Kalsiyum metabolizması - Calcium metabolism
Kalsiyum metabolizması , vücudun içindeki ( bağırsak yoluyla ) ve dışarı (bağırsak ve böbrekler yoluyla ) ve vücut bölümleri arasında kalsiyum iyonlarının (Ca2 + ) hareketi ve düzenlenmesidir : kan plazması , hücre dışı ve hücre içi sıvılar ve kemik . Kemik, sürekli kemik yeniden şekillenmesi yoluyla kanın ihtiyaç duyduğu birikintiler ve geri çekilmeler için bir kalsiyum depolama merkezi görevi görür .
Kalsiyum metabolizmasının önemli bir yönü , kan plazmasındaki kalsiyum iyonlarının dar sınırlar içinde düzenlenmesi olan plazma kalsiyum homeostazisidir . Plazmadaki kalsiyum seviyesi, paratiroid hormonu (PTH) ve kalsitonin hormonları tarafından düzenlenir . Plazma kalsiyum düzeyi normal aralığın altına düştüğünde, onu yükseltmek için paratiroid bezlerinin baş hücreleri tarafından PTH salınır ; Kalsitonin, plazma kalsiyum seviyesi normal aralığın üzerine çıktığında, düşürmek için tiroid bezinin parafoliküler hücreleri tarafından salınır .
Gövde bölmesi içeriği
Kalsiyum insan vücudunda en bol bulunan mineraldir . Ortalama bir yetişkin vücudu toplamda yaklaşık 1 kg, iskelette %99 kalsiyum fosfat tuzları halinde bulunur. Hücre dışı sıvı (ECF), yaklaşık olarak 22 mmol içerir ve bunun yaklaşık 9 mmol'ü plazmadadır . Yirmi dört saatlik bir süre boyunca kemik ve ECF arasında yaklaşık 10 mmol kalsiyum değiştirilir.
kan konsantrasyonu
Hücrelerin içindeki ( hücre içi sıvıdaki ) kalsiyum iyonlarının konsantrasyonu , kan plazmasındakinden 7.000 kattan daha düşüktür (yani, plazmadaki 1.4 mmol/L ile karşılaştırıldığında <0.0002 mmol/L'de)
Normal plazma seviyeleri
Plazma toplam kalsiyum konsantrasyonu 2.2–2.6 mmol/L (9–10.5 mg/dL) aralığındadır ve normal iyonize kalsiyum 1.3–1.5 mmol/L (4,5–5.6 mg/dL)'dir. Kandaki toplam kalsiyum miktarı, plazmada en bol bulunan protein ve dolayısıyla kandaki proteine bağlı kalsiyumun ana taşıyıcısı olan plazma albümini düzeyine göre değişir . Bununla birlikte, kalsiyumun biyolojik etkisi toplam kalsiyumdan ziyade iyonize kalsiyum miktarı ile belirlenir . Bu nedenle, homeostatik negatif geri besleme sistemleri tarafından çok dar sınırlar içinde kalacak şekilde sıkı bir şekilde düzenlenen plazma iyonize kalsiyum seviyesidir .
Plazmadaki kalsiyumun %35-50'si proteinlere bağlıdır ve %5-10'u organik asitler ve fosfatlarla kompleksler halindedir. Geri kalan (%50-60) iyonize edilir. İyonize kalsiyum doğrudan kolorimetri ile belirlenebilir veya nomogramlardan okunabilir , ancak plazmanın pH ve protein içeriği normalden büyük ölçüde saptığında ikincisinin kullanışlılığı sınırlıdır.
İşlev
Kalsiyumun vücutta birkaç ana işlevi vardır.
Serum proteinlerine bağlı
Proteinlere, özellikle yan zincirleri karboksil (-COOH) gruplarında (örneğin glutamat kalıntıları) sonlanan amino asitlere sahip olanlara kolayca bağlanır. Böyle bir bağlanma meydana geldiğinde, protein zincirindeki elektrik yükleri değişir ve proteinin üçüncül yapısının (yani 3 boyutlu formunun) değişmesine neden olur. Bunun iyi örnekleri, kalsiyum iyonlarının yokluğunda işlevsiz olan, ancak doğru kalsiyum tuzları konsantrasyonunun eklenmesiyle tamamen işlevsel hale gelen kan plazmasındaki pıhtılaşma faktörlerinin birkaçıdır.
