Кальций в организме человека

Кальций в организме  человека

      Ка́льций — элемент главной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 20. Обозначается символом Ca (лат. Calcium). Простое вещество кальций — мягкий, химически активный щёлочноземельный металл серебристо-белого цвета Название элемента происходит от лат. calx (в родительном падеже calcis) — «известь», «мягкий камень». Оно было предложено английским химиком Хэмфри Дэви, в 1808 г. выделившим металлический кальций электролитическим методом. Дэви подверг электролизу смесь влажной гашёной извести с оксидом ртути HgO на платиновой пластине, которая являлась анодом. Катодом служила платиновая проволока, погруженная в жидкую ртуть. В результате электролиза получалась амальгама кальция. Отогнав из неё ртуть, Дэви получил металл, названный кальцием.

Соединения кальция  — известняк, мрамор, гипс (а также  известь — продукт обжига известняка) применялись в строительном деле уже несколько тысячелетий назад.

При нагревании или  сгорании кальция и образуется окись кальция - СаО - жженая или гашеная известь, которая при взаимодействии с водой дает гидрат окиси кальция Са(ОН)₂ - гашеную известь. С галоидами кальций образует соли - CaF₂, CaCl₂, CaBr₂, CaJ₂, которые в форме флюорита растворимы в воде. Если в воде содержится большое количество солей кальция (CaCO₃ и CaSO₄), вода называется жесткой. Если же солей кальция мало - то вода мягкая.

    Общие сведения:

Кальций постоянно  находится в почве и воде. Из его углекислых солей состоят  известковые и меловые горы. В  недрах некоторых из них карбонат кальция под влиянием сильного давления кристаллизуется и переходит  в мрамор.

Известны богатые  залежи серно-кислых солей кальция - гипса - CaSO₄, а также плавикового шпата или флюорита кальция - CaF₂. В виде фосфорита - Ca₃(PO₄)₂ кальций входит в состав апатита. Из других соединений кальция известны соединения кальция с кремнием - силикаты.

Кальций — распространенный макроэлемент в организме растений, животных и человека. В организме  человека и других позвоночных большая  его часть находится в скелете  и зубах. В костях кальций содержится в виде гидроксиапатита. Из различных  форм карбоната кальция (извести) состоят  «скелеты» большинства групп  беспозвоночных (губки, коралловые полипы, моллюски и др.). Ионы кальция участвуют  в процессах свертывания крови, а также служат одним из универсальных  вторичных посредников внутри клеток и регулируют самые разные внутриклеточные  процессы — мышечное сокращение, экзоцитоз, в том числе секрецию гормонов и нейромедиаторов. Концентрация кальция в цитоплазме клеток человека составляет около 10−4 ммоль/л, в межклеточных жидкостях около 2,5 ммоль/л.

   

  Суточная потребность и основные источники поступления:

Общее содержание кальция  в организме человека составляет примерно 1,9% общего веса человека, при  этом 99% всего кальция приходится на долю скелета и лишь 1% содержится в остальных тканях и жидкостях  организма. Содержание повышается в  период роста или беременности.

Суточная потребность  в кальции для взрослого человека составляет - 0,45-0,8-1,2 г в день.

Кальций в пище, как растительной, так и животной, находится в виде нерастворимых  солей. Наилучшими источниками легко  усвояемого кальция являются молочные продукты особенно все виды сыров, бобовые, соя, сардины, лосось, арахис, грецкий орех, семечки подсолнуха, рис, зеленые овощи. Богаты кальцием цельные зерна пшеницы, рис, овощи и фрукты. Значение растительных источников кальция возрастает также вследствие высокого содержания в них витаминов.

  Функции:

• внеклеточный катион
• внутриклеточный катион (внутри саркоплазматического ретикулума)

1) Функционирует как составная часть опорных тканей или мембран. Обеспечивает целостность мембран (влияет на проницаемость), т. к. способствует плотной упаковке мембранных белков. Ионы кальция уплотняют клеточные оболочки, уменьшают их проницаемость - в противоположность ионам натрия и калия, увеличивающих проницаемость.

2) Участвует в проведении нервного импульса. В мембране нервов и мышечных волокон содержится большое количество потенциалзависимых кальциевых каналов. Кальций, входящий в клетку через эти каналы во время потенциала действия, оказывает влияние на самые разные процессы. К примеру, кратковременное увеличение уровня кальция в ходе потенциала действия вызывает секрецию как секрецию химических медиаторов в нервном окончании, так и сокращение мышечного волокна.

