Kalsium adalah unsur kimia dengan simbol unsur Ca dan nombor atom 20. Ia tergolong dalam kumpulan logam bumi alkali dan merupakan unsur kelima paling banyak di Bumi. Kalsium mewakili mineral penting (vital) bagi manusia dan berlaku dalam organisma secara eksklusif sebagai kation divalen (Ca2 +).
Penyerapan
Terhadap makanan kalsium mesti dilepaskan terlebih dahulu oleh jus pencernaan di saluran gastrointestinal (saluran GI) untuk kemudian diserap (diambil) di usus kecil, terutamanya di duodenum (duodenum) dan jejunum proksimal (jejunum atas). Penyerapan berlaku secara selular (besar-besaran mengangkut melalui sel epitelium usus) oleh mekanisme aktif berikutan kinetik tepu pada pengambilan kalsium rendah hingga normal dan tambahan secara parasel (pengangkutan massa melalui ruang interstitial sel epitelium usus) oleh penyebaran pasif sepanjang kecerunan elektrokimia pada pengambilan tinggi. Usus pasif penyerapan, yang berlaku di seluruh saluran usus termasuk kolon (usus besar), hampir tidak berkesan dibandingkan dengan mekanisme penyerapan aktif, sebab itulah jumlah keseluruhan penyerapan meningkat secara mutlak dengan peningkatan kalsium dos, tetapi menurun secara relatif. Sementara kalsium transselular aktif penyerapan dikawal oleh hormon paratiroid (PTH, hormon peptida yang disintesis di kelenjar paratiroid) dan kalsitriol (bentuk aktif secara fisiologi vitamin D3, 1,25-dihydroxylcholecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3), masing-masing), penyebaran paraselular pasif tetap tidak terjejas oleh hormon disenaraikan. Peraturan penyerapan kalsium transepitelium oleh PTH dan kalsitriol, masing-masing, dibincangkan dengan lebih terperinci di bawah. Dalam enterosit (sel-sel usus kecil epitelium, kalsium terikat pada protein pembawa pengikat kalsium (pengangkutan) tertentu yang disebut calbindin, yang mengangkut kalsium melalui enterosit ke basolateral (jauh dari usus) membran sel. 1,25- (OH) 2-D3 membawa kepada rangsangan yang dimediasi oleh reseptor terhadap ekspresi calbindin intraselular (di dalam sel). Kalsium memasuki aliran darah dengan menggunakan transmembran Ca2 + -ATPase (sistem pengangkutan yang beroperasi di bawah tenaga dan trifosfat penggunaan trifosfat (ATP), masing-masing) dan pembawa pertukaran Ca2 + / 3 Na + (pengangkut kalsium yang didorong oleh kecerunan Na +). Kadar penyerapan kalsium bergantung pada pelbagai faktor dan berbeza antara 15% hingga 60%. Selepas bayi, penyerapan kalsium menunjukkan keberkesanan tertinggi semasa baligh (~ 60%), kemudian menurun menjadi 15-20% pada masa dewasa. Faktor berikut menghalang penyerapan kalsium, termasuk pembentukan kompleks:
- Asid oksalik - dalam rumpun, bayam, buah belimbing, koko, Dll
- Asid fitik - dalam dedak bijirin, dll.
- Asid fosforik - dalam sosej, keju yang diproses, minuman ringan, dan lain-lain; kalsium-fosfat nisbah dalam diet dari 1: 1.0-1.2 dianggap optimum
- Asid tanik - dalam kopi, teh hitam dan beberapa teh herba.
- Serat pemakanan dengan kandungan asid uronik yang tinggi - dalam bijirin penuh, buah-buahan dan sayur-sayuran, dll.
- Gula yang lemah atau tidak dapat diserap dan gula pengganti, seperti sorbitol dalam sawi, mayonis, dll.
- (Rantai panjang tepu) asid lemak, Seperti asid stearik dalam lemak haiwan dan sayur-sayuran.
Faktor berikut mendorong penyerapan kalsium:
- Penyerapan kalsium serentak dengan makanan
- Pembahagian ke atas beberapa dos individu sehari
- 1,25-Dihydroxylcholecalciferol (1,25- (OH) 2-D3) - merangsang sintesis calbindin intraselular.
- Gula yang mudah diserap, seperti laktosa (susu gula).
