CC BY
811
шс потому, что это поможет вступающим на тер- сделать, чтобы оправдать надежды своих учите-нистые дороги жизни правильнее понять, как ве- лей и наставников, доверие семьи и общества, лик личный долг каждого, как много надо знать и
IRKUTSK STATE MEDICAL UNIVERSITY AND MEDICAL DYNASTIES OF IRKUTSK
A.G. Shanturov
(Irkutsk State Medical University)
In the article is presented the analysis of documental materials of medical dynasties in 3-4 generations during all history of Irkutsk-city and Irkutsk State Medical University..
Лекции
© КОЛЕСНИЧЕНКО Л.С.. КУЛИНСКИЙ в.и -
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МАКРОЭЛЕМЕНТОВ - М& Са, Р (ЛЕКЦИЯ 3)
Л. С. Колесниченко, В.И. Кулипский.
(Иркутский государственный медицинский университет, ректор - д.м.н.. проф. А.А. Майборода, кафедра бионеорганической и биоорганической химии, зав. - проф. Л.С. Колесниченко, кафедра биохимии. зав. - проф. В.И. Кулинский)
Резюме. Описаны содержание в организме человека Мд, Са и Р, их поступление, распределение, выведение, суточная потребность, источники, функции и наиболее важные нарушения.
Ключевые слова: магний, кальций, фосфор.
МАГНИЙ
Содержание, распределение, потребность, поступление и выведение В организме человека содержится примерно 1000-1200 ммоль Mg (25-35 г), при этом 50-65% находится в костях, а 31% в клетках (поровну в мышечной и других мягких тканях). Магний содержится во всех органах, но большее всего - в миокарде. Во внеклеточной жидкости находится около 2% Mg (20-24 ммоль). В плазме концентрация колеблется от 0,7 до 1,2 ммоль/л, 75% - в ионизированной форме, 22-25% связано с альбуминами и 3-8% - с глобулинами. Mg содержится во всех частях клетки в концентрации =30 ммоль/л, в гиалоплазме - около 80% находится в комплексе с АТФ. Чем больше метаболическая активность клетки, тем выше в ней содержание магния. Суточная потребность в магнии - 12-14 ммоль (0,30,5 г) Mg в сутки. Наиболее богаты магнием зелень (в хлорофилле), орехи, крупы, бобовые. Всасывание Mg нарушается фитиновой и жирными кислотами и избытком фосфата. Треть Mg всасывается в кишечнике, остальное выводится с калом. С мочой в сутки выделяется меньше —5 ммоль. Экскреция с мочой усиливается при гипермаг-ниемиии, гиперкальциемии. увеличении объема внеклеточной жидкости и уменьшается при противоположных состояниях. Выведение Mg из организма вызывают альдостерон и ангиотензин, а большие дозы паратирина снижают экскрецию.
Функции магния Магний - второй по концентрации катион в клетке, кофактор более 300 ферментов (это - рекорд среди минералов), а комплекс магний-АТФ -субстрат для многих АТФ-зависимых реакций, включая циклазы и протеинкиназы. Необходим для синтеза и поддержания структуры нуклеиновых кислот, белков и рибосом. Влияет на проницаемость возбудимых мембран и их электрические свойства; нередко выступает как функциональный антагонист кальция; стимулирует образование холецистокинина. Препятствует развитию атеросклероза (в районах с жесткой водой низок уровень сердечно-сосудистых заболеваний). В растениях входит в состав хлорофилла, участвует в фотосинтезе.
Нарушения обмена магния Гипермагниемия развивается при лечении солями магния или карбонатом лития, острой и хронической почечной недостаточности, в меньшей степени - при увеличенном поступлении магния с пищей, гипотиреозе, лактатацидозе, гепатите, злокачественных опухолях. Магний в концентрации 2,5-5 ммоль/л нарушает проводимость сердечной мышцы; угнетает головной мозг, вызывает альвеолярную гиповентиляцию, артериальную гипотензию, мышечную гипотонию и гипокинезию. Концентрации более 7-12 ммоль/л вызывают паралич дыхания и остановку сердца.
Гипомагнисмия возникает при потере из-за мальабсорбпии, поносов, острой непроходимости кишечника, отечного панкреатита, гиперальдосте-ронизма, гипопаратиреоза. приема диуретиков; при нарушении питания и всасывания, алкоголизме, циррозе печени: диабетическом ацидозе, ги-перкальциемии; почечной недостаточности. Концентрация в сыворотке может оставаться в пределах нормы даже при снижении запасов в организме на 20%. При концентрации <0,5 ммоль/л возникают слабость, раздражительность, повышение нервно-мышечной возбудимости, мышечная слабость, тетания, аритмия, гипотермия, дистрофические расстройства.
