第十八章钙磷及微量元素代谢

其次十章 钙、磷及微量元素代谢钙和磷是体内含量较多的无机物，它们除参与骨和牙齿的组成之外，尚有广泛的生理功能，本章重点争论钙，磷在体内的生理功能及维生素D、甲状旁腺素和降钙素对钙磷代谢的调整作用。此外，对微量元素作简要介绍。第一节钙、磷的含量、分布及生理功能一、钙、磷的含量及分布成人体内钙总量约700~1400克，磷总量约400~800克，其中99.3%的钙和86%的1〔约7~8克14％，它们均具有重要的生理功用。二、生理功用〔一〕钙的生理功用1．以骨盐形式组成人体骨架骨骼由骨细胞、骨基质和骨盐组成。骨盐主要成分磷酸钙〔84％〕、其它还有碳酸钙〔10％〕、柠檬酸钙〔2％〕、磷酸氢钠〔2％〕、磷酸镁〔1%〕〔CaHPOCa4 10〔PO〕〔OH〕〕结晶形式存在。前者是钙盐沉积的初级形式，它进一步钙化结晶而转变4 6 2成后者，分布于骨基质中。羟磷灰石结晶称骨晶〔bonycrystal〕，格外坚硬，由于它有规律的平行附着在胶原纤维上，故有良好的韧性。1克骨盐中含有1016个结晶体，总外表积大，可达1002它是钙、磷的储存库，当细胞外液钙浓度削减时，可快速发动骨盐补充之。骨盐中的羟基被氟取代后，骨骼硬度增加溶解度降低，所以适量的氟有助于预防龋齿。2、Ca2＋的生理功能Ca2＋0.1%,但有特别重要的生理功用。作为细胞内的信使在细胞内离子钙是最常见到的信号转导者，这是由于细胞内部或外部的剌激〔如物理、电的、或化学的〕，可以通过细胞内钙储存库释放钙离子或使细胞外的钙离子进入胞内，造成细胞的特定区域钙离子浓度的上升，这些钙离子能可逆地与胞内很多蛋白质结合，这是钙离子发挥细胞内信使作用的必要条件，而且对掌握游离钙离子的浓度有重要作用。此外在维持细胞内钙平衡中起重要作用的是细胞质膜，它有Ca2＋Mg2＋-ATP酶泵，该泵受胞内Ca2＋受体钙调蛋白的激活后，可以把Ca2＋从胞浆泵至细胞外液，致使胞浆钙离子浓度很快回到原先的水平。传递信息 外部或内部剌激如激素或神经传递介质结合到质膜的G蛋白偶联的受体，或者是酪氨酸激酶受体，然后激活磷酯酶C，使磷酯酰肌醇-4,5二磷酸〔PIP 〕水解2成肌醇-1,4,5三磷酸〔InP 〕和二酯酰甘油〔DG〕。〔参见信号转导〕3作为细胞外酶和蛋白酶的关心因子钙离子对很多蛋白水解酶和参与血液凝固的酶的稳定和发挥最大的催化活性是必需的〔详见血液凝固〕，而且这一功能不受细胞外液钙离子浓度变化的影响。其它钙离子有利于心肌的收缩，并与促进心肌舒张的钾离子相拮抗，这对维持心肌正常功能格外重要；钙离子参与肌肉收缩，降低神经肌肉兴奋性，故血浆钙离子浓度降低时可引起神经肌肉兴奋性增高，甚至引起肌肉自发性收缩〔搐搦〕；钙离子尚有降低毛细血管和细胞膜通透性的作用。〔二〕磷的生理功用：1.无机磷酸盐是骨、牙齿的重要组成成分巳如上述。2以磷酸盐的形式(细胞外液为Na

HPO/NaHPO ，细胞内液为KHPO/KHPO 组2 4 2 4 2 4 2 4成缓冲对，在维持体液的酸碱平衡中发挥作用。3.组成含磷的有机化合物，发挥广泛的生理作用。含磷有机化合物包括：磷脂类，磷蛋白类,单核苷酸类〔cAMP〕，辅酶类，核酸，含磷的代谢中间产物等。其次节 钙、磷的一般代谢一、钙的吸取与排泄钙主要在十二指肠及小肠上部吸取，巳知钙的吸取有二种途径，一种是主动吸取也称转细胞吸取〔transcellularabsorption〕,它由钙结合蛋白〔calbindin〕参与并受维生素D的调整〔详见维生素D对小肠的作用〔paracellular它是通过细胞之间的间隙由体液运送到血液，吸取的多少与钙含量及细胞间隙的大小有关。