- Asid laktik
- Asid sitrik
- Asid amino
- Fosfopeptida kasein
- Karbohidrat yang tidak dapat diserap, seperti inulin, fruktooligosakarida dan laktulosa, yang ditapai secara bakteria kepada asid lemak rantai pendek di ileum (usus kecil bawah) dan usus besar (usus besar) → penurunan pH yang dihasilkan dalam lumen usus menyebabkan peningkatan pembebasan kalsium terikat, menjadikan lebih banyak kalsium percuma yang tersedia untuk penyerapan pasif
Semasa mengandung, penyerapan kalsium meningkat - dimediasi oleh PTH dan kalsitriol, masing-masing - untuk menampung pemindahan kalsium setiap hari di seluruh plasenta (plasenta) ke janin (anak yang belum lahir), yang rata-rata 250 mg pada trimester ke-3 (trimester ketiga pada mengandung). Sebagai tambahan kepada peningkatan usus (terusan-berkaitan) penyerapan kalsium, keperluan tambahan wanita hamil dipenuhi dengan peningkatan pelepasan kalsium dari kerangka selepas trimester pertama. Berbanding dengan wanita hamil, kehilangan kalsium dengan susu, yang berkisar antara 250 hingga 350 mg / hari, dikompensasi pada wanita menyusui dengan peningkatan mobilisasi kalsium dari tulang saja, sehingga tulang 5% besar-besaran kehilangan selepas enam bulan menyusui. Namun, dalam tempoh 6-12 bulan setelah penyapihan, pemulihan tulang berlaku tanpa mengira pentadbiran kalsium tambahan-menganggap pengambilan kalsium mencukupi.
Pengangkutan dan pengedaran dalam badan
Kandungan kalsium tubuh manusia sekitar 25-30 g (0.8% berat badan) semasa lahir dan sekitar 900-1,300 g (hingga 1.7% berat badan) pada masa dewasa. Kira-kira 99% daripada jumlah kalsium badan adalah ekstraselular (di luar sel) dalam sistem rangka, termasuk gigi, di mana ia disimpan dalam bentuk terikat sebagai kalsium yang tidak larut fosfat atau hidroksiapatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). Dalam tulang, kalsium menyumbang kira-kira 39% daripada jumlah kandungan mineral. Hanya sedikit kurang dari 1% daripada jumlah badan besar-besaran kalsium dilokalisasi dalam tisu badan lain (~ 7 g) dan cecair badan (~ 1 g). Oleh itu, kandungan kalsium intraselular 10,000 kali lebih rendah daripada kandungan kalsium ekstraselular. Untuk mengekalkan kepekatan kecerunan antara kalsium ekstraselular dan intraselular, yang membran sel sebahagian besarnya tidak kedap (tidak kedap) kalsium dalam keadaan rehat. Selain itu, pam transmembran atau sistem pengangkutan ada, seperti Ca2 + -ATPases (pengangkut Ca2 + yang beroperasi di bawah penggunaan ATP) dan pembawa pertukaran Ca2 + / 3 Na + (pengangkut Ca2 + yang didorong oleh kecerunan Na +), yang mengangkut kalsium keluar dari sel. Dalam membran retikulum endoplasma (ER, sistem saluran bercabang yang kaya dengan rongga planar dalam sel eukariotik) adalah Ca2 + -ATPases tertentu, yang disebut SERCA (sarco- / endoplasmatic reticulum Ca2 + -ATPases), yang dapat mengepam kalsium dari sitosol ke dalam ER - penyimpanan intraselular - dan mengangkut mineral kembali ke sitosol untuk fungsi sel selepas rangsangan sel dengan rangsangan penggerak kalsium yang sesuai. Tiga pecahan kalsium yang berbeza dapat dibezakan dalam darah. Kalsium bebas terionisasi membentuk pecahan terbesar dengan kira-kira 50%, diikuti oleh protein- (album-, globulin-) kalsium terikat (40-45%) dan kalsium kompleks dengan ligan berat molekul rendah, seperti sitrat, fosfat, sulfat dan bikarbonat (5-10%). Kedua-dua kekurangan protein dan perubahan pH mempengaruhi nisbah pecahan kalsium antara satu sama lain. Sebagai contoh, asidosis (darah pH <7.35) membawa kepada pengurangan dan alkalosis (darah pH> 7.45) meningkat pengikatan protein kalsium serum, menghasilkan peningkatan atau penurunan yang sepadan dalam perkadaran kalsium terionisasi bebas dalam serum - kira-kira 0.21 mmol / l Ca2 + per unit pH. Fraksi kalsium bebas terionisasi (1.1-1.3 mmol / l) mewakili bentuk aktif secara biologi dan dikendalikan secara homeostatik oleh hormon paratiroid, 1,25- (OH) 2-D3, dan kalsitonin (hormon peptida yang disintesis dalam sel C tiroid) (lihat di bawah). Oleh itu, jumlah kalsium serum kepekatan dijaga tetap dalam julat yang agak sempit (2.25-2.75 mmol / l).