КАЛЬЦИЙ Содержание, потребность, поступление, органный и клеточный обмен, выделение Кальций является самым распространенным элементом в организме человека, на его долю приходится 1-1,5 кг (25000-37000 ммоль), или = 20 г/кг. из которых 98% входит в состав костной ткани в виде кристаллов гидроксиапатита и намного меньше (1%) в виде фосфатов. Между костью и внеклеточной жидкостью происходит интенсивный обмен кальция (около 500 ммоль/сутки), 8 ммоль/сутки поступает из внеклеточной жидкости в кость для ее формирования и столько же Са теряется из кости в результате резорбции. Внеклеточная жидкость содержит только 22,5 ммоль кальция, из которых около 9 ммоль находится в плазме крови. В почечных клубочках происходит фильтрация ионов кальция (240 ммоль/ сутки); большая их часть 99%) реабсорбируется в почечных канальцах. Выделение кальция почками в норме составляет 2,5-7,5 ммоль/сутки. Основные источники кальция: молочные продукты (особенно сыр), орехи, бобы, сырые овощи и травы. С пищей поступает 20-30 ммоль/сутки кальция (800-1200 мг), из которых у взрослых 30-40% всасывается в желудочно-кишечном тракте; фита-ты, оксалаты, фосфаты и жирные кислоты связывают Са2* и снижают его всасывание. В периоды активного роста тела, при беременности, лактации и недостаточности кальция в рационе всасывание увеличено. В то же время из плазмы в кишечник секретируется около 5 ммоль/сутки и таким образом с фекальными массами выделяется около 20 ммоль, сутки. Небольшая часть кальция -0,3 ммоль сутки выделяется через кожу. Поскольку внеклеточный пул кальция в течение суток обновляется приблизительно 33 раза, проходя через почки, кишечник и кости, то даже небольшое изменение любого из этих потоков оказывает существенное влияние на концентрацию кальция во внеклеточной жидкости, включая плазму
У здоровых людей концентрация обшего кальция в плазме составляет 2,2-2,6 ммоль/л Почти половина (46%) связана с белками и составляет не диффундирующий кальций, при этом 80% связанного кальция находится в комплексе с альбумином, остальная часть - с у-глобулинами. Вторая половина - диффундирующий кальций* (54%), ко-
торый состоит из свободных ионов Са2+ - 47% и его комплексов с цитратом и фосфатом - 7%. Физиологически активной формой является только первая, и именно она поддерживается механизмами гомеостаза. При алкалозе ионы водорода диссоциируют из молекулы альбумина, что приводит к увеличению связывания кальция альбумином и снижению концентрации ионов кальция. Это, в свою очередь, может вызвать симптомы гипо-кальциемии, несмотря на неизменную общую концентрацию кальция в плазме. При ацидозе наблюдается обратная картина.
Концентрация кальция в плазме крови и тканевых жидкостях обычно поддерживается в узких пределах с помощью трех гормонов: кальцитриол (активная форма витамина О) и паратирин (пара-тиреоидный гормон) значительно увеличивают уровень кальция в результате более полного всасывания в кишечнике, реабсорбции в почках и освобождения Са2+ из кости, а кальцитонин - умеренно снижает.
Если с наружной стороны плазматической мембраны концентрация Са2+ = 1,2 ммоль/л, в эндоплазматической сети = 30 мкмоль/л, то их внутриклеточная концентрация в покое - около 100 нмоль/л, что соответственно в 10000 и в 300 раз ниже (это ниже на 5-6 порядков и содержания в клетке таких катионов, как К1", №+ и Mg2+). Электрические импульсы, многие возбуждающие гормоны и нейротрансмиттеры вызывают вход Са2+ в гиалоплазму клетки снаружи - через медленные кальциевые каналы плазматической мембраны и изнутри - через каналы ретикулума. Повышение концентрации Са2+ до >1 мкмоль/л возбуждает клетку. Последующая активация Са2+-АТФаз плазматической мембраны и ретикулума возвращает концентрацию Са2* к уровню покоя. Тормозящие нейротрансмиттеры ингибируют каналы и снижают концентрацию Са2+ в гиалоплазме. Антагонисты Са+-каналов применяют как вазодилататоры, антиаритмики, гипотензивные, антиагрегаторы (амлодипин).
