钙：定义，合成，吸收，转运和分布

钙 是一种化学元素，元素符号为Ca，原子序数为20。它属于碱土金属类，是地球上第五大最丰富的元素。 钙 代表人类必需的（重要的）矿物质，并且在生物体中仅以二价阳离子（Ca2 +）的形式存在。

吸收

有食物 钙 必须首先通过消化道（GI道）中的消化液释放出来，然后才能在消化道中被吸收（吸收）。 小肠，主要在 十二指肠 （十二指肠）和近端空肠（上空肠）。 吸收 跨细胞发生（质量 在钙摄入量低至正常的情况下，通过饱和动力学遵循主动机制通过肠上皮细胞进行转运；另外，在高摄入量下沿电化学梯度通过被动扩散在细胞旁（通过肠上皮细胞的间质空间进行大量转运）。 被动肠 吸收发生在整个肠道内，包括 结肠 （大肠）与主动吸收机制相比效果不佳，这就是为什么总吸收量绝对值随钙增加而增加 剂量，但相对而言有所减少。 而活跃的跨细胞钙 吸收 受调控 甲状旁腺激素 （PTH，一种在 甲状旁腺) 以及 骨化三醇 （分别是维生素D3、1,25-二羟基胆钙化固醇，1,25-（OH）2-D3的生理活性形式），被动副细胞扩散仍然不受 激素 列出。 PTH和PTH对上皮钙吸收的调节。 骨化三醇分别在下面更详细地讨论。 在肠上皮细胞（小肠细胞）中 上皮），钙与称为钙结合蛋白的特定钙结合载体（转运）蛋白结合，该钙转运蛋白通过肠上皮细胞将钙转运至基底外侧（远离肠道） 细胞膜。 1,25-（OH）2-D3导致钙调蛋白的细胞内（细胞内）表达受受体介导的刺激。 钙通过跨膜Ca2 + -ATPase（在能量和能量的作用下运行的运输系统）进入血液 腺苷 三磷酸（ATP）消耗）和Ca2 + / 3 Na +交换载体（由Na +梯度驱动的钙转运蛋白）。 钙的吸收率取决于多种因素，并且在15％至60％之间变化。 婴儿期后，钙的吸收在青春期表现出最高的功效（〜60％），然后在成年期降低到15-20％。 以下因素会抑制钙的吸收，包括形成复合物：

以下因素促进钙的吸收：

  • 与食物同时吸收钙
  • 每天分配多个剂量
  • 1,25-二羟基胆钙化固醇（1,25-（OH）2-D3）–刺激细胞内钙结合蛋白的合成。
  • 易吸收的糖，例如 乳糖 (牛奶 糖).
  • 乳酸
  • 柠檬酸
  • 氨基酸
  • 酪蛋白磷酸肽
  • 不可吸收的碳水化合物，例如菊粉，低聚果糖和乳果糖，它们在回肠（下部小肠）和结肠（大肠）中被细菌发酵成短链脂肪酸→导致肠腔pH下降导致增加结合钙的释放，使更多的游离钙可用于被动吸收

中 怀孕，钙的吸收增加–由PTH和 骨化三醇分别–以适应整个钙的每日转移 胎盘 （胎盘）到 胎儿 （未出生的孩子），在孕晚期（孕晚期）平均250毫克 怀孕）。 除了增加肠道（肠道钙的吸收，孕妇的额外需求可以通过在妊娠前三个月从骨骼中释放更多的钙来满足。 与孕妇相比，钙的流失与 牛奶每天从250到350毫克不等，可以通过增加仅骨骼中的钙动员来补偿哺乳期妇女，从而获得5％的骨骼 质量 哺乳六个月后体重下降。 但是，在断奶后6-12个月内，无论 管理 钙 补品-假设钙摄入量足够。

在体内的运输和分配

人体中的钙含量在出生时约为25-30 g（占体重的0.8％），在成年期约为900-1,300 g（占体重的1.7％）。 体内大约99％的钙在骨骼系统（包括牙齿）中位于细胞外（细胞外），在钙中主要以结合形式存储，为未溶解的钙 磷酸盐 或羟基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2）。 在骨骼中，钙约占总矿物质含量的39％。 仅略少于全身的1％ 质量 的钙定位在其他身体组织中（约7克），并且 体液 （〜1克）。 因此，细胞内钙含量比细胞外钙含量低10,000倍。 保持 浓度 细胞外钙和细胞内钙之间的梯度 细胞膜 在休息条件下钙基本上不渗透（不渗透）。 此外，还存在跨膜泵或转运系统，例如Ca2 + -ATPases（在ATP消耗下运行的Ca2 +转运蛋白）和Ca2 + / 3 Na +交换载体（由Na +梯度驱动的Ca2 +转运蛋白），它们将钙转运出细胞。 内质网（ER，真核细胞中平面腔的丰富分支通道系统）的膜中有特定的Ca2 + -ATPase，即所谓的SERCA（肌浆网/内质网Ca2 + -ATPase），它们都可以从细胞溶质中泵出钙通过适当的钙动员刺激细胞，将矿物质运回ER（细胞内储存），并将矿物质运回细胞质中以发挥细胞功能。 可以区分三种不同的钙部分 血液。 电离的游离钙形成最大部分，约占50％，其次是蛋白质-（白蛋白-，球蛋白-）结合的钙（40-45％）和与低分子量配体（例如柠檬酸盐）络合的钙， 磷酸盐，硫酸盐和碳酸氢盐（5-10％）。 蛋白质缺乏症和pH值变化都会影响钙级分彼此之间的比率。 例如， 酸中毒 (血液 pH <7.35）导致还原和 碱中毒 (血液 pH> 7.45）升高 蛋白质结合 血清钙的含量增加，导致血清中游离离子钙的比例相应增加或减少–每个pH单位约0.21 mmol / l Ca2 +。 离子化的游离钙级分（1.1-1.3 mmol / l）代表生物活性形式，并通过以下方式稳态控制 甲状旁腺激素，1,25-（OH）2-D3和 降钙素 （在甲状腺C细胞中合成的肽激素）（见下文）。 因此，总血清钙 浓度 在相对较窄的范围（2.25-2.75 mmol / l）中保持恒定。