影响钙吸取有多种因素，这些因素是：活性维生素D是影响钙吸取的主要因素,它可促进小肠中钙和磷的吸取,因此.维生素D缺乏或维生素D不能转化为活性形式时，可导致体内钙,磷缺乏。溶解状态的钙盐易吸取。钙盐在酸性溶液中易于溶解，故凡能使消化道pH下降的食物如乳酸，乳糖,某些氨基酸及胃酸等均有利于钙盐的吸取。胃酸缺乏将会使钙吸取率降低。钙吸取与机体需要量有关。婴幼儿、孕妇、乳母对钙需要量增加，吸取率也增加。钙吸取与年龄亦有关，随着年龄增加，钙吸取率下降。老年人易得骨质疏松症与钙吸取率降低亲热相关。/磷比值一般以1.5~2:1为宜。凡促使生成不溶性钙盐的因素均影响钙的吸取，如食物中过多的磷酸盐、草酸、谷物中的植酸等均可与钙结合成不溶性钙盐而影响钙吸取。人体每日排出的钙约80％通过肠道随粪便排出，20％由肾脏排出。肾小球每日滤出的钙10150mg左右由尿排出。尿中钙的排出受维生素D和甲状旁腺素的调整。二、磷的吸取与排泄人体每日摄入的磷约1~1.5克。磷吸取部位在小肠，以空肠吸取最快。影响磷吸取的因素大致与钙相像。酸性增加有利于磷的吸取。吸取形式主要为酸性磷酸盐〔BHPO 〕，吸2 4收率可达70％。Ca2＋，Mg2＋,Al3＋和Fe3＋可与磷酸根结合成不溶性盐，故食物中钙过多会影响磷吸取,Al(OH)乳胶以削减磷的吸取。3磷由肾及肠道排泄，肾排出量占总排出量的70％，肾排出磷也受甲状旁腺素和维生素D的调整。肾功能不良导致磷排出削减时使血磷增高。三、血钙和血磷正常人血清钙含量为2.25~2.9mmol/L(9~11mg/dL,4.5~5.8mEq/L),儿童常处于上限值。(表19-1).。血钙主要以离子钙和结合钙两种形式存在,数量各占一半(见表19-1)。与血浆蛋白〔主要为白蛋白〕结合的钙不能透过毛细血管壁，称为不行集中〔nondiffusiblecalcium〕，〔diffusiblecalcium〕括离子钙和少量与柠檬酸络合而成的溶解钙以及磷酸氢钙中的钙，离子钙是血钙中直接发挥生理功能的局部。离子钙和结合钙的浓度处于动态平衡，随pH不同而相互转变。当血浆pH值降低时〔如酸中毒〕，离子钙浓度上升；相反，pH值上升〔碱中毒〕时，血浆钙离子含量削减，当降至0.87mmol/L(3.8mg/dl),可消灭抽搐现象。0.96~1.44mmol/L(3.0~4.5mg/dl)，儿童为1.28~2.24mmol/L(4.0~7.0mg/dl)。100ml血浆中钙的毫克数和无机磷的毫克数35~40，即〔Ca〕×〔P〕＝35~4040时，钙和磷以骨盐形式沉积在骨组织，假设乘积低于35时，阻碍骨组织钙化，甚至使骨盐再溶解，影响成骨作用，会引起佝偻病或软骨病。第三节 钙、磷代谢的调整正常人每日钙的摄入量与排出量相等，体液中钙磷与骨组织中的钙磷交换量相等，血浆中钙和磷的含量亦保持相对恒定，说明体内钙磷代谢受到精细的调整。调整钙磷代谢的物质D,〔parathyroidhormone,PTH〕〔calcitonin，CT〕。它们均作用于小肠、肾和骨组织，主要调整钙磷的吸取、肾的排出及骨组织和体液之间的平衡，从而维持钙、磷代谢的正常进展。一,维生素D的调整作用〔一〕D的来源D为脂溶性维生素。有来自植物中的DD。人体内的D亦可由2 3 37-D200~400国际单3位。〔二〕D在体内的代谢转变3维生素D在体内先后经过肝脏和肾脏的羟化作用才成为高活性的1,25-(OH)-D.。在肝3 2 3细胞的微粒体中有维生素D-25羟化酶系，在NADP、O和M参与下，使维生素D羟化3 2 3成25-OH-D，后者尚无活性，进入血液与血浆中一种特异的-球蛋白〔MW，52，000〕结3合运到肾脏。