Perkumuhan
Kalsium diekskresikan terutamanya dalam air kencing dan tinja (najis) dan sedikit pada peluh. Ginjal (buah pinggangjumlah yang berkaitan dengan kalsium yang dihilangkan dalam keadaan normal kurang daripada 4 mg / kg berat badan sehari atau kurang daripada 300 mg / hari pada lelaki dan kurang dari 250 mg / hari pada wanita. Perkumuhan kalsium ginjal disebabkan oleh penyaringan glomerular dan penyerapan semula tubular (penyerapan semula oleh tubulus ginjal), yang berlaku secara pasif di tubulus proksimal (bahagian utama tubulus ginjal) dan aktif di tubulus distal (bahagian tengah tubulus ginjal) - dikendalikan oleh PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 dan kalsitonin - dan menyumbang lebih dari 98% daripada jumlah yang disaring. Ini menggambarkan bahawa buah pinggang memainkan peranan penting dalam homeostasis kalsium, atau mengekalkan tahap kalsium serum yang tetap. Faktor-faktor berikut mendorong perkumuhan kalsium buah pinggang:
- Peningkatan pengambilan kalsium oral, misalnya, melalui suplemen (contohnya, diet tambahan).
- Kafein - dalam kopi, hijau dan teh hitam, Dll
- Natrium - sebagai komponen garam meja (sodium klorida, NaCl); untuk setiap 2 g makanan natrium, 30-40 mg kalsium hilang dalam air kencing.
- Peningkatan pengambilan protein - protein haiwan dan sayur-sayuran; 1 g protein meningkatkan perkumuhan kalsium buah pinggang sebanyak 0.5-1.5 mg
- Peningkatan pengambilan fosfat - dalam sosej, keju yang diproses, minuman ringan, dan lain-lain; nisbah kalsium-fosfat dalam diet dari 1: 1.0-1.2 dianggap optimum
- Peningkatan pengambilan alkohol
- Kronik asidosis (pH darah <7.35)
Hiperkalsiuria idiopatik (kalsium kencing yang tidak tinggi secara fisiologi kepekatan,> 4 mg kalsium / kg berat badan / hari) disebabkan oleh kelainan genetik dengan ekspresi berubah-ubah di mana penyebabnya tidak diketahui - penyerap (mempengaruhi usus), ginjal (mempengaruhi buah pinggang), atau pemakanan. Individu dengan hiperkalsiuria idiopatik, yang berisiko meningkat untuk urolithiasis (pembentukan buah pinggang batu) berbanding dengan individu yang sihat, menunjukkan kepekaan garam yang lebih tinggi (sinonim: kepekaan garam; kepekaan garam; kepekaan garam) daripada orang yang berisiko normal untuk batu karang. Pembatasan garam dan protein menyebabkan normalisasi perkumuhan kalsium buah pinggang pada pesakit hiperkalsiurik. Kalsium yang dikeluarkan (diekskresikan) ke saluran gastrointestinal tertakluk kepada penyerapan semula usus 85% (penyerapan semula). Baki 15% (18-224 mg / hari) hilang dengan najis (najis). Kerugian kalsium dengan peluh dianggarkan 4-96 mg / hari, dengan kerugian wajib antara 3 hingga 40 mg / hari.
