Fosfor je chemický prvek se symbolem prvku P. Jako nekov je v 5. hlavní skupině periodické tabulky a nese atomové nebo atomové číslo 15. Hojnost fosfor v zemské kůře se udává jako 0.09%. Fosfor je základní minerál pro člověka a je nejhojnějším minerálem v těle poté vápník. Protože fosfor je velmi reaktivní, vyskytuje se v přírodě výhradně ve vázané formě, hlavně v kombinaci s kyslík (O) jako sůl kyselina fosforečná (H3PO4) - fosfát (PO43-), vodík fosfát (HPO42-), dihydrogenfosforečnan (H2PO4-) - a jako apatit (zkrácený a souhrnný název pro skupinu chemicky podobných, blíže neurčených minerály s obecným chemickým vzorcem Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH)), jako je fluor-, chlor- a hydroxyapatit. V lidském organismu je fosfor základním stavebním kamenem organických sloučenin, jako jsou sacharidy, Proteinů, lipidy, nukleové kyseliny, nukleotidy a vitamíny, jakož i anorganických sloučenin, z nichž vápník fosfát nebo hydroxyapatit (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), který je lokalizován ve skeletu a zubech, je zvláště důležitý. Ve svých sloučeninách je fosfor přítomen hlavně ve valenčních stavech -3, +3 a +5. Fosfor je přítomen prakticky ve všech potravinách. Vysoké částky fosfát se nacházejí zejména v potravinách bohatých na bílkoviny, jako jsou mléčné výrobky, maso, ryby a vajíčka. Vzhledem k použití fosforečnanů - určitých ortofosforečnanů (PO43-), di-, tri- a polyfosforečnanů (kondenzační produkty dvou, tří a několika ortofosforečnanů) - jako přísady do jídla, například jako regulátory kyselosti (udržování konstantní hodnoty pH), emulgátory (kombinace dvou nemísitelných kapalin, jako je olej a voda), antioxidanty (zabraňující nežádoucí oxidaci), konzervanty (antimikrobiální účinek, konzervace) a uvolňovací prostředky, navíc průmyslově zpracované potraviny, jako je maso a uzeniny, tavený sýr, chléb a pekařské výrobky, jídla a omáčky připravené k přímé spotřebě a nápoje a sodovky obsahující colu mají někdy vysoký obsah fosfátů [4, 7-9, 15, 16, 18, 25, 27].
Vstřebávání
Dietní fosfát je většinou ve formě organických sloučenin - například fosfoproteinů, Fosfolipidy- a musí být nejprve absorbovány specifickými fosfatázami (enzymy, kyselina fosforečná z esterů kyseliny fosforečné nebo polyfosforečnanů) kartáčové membrány enterocytů (buněk epitel z tenké střevo) aby byl absorbován jako anorganický fosfát v duodenum a jejunum. Polyfosfáty (kondenzační produkty několika ortofosforečnanů), které tvoří přibližně 10% denního příjmu fosfátů, také podléhají hydrolýze (štěpení reakcí s voda) fosfatázami před střevem vstřebávání (absorpce střevem), zatímco ortofosfáty (PO43-) jsou téměř úplně absorbovány v původní formě. Čím vyšší je stupeň kondenzace (stupeň zesíťování) polyfosforečnanu, tím nižší je jeho enzymatické štěpení v lumen střeva a tím více polyfosfátů se ve stolici (stolici) neabsorbuje. Fosfát rozpuštěný z jeho sloučeniny - volný, anorganický fosfát - je primárně transportován do sliznice buňky (buňky sliznice) duodenum (duodenum) a jejunum (jejunum), v uvedeném pořadí, aktivní, sodík-závislý mechanismus, který přednostně používá vodík