Fosfor je kemijski element sa simbolom elementa P. Kao nemetal nalazi se u 5. glavnoj skupini periodnog sustava i nosi atomski ili atomski broj 15. Obilje fosfor u zemljinoj kori daje 0.09%. Fosfor je neophodan mineral za ljude i najzastupljeniji je mineral u tijelu nakon kalcijum. Budući da je fosfor vrlo reaktivan, u prirodi se javlja isključivo u vezanom obliku, uglavnom u kombinaciji s kisik (O) kao sol od fosforna kiselina (H3PO4) - fosfat (PO43-), vodik fosfat (HPO42-), dihidrogen fosfat (H2PO4-) - i kao apatit (kratki i skupni naziv za grupu kemijski sličnih, nespecificiranih minerala s općom kemijskom formulom Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH)), kao što su fluoro-, kloro- i hidroksiapatit. U ljudskom organizmu fosfor je bitan gradivni element organskih spojeva, kao što su ugljikohidrati, proteini, lipidi, nukleinske kiseline, nukleotidi i vitamini, kao i anorganskih spojeva, od kojih kalcijum fosfat ili hidroksiapatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), koji je lokaliziran u kosturu i zubima, posebno je važan. U svojim spojevima fosfor je prisutan uglavnom u valentnim stanjima -3, +3 i +5. Fosfor je prisutan u praktički svim namirnicama. Visoke količine fosfat nalaze se posebno u hrani bogatoj proteinima, kao što su mliječni proizvodi, meso, riba i jaja. Zbog upotrebe fosfata - određenih ortofosfata (PO43-), di-, tri- i polifosfata (produkti kondenzacije dva, tri odnosno nekoliko ortofosfata) - kao aditivi za hranu, na primjer kao regulatori kiselosti (održavajući pH konstantnim), emulgatori (kombinirajući dvije tekućine koje se ne mogu miješati, kao što su ulje i voda), antioksidanti (sprečavanje neželjene oksidacije), konzervansi (antimikrobni učinak, konzerviranje) i sredstva za otpuštanje, osim toga, industrijski prerađena hrana, poput proizvoda od mesa i kobasica, topljeni sir, kruh i pekarski proizvodi, gotova jela i umaci te pića i gazirana pića koja sadrže kolu, ponekad imaju visok udio fosfata [4, 7-9, 15, 16, 18, 25, 27].
Apsorpcija
Dijetalni fosfat je uglavnom u obliku organskih spojeva - na primjer, fosfoproteini, fosfolipidi-i prvo ih moraju apsorbirati određene fosfataze (enzimi, fosforna kiselina iz estera fosforne kiseline ili polifosfata) četkaste membrane enterocita (stanice epitelijum od tankog crijeva) kako bi se apsorbirao kao anorganski fosfat u dvanaesnika i jejunuma. Polifosfati (kondenzacijski produkti nekoliko ortofosfata), koji čine oko 10% dnevnog unosa fosfata, također prolaze hidrolizu (cijepanje reakcijom s voda) fosfatazama prije crijeva apsorpcija (apsorpcija putem crijeva), dok se ortofosfati (PO43-) gotovo u potpunosti apsorbiraju u svom izvornom obliku. Što je veći stupanj kondenzacije (stupanj umreženosti) polifosfata, to je njegovo enzimsko cijepanje niže u lumenu crijeva i što se više polifosfata neapsorbirano izlučuje u stolicu (stolica). Fosfat otopljen iz njegovog anorganskog fosfata - bez spojeva - primarno se transportira u sluznica stanice (stanice sluznice) dvanaesnika (duodenum), odnosno jejunum (jejunum), aktivnim, natrij-zavisni mehanizam koji se preferencijalno koristi vodik fosfat (HPO42-) kao supstrat. Pored