В некоторых мышечных волокнах и нейронах кальциевые токи достигают такой величины, что  либо вносят значительный вклад, либо полностью формируют фазу роста  потенциала действия. Процесс этот носит регенеративный характер благодаря  возрастанию gСа при деполяризации, точно такому, как у натриевых каналов (см. выше). Участие кальциевых каналов в потенциале действия было впервые изучено Фаттом и Гинзборгом, а впоследствии Хагиварой. Кальциевые потенциалы действия описаны в сердечной мышце, в целом ряде нейронов беспозвоночных, а также в нейронах вегетативной и центральной нервной системы позвоночных 60). Наличие кальциевых потенциалов действия также показано в ненейрональных типах клеток, таких как ряд эндокринных клеток и некоторых яйцеклетках беспозвоночных. Потенциалзависимые кальциевые токи блокируются в миллимолярных концентрациях кобальтом, магнием или кадмием, добавленным во внеклеточный раствор.

 

Барий может заменить кальций в прохождении через  пору канала; магний на это не способен. Поразительным примером сосуществования  натриевых и кальциевых потенциалов  действия в одном типе клеток является клетка Пуркинье в мозжечке млекопитающих. Натриевые потенциалы действия генерируются в теле клетки Пуркинье, в то время как кальциевые — в дендритах.

3) Участвует в инициации мышечного сокращения: Образование комплекса актин+миозин (сокращение) возможно только в присутствии ионов кальция внутри миоцита. В мышечных клетках на мембране саркоплазматического ретикулума (СПР) находится "кальциевый насос (канал)", через который регулируется вход и выход кальция в СПР и тем самым концентрация его внутри клетки. Работа "кальциевого насоса" регулируется концентрацией двух внутриклеточных нуклеотидов, действующих антогонистически:

- Циклический  аденозинмонофосфат (цАМФ), который усиливает вход кальция в СПР из клетки, это приводит к уменьшению образования комплекса актин+миозин ферментом кальмодулином и расслаблению мышцы.

- Циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ), который ослабляет вход кальция в СПР из клетки, это приводит к увеличению образования комплекса актин+миозин ферментом кальмодулином и сокращению мышцы.

Например:

1. Парасимпатическая  НС - ацетилхолин - рецепторы (холинергические,  мускариновые, ацетилхолиновые) - гуанилатциклаза увеличивает скорость перехода ГТФ в цГМФ - увеличение цГМФ - увеличение внутриклеточного кальция - сокращение.

2. Симпатическая  НС - адреналин, норадреналин - бета  рецепторы + уменьшение секреции  ацетилхолина парасимпатической  НС - аденилатциклаза увеличивает скорость перехода АТФ в цАМФ - увеличение цАМФ - увеличение входа кальция в СПР - уменьшение кальция в клетке - уменьшение образования комплекса актин+миозин ферментом кальмодулином и расслабление мышцы.

Как показали, исследования ряда авторов, действие многих агентов, увеличивающих  силу сокращения миокарда, осуществляется именно посредством увеличения концентрации ионов кальция в сердечной мышце. Так, например, сердечные глюкозиды ускоряют вхождение кальция в волокна миокарда. Такой же эффект наблюдается при удлинении периода активного сокращения мышечного волокна. Удлинение времени деполяризации мембраны, т. е. продолжительности того периода, в течение которого ионы кальция входят внутрь волокна, способствует повышению концентрации этих ионов в волокне. Сила сокращения возрастает и при учащении ритма сердца, т. е. при возникновении более частых импульсов возбуждения миокарда. В этом случае укорачивается диастола, т. е. период, в течение которого вошедшие во время систолы внутрь волокна ионы кальция переходят в тканевую жидкость. Это приводит к тому, что не весь вошедший во время систолы кальций успевает выйти обратно и концентрация его внутри мышечното волокна возрастает. Именно этот феномен лежит в основе нарастания силы ряда сердечных сокращений в случае стимуляции сердца ритмическими раздражениями с частым ритмом, начавшейся после остановки сокращений («лестница Боудича»). Увеличение концентрации ионов кальция внутри мышечного волокна возникает, по-видимому, и при искусственной стимуляции миокарда сдвоенными (парными) импульсами. Положительный инотропный эффект стимуляции парными импулысами оказывается значительно большим, чем во время применения одиночных импульсов. Таким образом, резкое увеличение сократимости миокарда возможно и без изменения исходной длины мышечных волокон, а лишь вследствие повышения концентрации ионов кальция в тканевой жидкости и внутри мышечного волокна.

4) является одним из факторов гемокоагуляции.

5) Кальций ограничено участвует в поддержании осмотического равновесия.

6) Вместе с инсулином активирует проникновение глюкозы в клетки.

Кальций участвует  во всех жизненных процессах организма. Нормальная свертываемость крови, происходит только в присутствии солей кальция. Кальций играет важную роль в нервно-мышечной возбудимости тканей. При увеличении в крови концентрации ионов кальция и магния нервно-мышечная возбудимость уменьшается, а при увеличении концентрации ионов натрия и калия - повышается. Кальций играет определенную роль и в нормальной ритмической работы сердца.

Справка: Абсорбция кальциевых соединений происходит в верхней части тонких кишок, главным образом в 12-перстной кишке. Здесь на всасывание оказывают большое влияние желчные кислоты. Физиологическая регуляция уровня кальция в крови осуществляется гормонами паращитовидных желез и витамином D через посредство нервной системы.

