Fosfor er et kjemisk element med elementssymbolet P. Som et ikke-metall, er det i 5. hovedgruppe i det periodiske systemet og bærer atom- eller atomnummeret 15. Overflaten av fosfor i jordskorpen er gitt som 0.09%. Fosfor er et essensielt mineral for mennesker og er det rikeste mineral i kroppen etter kalsium. Siden fosfor er veldig reaktiv, forekommer det i naturen utelukkende i bundet form, hovedsakelig i kombinasjon med oksygen (O) som et salt av fosforsyre (H3PO4) - fosfat (PO43-), hydrogen fosfat (HPO42-), dihydrogenfosfat (H2PO4-) - og som apatitt (kort og samlet navn for en gruppe kjemisk like, uspesifisert mineraler med den generelle kjemiske formelen Ca5 (PO4) 3 (F, Cl, OH)), slik som fluor-, klor- og hydroksyapatitt. I den menneskelige organismen er fosfor en viktig byggestein for organiske forbindelser, som f.eks karbohydrater, proteiner, lipider, nukleinsyrer, nukleotider og vitaminersamt uorganiske forbindelser, hvorav kalsium fosfat eller hydroksyapatitt (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), som er lokalisert i skjelettet og tennene, er spesielt viktig. I dets forbindelser er fosfor hovedsakelig til stede i valensstatusene -3, +3 og +5. Fosfor er tilstede i praktisk talt alle matvarer. Store mengder fosfat finnes spesielt i proteinrike matvarer, som meieriprodukter, kjøtt, fisk og egg. På grunn av bruken av fosfater - visse ortofosfater (PO43-), di-, tri- og polyfosfater (kondensasjonsprodukter av henholdsvis to, tre og flere ortofosfater) - som tilsetningsstoffer, for eksempel som surhetsregulatorer (holder pH konstant), emulgatorer (kombinerer to ikke-blandbare væsker, for eksempel olje og Vann), antioksidanter (forhindrer uønsket oksidasjon), konserveringsmidler (antimikrobiell effekt, konservering), og frigjøringsmidler, dessuten industrielt bearbeidede matvarer, som kjøtt- og pølseprodukter, bearbeidet ost, brødskiver og bakeprodukter, spiseklare måltider og sauser, og colaholdige drikker og brus, har noen ganger høyt fosfatinnhold [4, 7-9, 15, 16, 18, 25, 27].
Absorpsjon
Kostfosfat er hovedsakelig i form av organiske forbindelser, for eksempel fosfoproteiner, fosfolipider-og må først absorberes av spesifikke fosfataser (enzymer, fosforsyre fra fosforsyreestere eller polyfosfater) av penselmembranen til enterocytter (celler i epitel av tynntarm) for å bli absorbert som uorganisk fosfat i tolvfingertarmen og jejunum. Polyfosfater (kondensasjonsprodukter av flere ortofosfater), som utgjør ca. 10% av det daglige fosfatinntaket, gjennomgår også hydrolyse (spaltning ved reaksjon med Vann) av fosfataser før tarm absorpsjon (absorpsjon via tarmen), mens ortofosfater (PO43-) absorberes nesten fullstendig i sin opprinnelige form. Jo høyere kondensasjonsgrad (grad av tverrbinding) av et polyfosfat, desto lavere blir enzymatisk spaltning i tarmlumen og jo flere polyfosfater skilles ut uabsorbert i avføringen (avføring). Fosfat oppløst fra forbindelsen - fritt, uorganisk fosfat - transporteres primært inn i slimhinne celler (slimhinneceller) i tolvfingertarmen (tolvfingertarmen) og jejunum (jejunum), henholdsvis av en aktiv, natrium-avhengig mekanisme som fortrinnsvis bruker