Voltaj kapılı sodyum kanalları
Voltaj bağımlı sodyum iyon kanallarının , sinir ve kas hücre membranlarında plazmada kalsiyum iyonu konsantrasyonuna özellikle duyarlıdır. Plazma iyonize kalsiyum seviyelerindeki ( hipokalsemi ) nispeten küçük düşüşler, bu kanalların sinir hücrelerine veya aksonlara sodyum sızdırmasına neden olarak onları hiper-uyarılabilir hale getirir ( pozitif bathmotropik etki ), böylece spontan kas spazmlarına ( tetani ) ve paresteziye (his hissi ) neden olur . "iğneler") ve ağzı yuvarlaklaştırın. Plazma iyonize kalsiyum normalin üzerine çıktığında ( hiperkalsemi ) bu sodyum kanallarına daha fazla kalsiyum bağlanır ve bunlar üzerinde negatif bir banyootropik etkiye sahiptir ve bu da letarji, kas zayıflığı, anoreksi, kabızlık ve kararsız duygulara neden olur.
hücre içi sinyal
Hücre içi kalsiyum iyonu konsantrasyonu son derece düşük olduğundan (yukarıya bakınız) çok küçük miktarlardaki kalsiyum iyonlarının endoplazmik retikulumdan veya hücre dışı sıvılardan girişi, bu iyonların nispi konsantrasyonlarında hızlı, çok belirgin ve kolayca geri döndürülebilir değişikliklere neden olur. sitozol . Bu nedenle, çok etkili bir hücre içi sinyal (ya da "olarak görev yapabilir , ikinci haberci de dahil olmak üzere koşullar çeşitli") kas kasılması , (örneğin, hormonun serbest bırakılması bir insülin beta hücrelerinden pankreatik adacıklar ) veya sinir taşıyıcıları (örneğin, asetilkolin pre -sinaptik sinir terminalleri) ve diğer işlevler.
Kemik
Kalsiyum, yapısal olarak kalsiyum hidroksiapatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) gibi kemiklerde destekleyici malzeme olarak görev yapar .
Kas
Olarak iskelet ve kalp kası serbest kalsiyum iyonları, sarkoplazmik retikulum ( endoplazmik retikulum içinde çizgili kaslar , bağlanması için) , troponin C, protein mevcut aktin ince filamentler ihtiva eden myofibrils . Sonuç olarak troponinin 3 boyutlu yapısı değişir ve bağlı olduğu tropomiyozinin , ince filamentlerin omurgasını oluşturan aktin molekülleri üzerindeki miyozin bağlama bölgelerinden uzağa yuvarlanmasına neden olur . Miyozin daha sonra , ATP'nin enerji sağladığı çapraz köprü döngüsü adı verilen tekrarlayan bir dizi konformasyonel değişiklikten geçmek için ince filament üzerindeki açıkta kalan miyozin bağlama bölgelerine bağlanabilir . Döngü sırasında, her bir miyozin proteini, ince aktin filamenti boyunca 'kürekler', aktin filamenti boyunca miyozin bağlama bölgelerine tekrar tekrar bağlanır, mandallanır ve serbest bırakılır. Gerçekte, kalın filament, ince filament boyunca hareket eder veya kayar, bu da kas kasılmasına neden olur . Bu süreç, kas kasılmasının kayan filament modeli olarak bilinir .
Kaynaklar
Diyetteki kalsiyumun tamamı bağırsaktan kolayca emilemez. En kolay emilen kalsiyum süt ürünlerinde (%72), sebzelerde (%7), tahıllarda (%5), bakliyatlarda (%4), meyvelerde (%3), proteinlerde (%3) bulunur. Bitkisel maddede bulunan kalsiyum genellikle fitatlar , oksalatlar , sitrat ve kalsiyumun çözünmeyen kalsiyum sabunları oluşturmak üzere bağlandığı uzun zincirli yağ asitleri (örneğin palmitik asit ) gibi diğer organik asitlerle kompleks oluşturur.