Peraturan hormon homeostasis kalsium
Oleh kerana kalsium memainkan peranan penting dalam sejumlah fungsi penting dalam organisma manusia, pemeliharaan kepekatan kalsium bebas ionisasi ekstraselular sangat penting. Kalsium serum bebas berion berkait dengan petak kalsium yang berbeza - tulang, usus kecil, buah pinggang - dan dijaga tetap dalam had sempit oleh sistem pengatur hormon yang kompleks. Hormon berikut terlibat dalam pengaturan metabolisme kalsium:
- Hormon paratiroid
- Calcitriol (1,25-dihydroxylcholecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
- Kalsitonin
. hormon disenaraikan mempengaruhi penyerapan kalsium usus, perkumuhan kalsium ginjal, dan pembebasan kalsium atau pengambilan ke dalam tulang. Sekiranya terdapat penyimpangan kecil kepekatan kalsium bebas ekstraselular, mekanisme pampasan usus dan ginjal biasanya mencukupi. Hanya apabila mekanisme pengawalseliaan ini gagal, kalsium dilepaskan dari kerangka, mengakibatkan hilangnya jisim tulang yang berkaitan dengan kelemahan kestabilan mekanikal tulang. Perubahan kepekatan kalsium bebas ekstraselular dirasakan oleh membran tertentu protein dipanggil sensor kalsium, yang tergolong dalam keluarga superfungsi reseptor membran 7 kali ganda yang berpasangan dengan protein G. Reseptor khusus kalsium dinyatakan terutamanya oleh sel paratiroid, yang melepaskan PTH dengan cara yang bergantung pada kalsium, oleh sel tiroid C, yang mengeluarkan kalsitonin dengan cara yang bergantung pada kalsium, dan oleh sel ginjal, yang mensintesis 1,25- (OH) 2-D3 aktif secara kalsium. Di samping itu, sensor kalsium juga dapat dikesan pada sejumlah jenis sel lain, seperti osteoklas (sel penyerap tulang) dan enterosit (sel epitel usus). Diandaikan bahawa melalui reseptor sensitif kalsium modulasi (peningkatan) bergantung kepada kesan kalsium hormon PTH, calcitriol dan calcitonin berlaku pada tahap sel sasaran - tulang, usus kecil, sel buah pinggang. Kepekatan kalsium bebas ekstraselular rendah - hormon paratiroid dan calcitriol.
Apabila tahap kalsium serum jatuh - akibat pengambilan yang tidak mencukupi atau peningkatan kerugian - PTH semakin disintesis (terbentuk) dalam sel paratiroid dan disekresikan (dirembeskan) ke dalam aliran darah. PTH mencapai buah pinggang, di mana ia merangsang ekspresi 1-alpha-hidroksilase dan dengan itu sintesis 1,25- (OH) 2-D3, bentuk aktif secara biologi vitamin D. Pada tulang, PTH dan 1,25- (OH) 2-D3 merangsang aktiviti osteoklas, yang membawa kepada penyerapan semula (pemecahan) bahan tulang. Kalsium kemudiannya dilepaskan dari tulang dan dilepaskan ke ruang ekstraselular. Oleh kerana kalsium disimpan dalam sistem rangka dalam bentuk hidroksiapatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), ion fosfat digerakkan dari tulang pada masa yang sama - korelasi erat (hubungan) metabolisme kalsium dan fosfat. Pada membran sempadan berus usus kecil proksimal, calcitriol mendorong penyerapan kalsium transkular aktif dan penyerapan semula fosfat dan pengangkutan kalsium dan fosfat ke ruang ekstraselular. Di ginjal, PTH meningkatkan penyerapan semula kalsium tiub sambil menghalang penyerapan semula fosfat tiub. Akhirnya, terdapat peningkatan perkumuhan fosfat ginjal, yang telah meningkat pengumpulannya kerana mobilisasi kalsium fosfat dari tulang dan penyerapan semula dari usus. Penurunan tahap fosfat serum, di satu pihak, menghalang pemendapan kalsium fosfat dalam tisu dan, di sisi lain, merangsang pembebasan kalsium dari tulang - memihak kepada kepekatan kalsium serum. Hasil kesan PTH dan calcitriol pada pergerakan kalsium antara bahagian pada tahap kalsium serum yang rendah adalah peningkatan dan normalisasi kepekatan kalsium bebas ekstraselular. Tahap serum 1,25- (OH) 2-D3 yang berpanjangan membawa kepada penghambatan sintesis PTH dan percambahan (pertumbuhan dan percambahan) sel paratiroid - maklum balas negatif. Mekanisme ini berlaku melalui reseptor vitamin D3 sel paratiroid. Sekiranya calcitriol menempati reseptor ini khusus untuk dirinya sendiri, vitamin dapat mempengaruhi metabolisme organ sasaran. Kepekatan kalsium bebas ekstraselular tinggi - kalsitonin
Peningkatan kalsium terionisasi ekstraselular menyebabkan sel tiroid C mensintesis dan mengeluarkan (mengeluarkan) lebih banyak kalsitonin. Calcitonin menghalang aktiviti osteoklas pada tulang dan dengan itu pemecahan tisu tulang, yang mendorong pemendapan kalsium dalam kerangka. Pada masa yang sama, hormon peptida merangsang perkumuhan kalsium buah pinggang. Melalui mekanisme ini, kalsitonin membawa kepada penurunan kepekatan kalsium serum. Calcitonin mewakili antagonis langsung (lawan) terhadap PTH. Oleh itu, apabila kalsium bebas ekstraselular meningkat, sintesis dan rembesan PTH dari kelenjar paratiroid dan pengeluaran renal 1,25- (OH) 2-D3 yang disebabkan oleh PTH menurun. Ini mengakibatkan penurunan mobilisasi kalsium fosfat dari tulang, pengurangan penyerapan kalsium usus, dan penurunan penyerapan kalsium tubular, dan dengan itu meningkatkan perkumuhan kalsium ginjal. Hasilnya, selaras dengan mekanisme tindakan calcitonin, adalah penurunan kepekatan kalsium bebas ekstraselular dan normalisasi tahap kalsium serum.