toga, postoji pasivni proces pri kojem anorganski fosfat paracelularno ulazi u krvotok (kroz intersticijske prostore epitelnih stanica crijeva) duž elektrokemijskog gradijenta. Paracelularni apsorpcija, koji se javlja u crijevnom traktu, uključujući i debelo crijevo (debelo crijevo), postaje osobito važno kada se unose veće količine fosfata. U usporedbi s aktivnim apsorpcija međutim, pasivna crijevna apsorpcija nije ni približno toliko učinkovita, zbog čega se ukupna apsorbirana količina povećava u apsolutnom iznosu s porastom fosfata doza, ali se relativno smanjuje. Dok je aktivan transcelularni (masa transport kroz epitelne stanice crijeva) resorpciju fosfata regulira paratiroidni hormon (PTH, peptidni hormon sintetiziran u paratireoidna žlijezda), kalcitriol (fiziološki aktivan oblik Vitamin D) I kalcitonin (peptidni hormon sintetiziran u C stanicama Štitnjača), pasivni paracelularni transportni proces ostaje nepromijenjen hormoni popisana. Regulacija transcelularne reapsorpcije fosfata pomoću PTH, kalcitrioli kalcitonin je detaljnije razmotreno u nastavku. Brzina apsorpcije fosfata veća je u fazi rasta nego u odrasloj dobi. Primjerice, apsorpcija fosfata u dojenčadi, djece i djeteta koji imaju pozitivan fosfat uravnotežiti (unos fosfata premašuje izlučivanje fosfata), iznosi između 65-90%, dok odrasli apsorbiraju anorganski fosfat iz miješanog dijeta na 55-70%. Uz biološku dob, fosfat bioraspoloživost Također ovisi o razini unosa fosfata kroz hranu - inverzna korelacija (što je veći unos fosfata, to je niža biološka raspoloživost) - vrsta fosfatnog spoja i interakcija sa sastojcima hrane. Sljedeći čimbenici inhibiraju apsorpciju fosfata:
- Povećani unos određenih minerala i elementi u tragovima, Kao što su kalcijum, aluminijumi željezo - Precipitacija slobodnog fosfata stvaranjem netopivog kompleksa.
- Prehrambeni omjer kalcij: fosfat (Ca: P) trebao bi biti 0.9-1.7: 1 u djece; od odraslih se ne smije tražiti da održavaju određeni omjer Ca: P u prehrani
- Fitinska kiselina (heksafosfatni ester mio-inozitola) - u žitaricama i mahunarkama fosfat je pretežno prisutan u vezanom obliku kao fitinska kiselina i zbog toga ga ljudski organizam ne može iskoristiti zbog odsutnosti fitaze (enzima koji zadržava vodu cijepa fitinsku kiselinu i oslobađa vezani fosfat) u probavnom traktu; samo mikrobnim fitazama ili aktiviranjem biljnih fitaza, na primjer, u proizvodnji kruha kiselom tijestom ili posebnim postupkom za tijesto, tijekom fermentacije i klijanja, fosfat se može osloboditi iz svog kompleksa i resorbirati
Zbog ponekad visokog sadržaja fitinske kiseline u biljnoj hrani, kao što su žitarice, povrće, mahunarke i orašasto voće, uglavnom je dostupniji fosfor iz hrane životinjskog podrijetla. Hrana bogata fitatima biljnog podrijetla može imati i do 50% nižu bioraspoloživost. Na primjer, fosfor iz mesa apsorbira se u prosjeku ~ 69% iz mlijeko ~ 64%, a od sira ~ 62%, dok od raži cjelovitih žitarica kruh u crijevima se u prosjeku apsorbira samo oko 29% fosfora. Sljedeći čimbenici potiču apsorpciju fosfata:
- 1,25-dihidroksilholekalciferol (1,25- (OH) 2-D3, kalcitriol - metabolički aktivan Vitamin D).