hydrogen fosfat (HPO42-) som substrat. I tillegg eksisterer en passiv prosess der uorganisk fosfat kommer inn i blodstrømmen paracellulært (gjennom de interstitielle rom i tarmepitelceller) langs en elektrokjemisk gradient. Paracellular absorpsjon, som forekommer i hele tarmkanalen inkludert kolon (tyktarmen), blir spesielt viktig når høyere mengder fosfat inntas. Sammenlignet med det aktive absorpsjon mekanisme, men passiv tarmabsorpsjon er ikke på langt nær så effektiv, og derfor øker den totale mengden absorbert absolutt med økende fosfat dose, men avtar relativt sett. mens aktiv transcellular (masse transport gjennom epitelcellene i tarmen) er fosfatresorpsjon regulert av parathyreoideahormon (PTH, et peptidhormon syntetisert i paratyreoidea), kalsitriol (fysiologisk aktiv form av vitamin D) Og kalsitonin (et peptidhormon syntetisert i C-celler i skjoldbruskkjertelen) forblir den passive paracellulære transportprosessen upåvirket av hormoner oppført. Reguleringen av transcellulær fosfatreabsorpsjon av PTH, kalsitriolog kalsitonin er diskutert mer detaljert nedenfor. Hastigheten for fosfatabsorpsjon er høyere i vekstfasen enn i voksen alder. For eksempel fosfatabsorpsjon hos spedbarn, småbarn og barn som har et positivt fosfat balansere (fosfatinntak overstiger fosfatutskillelse), er mellom 65-90%, mens voksne absorberer uorganisk fosfat fra en blandet kosthold på 55-70%. I tillegg til biologisk alder, fosfat biotilgjengelighet er også avhengig av nivået av fosfatinntak i dietten - omvendt korrelasjon (jo høyere fosfatinntaket er, desto lavere er biotilgjengeligheten) - typen fosfatforbindelse og interaksjon med matingredienser. Følgende faktorer hemmer fosfatabsorpsjon:
- Økt inntak av visse mineraler og sporstoffer, Eksempel kalsium, aluminiumog jern - Nedbør av fritt fosfat ved dannelse av et uoppløselig kompleks.
- Kalsium: fosfat (Ca: P) -forholdet i kosten bør være 0.9-1.7: 1 hos barn; voksne bør ikke kreves for å opprettholde et spesifikt Ca: P-forhold
- Fytinsyre (heksafosfatester av myo-inositol) - i frokostblandinger og belgfrukter er fosfat overveiende tilstede i bundet form som fytinsyre og kan således ikke brukes av den menneskelige organismen på grunn av fravær av fytase (enzym som spalter fytinsyre ved vannretensjon og frigjør bundet fosfat) i fordøyelseskanalen; bare ved mikrobielle fytaser eller aktivering av plante-egne fytaser, for eksempel i brødproduksjon ved surdeig eller spesiell deigbehandling, under gjæring og spiring, kan fosfat frigjøres fra dets kompleks og resorberes
På grunn av det til tider høye fytinsyreinnholdet i plantefôr, som frokostblandinger, grønnsaker, belgfrukter og nøtter, fosfor fra matvarer av animalsk opprinnelse er stort sett mer tilgjengelig. Fytatrike matvarer av vegetabilsk opprinnelse kan ha opptil 50% lavere biotilgjengelighet. For eksempel absorberes fosfor fra kjøtt i gjennomsnitt ~ 69%, fra melk ~ 64%, og fra ost ~ 62%, mens fra fullkornsrug brødskiver bare omtrent 29% av fosforet blir i gjennomsnitt absorbert i tarmen. Følgende faktorer fremmer fosfatabsorpsjon:
- 1,25-dihydroksylkolciferol (1,25- (OH) 2-D3, kalsitriol - metabolisk aktiv vitamin D).