fosfát (HPO42-) jako substrát. Kromě toho existuje pasivní proces, při kterém anorganický fosfát vstupuje do krevního řečiště paracelulárně (přes intersticiální prostory intestinálních epiteliálních buněk) podél elektrochemického gradientu. Paracelulární vstřebávání, který se vyskytuje v celém střevním traktu včetně dvojtečka (tlusté střevo), se stává zvláště důležitým při požití vyššího množství fosfátu. Ve srovnání s aktivním vstřebávání mechanismus, pasivní střevní absorpce však není zdaleka tak efektivní, a proto se celkové absorbované množství zvyšuje absolutně se zvyšujícím se obsahem fosfátů dávka, ale relativně klesá. Zatímco aktivní transcelulárníhmota transport přes epiteliální buňky střeva) je resorpce fosfátů regulována parathormonu (PTH, peptidový hormon syntetizovaný v příštítná tělíska), kalcitriol (fyziologicky aktivní forma vitamin D) a kalcitonin (peptidový hormon syntetizovaný v C buňkách štítná žláza), proces pasivního paracelulárního přenosu zůstává nedotčen hormonů uvedené. Regulace transcelulární reabsorpce fosfátů PTH, kalcitriol, a kalcitonin je podrobněji popsána níže. Rychlost absorpce fosfátů je vyšší v růstové fázi než v dospělosti. Například absorpce fosfátů u kojence, batolete a dítěte, které mají pozitivní fosfát vyvážit (příjem fosfátů přesahuje vylučování fosfátů), je mezi 65-90%, zatímco dospělí absorbují anorganický fosfát ze smíšeného strava na 55-70%. Kromě biologického věku fosfát biologická dostupnost je také závislá na úrovni příjmu fosfátů v potravě - inverzní korelace (čím vyšší je příjem fosfátů, tím nižší je biologická dostupnost) - typ fosfátové sloučeniny a interakce s přísadami potravin. Následující faktory inhibují absorpci fosfátů:
- Zvýšený příjem určitých minerály a stopové prvky, Jako vápník, hliník, a železo - Srážení volného fosfátu tvorbou nerozpustného komplexu.
- Dietní poměr vápník: fosfát (Ca: P) by měl být u dětí 0.9 - 1.7: 1; od dospělých by se nemělo vyžadovat udržování specifického dietního poměru Ca: P
- Kyselina fytová (hexafosfátový ester myo-inositolu) - v obilovinách a luštěninách je fosfát přítomen převážně ve vázané formě jako kyselina fytová, a proto ho lidský organismus nevyužije kvůli nepřítomnosti fytázy (enzymu, který štěpí kyselinu fytovou zadržováním vody) a uvolňuje vázaný fosfát) v zažívacím traktu; pouze mikrobiální fytázy nebo aktivace rostlinných fytáz, například při výrobě chleba kváskem nebo speciálním zpracováním těsta, během fermentace a klíčení může být fosfát uvolňován z jeho komplexu a resorbován
Kvůli někdy vysokému obsahu kyseliny fytové v rostlinných potravinách, jako jsou obiloviny, zelenina, luštěniny a ořechy, fosfor z potravin živočišného původu je většinou dostupnější. Potraviny rostlinného původu bohaté na fytáty mohou mít až o 50% méně biologická dostupnost. Například fosfor z masa je absorbován v průměru ~ 69%, z mléko ~ 64% a ze sýra ~ 62%, zatímco z celozrnného žita chléb v průměru je ve střevě absorbováno pouze asi 29% fosforu. Následující faktory podporují absorpci fosfátů:
- 1,25-dihydroxylcholekalciferol (1,25- (OH) 2-D3, kalcitriol - metabolicky aktivní vitamin D).