排泄

钙主要在尿液和粪便（粪便）中排出，而在汗液中则很少排出。 肾肾正常情况下，钙的相关排泄量每天少于4 mg / kg体重，男性则小于300 mg / day，女性则小于250 mg / day。肾小球滤过和肾小管重吸收导致肾钙排泄（被肾小管重吸收），它在近端小管（肾小管的主要部分）中被动发生，并在远端小管（肾小管的中间部分）中主动发生–由PTH，1,25-（OH）2控制-D3和 降钙素 –占过滤量的98％以上。 这说明了 肾 在钙稳态或维持恒定的血清钙水平中起着至关重要的作用。 以下因素可促进肾脏钙排泄：

  • 例如通过补充（例如饮食）增加口服钙的摄入量 补品).
  • 咖啡因 - 在 咖啡，绿色和 红茶等等。
  • 钠 –作为食盐（钠 氯化物，NaCl）； 每2克饮食 钠，尿液中会损失30-40毫克钙。
  • 蛋白质摄入量增加–动物和植物蛋白质； 1克蛋白质可使肾钙排泄增加0.5-1.5毫克
  • 增加磷酸盐的摄入量–在香肠，加工奶酪，软饮料等中； 磷酸钙的比例 饮食 1：1.0-1.2的值被认为是最佳的
  • 酒精摄入量增加
  • 慢性 酸中毒 （血液pH <7.35）

特发性高钙尿症（尿液中非生理性高钙 浓度，> 4 mg钙/ kg体重/天）是由于基因表达异常且原因不明而导致的，原因不明-吸收性（影响肠），肾性（影响肾脏）或营养性。 患有特发性高钙尿症的个体，其尿路结石风险增加（形成 肾 结石）与健康个体相比，盐敏感度（同义词：盐敏感度;盐敏感度;盐敏感度）比具有正常风险的人更高 肾结石。 盐和蛋白质的限制导致高钙血症患者肾钙排泄正常化。 分泌（排泄）到胃肠道的钙需要进行85％的肠道重吸收（重吸收）。 剩余的15％（18-224毫克/天）随粪便（粪便）流失。 汗液中的钙损失估计为4-96毫克/天，强制性损失为3至40毫克/天。

钙对体内钙稳态的调节

由于钙在人类有机体的许多重要功能中起着核心作用，因此维持细胞外离子化游离钙的浓度至关重要。 离子化的游离血清钙与不同的钙离子区有关-骨骼， 小肠，肾脏-通过复杂的激素调节系统在狭窄的范围内保持恒定。 以下激素参与钙代谢的调节：

  • 甲状旁腺激素
  • 骨化三醇（1,25-二羟基胆钙化固醇，1,25-（OH）2-D3）
  • 降钙素

激素 列出的影响肠道钙的吸收，肾脏钙的排泄以及钙的释放或摄取到骨骼中。 在细胞外游离钙浓度有微小偏差的情况下，肠和肾代偿机制通常就足够了。 仅当这些调节机制失败时，钙才从骨骼中释放出来，从而导致骨量减少，从而削弱了骨骼的机械稳定性。 细胞外游离钙浓度的变化由特定的膜感知 蛋白质 称为钙传感器，属于G蛋白偶联的7倍膜透性受体的超家族。 钙特异性受体主要由甲状旁腺细胞表达，甲状旁腺细胞以钙依赖性方式释放PTH，而甲状腺C细胞则分泌 降钙素 通过钙依赖的方式，以及通过肾细胞，它们以钙依赖的方式合成活性的1,25-（OH）2-D3。 另外，还可以在许多其他细胞类型上检测钙传感器，例如破骨细胞（骨吸收细胞）和肠上皮细胞（肠上皮细胞）。 假定通过钙敏感受体，钙依赖性调节（增加）了钙的作用。 激素 PTH，骨化三醇和降钙素发生在靶细胞（骨， 小肠，肾细胞。细胞外游离钙浓度低– 甲状旁腺激素 和骨化三醇。