- Høy pH
Distribusjon i kroppen
Den totale mengden fosfor i kroppen er ca. 17 g (0.5%) hos nyfødte og mellom 600-700 g (0.65-1.1%) hos voksne. Mer enn 85% av det finnes i uorganiske forbindelser med henholdsvis kalsium i form av kalsiumfosfat og hydroksyapatitt (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2)) i skjelettet og tennene. 65-80 g (10-15%) av kroppens fosfor er overveiende lokalisert som en komponent i organiske forbindelser - energirike fosfatforbindelser, som f.eks. adenosin trifosfat (ATP, universal energibærer) og kreatin fosfat (PKr, energileverandør i muskelvev), fosfolipiderosv. - i de gjenværende vevene, for eksempel hjerne, leveren og muskler. Det ekstracellulære rommet inneholder bare ca. 0.1% av kroppens fosfor [2, 5, 7-9, 11, 15, 18, 25, 27]. Cirka 1.2 g (0.2-5%) av den totale fosformassen byttes lett og metaboliseres opptil ti ganger om dagen, med den tregeste fosfatmetabolismen i hjerne og den raskeste i blod celler - erytrocytter (røde blodceller), leukocytter (hvit blod celler), blodplater (trombocytter). I kroppsvæsker, fosfor er tilstede i ca. 30% uorganisk form, primært som toverdig (toverdig) hydrogen fosfat (HPO42-) og monovalent (monovalent) dihydrogenfosfat (H2PO4-). I tillegg eksisterer organiske fosfatforbindelser, slik som fosfatestere, lipidbundet og proteinbundet fosfat. Forholdet mellom HPO7.4- og H42PO2- ved en fysiologisk pH på 4 er 4: 1. Hvis pH stiger, frigjøres protonene (H + -ioner) som er bundet til fosfat i økende grad i omgivelsene, slik at under sterkt alkaliske forhold (pH = 13), PO43- og HPO42- er hovedsakelig funnet. I motsetning til dette, under sterkt sure forhold (pH = 1), dominerer H3PO4 og H2PO4- siden fosfor i stadig større grad trekker H + -ioner ut av miljøet og binder dem. Således fungerer fosfor som et dihydrogenfosfat-hydrogenfosfatsystem (H2PO4- ↔ H + + HPO42-) i syrebasen balansere som en buffer i cellen, i blod plasma så vel som i urin (→ vedlikehold av pH). Totalt fosfor i blod er omtrent 13 mmol / l (400 mg / l). Uorganisk fosfat i blodplasma (voksne 0.8-1.4 mmol / l [2, 7, 25-27], barn 1.29-2.26 mmol / l) er 45% kompleks, 43% ionisert og 12% bundet til proteiner. Organiske fosfatforbindelser i blod inkluderer lipoproteiner (aggregater av lipid og protein) i plasma og fosfolipider of erytrocytter (røde blodceller). Serumfosfatkonsentrasjonen påvirkes av følgende faktorer:
- Døgnrytme (kroppens egen periodiske) rytme - fosfat serumnivåer er lavest om morgenen / morgenen og høyest om ettermiddagen / kvelden
- Biologisk alder
- Spedbarn, små barn og skolebarn har betydelig høyere fosfatnivå i blodet enn voksne (→ mineralisering av bein).
- Med økende alder observeres en reduksjon i serumfosfatkonsentrasjonen - i motsetning til kalsiumkonsentrasjonen, som holdes innenfor relativt smale grenser og den samme gjennom hele livet
- Kjønn
- Kvalitet og mengde matinntak
- Type og mengde fosfatforbindelser
- Forholdet mellom resorpsjonshemmende og resorpsjonsfremmende faktorer.
- Overdreven karbohydratinntak - kan, spesielt ved diabetisk ketoacidose (alvorlig metabolsk avsporing (overforsuring) i fravær av insulin på grunn av overdreven konsentrasjon av ketonlegemer (organiske syrer) i blodet) eller realimering (omstart av matinntaket) etter alvorlig underernæring (underernæring) ), føre til et fall i ekstracellulær (utenfor cellene) fosfatkonsentrasjon - hypofosfatemi (fosfatmangel) - fordi for den økte intracellulære (inne i cellene) økte glykolyse (karbohydratnedbrytning) fosfatestere, slik som ATP for fosforyleringsreaksjoner (vedlegg av det må tilveiebringes en fosfatgruppe til et molekyl) og ADP (adenosindifosfat) for ATP-syntese som trekkes ut av blodet
- Mengden fosfat absorbert og utskilt av kroppen, henholdsvis.
- hormonelle interaksjoner - parathyreoideahormon, kalsitriol, kalsitonin og andre hormoner (Se nedenfor).
