Canxi: Định nghĩa, Tổng hợp, Hấp thụ, Vận chuyển và Phân phối

Calcium là một nguyên tố hóa học có ký hiệu nguyên tố Ca và số hiệu nguyên tử 20. Nó thuộc nhóm các kim loại kiềm thổ và là nguyên tố có nhiều thứ XNUMX trên Trái đất. Calcium đại diện cho một khoáng chất thiết yếu (quan trọng) đối với con người và chỉ xuất hiện trong cơ thể sinh vật dưới dạng cation hóa trị hai (Ca2 +).

Hấp thụ

Ăn liền canxi đầu tiên phải được giải phóng bởi dịch tiêu hóa trong đường tiêu hóa (đường tiêu hóa) để sau đó được hấp thụ (đưa lên) trong ruột non, chủ yếu trong tá tràng (tá tràng) và hỗng tràng gần (hỗng tràng trên). Hấp thụ xảy ra xuyên tế bào (khối lượng vận chuyển qua các tế bào biểu mô của ruột) theo cơ chế chủ động theo động học bão hòa ở lượng hấp thụ canxi từ thấp đến bình thường và bổ sung theo đường nội bào (vận chuyển khối lượng qua các khoảng kẽ của tế bào biểu mô ruột) bằng cách khuếch tán thụ động dọc theo gradient điện hóa ở lượng hút vào cao. Ruột thụ động hấp thụ, xảy ra khắp đường ruột bao gồm đại tràng (ruột già), gần như không hiệu quả so với cơ chế tái hấp thu tích cực, đó là lý do tại sao tổng lượng hấp thụ tăng lên tuyệt đối khi tăng canxi liều, nhưng giảm về mặt tương đối. Trong khi canxi xuyên tế bào hoạt động hấp thụ được điều chỉnh bởi hormone tuyến cận giáp (PTH, một loại hormone peptide được tổng hợp trong tuyến cận giáp) Và canxitriol (dạng hoạt động sinh lý của vitamin D3, tương ứng là 1,25-dihydroxylcholecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)), sự khuếch tán thụ động của tế bào vẫn không bị ảnh hưởng bởi kích thích tố liệt kê. Sự điều hòa của sự tái hấp thu canxi qua biểu mô bởi PTH và canxitriol, tương ứng, sẽ được thảo luận chi tiết hơn bên dưới. Trong tế bào ruột (tế bào của ruột non biểu mô), canxi được liên kết với một protein vận chuyển (vận chuyển) liên kết canxi cụ thể gọi là calbindin, vận chuyển canxi qua các tế bào ruột đến đáy (ra khỏi ruột) màng tế bào. 1,25- (OH) 2-D3 dẫn đến kích thích qua trung gian thụ thể biểu hiện nội bào (bên trong tế bào) của calbindin. Canxi đi vào máu thông qua một Ca2 + -ATPase xuyên màng (hệ thống vận chuyển hoạt động dưới năng lượng và adenosine tiêu thụ triphosphat (ATP) tương ứng) và chất mang trao đổi Ca2 + / 3 Na + (chất vận chuyển canxi được điều khiển bởi một gradient Na +). Tỷ lệ hấp thụ canxi phụ thuộc vào nhiều yếu tố và dao động trong khoảng 15% đến 60%. Sau khi còn nhỏ, sự hấp thu canxi cho thấy hiệu quả cao nhất ở tuổi dậy thì (~ 60%), sau đó giảm xuống còn 15-20% ở tuổi trưởng thành. Các yếu tố sau đây ức chế sự hấp thụ canxi, bao gồm cả sự hình thành phức hợp:

Các yếu tố sau đây thúc đẩy sự hấp thụ canxi:

  • Hấp thụ đồng thời canxi với thức ăn
  • Phân phối nhiều liều riêng lẻ một ngày
  • 1,25-Dihydroxylcholecalciferol (1,25- (OH) 2-D3) - kích thích tổng hợp calbindin nội bào.
  • Các loại đường dễ hấp thụ, chẳng hạn như lactose (sữa đường).
  • Axit lactic
  • Axit citric
  • Các axit amin
  • Casein photphopeptit
  • Các loại carbohydrate không hấp thụ được, chẳng hạn như inulin, fructooligosaccharides và lactulose, được lên men vi khuẩn thành các axit béo chuỗi ngắn trong hồi tràng (phần dưới ruột non) và ruột kết (ruột già) → dẫn đến sự giảm pH trong lòng ruột dẫn đến tăng giải phóng canxi liên kết, để lại nhiều canxi tự do hơn cho sự hấp thụ thụ động

