицита Fe, развивается анемия. • В организме Fe находится в основном в ЭР (70%), 20 -25% - в депо.

• В депонировании, участвуют два белка ферритин и гемосидерин. С возрастом количество гемосидерина возрастает. • В норме депо Fe - это костный мозг и печень. • При отравлении препаратами Fe, при частых переливаниях крови, внутренних кровотечениях гемосидерин откладывается в разных тканях, развивается гемосидероз. • То же самое - при недостаточности трансферрина (редкое генетическое заболевание).

• Свободное железо вызывает спазм сосудов, увеличивает ПОЛ. • 5% Fe входит в состав миоглобина мышц (депо О 2 в мышцах), • около 3 -4% - в железосодержащих ферментах: цитохромах, пероксидазах, каталазе, железосерных комплексах тканевого дыхания и в микросомальной системе окисления

• ЖЕЛЕЗОДЕФИЦИТНЫЕ СОСТОЯНИЯ • Железодефицитное состояние наблюдается примерно у 1/2 женщин и детей. его можно обнаружить еще до развития анемии. • При этом человек чувствует повышенную утомляемость, головные боли, у него наблюдается бледность кожных покровов.

• Причины ЖЕЛЕЗО-дефицитных состояний: • 1) недостаток железа в пище; • 2)нарушение всасывания при низкой кислотности желудочного сока, энтеритах, патологии печени, где синтезируется мукозный ферритин. • 3)Рост ребенка; • 4)острые воспалительные процессы; 5)опухоли; • 6)лечение тетрациклином, цитостатиками; • 7) кровотечения.

МЕТАБОЛИЗМ КАЛЬЦИЯ И ФОСФАТА В организме взрослого человека около 2% от веса тела составляет Са 2+. 1 -2 кг. 98% этого количества кальция находится в костной ткани, оставшиеся 2% выполняют чрезвычайно важные функции, не связанные с костной тканью. Среди наиболее важных функций Са 2+ следует отметить следующие:

• 1) Структурно-опорная функция Са входит как обязательная необходимая часть во все кости скелета. • 2) В передаче нервного импульса: Са способствует выделению и захвату всех нервных медиаторов; • 3) В нервно-мышечном сокращении;

• 4) Са входит в состав К+, Na+-АТФ-аз, поэтому регулирует проводимость и возбудимость тканей; • 5) Участвует в работе системы свертывания крови; • 6) Участвует в тканевом дыхании; • 7) Са отвечает за межклеточные контакты. При воспалении вытесняется гистамином, поэтому является противогистаминным препаратом;

• 8) Участвует в передаче некоторых гормональных эффектов на клеточные системы, т. е. выполняет роль вторичного посредника; • 9) Са активирует ряд ферментов: окислительного декарбоксилирования ПВК, • фосфодиэстеразу (ФДЭ) и др.

• Обмен Са 2+ тесно связан с обменом Р: это касается их содержания в пищевых продуктах, процессов их метаболизма и выведения из организма. • В организме постоянно происходит обмен между внутрии внеклеточным кальцием.

• Обмен Са 2+ происходит через специфические мембраны клеток и регулируется двумя гормонами паращитовидных желез паратгормоном и кальцитонином (кальцитонин синтезируется также в щитовидной железе), а также витамином D. • Теперь рассмотрим более подробно процессы обмена Са 2+.

ВСАСЫВАНИЕ Са 2+ В КИШЕЧНИКЕ Основная часть Са 2+ поступает в организм в виде фосфата кальция - Са 3(РО 4)2, поскольку именно в такой форме он содержится в пищевых продуктах. Са 2+ относится к трудно усвояемым веществам.

• Всасывание Са 2+ происходит главным образом в проксимальных участках тонкого кишечника и уменьшается в дистальных участках. У взрослых всасывается менее половины всего кальция, поступившего с пищей. • В детском организме и у беременнных женщин эта доля несколько выше.

• Всасывание Са 2+ улучшается в присутствии витамина D, который стимулирует синтез кальцийсвязывающего белка • Ингибируется всасывание Са 2+ солями Mg, большими концентрациями вещества из некоторых злаков фитата. Заболевания кишечника резко уменьшают всасывание Са 2+.

• Общее количество Са 2+ в человеческой плазме в норме колеблется от 9 до 11 мг%. • В плазме крови он находится в двух основных формах: • 1) ионная форма, в которой он является биологически активным. Эта часть кальция находится в равновесии с кальцием внеклеточной жидкости. Именно в этой форме кальций проникает в клетки, оказывая там регуляторное действие в качестве вторичного посредника гормонального действия. • В костной ткани также откладывается кальций в ионной форме. •

• 2) Неионная форма. • В этой форме он не может проникать через клеточные мембраны. • Неионная форма представлена главным образом кальцием, связанным с белками плазмы, в частности, с альбумином.