- Endring i fosfatfordeling mellom intracellulært og ekstracellulært rom, for eksempel i alkoholmisbruk (alkoholmisbruk) og etter overdreven (overdreven) inntak av karbohydrater, noe som kan resultere i en økning i intracellulær og reduksjon i ekstracellulært fosfatinnhold på grunn av økt glykolyse - avhengig på grunn kan svingninger (svingninger) forekomme opptil 2 mg / dl, som ikke nødvendigvis gjenspeiler henholdsvis under- eller overforsyning
På grunn av den til tider sterke innflytelsen av mekanismene som er nevnt ovenfor, er ikke serumfosfatnivået et passende mål for å bestemme den totale kroppsbeholdningen av fosfor.
utskillelse
Fosfatutskillelse skjer 60-80% via nyrene og 20-40% via avføring (avføring). Fosfat eliminert via avføring varierer fra 0.9-4 mg / kg kroppsvekt. Av dette er det meste (~ 70-80%) intestinalt ikke-absorbert fosfor, og en mindre andel er fosfor utskilt (utskilt) i fordøyelseskanalen. på nyre, blir fosfat filtrert (140-250 mmol / dag) i glomeruli (kapillær vaskulære floker av nyre) og - i transport med natrium ioner (Na +) - absorberes på nytt i den proksimale tubuli (hoveddelen av nyretubuli) med 80-85%. Mengden renal eliminert (utskilt via nyre) fosfat avhenger av serumfosfat konsentrasjon - positiv korrelasjon med fosfatopptak (jo høyere opptak, jo høyere fosfatkonsentrasjon i blodet) - og på mengden fosfat reabsorberes tubulært. Hvis mengden filtrert fosfat overstiger transportmaksimum for den proksimale tubuli, vises fosfat i urinen. Dette er tilfelle med et fosfatinnhold i blodplasmaet> 1 mmol / l, som allerede er overskredet hos friske individer. Spesielt hos spedbarn er kapasiteten for renal utskillelse av fosfat lav på grunn av den ikke fullt utviklede nyrefunksjonen. Tilsvarende, morsmelk har et lavt innhold av fosfor. For å kvantifisere utskillelse av nyrefosfat er det nødvendig med 24-timers urin fordi renal fosfatutskillelse er underlagt en tydelig dag-natt-rytme - morgen / morgen urinfosfat konsentrasjon er lavest, ettermiddag / kveld høyest. Under fysiologiske forhold (normalt for metabolisme) skilles 310-1,240 10 mg (40-24 mmol) fosfat ut i urinen innen XNUMX timer. Det er flere indikasjoner på at en høyfruktose kosthold-20% av total energi i form av fruktose (frukt sukker) øker urinfosfat tap og fører til negativt fosfat balansere (fosfatutskillelse overstiger fosfatinntaket). EN kosthold lav i magnesium samtidig forsterker denne effekten. Årsaken antas å være en manglende tilbakemeldingsmekanisme i fruktose metabolisme, slik at en over gjennomsnittlig mengde fruktose-1-fosfat syntetiseres (dannes) fra fruktose i leveren med fosfatforbruk og akkumuleres i cellen - “fosfatfangst”. Siden fruktoseforbruket i Tyskland har økt kraftig siden introduksjonen av fruktosesirup eller glukosefruktose sirup (mais sirup) - med en samtidig nedgang i magnesium inntak - dette næringsstoffinteraksjonen blir stadig viktigere. Prosessen med renal fosfatutskillelse eller tubulær fosfatabsorpsjon styres hormonelt. Samtidig som parathyreoideahormon (et peptidhormon syntetisert i paratyreoidea), kalsitonin (et peptidhormon syntetisert i C-celler i skjoldbruskkjertelen), østrogen (steroidhormon, kvinnelig kjønnshormon) og tyroksin (T4, skjoldbruskhormon) øker fosfatutskillelsen via nyrene, det reduseres med veksthormon, insulin (blod sukker-senkende peptidhormon), og kortisol (glukokortikoid som aktiverer katabolske (nedbrytende) metabolske prosesser). En stimulerende effekt på renal fosfatutskillelse produseres også av økt kalsiuminntak og acidose (hyper surhet i kroppen, blod pH <7.35).