Kemik depolama
Kemiğe ve kemiğe kalsiyum akışı pozitif, negatif veya nötr olabilir. Nötr olduğunda, günde yaklaşık 5-10 mmol çevrilir. Kemik, toplam vücut kalsiyumunun %99'unu içerdiğinden, kalsiyum için önemli bir depolama noktası görevi görür. Kemikten kalsiyum salınımı , PTH'nin etkisi altında böbrekte üretilen kalsitriol ile birlikte paratiroid hormonu tarafından düzenlenir . Kalsitonin (plazma iyonize kalsiyum seviyeleri yükseldiğinde veya yükseldiğinde tiroid bezi tarafından salgılanan bir hormon; böbrekte üretilen "kalsitriol" ile karıştırılmamalıdır) kalsiyumun kemiğe dahil edilmesini uyarır.
bağırsak emilimi
Normal yetişkin diyeti günde yaklaşık 25 mmol kalsiyum içerir . Bunun sadece yaklaşık 5 mmol'ü günde vücuda emilir (aşağıya bakınız).
Kalsiyum, bağırsak epitel hücresinin fırça kenar membranından emilir . TRPV6 kanalının bağırsak Ca2 + alımında ana oyuncu olduğu öne sürülmüştür . Bununla birlikte, Trpv6 KO fareleri, serum kalsiyum seviyelerinde önemli bir azalma göstermedi ve diğer absorpsiyon yollarının var olması gerektiğini gösteren, sadece hafifçe azaltılmış veya hatta değişmemiş bağırsak Ca2 + absorpsiyonu gösterdi . Son zamanlarda, TRPM7 bağırsak kalsiyum alımı ile bağlantılıydı. Yazarlar, TRPM7'nin bağırsaktan silinmesinin, serum ve kemiklerde güçlü bir şekilde düşük kalsiyum seviyelerine ve yoğun şekilde artan kalsitriol ve PTH seviyelerine yol açtığını, bu da TRPM7'nin , kalsiyumun bağırsaktan toplu olarak alınması için gerekli olduğunu gösterebilir . Hücresel alımından sonra, kalsiyum hemen bağlı kalbindin , bir D vitamini bağımlı kalsiyum-bağlayıcı protein . Kalbindin, kalsiyumu doğrudan epitel hücresinin endoplazmik retikulumuna aktarır, bu sayede kalsiyum, hücrenin sitozolüne veya hücre içi sıvısına girmeden hücrenin karşı tarafındaki bazal membrana aktarılır . Oradan kalsiyum pompaları ( PMCA1 ) kalsiyumu aktif olarak vücuda taşır . Kalsiyum alımı düşük olduğunda , kalsiyumun aktif taşınması esas olarak bağırsağın duodenum kısmında meydana gelir ; ve pasif yoluyla paraselüler taşıma içinde jejunum ve ileum parçaları, kalsiyum alımı bağımsız bir şekilde, D vitamini seviyesinin yüksek olduğu zaman,.
Bağırsaktan kalsiyum aktif emme ile düzenlenir kalsitriol (veya 1,25 dihidroksikolekalsiferol veya 1,25-dihidroksivitamin D 3 kandaki) konsantrasyonu. Kalsitriol bir kolesterol türevidir. Deri üzerinde ultraviyole ışığın etkisi altında, kolesterol previtamin D'ye dönüştürüldüğü 3 kendiliğinden D vitamini izomerleşir 3 (ya da kolekalsiferol). Daha sonra karaciğerde kolekalsiferolden kalsifediole dönüştürülür. Etkisi altında paratiroid hormonu , böbrekler epitel hücreleri (hareket eden aktif hormon kalsitriol, içine kalsifediol dönüştürmek enterositler bağırsak içeriğinden kalsiyumun emilmesinde hızını arttırmak için ince bağırsak astarı). Kısaca döngü şu şekildedir:
Kandaki düşük PTH seviyeleri (plazma iyonize kalsiyum seviyeleri yüksek olduğunda fizyolojik koşullar altında oluşur), kolekalsiferolün kalsitriole dönüşmesini engeller, bu da bağırsaktan kalsiyum emilimini engeller. Plazma iyonize kalsiyum seviyeleri düşük olduğunda bunun tersi olur: paratiroid hormonu kana salgılanır ve böbrekler daha fazla kalsifediol'ü aktif kalsitriole dönüştürerek bağırsaktan kalsiyum emilimini arttırır.