- Visok pH
Raspodjela u tijelu
Ukupna količina fosfora u tijelu iznosi oko 17 g (0.5%) u novorođenčeta i između 600-700 g (0.65-1.1%) u odraslih. Više od 85% nalazi se u anorganskim spojevima s kalcijem u obliku kalcijevog fosfata i hidroksiapatita (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), u kosturu i zubima. 65-80 g (10-15%) tjelesnog fosfora pretežno je lokalizirano kao komponenta organskih spojeva - energetski bogatih fosfatnih spojeva, poput adenozin trifosfat (ATP, univerzalni nosač energije) i kreatin fosfat (PKr, dobavljač energije u mišićnom tkivu), fosfolipidi, itd. - u preostalim tkivima, kao što su mozak, jetra i mišiće. Izvanstanični prostor sadrži samo oko 0.1% tjelesnog fosfora [2, 5, 7-9, 11, 15, 18, 25, 27]. Oko 1.2 g (0.2-5%) ukupne zalihe fosfora lako se mijenja i metabolizira se do deset puta dnevno, uz najsporiji metabolizam fosfata u mozak i to najbrži u krv Stanice - eritrociti (crvene krvne stanice), leukociti (bijela krv Stanice), trombociti (trombociti). U tjelesne tekućine, fosfor je prisutan u oko 30% anorganskog oblika, prvenstveno kao dvovalentni (dvovalentni) vodik fosfat (HPO42-) i monovalentni (monovalentni) dihidrogen fosfat (H2PO4-). Pored toga, postoje organski fosfatni spojevi, kao što su fosfatni esteri, vezani za lipide i proteini. Pri fiziološkom pH od 7.4, omjer HPO42- prema H2PO4- je 4: 1. Ako pH poraste, protoni (H + ioni) vezani za fosfat sve se više oslobađaju u okoliš, tako da se pod jako alkalnim uvjetima (pH = 13), uglavnom se nalaze PO43- i HPO42-. Suprotno tome, u jako kiselim uvjetima (pH = 1) dominiraju H3PO4 i H2PO4, budući da fosfor sve više povlači H + ione iz okoliša i veže ih. Dakle, fosfor djeluje kao dihidrogen fosfat-hidrogenfosfatni sustav (H2PO4- ↔ H + + HPO42-) unutar kiselinsko-bazne uravnotežiti kao tampon u ćeliji, u krv plazmi kao i u mokraći (→ održavanje pH). Ukupni fosfor u krvi iznosi približno 13 mmol / l (400 mg / l). Anorganski fosfat u krvnoj plazmi (odrasli 0.8-1.4 mmol / l [2, 7, 25-27]; djeca 1.29-2.26 mmol / l) 45% je složen, 43% ioniziran i 12% vezan za proteini. Organski fosfatni spojevi u krvi uključuju lipoproteine (agregate lipida i proteina) plazme i fosfolipidi of eritrociti (crvene krvne stanice). Na koncentraciju fosfata u serumu utječu sljedeći čimbenici:
- Cirkadijski (tjelesni periodični) ritam - razina fosfata u serumu najniža je ujutro / ujutro, a najviša popodne / navečer
- Biološka dob
- Dojenčad, mala djeca i školarci imaju znatno veću razinu fosfata u krvi od odraslih (→ mineralizacija kostiju).
- S povećanjem dobi opaža se smanjenje koncentracije fosfata u serumu - za razliku od koncentracije kalcija koja se održava u relativno uskim granicama i ista tijekom života
- rod
- Kvaliteta i količina unosa hrane
- Vrsta i količina fosfatnih spojeva
- Odnos čimbenika koji inhibiraju resorpciju i čimbenika koji potiču resorpciju.
- Pretjerani unos ugljikohidrata - može, posebno kod dijabetičke ketoacidoze (ozbiljna metabolička deraminacija (prekiseljavanje) u odsutnosti inzulina zbog prekomjerne koncentracije ketonskih tijela (organske kiseline) u krvi) ili reaimentacije (ponovni unos hrane) nakon teške pothranjenosti (pothranjenost ), dovode do pada koncentracije izvanstaničnog (izvan stanica) fosfata - hipofosfatemija (nedostatak fosfata) - jer za povećanu unutarstaničnu (unutar stanica) glikolizu (razgradnju ugljikohidrata) povećani fosfatni esteri, kao što je ATP za reakcije fosforilacije (vezivanje fosfatna skupina u molekulu) i ADP (adenozin difosfat) za sintezu ATP, koji se povlače iz krvi
- Količina fosfata koje tijelo apsorbira i izlučuje.
- hormonska interakcije - paratiroidni hormonkalcitriol, kalcitonin i druge hormoni (Pogledaj ispod).