Hormonell regulering av fosfat homeostase
Reguleringen av fosfat homeostase er under hormonell kontroll og skjer hovedsakelig gjennom nyrene. I tillegg er bein også involvert i reguleringen av fosfatbalansen på grunn av dets fysiologiske funksjon som minerallager og tynntarm. Fosfatmetabolisme reguleres av forskjellige hormoner, hvorav følgende er de viktigste:
- Parathyroidhormon (PTH)
- Kalsitriol (1,25-dihydroksylkolekalsiferol, 1,25- (OH) 2-D3)
- kalsitonin
Den oppførte hormoner påvirke fosfatutslipp eller opptak i henholdsvis bein, tarmfosfatabsorpsjon og nyrefosfatutskillelse. Metabolismen av uorganisk fosfat er nært knyttet til kalsium. Parathyroidhormon og kalsitriol
Når serumkalsiumnivået faller - som et resultat av utilstrekkelig inntak, økte tap eller nedsatt tarmabsorpsjon på grunn av overdreven fosfatinntak (→ dannelse av et uoppløselig kalsiumfosfatkompleks) eller for høye fosfatnivåer i blodplasmaet (→ blokkering av nyre 1,25, 2- (OH) 3-D1 syntese) - paratyreoideahormon (PTH) syntetiseres i økende grad i paratyreoideceller og skilles ut (utskilles) i blodet. PTH når nyrene og stimulerer ekspresjonen av 25-alfa-hydroksylase (enzym som setter inn en hydroksyl (OH) gruppe i et molekyl) i den proksimale tubuli (hoveddel av nyretubuli), og omdanner derved 3-OH-D25 (1,25 -hydroksykolekalsiferol, kalsidiol) til 2- (OH) 3-DXNUMX, den biologisk aktive form av vitamin D [1-4, 14, 15, 18, 25, 27]. Ved beinet stimulerer PTH og 1,25- (OH) 2-D3 aktiviteten til osteoklaster, som føre til nedbrytning av beinstoff. Siden kalsium lagres i skjelettsystemet i form av hydroksyapatitt (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), frigjøres kalsium- og fosfationer samtidig fra bein og frigjøres i det ekstracellulære rommet [1-3, 15, 16, 18 ]. Ved penselgrensemembranen til tolvfingertarmen og jejunum, 1,25- (OH) 2-D3 fremmer aktiv transcellulær kalsium- og fosfatreabsorpsjon og dermed transport av begge mineraler inn i det ekstracellulære rommet [1-4, 15, 16, 18, 25, 27]. I nyrene hemmer PTH tubulær reabsorpsjon mens den fremmer tubulær reabsorpsjon. Til slutt er det økt renal utskillelse av fosfat, som har akkumulert i blodet ved mobilisering fra bein og reabsorpsjon fra tarmen. Reduksjonen i serumfosfatnivåer forhindrer på den ene siden utfelling av kalsiumfosfat i vev og stimulerer på den annen side kalsiumfrigjøring fra bein - til fordel for serumkalsium konsentrasjon [1-3, 15, 16, 18, 27]. Resultatet av effekten av PTH og kalsitriol på kalsium- og fosfatbevegelser mellom de enkelte avdelingene (kroppsdeler avgrenset av biomembraner) er en økning i ekstracellulær kalsiumkonsentrasjon og reduksjon i serumfosfatnivå. Hos pasienter med kronisk nyreinsuffisiens (kronisk nyresvikt) reduseres den glomerulære filtreringshastigheten, noe som resulterer i utilstrekkelig utskillelse av fosfat og utilstrekkelig reabsorpsjon av kalsium. Resultatet er redusert serumkalsiumkonsentrasjon (hypokalsemi) og økt fosfatinnhold i blodplasmaet (hyperfosfatemi (fosfatoverskudd)). Til slutt er det økt sekresjon av PTH - sekundær hyperparatyreoidisme (parathyroid hyperfunksjon) - som forårsaker de ovennevnte effektene på nyrene, tarmen og bein (→ økt kalsiumfosfatmobilisering øker risikoen for osteoporose (bein tap)). På grunn av nedsatt nyrefunksjon kan den økte serumfosfatkonsentrasjonen imidlertid ikke normaliseres av PTH. Hvis serumfosfatnivået stiger over 7 mmol / l, kombineres fosfat med kalsium for å danne et dårlig løselig, ikke-absorberbart kalsiumfosfatkompleks, noe som forverrer fallet i serumkalsiumnivåer og er assosiert med forkalkning (kalsiumavleiringer) i ekstraøsøs (utenfor bein) områder, for eksempel blod fartøy, nyrer (→ nefrocalcinosis), skjøter, og muskler, og kan etter hvert ledsages av reaktiv betennelse og nekrose av det berørte vevet (→ patologisk celledød). Derfor, ved eksisterende nyreinsuffisiens, bør fosfatinntaket begrenses til 800-1,000 mg / dag, og avhengig av alvorlighetsgraden av sykdommen, ytterligere bruk av fosfatbindere (narkotika som fjerner fosfat fra absorpsjon ved kompleksdannelse), for eksempel kalsium salter, er angitt (angitt). I fortiden, aluminium forbindelser ble ofte brukt for å hemme fosfatabsorpsjon hos pasienter med utilstrekkelig nyre. I dag er disse forbindelsene hovedsakelig erstattet av kalsiumkarbonat, siden aluminium har en giftig (giftig) effekt i større mengder. Langvarige forhøyede serumkalsitriolnivåer føre til hemming av PTH-syntese og spredning (vekst og multiplikasjon) av paratyreoideceller - negativ tilbakemelding. Denne mekanismen fortsetter via vitamin D3-reseptorene til paratyreoideceller. Hvis kalsitriol opptar disse reseptorene som er spesifikke for seg selv, kan vitaminet påvirke målorganets metabolisme. Kalsitonin
En økning i serumkalsiumkonsentrasjonen får C-celler i skjoldbruskkjertelen til å syntetisere og skille ut (skille ut) økte mengder kalsitonin. På beinet hemmer kalsitonin osteoklastaktivitet og dermed nedbrytning av beinvev, og fremmer kalsium- og fosfatavsetning i skjelettet. I tolvfingertarmen (tynntarm) og jejunum (tom tarm), reduserer peptidhormonet den aktive absorpsjonen av kalsium og fosfat i enterocyttene (celler i tynntarmen epitel). Samtidig stimulerer kalsitonin kalsium- og fosfatutskillelse i nyrene ved å hemme tubular reabsorpsjon. Gjennom disse mekanismene fører kalsitonin til senking av både serumkalsium- og fosfatkonsentrasjoner. Calcitonin representerer en direkte antagonist (motstander) mot PTH. Når således ekstracellulært fritt kalsium økes, vil syntese og utskillelse av PTH fra paratyreoidea og PTH-indusert nyre 1,25- (OH) 2-D3 produksjon reduseres. Dette resulterer i redusert mobilisering av kalsiumfosfat fra bein, redusert tarmkalsium og fosfatreabsorpsjon og redusert tubular kalsiumreabsorpsjon, noe som fører til økt utskillelse av kalsium i nyrene. Resultatet - tilsvarende Virkningsmekanismen av kalsitonin - er en reduksjon i den ekstracellulære frie kalsiumkonsentrasjonen og serumfosfatnivået. Hormonell regulering av fosfatmetabolisme tillater tilpasning til skiftende nivåer av fosfatinntak eller toleranse for relativt høye nivåer av fosfat, noe som er viktig på grunn av det faktum at det daglige fosfatinntaket til tyske menn og kvinner - i gjennomsnitt 1,240-1,350 mg / dag - overstiger anbefalingene på 700 mg / dag. I motsetning til kalsium, hvis serumkonsentrasjon holdes konstant innen relativt smale grenser, er fosfathomeostase mindre tett regulert [6-8, 15, 18, 27].