Уменьшение  всасывния из кишечника: Всасывание ухудшается при избытке жиров, от введения солей магния, калия, от содержания в пище большого количества щавелевой кислоты (шпинат, щавель, свекла), от увеличения фосфатов в пище, инозинтрифосфорная к-та (фитиновые соединения -содержащиеся в зерновых), дефицит витамина D3.

Оптимальное усвоение происходит при соотношении  кальция, фосфора и магния 1:1,4:0,5. (огурцы грунтовые 1:1,8:0,6)

Увеличение  всасывания. Для полного усвоения из кишечника необходимо наличие  активной формы витамина D3, белки пищи, лимонная кислота, лактоза молока. Витамин D способствует абсорбции кальция из кишечника и облегчает отложение кальция и фосфора в костях. Для улучшения усвоения солей кальция и фосфора в кишечнике, особенно при назначении малоусвояемых препаратов кальция, повышения реабсорбции фосфатов в почках и усиления процессов остеогенеза используют цитратную смесь (Acidi citrici 2,0; Natrii citrici 3,5; Ag. destillatae ad 100,0) по 1 чайной ложке 3 раза в день на 10-12 дней.

Преобразование  и распределение:

Большая часть кальция  содержится в костной ткани (99%) в  составе микрокристаллов карбонатапатита 3Са₂(РО₄)₂ · СаСО₃ и гидроксилапатита 3Са₂(РО₄)₂ · СаОН.

 Общий кальций  крови включает три фракции:  белоксвязанный, ионизированный и неионозированный (который находится в составе цитрата, фосфата и сульфата). Нормальное содержание кальция в крови - 9,0-11,5мг/ 100 мл. Кальций находится в сыворотке крови в различных формах: в виде не фильтрующихся коллоидных соединений и фильтрующихся соединений в количестве 4-5 мг%; остальные 5-6мг% кальциевых соединений проходят через ультрафильтры, из них 2мг% находится в ионизированной форме. Коллоидный кальций представляет собой резерв кальция. Соотношение указанных выше форм кальция зависит от ph-концентрации СО₂, от соотношения альбуминов и глобулинов и количества неорганического фосфора. Витамин А повышает уровень кальция в крови при гипервитаминозе.

Обеспеченность  организма кальцием во многом связана  с деятельностью паращитовидных желез, вырабатывающих два гормона - паратгормон и кальцитонин, которые вместе с витамином Д обеспечивают регуляцию кальциевого обмена.

Секреция паратгормона зависит от концентрации ионизированного кальция в сыворотке крови: повышение концентрации ионизированного кальция снижает секрецию, снижение - повышает. Мишени для паратгормона: почки, костная ткань, желудочно-кишечный тракт. Рецепторно-клеточная связь гормона реализуется через мембранно-связанную аденилатциклазу и характеризуется преимущественно изменением обмена кальция.

Действие на почки  проявляется увеличением канальциевой реабсорбции кальция и магния, снижением реабсорбции калия, неорганического фосфата и НСО₃^—. Уменьшается экскреция протонов и ионов аммония. Кроме того, паратгормон повышает способность почечной ткани образовывать активную форму витамина D — 1,25-дегидрооксихолекальциферол.

Действие  на костную ткань характеризуется  тремя основными эффектами:

1) торможением синтеза  коллагена в активных остеобластах;

2) активацией остеолизиса остеокластами;

3) ускорением созревания  клеток-предшественников остеобластов  и остеокластов.

Следствием этих эффектов являются мобилизация кальция из кости (выход в кровь), обеднение матрикса протеингликанами и коллагеном.

Действие паратгормонов на желудочно-кишечный тракт ведет к увеличению всасывания кальция в тонкой кишке, что в свою очередь зависит от обеспеченности организма витамином D и связано со стимулирующим действием паратгормона на образование активной формы витамина D.

Секреция кальцитонина также зависит от концентрации ионизированного кальция в крови: увеличивается в ответ на его повышение и снижается при понижении. Кроме того, повышение содержания кальция в диете ведет к повышенной секреции кальцитонина. Этот эффект опосредуется глюкагоном, продукция которого возрастает при высоком содержании кальция в еде. Глюкагон - биохимический активатор секреции кальцитонина.

Мишень кальцитонина - костная ткань, посредник действия - кальцийзависимая АТФаза. Через нее гормон изменяет работу кальциевого насоса. Эффект проявляется уменьшением рассасывания кости, гипокальциемией и гипофосфатемией, уменьшением экскреции кальция с мочой. Последнее связано с торможением активности остеоцитов и остеокластов.

По результатам  действия паратгормон и кальцитонин - антагонисты, хотя и действуют через разные клетки-мишени. Не исключается ингибиторное влияние кальцитонина на образование активной формы витамина D в почках.