- Vysoké pH
Distribuce v těle
Celkové množství fosforu v těle je asi 17 g (0.5%) u novorozence a mezi 600-700 g (0.65-1.1%) u dospělých. Více než 85% se nachází v anorganických sloučeninách s vápníkem ve formě fosforečnanu vápenatého a hydroxyapatitu (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2) v kostře a zubech. 65-80 g (10–15%) fosforu v těle je převážně lokalizováno jako složka organických sloučenin - energeticky bohatých fosfátových sloučenin, jako jsou adenosin trifosfát (ATP, univerzální nosič energie) a kreatin fosfát (PKr, dodavatel energie ve svalové tkáni), Fosfolipidyatd. - ve zbývajících tkáních, například mozek, játra a svaly. Extracelulární prostor obsahuje pouze asi 0.1% fosforu v těle [2, 5, 7-9, 11, 15, 18, 25, 27]. Asi 1.2 g (0.2-5%) celkového zásobního fosforu je snadno vyměnitelné a je metabolizováno až desetkrát denně, přičemž nejpomalejší metabolismus fosfátů je mozek a nejrychlejší v krev buňky - erytrocyty (červené krvinky), leukocyty (bílý krev buňky), destičky (trombocyty). v tělní tekutiny, fosfor je přítomen v asi 30% anorganické formě, primárně jako dvojmocný (bivalentní) vodík fosforečnan (HPO42-) a monovalentní (monovalentní) dihydrogenfosforečnan (H2PO4-). Kromě toho existují organické fosfátové sloučeniny, jako jsou fosfátové estery, fosfáty vázané na lipidy a proteiny. Při fyziologickém pH 7.4 je poměr HPO42- k H2PO4- 4: 1. Pokud stoupne pH, protony (ionty H +) vázané na fosfát se stále více uvolňují do prostředí, takže za silně alkalických podmínek (pH = 13), PO43- a HPO42- se nacházejí hlavně. Naproti tomu za silně kyselých podmínek (pH = 1) dominují H3PO4 a H2PO4, protože fosfor stále více odebírá H + ionty z prostředí a váže je. Fosfor tedy působí jako dihydrogenfosforečnan-hydrogenfosforečnanový systém (H2PO4- ↔ H + + HPO42-) v kyselé bázi vyvážit jako vyrovnávací paměť v buňce, v krev v plazmě i v moči (→ udržování pH). Celkový fosfor v krvi je přibližně 13 mmol / l (400 mg / l). Anorganický fosfát v krevní plazmě (dospělí 0.8-1.4 mmol / l [2, 7, 25-27]; děti 1.29-2.26 mmol / l) je ze 45% tvořen komplexem, 43% ionizován a 12% je vázáno na Proteinů. Krevní organické fosfátové sloučeniny zahrnují lipoproteiny (agregáty lipidů a proteinů) plazmy a Fosfolipidy of erytrocyty (červené krvinky). Koncentraci fosfátu v séru ovlivňují následující faktory:
- Cirkadiánní (vlastní periodický) rytmus - hladiny fosfátového séra jsou nejnižší ráno / ráno a nejvyšší odpoledne / večer
- Biologický věk
- Kojenci, malé děti a školáci mají významně vyšší hladinu fosfátů v krvi než dospělí (→ mineralizace kostí).
- S rostoucím věkem je pozorován pokles koncentrace fosfátů v séru - na rozdíl od koncentrace vápníku, která je udržována v relativně úzkých mezích a stejná po celý život
- Rod
- Kvalita a množství příjmu potravy
- Druh a množství fosfátových sloučenin
- Poměr faktorů inhibujících resorpci k faktorům podporujícím resorpci.
- Nadměrný příjem sacharidů - může, zejména u diabetické ketoacidózy (těžké metabolické vykolejení (překyselení) při absenci inzulínu v důsledku nadměrné koncentrace ketonů (organických kyselin) v krvi) nebo realimentace (opětovné zahájení příjmu potravy) po těžké podvýživě (podvýživa) ), vedou k poklesu extracelulární (mimo buňky) koncentrace fosfátů - hypofosfatémie (nedostatek fosfátů) - protože pro zvýšenou intracelulární (uvnitř buněk) glykolýza (štěpení sacharidů) zvýšené estery fosfátů, jako je ATP pro fosforylační reakce (připojení musí být poskytnuta fosfátová skupina na molekulu) a ADP (adenosindifosfát) pro syntézu ATP, které jsou odebírány z krve
- Množství fosfátu absorbovaného a vyloučeného tělem.
- Hormonální interakcí - parathormonukalcitriol, kalcitonin a další hormonů (viz. níže).