Trong khi mang thai, sự hấp thụ canxi được tăng lên - qua trung gian của PTH và canxitriol, tương ứng - để thích ứng với việc vận chuyển canxi hàng ngày qua nhau thai (nhau thai) với thai nhi (thai nhi), trung bình 250 mg trong tam cá nguyệt thứ 3 (tam cá nguyệt thứ ba của mang thai). Ngoài đường ruột tăng lên (mô ruột- liên quan) hấp thụ canxi, nhu cầu bổ sung của phụ nữ mang thai được đáp ứng bằng cách tăng giải phóng canxi từ khung xương sau tam cá nguyệt thứ nhất. So với phụ nữ mang thai, canxi mất đi với sữa, trong khoảng 250 đến 350 mg / ngày, được bù đắp ở phụ nữ đang cho con bú bằng cách tăng huy động canxi từ xương, dẫn đến 5% xương khối lượng rụng sau sáu tháng cho con bú. Tuy nhiên, trong vòng 6-12 tháng sau khi cai sữa, quá trình phục hồi xương xảy ra bất kể quản lý canxi bổ sung- bổ sung lượng canxi vừa đủ.

Vận chuyển và phân phối trong cơ thể

Hàm lượng canxi trong cơ thể con người vào khoảng 25-30 g (0.8% trọng lượng cơ thể) lúc mới sinh và khoảng 900-1,300 g (chiếm 1.7% trọng lượng cơ thể) khi trưởng thành. Khoảng 99% tổng lượng canxi trong cơ thể là ngoại bào (bên ngoài tế bào) trong hệ thống xương, bao gồm cả răng, nơi nó được lưu trữ chủ yếu ở dạng liên kết dưới dạng canxi chưa phân giải. phốt phát hoặc hydroxyapatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). Trong xương, canxi chiếm khoảng 39% tổng hàm lượng chất khoáng. Chỉ ít hơn 1% trong tổng số cơ thể khối lượng canxi được bản địa hóa trong các mô cơ thể khác (~ 7 g) và dịch cơ thể (~ 1 g). Như vậy, hàm lượng canxi nội bào thấp hơn 10,000 lần so với hàm lượng canxi ngoại bào. Để duy trì tập trung gradient giữa canxi ngoại bào và nội bào, màng tế bào phần lớn không thấm (không thấm) với canxi trong điều kiện nghỉ ngơi. Ngoài ra, còn tồn tại hệ thống bơm hoặc vận chuyển xuyên màng, chẳng hạn như Ca2 + -ATPases (chất vận chuyển Ca2 + hoạt động dưới sự tiêu thụ ATP) và chất mang trao đổi Ca2 + / 3 Na + (chất vận chuyển Ca2 + được điều khiển bởi một gradient Na +), vận chuyển canxi ra khỏi tế bào. Trong các màng của lưới nội chất (ER, hệ thống kênh phân nhánh phong phú của các khoang phẳng trong tế bào nhân thực) là các Ca2 + -ATPases cụ thể, được gọi là SERCAs (sarco- / endoplasmatic reticulum Ca2 + -ATPases), cả hai đều có thể bơm canxi từ tế bào vào ER - dự trữ nội bào - và vận chuyển khoáng trở lại tế bào cho các chức năng của tế bào sau khi được kích thích tế bào bằng các kích thích huy động canxi thích hợp. Ba phần canxi khác nhau có thể được phân biệt trong máu. Canxi tự do, ion hóa tạo thành phần lớn nhất với khoảng 50%, tiếp theo là protein- (albumin-, globulin-) canxi liên kết (40-45%) và canxi tạo phức với các phối tử trọng lượng phân tử thấp, chẳng hạn như xitrat, phốt phát, sulfat và bicacbonat (5-10%). Cả sự thiếu hụt protein và sự thay đổi pH đều ảnh hưởng đến tỷ lệ các phần canxi với nhau. Ví dụ, nhiễm toan (máu pH <7.35) dẫn đến giảm và nhiễm kiềm (máu pH> 7.45) để tăng liên kết protein của canxi huyết thanh, dẫn đến sự tăng hoặc giảm tương ứng tỷ lệ canxi tự do, ion hóa trong huyết thanh - khoảng 0.21 mmol / l Ca2 + trên mỗi đơn vị pH. Phần canxi tự do ion hóa (1.1-1.3 mmol / l) đại diện cho dạng hoạt động sinh học và được kiểm soát nội môi bằng hormone tuyến cận giáp, 1,25- (OH) 2-D3, và calcitonin (một hormone peptide được tổng hợp trong tế bào C tuyến giáp) (xem bên dưới). Như vậy, tổng lượng canxi huyết thanh tập trung được giữ không đổi trong một phạm vi tương đối hẹp (2.25-2.75 mmol / l).