当血清钙水平下降（由于摄入不足或损失增加）时，甲状旁腺细胞中越来越多地合成（形成）PTH，并分泌（分泌）到血液中。 PTH到达肾脏，刺激1-α-羟化酶的表达，从而刺激1,25-（OH）2-D3的合成，这是PTH的生物活性形式。 维生素D。 在骨骼上，PTH和1,25-（OH）2-D3刺激破骨细胞的活性， 铅 吸收（分解）骨质。 钙随后从骨骼释放并释放到细胞外空间。 由于钙以羟磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2）的形式存储在骨骼系统中，因此磷酸盐离子会同时从骨骼中迁移出来-钙与磷酸盐的代谢具有密切的相关性（关系）。 在近端小肠的刷状缘膜处，骨化三醇既促进活跃的跨细胞钙吸收和磷酸盐再吸收，又促进钙和磷酸盐向细胞外空间的转运。 在肾脏中，PTH可增加肾小管对钙的重吸收，同时抑制肾小管对磷酸盐的重吸收。 最后，增加了肾脏的磷酸盐排泄，这是由于骨骼中磷酸钙的动员和肠道的重吸收而增加了积累。 血清磷酸盐水平的降低，一方面可以防止磷酸钙在组织中的沉淀，另一方面可以刺激骨骼中钙的释放，有利于血清钙浓度的升高。 在低血清钙水平下，PTH和骨化三醇对车厢间钙运动的影响的结果分别是细胞外游离钙浓度的增加和正常化。 长期升高的1,25-（OH）2-D3血清水平 铅 抑制甲状旁腺细胞的PTH合成和增殖（生长和增殖）–负反馈。 该机制通过甲状旁腺细胞的维生素D3受体进行。 如果骨化三醇占据了自身特有的这些受体，则维生素会影响靶器官的新陈代谢。 细胞外游离钙浓度高–降钙素

细胞外离子钙的增加会导致甲状腺C细胞合成并分泌（分泌）更多的降钙素。 降钙素抑制破骨细胞在骨骼上的活性，从而抑制骨骼组织的分解，从而促进骨骼中钙的沉积。 同时，肽激素刺激肾钙排泄。 通过这些机制，降钙素导致血清钙浓度降低。 降钙素代表PTH的直接拮抗剂（对手）。 因此，当细胞外游离钙增加时，PTH的合成与分泌 甲状旁腺 PTH诱导的肾脏1,25-（OH）2-D3生成减少。 这导致磷酸钙从骨骼中的动员减少，肠钙重吸收减少，以及肾小管钙重吸收减少，因此增加了肾钙排泄。 结果与 作用机制 降钙素的作用是降低细胞外游离钙浓度并使血清钙水平正常化。

钙平衡

钙 平衡 取决于年龄。 在成长阶段 童年 和青春期，假设摄入足够的钙，则钙为正 平衡，人体吸收的钙比肾脏和肠子吸收的钙要多。 成骨细胞（成骨细胞）活动的增加导致骨骼物质中钙的储存增加，从而导致钙储存增加。 最大骨矿物质质量或峰值 骨密度 主要在青春期和成年期获得。 因此，到90±16.9岁，女孩和妇女分别占骨骼总矿物质含量的1.3％，到99±26.2岁，分别占女孩总骨骼矿物质含量的3.7％。 在男孩和男人中，分别可观察到约1.5年的延迟。 通常，到30岁左右，骨质就会达到峰值。骨矿物质含量不足以表征实际骨质 实力。 相反，它是由诸如体育活动，肌肉质量，身体构造和大小之类的因素决定的。 从30岁开始，钙的平衡 平衡 在生命的几十年中，人体吸收的钙量与肾脏和粪便排出的钙量相关。 例如，钙摄入量为1,000 mg时，肾脏吸收约200 mg，肾脏消除约200 mg，而骨骼中释放250-500 mg并重新吸收，作为重塑过程的一部分。 为防止钙平衡变负，应注意确保足够的饮食钙摄入量。 尽管钙代谢平衡， 骨密度 从30岁开始持续下降。在健康的人中，每年的骨矿物质损失约为1％。 随着年龄的增长骨质流失的原因是破骨细胞（骨降解细胞）活性的增加，这伴随着骨组织的分解增加和钙从骨骼中释放的增加。 最终，尿和粪便中的钙排泄量要比小肠和骨骼吸收的钙更多。 因此，老年人的钙平衡为负数。 特别是绝经后妇女的骨量逐渐减少（绝经; 女性更年期）是由于雌激素状态改变所致。 研究的结果是，女性在股骨处可观察到骨和矿物质的流失。 颈部 从37岁开始，在脊柱从48岁开始。因此，绝经后妇女的发展风险更高 骨质疏松 （骨丢失）。 “峰值骨量”越低，患牙的风险越高。 骨质疏松。 绝经后妇女的研究表明，口服钙的摄入量与髋部骨折的风险密切相关。 钙 管理 800-1,000 mg / day的剂量导致受试者的破骨细胞活性降低，从而阻止了骨吸收或骨质流失并降低了 断裂 发病率。