Keseimbangan kalsium
Kalsium seimbang bergantung pada usia. Semasa fasa pertumbuhan di zaman kanak-kanak dan remaja, dengan asumsi pengambilan kalsium yang mencukupi, terdapat kalsium positif seimbang, dengan lebih banyak kalsium yang diserap oleh badan daripada dihilangkan oleh buah pinggang dan usus. Peningkatan aktiviti osteoblas (sel pembentuk tulang) menyebabkan peningkatan penyimpanan kalsium dalam bahan tulang dan dengan demikian peningkatan simpanan kalsium. Jisim atau puncak mineral tulang maksimum ketumpatan tulang diperoleh terutamanya semasa remaja dan dewasa muda. Oleh itu, masing-masing kanak-kanak perempuan dan wanita mempunyai kira-kira 90% daripada kandungan mineral rangka pada usia 16.9 ± 1.3 tahun dan sekitar 99% pada usia 26.2 ± 3.7 tahun. Pada lelaki dan lelaki, masing-masing, kelewatan kira-kira 1.5 tahun dapat diperhatikan. Sebagai peraturan, jisim tulang puncak dicapai sekitar usia 30 tahun. Kandungan mineral tulang hanya tidak cukup mencirikan tulang sebenar kekuatan. Sebaliknya, ia ditentukan oleh faktor-faktor seperti aktiviti fizikal, jisim otot, pembentukan badan dan ukuran. Dari usia 30 tahun, terdapat keseimbangan kalsium seimbang selama beberapa dekad kehidupan, dengan jumlah kalsium yang diserap oleh badan berkorelasi dengan jumlah kalsium yang dikeluarkan dari buah pinggang dan tinja. Sebagai contoh, dengan pengambilan kalsium sebanyak 1,000 mg, kira-kira 200 mg diserap dan sekitar 200 mg dihilangkan oleh buah pinggang, sementara 250-500 mg dilepaskan dari tulang dan diserap semula sebagai sebahagian daripada proses pembentukan semula. Untuk mengelakkan keseimbangan kalsium menjadi negatif, penjagaan harus diambil untuk memastikan pengambilan kalsium makanan yang mencukupi. Walaupun metabolisme kalsium seimbang, ketumpatan tulang menurun secara berterusan dari usia 30. Pada orang yang sihat, kehilangan jisim mineral tulang adalah sekitar 1% setahun. Penyebab kehilangan jisim tulang dengan bertambahnya usia adalah peningkatan aktiviti osteoklas (sel yang merosakkan tulang), yang disertai dengan peningkatan kerosakan tisu tulang dan peningkatan pelepasan kalsium dari tulang. Akhirnya, lebih banyak kalsium dikeluarkan dalam air kencing dan tinja daripada yang diserap oleh usus kecil dan tulang. Oleh itu, orang tua mempunyai keseimbangan kalsium negatif. Khususnya, jisim tulang semakin menurun pada wanita pascamenopause (menopaus; menopaus pada wanita) kerana status estrogen yang berubah. Sebagai hasil kajian, permulaan kehilangan tulang dan zat mineral dapat dilihat pada wanita pada femoral leher dari usia 37 dan di tulang belakang dari usia 48. Oleh itu, wanita pascamenopaus berisiko meningkat osteoporosis (kehilangan tulang). Semakin rendah "massa tulang puncak", semakin tinggi risiko osteoporosis. Kajian pada wanita pascamenopause menunjukkan bahawa tahap pengambilan kalsium oral berkait rapat dengan risiko patah tulang pinggul. Kalsium pentadbiran 800-1,000 mg / hari mengakibatkan aktiviti osteoklas berkurang pada subjek, yang menghentikan penyerapan tulang atau kehilangan jisim tulang dan mengurangkan patah kejadian.