- Změna distribuce fosfátů mezi intracelulárním a extracelulárním prostorem, například při zneužívání alkoholu (zneužívání alkoholu) a po nadměrném (nadměrném) příjmu sacharidů, což může mít za následek zvýšení intracelulárního a snížení obsahu extracelulárního fosfátu v důsledku zvýšené glykolýzy - v závislosti na na příčině mohou nastat výkyvy (fluktuace) až do 2 mg / dl, které nemusí nutně odrážet nedostatečné nebo nadměrné zásobování
Kvůli někdy silnému vlivu výše uvedených mechanismů není hladina fosfátu v séru vhodným měřítkem pro stanovení celkového tělesného zásob fosforu.
Vylučování
K vylučování fosfátů dochází 60–80% ledvinami a 20–40% stolicí (stolicí). Fosfát vylučovaný stolicí se pohybuje od 0.9 do 4 mg / kg tělesné hmotnosti. Z toho většina (~ 70-80%) je intestinálně neabsorbovaný fosfor a menší procento je fosfor vylučovaný (vylučován) do zažívací trakt. V ledvina, fosfát je filtrován (140-250 mmol / den) v glomerulech (kapilární cévní spleti ledvina) a - při přepravě s sodík ionty (Na +) - je reabsorbován v proximálním tubulu (hlavní část renálních tubulů) o 80-85%. Množství vylučovaného ledvinami (vylučováno pomocí ledvina) fosfát závisí na fosfátu v séru koncentrace - pozitivní korelace s absorpcí fosfátů (čím vyšší je absorpce, tím vyšší je koncentrace fosfátů v krvi) - a s množstvím tubulárně reabsorbovaného fosfátu. Pokud množství filtrovaného fosfátu překročí transportní maximum proximálního tubulu, objeví se fosfát v moči. To je případ obsahu fosfátů v krevní plazmě> 1 mmol / l, který je již překročen u zdravých jedinců. U kojenců je kapacita renálního vylučování fosfátů obzvláště nízká kvůli dosud nevyvinuté renální funkci. V souladu s tím mateřské mléko má nízký obsah fosforu. Ke kvantifikaci vylučování renálních fosfátů je nezbytný sběr 24hodinové moči, protože vylučování renálních fosfátů podléhá zřetelnému rytmu den-noc - ráno / ráno močový fosfát koncentrace je nejnižší, odpoledne / večer nejvyšší. Za fyziologických podmínek (normálních pro metabolismus) se během 310 hodin vylučuje močí 1,240–10 40 mg (24–XNUMX mmol) fosfátu. Existuje několik náznaků, že vysocefruktóza strava-20% z celkové energie ve formě fruktóza (ovoce cukr) - zvyšuje ztrátu fosfátů v moči a vede k negativnímu fosfátu vyvážit (vylučování fosfátů převyšuje příjem fosfátů). A strava nízko magnézium zároveň tento účinek posiluje. Příčinou je myšlenka být chybějící mechanismus zpětné vazby fruktóza metabolismus, takže nadměrné množství fruktóza-1-fosfátu je syntetizováno (vytvořeno) z fruktózy v játra se spotřebou fosfátů a hromadí se v buňce - „zachycování fosfátů“. Protože spotřeba fruktózy v Německu prudce vzrostla od zavedení fruktózového sirupu nebo glukóza-fruktózový sirup (kukuřice sirup) - se současným poklesem v magnézium příjem - tato interakce živin je stále důležitější. Proces vylučování fosfátů ledvinami nebo tubulární absorpce fosfátů je hormonálně řízen. Zatímco parathormonu (peptidový hormon syntetizovaný v příštítná tělíska), kalcitonin (peptidový hormon syntetizovaný v C buňkách štítná žláza), estrogen (steroidní hormon, ženský pohlavní hormon) a tyroxin (T4, hormon štítné žlázy) zvyšuje vylučování fosfátů ledvinami, je snižováno růstovým hormonem, inzulín (krev cukr- nízký peptidový hormon) a Kortizol (glukokortikoid, který aktivuje katabolické (degradativní) metabolické procesy). Stimulační účinek na vylučování fosfátů ledvinami vyvolává také zvýšený příjem vápníku a acidóza (překyselení těla, pH krve <7.35).