肾脏皮质细胞线粒体内膜上有25-羟维生素D-1羟化酶(简称1羟化酶)，它3是由黄素酶，铁硫蛋白和细胞色素P 组成的混合功能氧化酶，可使25-OH-D进一步羟化为450 31,25-(OH)-DD24-羟化酶,25-OH-D2 3 3 324,25-(OH)-D1,24,25-(OH)-D〔19-1)24,25-(OH)-D和2 3 3 3 2 31,24,25-(OH)3-D3的生理活性均极低。〔三〕1,25-(OH)2-D3合成的调整1,25,-(OH)2-D3PTH、血钙、血磷的调整(19-2).。1.1,25-(OH)2-D3的反响调整：1,25-(OH)2-D3能抑制1-羟化酶的自身合成,同时诱导24-羟化酶的合成,前者使1,25-(OH)2-D3合成削减,后者使24,25-(OH)2-D3生成增加,结果是反响抑制。2 PTH1-1,25-(OH)2-D324,25-(OH)2-D3的合成，使之削减。Ca2PTH1,25-(OH)2-D3合成增加。血磷含量可影响1,25-(OH)2-D3的生成,血磷增加抑制1-羟化酶,使其生成降低，由此削减肠中钙、磷吸取，并增加尿中钙、磷排出，使血钙、血磷降低。当血磷降低时则促进1,25-(OH)2-D3合成增加。〔四〕1,25-(OH)2-D3的生理作用1,25-(OH)2-D3作用的靶组织是小肠、骨、和肾脏。对小肠的作用：1,25-(OH)2-D3是促进小肠对钙和磷的吸取。小肠粘膜细胞对钙的吸取通过钙结合蛋白，钙结合蛋白的生成受活性维生素 D的调整，由于小肠粘膜细胞具有对1,25-(OH)2-D3有高度亲和力的维生素D受体〔VDR。钙结合蛋白是小分子可溶性蛋白质，哺乳类小肠粘膜细胞的钙结合蛋白分子量为9kD，对钙有高度亲和力，蛋白质分子中有两个钙〔endocyticvesicles〕Ca2+通过细胞基底膜运出细胞。钙结合蛋白在这里作为钙的传送者。活性维生素D3促进钙吸取还ATP-依靠的钙泵的激活，钙泵能对抗电化学梯度把钙排入血浆(19-3)。对骨的作用：成骨细胞具有与1,25(OH)2-D3反响的受体，体外的争论证明1.25-(OH)2D3与受体结合后能增加碱性磷酸酶的活力和骨钙蛋白〔 osteocalcin〕基因及骨桥蛋白〔osteopontin〕基因的表达。维生素D对安康骨骼的生成和保持是必需的，由于维生素D可调整保持细胞外液钙和磷浓度呈超饱和状态，这种超饱和状态可促进骨的矿化。对肾脏的作用：1,25(OH)2-D3亦能诱导肾远曲小管和集合管细胞合成钙结合蛋白,与小肠28kD1,25-(OH)2-D3可诱导转录mRNADmRNAD缺乏的动物并未见到高钙尿，这就提出肾细胞的钙结合蛋白的作用机制可能不同于小肠细胞。维生素D缺乏可见到肾排钙削减，但甲状旁腺激素〔PTH〕缺乏则有肾钙排出增加，说明肾保存钙的主要作用PTH。二、甲状旁腺素的调整作用〔一〕甲状旁腺素的合成与分泌84115个氨基酸残基组成的前甲状旁腺素原，再将领头的信号肽去除而成甲状旁腺素原，在分泌前84个氨基酸残基的甲状旁腺素。PTH20分钟，因此其合成和分泌的调整甚为重要。PTH的分泌受血钙、1,25(OH)2-D3、降钙素等的调整，其PTH合成分泌的主要调整因素，两者呈反比关系。1,25(OH)2-D3PTH的分泌,PTH的分泌。〔二〕PTH的生理作用调整细胞外液钙浓度主要依靠PTH，当血浆钙浓度降低时，甲状旁腺受到剌激即刻分泌PTHPTH的靶器官是骨骼、肾脏和小肠。对骨的作用PTH主要促进溶骨作用来增加血浆钙和血磷。PTH使融合后的单核细胞分裂增生并转化为破骨细胞，使破骨细胞的数目增多，PTH对破骨细胞的作用是间接的。