yeniden emilim
Bağırsak
Günde yaklaşık 15 mmol kalsiyum safra yoluyla bağırsaklara atıldığından, her gün oniki parmak bağırsağı ve jejunuma ulaşan toplam kalsiyum miktarı yaklaşık 40 mmol'dür (diyetten 25 mmol artı safradan 15 mmol). , ortalama olarak, 20 mmol kana emilir (geri). Net sonuç, bağırsaktan safra yoluyla atılandan yaklaşık 5 mmol daha fazla kalsiyumun emilmesidir. Aktif kemik oluşumu yoksa (çocuklukta olduğu gibi) veya hamilelik ve emzirme döneminde artan kalsiyum ihtiyacı varsa, bağırsaktan emilen 5 mmol kalsiyum, sadece kısmen düzenlenen idrar kayıplarını telafi eder.
böbrekler
Böbrekler kalsiyum filtre 250 mmol yanlısı idrar (veya bir gün iyonlar glomerular filtre ürünü mmol / d5 yaklaşık idrarı içinde bir ortalama net kaybına yol açan, emilerek 245 mmol) ve. Günde idrarla atılan kalsiyum iyonlarının miktarı kısmen plazma paratiroid hormonu (PTH) seviyesinin etkisi altındadır - yüksek PTH seviyeleri kalsiyum iyonu atılım hızını azaltır ve düşük seviyeler onu arttırır. Ancak paratiroid hormonunun idrarla atılan fosfat iyonlarının (HPO 4 2− ) miktarı üzerinde daha büyük bir etkisi vardır . Fosfatlar, kalsiyum iyonları ile birlikte çözünmeyen tuzlar oluşturur. Plazmadaki yüksek HPO 4 2− konsantrasyonları bu nedenle hücre dışı sıvılardaki iyonize kalsiyum seviyesini düşürür. Böylece, idrarda kalsiyum iyonlarından daha fazla fosfat atılımı, toplam kalsiyum konsantrasyonu azaltılabilse bile plazma iyonize kalsiyum seviyesini yükseltir.
Böbrek plazma iyonize kalsiyum konsantrasyonunu başka bir şekilde etkiler. Bu işleme D vitamini 3 içine kalsitriol , kalsiyum bağırsak emiliminin arttırılması için en etkili olan aktif formda. D vitamini Bu dönüşüm 3 kalsitriol içine, aynı zamanda, yüksek plazma PTH seviyeleri ile teşvik edilmektedir.
Boşaltım
Bağırsak
Fazla kalsiyumun çoğu atılımı safra ve dışkı yoluyla olur, çünkü plazma kalsitriol seviyeleri (nihai olarak plazma kalsiyum seviyelerine bağlıdır), bağırsak içeriğinden safra kalsiyumunun ne kadarının geri emildiğini düzenler.
böbrekler
Kalsiyumun idrarla atılımı normalde yaklaşık 5 mmol (200 mg)/gündür. Bu, dışkı yoluyla atılana göre daha azdır (15 mmol/gün).
Düzenleme
Plazma iyonize kalsiyum konsantrasyonu dar sınırlar içinde düzenlenir (1.3–1.5 mmol/L). Bu, hem tiroid bezinin parafoliküler hücreleri hem de paratiroid bezleri , içinden akan kandaki kalsiyum iyonlarının konsantrasyonunu sürekli olarak algılayarak (yani ölçerek) gerçekleştirilir.
Yüksek plazma seviyesi
Konsantrasyon arttığında, tiroid bezinin parafoliküler hücreleri , bir polipeptit hormonu olan kalsitonin salgılarını kana arttırır . Aynı zamanda paratiroid bezleri de bir polipeptit hormonu olan paratiroid hormonunun (PTH) kana salgılanmasını azaltır. Kanda ortaya çıkan yüksek kalsitonin seviyeleri, kemikteki osteoblastları uyararak kalsiyumu kan plazmasından uzaklaştırır ve onu kemik olarak biriktirir.