Hormonální regulace fosfátové homeostázy
Regulace homeostázy fosfátů je pod hormonální kontrolou a probíhá hlavně ledvinami. Kromě toho se kost také podílí na regulaci fosfátové rovnováhy díky své fyziologické funkci jako zásoba minerálů a tenké střevo. Metabolismus fosfátů je regulován různými hormony, z nichž nejvýznamnější jsou následující:
- Parathormony (PTH)
- Kalcitriol (1,25-dihydroxylcholekalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
- Kalcitonin
Uvedené hormonů ovlivňují uvolňování nebo absorpci fosfátů do kosti, absorpci fosfátů ve střevě a vylučování fosfátů ledvinami. Metabolismus anorganického fosfátu je úzce spjat s metabolismem vápníku. Parathormon a kalcitriol
Při poklesu hladiny vápníku v séru - v důsledku nedostatečného příjmu, zvýšených ztrát nebo snížené absorpce ve střevě v důsledku nadměrného příjmu fosfátů (→ tvorba nerozpustného komplexu fosforečnanu vápenatého) nebo nadměrných hladin fosfátů v krevní plazmě (→ zablokování ledvin 1,25, 2- (OH) 3-D1 syntéza) - paratyroidní hormon (PTH) se stále více syntetizuje v příštítných buňkách a vylučuje se (vylučuje) do krevního řečiště. PTH zasahuje ledviny a stimuluje expresi 25-alfa-hydroxylázy (enzym, který vnáší hydroxylovou (OH) skupinu do molekuly) v proximálním tubulu (hlavní část renálních tubulů), čímž přeměňuje 3-OH-D25 (1,25 -hydroxycholekalciferol, kalcidiol) na 2- (OH) 3-DXNUMX, biologicky aktivní formu vitamin D [1–4, 14, 15, 18, 25, 27]. V kostech stimulují PTH a 1,25- (OH) 2-D3 aktivitu osteoklastů, které vést k rozpadu kostní látky. Vzhledem k tomu, že vápník je v kostním systému uložen ve formě hydroxyapatitu (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), jsou ionty vápníku a fosforečnanu současně uvolňovány z kosti a uvolňovány do extracelulárního prostoru [1-3, 15, 16, 18 ]. Na hraniční membráně kartáče duodenum a jejunum, 1,25- (OH) 2-D3 podporuje aktivní transcelulární reabsorpci vápníku a fosfátů a tím transport obou minerály do extracelulárního prostoru [1-4, 15, 16, 18, 25, 27]. V ledvinách PTH inhibuje tubulární reabsorpci fosfátů a podporuje tubulární reabsorpci vápníku. Nakonec dochází ke zvýšené renální exkreci fosfátu, který se akumuloval v krvi mobilizací z kosti a reabsorpcí ze střeva. Snížení hladin fosfátů v séru na jedné straně brání srážení fosforečnanu vápenatého v tkáních a na druhé straně stimuluje uvolňování vápníku z kostí - ve prospěch sérového vápníku koncentrace [1-3, 15, 16, 18, 27]. Výsledkem účinků PTH a kalcitriolu na pohyby vápníku a fosfátů mezi jednotlivými kompartmenty (částmi těla ohraničenými biomembránami) je zvýšení extracelulární koncentrace vápníku a snížení hladiny fosfátů v séru. U pacientů s chronická renální nedostatečnost (chronický selhání ledvin), rychlost glomerulární filtrace je snížena, což má za následek nedostatečné vylučování fosfátů a nedostatečnou reabsorpci vápníku. Výsledkem je snížená koncentrace vápníku v séru (hypokalcémie) a zvýšený obsah fosfátů v krevní plazmě (hyperfosfatemie (nadbytek fosfátů)). Nakonec dochází ke zvýšené sekreci PTH - sekundární hyperparatyreóza (hyperfunkce příštítných tělísek) - která způsobuje výše uvedené účinky na ledviny, střeva a kosti (→ zvýšená