Bài tiết

Canxi được bài tiết chủ yếu qua nước tiểu và phân (phân) và một ít qua mồ hôi. Thận (thận- liên quan) lượng canxi thải trừ trong điều kiện bình thường dưới 4 mg / kg thể trọng mỗi ngày hoặc dưới 300 mg / ngày ở nam và dưới 250 mg / ngày ở nữ. (tái hấp thu bởi ống thận), xảy ra thụ động ở ống gần (phần chính của ống thận) và tích cực ở ống xa (phần giữa của ống thận) - được điều khiển bởi PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 và calcitonin - và chiếm hơn 98% số lượng được lọc. Điều này minh họa rằng thận đóng một vai trò quan trọng trong việc cân bằng nội môi canxi, hoặc duy trì mức canxi huyết thanh không đổi. Các yếu tố sau đây thúc đẩy bài tiết canxi ở thận:

  • Tăng lượng canxi qua đường uống, ví dụ, thông qua việc bổ sung (ví dụ, chế độ ăn bổ sung).
  • Caffeine - Trong cà phê, xanh lá cây và trà đen, Vv
  • Sodium - như một thành phần của muối ăn (natri clorua, NaCl); cho mỗi 2 g chế độ ăn uống natri, 30-40 mg canxi bị mất trong nước tiểu.
  • Tăng lượng protein - cả protein động vật và thực vật; 1 g protein làm tăng bài tiết canxi qua thận 0.5-1.5 mg
  • Tăng lượng photphat - trong xúc xích, pho mát chế biến, nước ngọt, v.v ...; tỷ lệ canxi-photphat trong chế độ ăn uống 1: 1.0-1.2 được coi là tối ưu
  • Tăng uống rượu
  • mãn tính nhiễm toan (pH máu <7.35)

Tăng canxi niệu vô căn (canxi niệu cao không sinh lý tập trung,> 4 mg canxi / kg thể trọng / ngày) là do bất thường di truyền với các biểu hiện khác nhau trong đó không rõ nguyên nhân - hấp thụ (ảnh hưởng đến ruột), thận (ảnh hưởng đến thận), hoặc dinh dưỡng. Những người bị tăng canxi niệu vô căn, những người có nguy cơ cao bị sỏi niệu (hình thành thận sỏi) so với những người khỏe mạnh, cho thấy độ nhạy cảm với muối cao hơn (từ đồng nghĩa: nhạy cảm với muối; nhạy cảm với muối; nhạy cảm với muối) so với những người có nguy cơ bình thường sỏi thận. Hạn chế muối và protein dẫn đến bình thường hóa bài tiết canxi qua thận ở bệnh nhân tăng canxi. Canxi được tiết (bài tiết) vào đường tiêu hóa chịu sự tái hấp thu (tái hấp thu) ở ruột 85%. 15% còn lại (18-224 mg / ngày) bị mất theo phân (phân). Sự thất thoát canxi qua mồ hôi được ước tính là 4-96 mg / ngày, với lượng mất mát bắt buộc từ 3 đến 40 mg / ngày.

Nội tiết tố điều hòa cân bằng nội môi canxi

Vì canxi đóng vai trò trung tâm trong một số chức năng quan trọng của cơ thể con người, nên việc duy trì nồng độ canxi tự do ion hóa ngoại bào là điều cần thiết. Canxi huyết thanh tự do ion hóa có liên quan lẫn nhau với các ngăn canxi khác nhau - xương, ruột non, thận - và được giữ cố định trong giới hạn hẹp bởi một hệ thống điều tiết nội tiết tố phức tạp. Các hormone sau đây tham gia vào quá trình điều hòa chuyển hóa canxi:

  • Hormone tuyến cận giáp
  • Calcitriol (1,25-dihydroxylcholecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
  • calcitonin