• Концентрация Са 2+ в крови регулируется комплексным механизмом, • В этот комплекс входят следующие компоненты: • 1) скелет - как резервуар Са 2+; • Са 2+ может извлекаться при необходимости из костей, а избыток его может откладываться в костях. • 2) почки; (скоростью обратного всасывания в извитых канальцах)

• 3) экскреция Са 2+ с желчью (через кишечник); • 4) два гормона паращитовидных желез • паратгормон и кальцитонин, секреция которых определяется концентрацией кальция в крови; • 5) Витамин Д 3 - 1, 25 -диокси. ХКФ.

• Витамин D. стимулирует всасывание Са 2+ в кишечнике. Поэтому недостаток витамина D проявляется в снижении поступления Са 2+. Отсюда недостаточность обызвествления кости и развитие рахита при дефиците витамина D. • Напротив, при избытке витамина D наблюдается усиленное рассасываие костей и увеличение концентрации Са 2+ в сыворотке крови. Повышение Са 2+ и Р в крови приводит к значительному их увеличению в моче и образованию камней в почках

• Паратгормон, гормон ПЩЖ повышает концентрацию Са в крови благодаря его действию на кишечник, кости и почки. . Метаболический эффект паратгормона опосредуется его действием на остеоциты, которые в свою очередь оказывают регуляторное влияние на структуру матрикса кости.

• Паратгормон активирует связанную с мембраной костных клеток аденилатциклазу и увеличивает поступление Са 2+ в эти клетки. Увеличение внутриклеточной концентрации Са 2+ в костных клетках приводит к следующим основным эффектам:

• Кальцитонин синтезируется в паращитовидных железах и, частично в щитовидной железе. • Его влияние на концентрацию Са в крови прямо противоположно действию паратгормона. Он стимулирует перенос Са и Р из крови в кости, ускоряет отложение Са и ингибирует его выход из костей

• Первоначальный эффект заключается в стимулировании выхода Са из кости, активируя кальциевый насос. Но в то же время он стимулирует поглощение Са митохондриями. В результате конечный эффект будет в снижении Са в крови. • Таким образом паратгормон повышает концентрацию Са в крови, а кальцитонин - снижает

• Между концентрацией Р и Са в сыворотке крови обычно наблюдается обратная зависимость: когда концентрация P снижена, повышена концентрация Ca, и наоборот. • Но в патологических условиях концентрация обоих ионов может повышаться при гиперпаратиреоидизме, либо понижаться, что наблюдается при рахите.

• ПАТОЛОГИЧЕСКИЕ СДВИГИ УРОВНЯ КАЛЬЦИЯ В ПЛАЗМЕ: ГИПОКАЛЬЦИЕМИЯ • - снижение концентрации кальция в крови – может возникать от различных причин: • 1) В результате снижения функции паращитовидных желез (ПЩЖ) (например, при операции на щитовидной железе, если вместе с тканью ЩЖ удаляется ткань и ПЩЖ); • 2) При нарушении равновесия между процессами притока и оттока кальция из внеклеточной жидкости. Этот механизм может иметь место при следующих заболеваниях:

• а) При леченном рахите. В процессе излечения костная ткань жадно поглощает кальций и фосфор из внеклеточной жидкости; в результате этого возникает обеднение кальцием внеклеточной жидкости, которое не скоро выравнивается введением Са и Р с пищей. • б) При состояниях после ацидоза. Во время ацидоза происходит мобилизация минеральных резервов организма, включая и Са, что ведет к потере этих ионов.

• в) При выпадении кальция в осадок или образовании комплексных соединений, содержащих Са. • Такое комплексообразование возможно при недостаточности почек вследствие образования фосфатов и оксалатов кальция, при массивных вливаниях цитрата, например, при обменном переливании цитратной крови

• Гипокальциемия ведет к возникновению многообразных симптомов, комплекс которых обозначают как тетанию. Она характеризуется повышенной возбудимостью нервной системы и мускулатуры. При выраженной картине тетании эта возбудимость проявляется судорогами, причиной которых являются нарушения со стороны ЦНС, а также спазм произвольной и непроизвольной мускулатруы.

• При хронической гипокальциемии отмечены и другие проявления: • а) Катаракта (помутнение хрусталика); • б) Нарушение развития кожи, ногтей и волос; • в) Нарушение развития зубов, в первую очередь - недостаточное развитие зубной эмали. • Кроме того, возможно развитие остеопорозного разрыхления костей челюсти. • г) Точечные кровоизлияния в головном мозгу, которые подвергаются обызвествлению

• ГИПЕРКАЛЬЦИЕМИЯ может возникать также от различных причин: • 1) Повышенная функция паращитовидных желез. В течение короткого времени развиваются тяжелые общие симптомы: мышечная слабость, рвота, диарея и полиурия. Эти явления могут наблюдаться при введении больших доз паратгормона (например, после операции удаления щитовидной железы) и в тяжелых случаях могут привести к смерти.