Düşük PTH seviyeleri, kalsiyumun iskeletten uzaklaştırılmasını engeller. Düşük PTH seviyelerinin birkaç başka etkisi vardır: idrarda kalsiyum kaybını arttırırlar, ancak daha da önemlisi bu yolla fosfat iyonlarının kaybını engellerler. Fosfat iyonları bu nedenle kalsiyum iyonlarıyla çözünmeyen tuzlar oluşturdukları plazmada tutulacak ve böylece onları kandaki iyonize kalsiyum havuzundan uzaklaştıracaktır. PTH düşük seviyelerde oluşmasını önleyen kalsitriol ile (karıştırılmamalıdır kalsitonin kolekalsiferol dan) (D vitamini 3 böbrekler tarafından).
Kan kalsitriol konsantrasyonundaki azalma , duodenumun epitel hücreleri ( enterositler ) üzerinde (nispeten yavaş) etki ederek, bunların bağırsak içeriğinden kalsiyumu emme yeteneklerini inhibe eder. Düşük kalsitriol seviyeleri aynı zamanda kemik üzerinde de etki ederek osteoklastların kan plazmasına daha az kalsiyum iyonu salmasına neden olur .
Düşük plazma seviyesi
Plazma iyonize kalsiyum seviyesi düşük olduğunda veya düştüğünde tam tersi olur. Kalsitonin sekresyonu inhibe edilir ve PTH sekresyonu uyarılır, bu da plazma kalsiyum seviyesini hızla düzeltmek için kalsiyumun kemikten uzaklaştırılmasına neden olur. Yüksek plazma PTH seviyeleri, idrar yoluyla kalsiyum kaybını engellerken, bu yolla fosfat iyonlarının atılımını uyarır. Ayrıca böbrekleri , bu hücrelerde kalbindin üretimini uyararak bağırsağı kaplayan hücrelerin kalsiyumu bağırsak içeriğinden kana emme yeteneğini artıran kalsitriol (bir steroid hormonu) üretmesi için uyarır . PTH ile uyarılan kalsitriol üretimi ayrıca , osteoklastlar tarafından kemik resorptif aktivitesini artıran osteoblastlardan RANKL (bir sitokin veya lokal hormon ) salınımı yoluyla kalsiyumun kemikten kana salınmasına neden olur . Ancak bunlar nispeten yavaş süreçlerdir.
Böylece plazma iyonize kalsiyum seviyesinin hızlı kısa süreli düzenlenmesi, öncelikle kalsiyumun iskelet içine veya dışına hızlı hareketlerini içerir. Uzun süreli düzenleme, bağırsaktan emilen veya dışkı yoluyla kaybedilen kalsiyum miktarını düzenleyerek sağlanır.
bozukluklar
Hipokalsemi (düşük kan kalsiyumu) ve hiperkalsemi (yüksek kan kalsiyumu) ciddi tıbbi bozukluklardır. Osteoporoz , osteomalazi ve raşitizm , kalsiyum metabolizması bozuklukları ve D vitamininin etkileri ile bağlantılı kemik bozukluklarıdır . Renal osteodistrofi , kalsiyum metabolizmasına bağlı kronik böbrek yetmezliğinin bir sonucudur .
Kalsiyumdan yeterince zengin bir diyet, ilerleyen ( menopoz sonrası ) yaşla birlikte kemikten kalsiyum kaybını azaltabilir . Diyetle alınan düşük kalsiyum alımı, sonraki yaşamda osteoporoz gelişiminde bir risk faktörü olabilir ; ve yeterli miktarda kalsiyum içeren bir diyet, osteoporoz riskini azaltabilir.
Araştırma
Kalsiyumun kolorektal kanser oranlarını düşürmedeki rolü birçok araştırmaya konu olmuştur. Bununla birlikte, mütevazı etkinliği göz önüne alındığında, kanseri azaltmak için kalsiyumun kullanılmasına yönelik mevcut bir tıbbi öneri yoktur.
Ayrıca bakınız
Dipnotlar
Referanslar
Dış bağlantılar
- Çevrimiçi Laboratuvar Testlerinde Kalsiyum
- Nosek, Thomas M. "Bölüm 5/5ch6/5ch6line" . İnsan Fizyolojisinin Temelleri .