Sản phẩm kích thích tố liệt kê ảnh hưởng đến sự hấp thụ canxi ở ruột, bài tiết canxi ở thận và giải phóng hoặc hấp thu canxi vào xương. Trong trường hợp có sai lệch nhỏ về nồng độ canxi tự do ngoại bào, cơ chế bù trừ của ruột và thận thường là đủ. Chỉ khi các cơ chế điều tiết này bị lỗi thì canxi mới được giải phóng khỏi khung xương, dẫn đến mất khối lượng xương liên quan đến sự suy yếu tính ổn định cơ học của xương. Những thay đổi về nồng độ canxi tự do ngoại bào được cảm nhận bằng màng cụ thể protein được gọi là cảm biến canxi, thuộc về siêu họ của các thụ thể thấm qua màng 7 lần kết hợp với protein G. Các thụ thể đặc hiệu với canxi chủ yếu được biểu hiện bởi các tế bào tuyến cận giáp, chúng giải phóng PTH theo cách phụ thuộc vào canxi, bởi các tế bào C tuyến giáp, nơi tiết ra calcitonin theo cách phụ thuộc vào canxi, và bởi các tế bào thận, tổng hợp 1,25- (OH) 2-D3 hoạt động theo cách phụ thuộc vào canxi. Ngoài ra, cảm biến canxi cũng có thể được phát hiện trên một số loại tế bào khác, chẳng hạn như tế bào hủy xương (tế bào hủy xương) và tế bào ruột (tế bào biểu mô ruột). Giả định rằng thông qua các thụ thể nhạy cảm với canxi, một sự điều biến phụ thuộc vào canxi (tăng) tác dụng của kích thích tố PTH, calcitriol và calcitonin diễn ra ở cấp độ tế bào đích - xương, ruột non, tế bào thận. Nồng độ canxi tự do trong tế bào thấp - hormone tuyến cận giáp và calcitriol.

Khi nồng độ canxi huyết thanh giảm - kết quả của việc hấp thụ không đủ hoặc tăng mất đi - PTH ngày càng được tổng hợp (hình thành) trong tế bào tuyến cận giáp và được tiết (tiết) vào máu. PTH đến thận, nơi nó kích thích sự biểu hiện của 1-alpha-hydroxylase và do đó tổng hợp 1,25- (OH) 2-D3, dạng hoạt động sinh học của vitamin D. Tại xương, PTH và 1,25- (OH) 2-D3 kích thích hoạt động của các tế bào hủy xương, dẫn để tái hấp thu (phân hủy) chất xương. Canxi sau đó được giải phóng từ xương và được giải phóng ra không gian ngoại bào. Vì canxi được lưu trữ trong hệ xương dưới dạng hydroxyapatite (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), các ion photphat được huy động từ xương cùng một lúc - mối tương quan chặt chẽ (mối quan hệ) giữa chuyển hóa canxi và photphat. Tại màng biên giới bàn chải của ruột non gần, calcitriol thúc đẩy cả quá trình hấp thụ canxi qua tế bào tích cực và tái hấp thu phốt phát và vận chuyển canxi và phốt phát vào không gian ngoại bào. Ở thận, PTH làm tăng tái hấp thu canxi ở ống đồng thời ức chế tái hấp thu phosphat ở ống thận. Cuối cùng, có sự gia tăng bài tiết phosphat ở thận, đã tăng tích lũy do huy động canxi phosphat từ xương và tái hấp thu từ ruột. Sự giảm nồng độ photphat trong huyết thanh một mặt ngăn cản sự kết tủa canxi photphat trong các mô và mặt khác, kích thích sự giải phóng canxi từ xương - có lợi cho nồng độ canxi trong huyết thanh. Kết quả của ảnh hưởng của PTH và calcitriol đối với sự di chuyển canxi trong khoang ở nồng độ canxi huyết thanh thấp là sự gia tăng và bình thường hóa nồng độ canxi tự do ngoại bào tương ứng. Nồng độ huyết thanh 1,25- (OH) 2-D3 tăng cao kéo dài dẫn ức chế tổng hợp PTH và tăng sinh (tăng trưởng và tăng sinh) của tế bào tuyến cận giáp - phản hồi tiêu cực. Cơ chế này tiến hành thông qua các thụ thể vitamin D3 của các tế bào tuyến cận giáp. Nếu calcitriol chiếm giữ các thụ thể đặc hiệu cho chính nó, vitamin có thể ảnh hưởng đến sự trao đổi chất của cơ quan đích. Nồng độ canxi tự do ngoại bào cao - calcitonin

Sự gia tăng canxi ion hóa ngoại bào làm cho các tế bào C tuyến giáp tổng hợp và tiết ra nhiều calcitonin hơn. Calcitonin ức chế hoạt động của tế bào hủy cốt bào trên xương và do đó phá vỡ mô xương, thúc đẩy quá trình lắng đọng canxi trong khung xương. Đồng thời, hormone peptide kích thích bài tiết canxi qua thận. Thông qua các cơ chế này, calcitonin dẫn đến giảm nồng độ canxi trong huyết thanh. Calcitonin đại diện cho một chất đối kháng trực tiếp (đối thủ) với PTH. Do đó, khi canxi tự do ngoại bào tăng lên, sự tổng hợp và bài tiết PTH từ tuyến cận giáp và sản xuất 1,25- (OH) 2-D3 ở thận do PTH gây ra bị giảm. Điều này dẫn đến giảm huy động canxi photphat từ xương, giảm tái hấp thu canxi ở ruột và giảm tái hấp thu canxi ở ống thận, do đó làm tăng bài tiết canxi qua thận. Kết quả, phù hợp với cơ chế hành động của calcitonin, là sự giảm nồng độ canxi tự do ngoại bào và bình thường hóa nồng độ canxi huyết thanh.