- Promjena u raspodjeli fosfata između unutarćelijskog i izvanstaničnog prostora, na primjer, kod zlouporabe alkohola (zlouporaba alkohola) i nakon prekomjernog (prekomjernog) unosa ugljikohidrata, što može rezultirati povećanjem unutarstaničnog i smanjenjem sadržaja izvanstaničnog fosfata uslijed povećane glikolize - ovisno na uzroku se mogu pojaviti fluktuacije (fluktuacije) do 2 mg / dl, koje ne odražavaju nužno premalu ili prekomjernu ponudu
Zbog ponekad snažnog utjecaja gore navedenih mehanizama, razina serumskog fosfata nije prikladna mjera za određivanje ukupne tjelesne zalihe fosfora.
izlučivanje
Izlučivanje fosfata događa se 60-80% putem bubrega, a 20-40% izmetom (stolicom). Fosfat koji se eliminira izmetom kreće se od 0.9-4 mg / kg tjelesne težine. Od toga je većina (~ 70-80%) crijevno neapsorbirani fosfor, a manji postotak fosfor koji se izlučuje (izlučuje) u probavni trakt. U bubreg, fosfat se filtrira (140-250 mmol / dan) u glomerulima (kapilara vaskularni klupci bubreg) i - u kotransportu sa natrij ioni (Na +) - reapsorbiraju se u proksimalnom tubulu (glavni dio bubrežnih tubula) za 80-85%. Količina bubrežno eliminiranog (izlučuje se putem bubreg) fosfat ovisi o serumskom fosfatu koncentracija - pozitivna korelacija s unosom fosfata (što je veći unos, to je veća koncentracija fosfata u krvi) - i na količinu fosfata koji se tubularno reabsorbira. Ako količina filtriranog fosfata premaši transportni maksimum proksimalnog tubula, fosfat se pojavljuje u mokraći. To je slučaj sa sadržajem fosfata u krvnoj plazmi> 1 mmol / l, koji je već premašen u zdravih osoba. U dojenčadi je sposobnost bubrežnog izlučivanja fosfata posebno niska zbog još uvijek nedovoljno razvijene bubrežne funkcije. Prema tome, majčino mlijeko ima nizak udio fosfora. Za kvantificiranje izlučivanja bubrežnog fosfata potrebno je sakupljanje mokraće od 24 sata, jer izlučivanje bubrežnog fosfata podliježe različitom dnevno-noćnom ritmu - jutarnji / jutarnji urinarni fosfat koncentracija je najniža, poslijepodne / večer najviša. U fiziološkim (normalnim za metabolizam) uvjetima, 310-1,240 mg (10-40 mmol) fosfata izlučuje se urinom u roku od 24 sata. Postoji nekoliko naznaka da je visokofruktoza dijeta-20% ukupne energije u obliku fruktoza (voće šećer) -povećava gubitak fosfata u mokraći i dovodi do negativnog fosfata uravnotežiti (izlučivanje fosfata premašuje unos fosfata). A dijeta nisko u magnezij istodobno pojačava ovaj učinak. Smatra se da je uzrok nedostajući mehanizam povratnih informacija u fruktoza metabolizma, tako da se iznad fruktoze-1-fosfata sintetizira (formira) iz fruktoze u jetra s potrošnjom fosfata i nakuplja se u stanici - „hvatanje fosfata“. Budući da je konzumacija fruktoze u Njemačkoj naglo porasla od uvođenja fruktoznog sirupa ili glukoza-fruktozni sirup (kukuruz sirup) - uz istodobni pad u magnezij unos - ova interakcija hranjivih sastojaka postaje sve važnija. Proces izlučivanja bubrežnog fosfata ili apsorpcije tubularnog fosfata hormonski se kontrolira. Dok paratiroidni hormon (peptidni hormon sintetiziran u paratireoidna žlijezda), kalcitonin (peptidni hormon sintetiziran u C stanicama Štitnjača), estrogen (steroidni hormon, ženski spolni hormon) i tiroksina (T4, hormon štitnjače) povećava izlučivanje fosfata putem bubrega, smanjuje ga hormon rasta, insulin (krv šećer-smanjujući peptidni hormon), i Kortizol (glukokortikoid koji aktivira kataboličke (degradativne) metaboličke procese). Stimulativni učinak na izlučivanje bubrežnog fosfata također se postiže povećanim unosom kalcija i acidoza (hiperacidnost tijela, pH krvi <7.35).