对肾脏的作用PTH对肾脏的作用主要是促进磷的排泄和钙的重吸取，使血磷降低，血钙上升。PTH直接作用于肾近曲小管上皮细胞，抑制磷重吸取使尿磷排出增多。PTH对肾远曲小管上皮细胞的作用是增加钙的重吸取，削减尿钙的排泄，这对保证正常的血钙浓度有重要作用。对小肠的作用PTH亦有促进肠道对钙吸取的作用，但作用较小，有人认为PTH分泌增加，可促进1-羟化酶合成增加，后者使1,25(OH)2-D3生成增加,从而促进小肠对钙、磷的吸取。PTH对钙、磷代谢的主要作用是发动骨中钙、磷转移到细胞外液；降低尿钙的排出；促进尿磷排出，结果血钙浓度上升，血磷浓度降低。三、降钙素的调整作用〔一〕降钙素的合成和分泌降钙素主要由甲状腺滤泡旁细胞〔parafollicularcell，又称C细胞〕合成和分泌的一种由323,500。CT的分泌直承受血钙浓度的掌握，高血钙促进其分泌，低血钙抑制其分泌。动物试验证CT分泌的作用。〔二〕降钙素的生理作用降钙素的生理作用与PTH相拮抗，它的靶器官亦是骨、肾和小肠。对骨的作用CTPTH对破骨细胞溶解骨盐的作用，使血钙、血磷浓度降低。增加，血钙、血磷浓度降低。对小肠的作用生理浓度的CTCT可促进钙吸取，CT使血钙降低，而继发引起肠吸取钙增加。1,25(OH)2-D3、PTHCT对钙、磷代谢进展调整，使血钙、血磷的浓度保持19-2。第四节某些微量元素的生理作用构成人体的元素有几十种,〔每克湿重组织约10-12~10-9克)，故称微量元素。目前认为铁、铜、锌、锰、铬、钼、硒、镍、钒、锡、钴、氟、碘、硅十四种微量元素是人类和动物所必需的，其中碘、锌、铜、钴、铬等几种微量元素巳观看到人类的缺乏症，并能用相应元素的补充加以订正。微量元素在临床的应用亦渐渐受到重视，对它们在体内的生理作用方面的争论正在深入进展。现重点介绍几种微量元素的作用。一、铁和碘铁和碘在体内的代谢和生理功能分别见血液章和激素章。二、氟氟是骨骼和牙齿的组成成分，当氟取代羟磷灰石的羟基即成为氟磷灰石(Ca (PO)F)，10 462氟磷灰石比羟磷灰石更结实而有弹性，所以膳食中适量的氟有保护骨和牙齿的作用。氟主要耒源于水，一般饮水中约含1mg/L，茶叶含氟较多，枯燥茶叶可高达100mg/kg。假设食物和饮水中含氟量过少，影响牙齿的形成，易患龋齿；含量过高，则引起牙齿斑釉及慢性中毒，一般认为饮水中氟的含量以百万之一〔1ppm,1mg/L〕较为适宜。三、锌2~4g100~140g/dl30~40％与2-巨球蛋白相结合。红细胞中锌含量约为血浆的十倍，主要存在于碳酸酐酶中。锌在体内参与多种酶的组成或为酶催化活性所必需。现知体内有200多种酶含锌，重要的有碳酸酐酶、DNA和RNA聚合酶、碱性磷酸酶、羧基肽酶、丙酮酸羧化酶、谷氨酸脱氢酶、乳酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶和醇脱氢酶等。锌作为一类细胞核内蛋白质因子的成分，组成具有锌指构造的反式作用因子参与基因表达的调控。锌在体内储存很少，所以人和动物的食物中锌供给缺乏，很快消灭缺乏症，如食欲减退，生长不良，皮肤病变，伤口难愈，味觉减退，胎儿畸形等。长期缺乏还可引起性机能障碍和矮小症。养分学会推举成人每日供给量15mg20mg。四、铜100~150mg。铜是很多酶类的组成成分，血浆铜兰蛋白含有铜，细胞色素氧化酶，铜锌超氧物歧化酶〔Cu、Znsuperoxidedismutase〕、过氧化氢酶、酪氨酸酶、单胺氧化酶、抗坏血酸氧化酶等均含铜。含铜酶多属氧化酶类。机体缺铜时这些酶活性下降。铜缺乏的主要表现为贫血，因铜缺乏时铜兰蛋白含量降低