mobilizace fosforečnanem vápenatým zvyšuje riziko osteoporóza (ztráta kostní hmoty)). Kvůli zhoršené funkci ledvin však nelze pomocí PTH normalizovat zvýšenou koncentraci fosfátů v séru. Pokud hladina fosfátu v séru stoupne nad 7 mmol / l, fosfát se spojí s vápníkem a vytvoří špatně rozpustný, neabsorbovatelný komplex fosforečnanu vápenatého, který zhoršuje pokles hladin vápníku v séru a je spojen s kalcifikací (usazeninami vápníku) v kosti), například krev plavidla, ledviny (→ nefrokalcinóza), klouby, a svaly, a může být nakonec doprovázen reaktivním zánětem a nekróza postižené tkáně (→ patologická smrt buněk). Při stávající renální nedostatečnosti by tedy měl být příjem fosfátů v potravě omezen na 800–1,000 XNUMX mg / den a v závislosti na závažnosti onemocnění by mělo být další použití fosfátových pojiv (drogy které odstraňují fosfáty z absorpce komplexací), jako je vápník soli, je označeno (uvedeno). V minulosti, hliník sloučeniny byly často používány k inhibici absorpce fosfátů u pacientů s nedostatečností ledvin. V dnešní době jsou tyto sloučeniny nahrazovány hlavně uhličitan vápenatý, od té doby hliník má toxický (jedovatý) účinek ve vyšších množstvích. Prodloužené zvýšené hladiny kalcitriolu v séru vést k inhibici syntézy a proliferace PTH (růstu a množení) příštítných tělísek - negativní zpětná vazba. Tento mechanismus probíhá prostřednictvím receptorů vitaminu D3 příštítných tělísek. Pokud kalcitriol obsazuje tyto receptory specifické pro sebe, může vitamin ovlivňovat metabolismus cílového orgánu. Kalcitonin
Zvýšení koncentrace vápníku v séru způsobí, že C buňky štítné žlázy syntetizují a vylučují (vylučují) zvýšené množství kalcitoninu. V kostech kalcitonin inhibuje aktivitu osteoklastů a tím i rozpad kostní tkáně, podporuje ukládání vápníku a fosfátů do skeletu. V dvanáctníku (tenké střevo) a jejunum (prázdné střevo), peptidový hormon snižuje aktivní absorpci vápníku a fosfátu do enterocytů (buněk tenkého střeva epitel). Kalcitonin současně stimuluje vylučování vápníku a fosfátů v ledvinách inhibicí tubulární reabsorpce. Prostřednictvím těchto mechanismů vede kalcitonin ke snížení koncentrací vápníku i fosfátů v séru. Kalcitonin představuje přímého antagonistu (oponenta) vůči PTH. Když se tedy zvýší extracelulární volný vápník, syntéza a sekrece PTH z příštítná tělíska a PTH-indukovaná renální produkce 1,25- (OH) 2-D3 je snížena. To má za následek sníženou mobilizaci fosforečnanu vápenatého z kostí, sníženou střevní reabsorpci vápníku a fosfátů a sníženou tubulární reabsorpci vápníku, což vede ke zvýšené exkreci vápníku ledvinami. Výsledek - odpovídá mechanismus účinku kalcitoninu - je pokles koncentrace extracelulárního volného vápníku a hladiny fosfátů v séru. Hormonální regulace fosfátového metabolismu umožňuje přizpůsobení se měnícím se úrovním příjmu fosfátů nebo toleranci relativně vysokých hladin fosfátů, což je zásadní vzhledem k tomu, že denní příjem fosfátů u německých mužů a žen - v průměru 1,240 1,350 - 700 6 mg / den - překračuje doporučení 8 mg / den. Na rozdíl od vápníku, jehož koncentrace v séru je udržována konstantní v relativně úzkých mezích, je fosfátová homeostáza regulována méně přísně [15-18, 27, XNUMX, XNUMX].