Hormonska regulacija homeostaze fosfata
Regulacija fosfatne homeostaze pod je hormonskom kontrolom i uglavnom se odvija putem bubrega. Osim toga, kost je također uključena u regulaciju fosfatne ravnoteže zbog svoje fiziološke funkcije kao zaliha minerala tankog crijeva. Metabolizam fosfata reguliraju različiti hormoni, od kojih su najvažniji sljedeći:
- Paratiroidni hormon (PTH)
- Kalcitriol (1,25-dihidroksilkolekalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
- kalcitonin
Popisani hormoni utječu na oslobađanje ili unos fosfata u kosti, na apsorpciju fosfata u crijevima, odnosno na izlučivanje bubrežnog fosfata. Metabolizam anorganskog fosfata usko je povezan s metabolizmom kalcija. Paratireoidni hormon i kalcitriol
Kad razina kalcija u serumu padne - kao rezultat nedovoljnog unosa, povećanih gubitaka ili smanjene crijevne apsorpcije uslijed prekomjernog unosa fosfata (→ stvaranje netopljivog kompleksa kalcijevog fosfata) ili prekomjerne razine fosfata u krvnoj plazmi (→ začepljenje bubrega 1,25, Sinteza 2- (OH) 3-D1) - paratiroidni hormon (PTH) sve se više sintetizira u paratireoidnim stanicama i izlučuje (izlučuje) u krvotok. PTH dolazi do bubrega i potiče ekspresiju 25-alfa-hidroksilaze (enzima koji u molekulu uvodi hidroksilnu (OH) skupinu) u proksimalnom tubulu (glavni dio bubrežnih tubula), pretvarajući tako 3-OH-D25 (1,25 -hidroksiholekalciferol, kalcidiol) u 2- (OH) 3-DXNUMX, biološki aktivan oblik Vitamin D [1-4, 14, 15, 18, 25, 27]. Na kosti PTH i 1,25- (OH) 2-D3 potiču aktivnost osteoklasta, koji dovesti do razgradnje koštane supstance. Budući da se kalcij pohranjuje u koštanom sustavu u obliku hidroksiapatita (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), kalcijevi i fosfatni ioni istodobno se oslobađaju iz kosti i oslobađaju u izvanstanični prostor [1-3, 15, 16, 18 ]. Na rubnoj membrani četke dvanaesnika i jejunuma, 1,25- (OH) 2-D3 potiče aktivnu transcelularnu reapsorpciju kalcija i fosfata, a time i transport oba minerala u izvanstanični prostor [1-4, 15, 16, 18, 25, 27]. U bubrezima PTH inhibira reapsorpciju tubularnog fosfata, istodobno promičući tubularnu reapsorpciju kalcija. Konačno, dolazi do povećanog izlučivanja fosfata putem bubrega, koji se nakuplja u krvi mobilizacijom iz kostiju i reapsorpcijom iz crijeva. Smanjenje razine serumskog fosfata, s jedne strane, sprječava taloženje kalcijevog fosfata u tkivima, a s druge strane potiče oslobađanje kalcija iz kostiju - u korist serumskog kalcija koncentracija [1-3, 15, 16, 18, 27]. Rezultat učinaka PTH i kalcitriola na kretanje kalcija i fosfata između pojedinih odjeljaka (dijelovi tijela ograničeni biomembranama) je povećanje izvanstanične koncentracije kalcija i smanjenje razine fosfata u serumu. U bolesnika s kronična bubrežna insuficijencija (kronično zatajenje bubrega), smanjuje se brzina glomerularne filtracije, što rezultira nedovoljnim izlučivanjem fosfata i nedovoljnom reapsorpcijom kalcija. Rezultat je smanjena koncentracija kalcija u serumu (hipokalcemija) i povećani sadržaj fosfata u krvnoj plazmi (hiperfosfatemija (višak fosfata)). Konačno, postoji povećana sekrecija PTH - sekundarnog hiperparatireoidizam (paratireoidna hiperfunkcija) - što uzrokuje gore navedene učinke na bubrege, crijeva i kosti (→ povećana mobilizacija