• В органах обнаруживают гиперемию с крупными кровоизлияниями. В случае хронического увеличения концентрации паратгормона, например, при опухоли ПЩЖ, прежде всего развивается потеря кальция из скелета. Кроме того, развиваются нарушения со стороны почек, где происходит отложение извести.

• 2) Второй причиной гиперкальциемии может быть введение чрезмерных доз кальциферола или родственных соединений. Причина лежит в мобилизующем действии витамина Д на кальций костей. Вследствие этого нарушается нормальное соотношение при обмене кальция между костями и внеклеточной жикостью. • 3) Третья причина может быть в нарушении метаболических реакций

• 4) Длительное введение больших количеств кальция. Например, при длительном или частом приеме препаратов кальция у людей, страдающих аллергическими заболеваниями, или у людей, которые потребляют 2 -3 л молока ежедневно, часто наблюдается гиперкальциемия.

• Симптомы гиперкальциемии касаются как общего состояния организма, так и его отдельных тканей. Общие симптомы проявляются в потере аппетита, головокружении, плохом самочувствии вплоть до рвоты. • Местные изменения состоят в процессах обызвествления и образования камней, прежде всего в почках и в стенках кровеносных сосудов

МЕТАБОЛИЗМ КАЛЬЦИЯ И ФОСФАТА В организме взрослого человека около 2% от веса тела составляет Са 2+. 1 -2 кг. 98% этого количества кальция находится в костной ткани, оставшиеся 2% выполняют чрезвычайно важные функции, не связанные с костной тканью. Среди наиболее важных функций Са 2+ следует отметить следующие:

• 1) Структурно-опорная функция Са входит как обязательная необходимая часть во все кости скелета. • 2) В передаче нервного импульса: Са способствует выделению и захвату всех нервных медиаторов; • 3) В нервно-мышечном сокращении;

• 4) Са входит в состав К+, Na+-АТФ-аз, поэтому регулирует проводимость и возбудимость тканей; • 5) Участвует в работе системы свертывания крови; • 6) Участвует в тканевом дыхании; • 7) Са отвечает за межклеточные контакты. При воспалении вытесняется гистамином, поэтому является противогистаминным препаратом;

• 8) Участвует в передаче некоторых гормональных эффектов на клеточные системы, т. е. выполняет роль вторичного посредника; • 9) Са активирует ряд ферментов: окислительного декарбоксилирования ПВК, • фосфодиэстеразу (ФДЭ) и др.

МЕТАБОЛИЗМ ФОСФАТА. • Фосфат в большом количестве содержится в живой природе. Недостатка фосфатов в пище не бывает. Во взрослом организме содержится около 1 кг фосфора, причем из них около 85% входит в состав скелета.

• Фосфат поступает в организм либо в виде Pi, либо органического фосфата, который в пишеварительном тракте освобождается в виде Pi. • В желудке Р практически не всасывается; но на протяжении всего тонкого кишечника происходит его интенсивное всасывание (от 70 до 90% поступающего с пищей фосфора).

• В плазме большая часть Pi присутствует в виде солей ортофосфорной кислоты, причем [HPO 4 --] и [Н 2 PO 4 -] находятся в отношении приблизительно 4: 1. • Весь Р плазмы способен проникать через полупроницаемые мембраны и фильтруется в почечных клубочках. В плазме в небольшом количестве также содержатся гексозофосфаты, триозофосфаты и т. д.

• Концентрация неорганического фосфата в плазме колеблется в пределах 3, 5 -5 мг/100 мл плазмы, в зависимости от возраста: у детей несколько больше, у взрослых меньше. Эта концентрация поддерживается гомеостатическим механизмом: скелет так же, как и для Са 2+, служит резервуаром для Р, из которого Р может поступать в плазму при снижении в ней концентрации Р, и наоборот, Экскреция фосфора осуществляется в основном почками при избытке фосфора, он откладывается в костях. .

• Т. к. фосфор играют чрезвычайно важную роль во всех биохимических процессах в организме, то он является незаменимым компонентом пищи! • Биологическое значение фосфата определяется его участием в следующих биохимических процессах

• 1) Фосфор входит как необходимый компонент в костную ткань и фосфолипиды клеточных мембран, т. е. выполняет важнейшую структурную функцию; • 2) Это важнейший компонент макроэргических соединений - АТФ, • ГТФ, КФ, т. е. необходим для энергетики; • 3) Хранение и передача генетической информации, поскольку входит в состав ДНК и РНК;

• 4) В составе ц. АМФ и ц. ГМФ участвует в регуляторных эффектах гормонов: ц. АМФ и ц. ГМФ активируют ПК, которая фосфорилирует фермент • ные белки и изменяет их активность; • 5) Фосфор участвует впрямую в метаболизме: • Глюкоза --- Г-6 -Ф • Рибоза ---- Р-5 -Ф • Фосфатидная к-та ----в липидном обмене и т. д. • 6) Буферная роль.