Cân bằng canxi

Calcium cân bằng phụ thuộc vào độ tuổi. Trong giai đoạn tăng trưởng ở thời thơ ấu và tuổi vị thành niên, giả sử lượng canxi được cung cấp đầy đủ, thì sẽ có một lượng canxi dương tính cân bằng, với lượng canxi được cơ thể hấp thụ nhiều hơn so với loại thải qua thận và ruột. Sự gia tăng hoạt động của các nguyên bào xương (tế bào tạo xương) dẫn đến tăng khả năng dự trữ canxi trong chất xương và do đó làm tăng khả năng dự trữ canxi. Khối lượng hoặc đỉnh khoáng tối đa của xương mật độ xương chủ yếu mắc phải ở tuổi vị thành niên và thanh niên. Như vậy, trẻ em gái và phụ nữ lần lượt có khoảng 90% tổng hàm lượng chất khoáng trong xương ở độ tuổi 16.9 ± 1.3 tuổi và khoảng 99% ở độ tuổi 26.2 ± 3.7 tuổi. Ở trẻ em trai và đàn ông, có thể quan sát thấy sự chậm kinh khoảng 1.5 năm. Theo quy luật, khối lượng xương tối đa đạt được vào khoảng độ tuổi 30. Hàm lượng khoáng chất trong xương chỉ không đủ đặc trưng cho xương thực tế. sức mạnh. Đúng hơn, nó được xác định bởi các yếu tố như hoạt động thể chất, khối lượng cơ, hình dáng và kích thước cơ thể. Từ 30 tuổi trở lên cân bằng canxi cân bằng trong vài thập kỷ của cuộc đời, với lượng canxi cơ thể hấp thụ tương quan với lượng canxi bài tiết qua thận và phân. Ví dụ, với lượng canxi 1,000 mg, khoảng 200 mg được hấp thu và khoảng 200 mg được thải trừ qua thận, trong khi 250-500 mg được thải ra từ xương và được tái hấp thu như một phần của quá trình tái tạo. Để ngăn sự cân bằng canxi trở nên tiêu cực, cần chú ý đảm bảo cung cấp đủ lượng canxi trong chế độ ăn. Mặc dù có sự chuyển hóa canxi cân bằng, mật độ xương giảm liên tục từ tuổi 30. Ở người khỏe mạnh, khối lượng chất khoáng của xương mất đi khoảng 1% mỗi năm. Nguyên nhân gây ra tình trạng mất khối lượng xương khi tuổi tác ngày càng cao là do sự gia tăng hoạt động của các tế bào hủy xương (tế bào phân hủy xương), kèm theo đó là tăng phân hủy mô xương và tăng giải phóng canxi từ xương. Cuối cùng, lượng canxi được bài tiết qua nước tiểu và phân nhiều hơn lượng canxi được hấp thụ bởi ruột non và xương. Người cao tuổi do đó có sự cân bằng canxi âm. Đặc biệt, khối lượng xương giảm dần ở phụ nữ sau mãn kinh (thời kỳ mãn kinh; mãn kinh ở phụ nữ) do tình trạng estrogen bị thay đổi. Theo kết quả của các nghiên cứu, sự khởi đầu của sự mất chất khoáng và xương có thể được quan sát thấy ở phụ nữ ở xương đùi cổ từ 37 tuổi và gai cột sống từ 48 tuổi. Do đó phụ nữ sau mãn kinh có nguy cơ phát loãng xương (mất xương). “Khối lượng xương đỉnh” càng thấp, nguy cơ mắc bệnh càng cao loãng xương. Các nghiên cứu ở phụ nữ sau mãn kinh đã chỉ ra rằng mức độ hấp thụ canxi qua đường uống có liên quan chặt chẽ đến nguy cơ gãy xương hông. Canxi quản lý 800-1,000 mg / ngày dẫn đến giảm hoạt động của tế bào hủy xương ở các đối tượng, làm giảm quá trình tiêu xương hoặc mất khối lượng xương và giảm gãy tỷ lệ mắc bệnh.