kalcijevog fosfata povećava rizik od osteoporoza (gubitak kostiju)). Međutim, zbog poremećene funkcije bubrega, povećana koncentracija fosfata u serumu ne može se normalizirati PTH-om. Ako razina serumskog fosfata poraste iznad 7 mmol / l, fosfat se kombinira s kalcijem stvarajući slabo topiv, neapsorbirajući kompleks kalcijevog fosfata, što pogoršava pad razine kalcija u serumu i povezano je s kalcifikacijom (naslage kalcija) u izvankostnim (izvan kosti), poput krvi posuđe, bubrezi (→ nefrokalcinoza), zglobova, i mišiće, a na kraju mogu biti popraćeni reaktivnom upalom i nekroza zahvaćenog tkiva (→ patološka smrt stanica). Dakle, kod postojeće bubrežne insuficijencije, prehrambeni unos fosfata trebao bi biti ograničen na 800-1,000 mg / dan i, ovisno o težini bolesti, dodatna uporaba fosfatnih veziva (droge koji uklanjaju fosfat iz apsorpcije kompleksacijom), kao što je kalcij soli, označeno je (naznačeno). U prošlosti, aluminijum spojevi su se često koristili za inhibiranje apsorpcije fosfata u bolesnika s nedostatkom bubrega. Danas se ti spojevi uglavnom zamjenjuju s kalcijev karbonatbudući da aluminijum ima toksični (otrovni) učinak u većim količinama. Dugotrajno povišena razina kalcitriola u serumu dovesti na inhibiciju sinteze i proliferacije PTH (rast i razmnožavanje) paratireoidnih stanica - negativne povratne informacije. Ovaj se mehanizam odvija putem receptora vitamina D3 paratireoidnih stanica. Ako kalcitriol zauzme ove receptore specifične za sebe, vitamin može utjecati na metabolizam ciljnog organa. Kalcitonin
Povećanje koncentracije kalcija u serumu uzrokuje da stanice C štitnjače sintetiziraju i izlučuju (luče) povećane količine kalcitonina. Na kosti, kalcitonin inhibira aktivnost osteoklasta, a time i razgradnju koštanog tkiva, pospješujući taloženje kalcija i fosfata u kosturu. U dvanaesniku (tankog crijeva) i jejunuma (prazno crijevo), peptidni hormon smanjuje aktivnu apsorpciju kalcija i fosfata u enterocite (stanice tankog crijeva epitelijum). Istodobno, kalcitonin potiče izlučivanje kalcija i fosfata u bubrezima inhibirajući tubularnu reapsorpciju. Kroz ove mehanizme kalcitonin dovodi do smanjenja koncentracije kalcija i fosfata u serumu. Kalcitonin predstavlja izravnog antagonista (protivnika) PTH. Dakle, kada se poveća izvanstanični slobodni kalcij, sinteza i izlučivanje PTH iz paratireoidna žlijezda i smanjena je proizvodnja bubrega izazvanog PTH 1,25- (OH) 2-D3. To rezultira smanjenom mobilizacijom kalcijevog fosfata iz kostiju, smanjenom reapsorpcijom kalcija i crijeva u crijevima i smanjenom reapsorpcijom kalcijevog tubula, što dovodi do povećanog izlučivanja kalcija kroz bubrege. Rezultat - odgovara Mehanizam djelovanja kalcitonina - je smanjenje izvanstanične koncentracije slobodnog kalcija i razine serumskog fosfata. Hormonska regulacija metabolizma fosfata omogućuje prilagodbu na promjenjivu razinu unosa fosfata ili toleranciju na relativno visoku razinu fosfata, što je neophodno zbog činjenice da dnevni unos fosfata kod njemačkih muškaraca i žena - u prosjeku 1,240-1,350 mg / dan - premašuje preporuke od 700 mg / dan. Za razliku od kalcija, čija se koncentracija u serumu održava konstantnom u relativno uskim granicama, homeostaza fosfata manje je strogo regulirana [6-8, 15, 18, 27].