МЕТАБОЛИЗМ ФТОРА • В основе биологического действия иона фтора лежит его способность эффективно замещать ион гидроксила не только в апатите костной ткани, но и неминерализованных тканях, а также в активном центре ферментов.

Почти 99% всего фтора в организме находится в твердых тканях в составе апатита - основного фосфата кальция Са 10(РО 4)6(ОН)2. В минеральной фазе преобладают мелкие кристаллы, погруженные в органическую матрицу. Фторид-ион лучше всех прочих ионов способны замещать -ОН в молекуле апатита.

Это свойство ионам фтора придают следующие факторы: 1) ионные радиусы фтора и гидроксила -ОН очень близки по размерам; 2) У них одинаковый заряд; 3) У них одинаковая степень гидратации, равная двум. Все эти качества помогают иону фтора легко замещать гидроксильный ион в молекуле гидроксиапатита.

• Фтор может включаться в апатит сразу, еще в стадии формирования первичного кристалла. • Второй путь включения вторичный: путем замещения -ОН в уже образованном минерале. • В организме преобладает второй путь, особенно у взрослых. В результате реакции замещения образуется смешанная форма апатита Са 10(РО 4)6(ОН)2 -х. Fх.

• Содержание фтора в кости и зубной эмали составляет обычно 0, 05 моль/кг. Среди твердых тканей первое место по содержанию фтора занимает цемент зуба, за ним следуют кость, дентин и эмаль. • Содержание фтора в костях колеблется в широких пределах: от 50 мг/кг в ребре новорожденного до 1500 мг/кг в ребре больного флюорозом. Основные факторы, влияющие на содержание фтора в костях, это возраст и нагрузка фтором.

• Кости играют важную роль в регуляции концентрации фтора во внеклеточной жидкости благодаря способности быстро связывать избыток фтора. В костной ткани происходит постоянное накопление фтора на протяжении всей жизни человека, хотя оно и ослабевает у пожилых людей. При дефиците фтора происходит его мобилизация из костной ткани и поступление во внеклеточную жидкость

• Около 7, 5% фтора от его общего количества в крови в плазме находится в его в наиболее активной форме. • В плазме крови присутствует как ионная, так и органическая формы фтора, но только ионная форма подвергается физиологической регуляции. Т. е. только на ионную форму оказывают влияние различные гормоны

Свойства фтора : • 1) Высокая избирательность к твердым тканям, благодаря которым он принимает участие уже в начальных этапах минерализации. • 2) Фтор обладает высоким сродством к белку матрикса эмали. Поэтому, если он включается в эмаль зубного зачатка еще до начала его минерализации, то сможет способствовать формированию центров кристаллизации апатита.

• Всасывание. Фторид-ион, поступающий с пищей, всасывается в желудке и тонкой кишке. Фтор всасывается быстро, хотя у него все же значительно меньшая скорость, чем у хлора и воды. Умеренные дозы растворимых соединений F всасываются в пищеварительном тракте на 50% в среднем за 30 мин и полностью - за 90 мин. В норме человек усваивает около 80% фтора, содержащегося в пище.

• Патология у человека может быть связана как с избытком, так и с недостатком фтора. При избытке фтора возникает флюороз, при недостатке - гипофтороз. • Фтордефицитное состояние или гипофтороз возникает из-за недостатка фтора во внешней среде, в первую очередь в питьевой воде. Проявляется гипофтороз наиболее часто кариесом зубов. Это может быть медленно текущий или крайне быстрый разрушительный кариес. • Течение кариеса зависит от физиологического состояния организма, от неблагоприятных условий жизни, например, от голодания.

• У детей гипофтороз характеризуется тем, что у них замедлен рост, запаздывает прорезывание зубов, наблюдается специфическое поражение зубов молочного прикуса кариесом. • Помимо кариеса у детей существуют также и нестоматологические проявление гипофтороза. Так, с гипофторозом связаны тонзиллопатии, рахит, неполноценность иммунного статуса и нарушения обмена кальция. • В старческом возрасте гипофтороз приводит к учащению костных переломов.

• Флюороз вызывается избыточным поступлением фтора в организм. Раньше считалось, что при флюорозе поражаются только зубы и скелет. Но теперь оказалось, что флюороз поражает многие другие органы и системы. • Фтор воздействует на многие ферментативные процессы, в основном он ингибирует ферменты и лишь в редких случаях активирует. • Легко ингибируются ферменты, которые имеют в своем активном центре аминокислоты лизин и аргинин.