Функции кальция
Благодаря низкому содержанию ионов кальция в клетке и высокому градиенту концентрации на плазматической мембране, этот ион имеет важное значение в регуляции жизнедеятельности клеток. Эффекты кальция удивительно многообразны. Их целесообразно разделить на метаболические и функциональные. К первым относятся активация всех функций митохондрий: ферментов (глицеро-фосфатдегидрогеназы, пируватдегидрогеназы, изо-цитратдегидрогеназы, а-кетоглутаратдегидрогена-зы), работы дыхательной цепи, потребления кислорода, окислительного фосфорилирования; стимуляция углеводного (фосфоролиз гликогена и глюконеогенез), липидного (фосфолипаза А2, накопление полиненасыщенных жирных кислот, увеличение перекисного окисления липидов) и белкового обмена (некоторые пептидазы); увеличение экспрессии генов; освобождение гормонов и нейротрансмиттеров; передача их активирующих и ингибирующих сигналов внутри клетки че-
рез Са"'-кальмодулнн-завнснмые ферменты (аде-ннлнлцнклаза, иротеннкнназа, ЬЮ-сннтаза, мно-зннкнназа н мн. др.). Функциональные эффекты кальция включают активацию всех или большинства клеток: их деление н подвижность, возбуждение нейронов, обучение, память, сокращение всех типов мышц, секрецию желез, активацию воспалительных н иммунных клеток, агрегацию тромбоцитов; свертываемость крови; снижение нейромышечной возбудимости; минерализацию скелета. Низкий рост японцев до середины XX века был связан с дефицитом кальция. Специальная программа ио раздаче солей кальция детям увеличила их средний рост на 12 см. При избытке кальция возникает повреждение клеток (некроз и аиоитоз).
Нарушения обмела кальция
Гниеркальцнемня особенно часто возникает при введении кальция, первичном гниериаратнре-озе. различных злокачественных опухолях с метастазами в кости или без них (из-за избытка интерлейкинов-1 и 6, туморнекротнзнрующего фактора), лейкозах, иолнцнтемнн; реже при гниервнта-мннозе Б, тиреотоксикозе, тяжелом переломе кости, лечении тназнднымн диуретИками, гранулома-тозах (саркондозе, туберкулезе), ндноиатнческой гниеркальцнемнн у детей, трансплантации иочкн, длительном ацидозе. Обычные проявления гниеркальцнемнн - раздражительность, депрессия, сонливость, спутанность сознания, анорексия, тошнота, рвота, поражение иочек, сердечные аритмии. Гниеркальцнемня вызывает гниеркальцну-рню, нефро- и уролнтназ, остеоиороз. Уровень кальция в плазме, превышающий 3,5-3,75 ммоль/ л, опасен для жизни, возможны как гниеркаль-цнемнческнй криз (с пшеркальцнурней, резистентностью иочек к АДГ и тяжелой дегидратацией, гипертермией, болями в костях и животе), так и внезапная остановка сердца. Бнсфосфонаты способны быстро снижать уровень кальция в плазме, угнетая резорбцию костной ткани. Ложное повышение С’а2’ наблюдается при венозном стазе и длительном хранении проб.
Гниокальцнемня наблюдается при гниоиара-тнреозе (ндеоиатнческом, хирургическом, врожденном или в результате дефицита магния), исев-догниоиаратнреозе, дефиците витамина Б, нарушении его активации (недостаточность 1а-гндро-кснлазы, почечная недостаточность, индукция мнкросомальных гндрокснлаз фенобарбиталом и феннтонном). потере кальция через иочкн (патология канальцев), остром панкреатите, сепсисе. Это может приводить к заболеваниям костной ткани - остеоиорозу у взрослых и рахиту у детей. Однако остеоиороз и рахит нередко протекают ирн нормальном содержании уровня кальция в крови. Переливание цнтратной крови снижает уровень Са-'.
Гниокальцнемня через иаратнрнн и кальцнт-рнол вызывает мобилизацию С’а2’ из кости, что может привести к остеоиорозу, то есть биохимические функции сохраняются в ущерб скелетным.
При снижении уровня кальция до 1,9 ммоль/л его экскреция почти прекращается; ирн уровне ниже 1,5-1,75 ммоль/л могут развиться повышенная возбудимость, парестезия, тетания, потеря памяти и ориентации, судороги; ирн респираторном и метаболическом алкалозе тетания может возникать ирн нормальном уровне общего кальция в плазме, но низком уровне С’а2"; возможно развитие катаракты. Ввиду прекращения поступления кальция от матери для всех новорожденных характерна временная гниокальцнемня, она усиливается ирн преждевременных родах, гипотрофии, анте- или перинатальном стрессе и проявляется тремором, нарушением дыхания, рвотой, генерализованными судорогами. Гниокальцнемня может развиться и у матери в последний триместр беременности ввиду усиленной отдачи кальция илоду. Ложное снижение С’а2* наблюдается ирн долгом хранении проб, абсорбции на полимерах, осаждении на стекле и ирнмесн ЭДТА.
ФОСФАТ
Содержание, распределение, потребность, поступление и выделение
Общее содержание фосфатов в организме у взрослого человека составляет = 20000 ммоль (650 г). 80% от этого количества находится в костях (17000 ммоль). 15% - во внутриклеточной жидкости мягких тканей (3000 ммоль) н только
0,1% - во внеклеточной жидкости. В плазме концентрация неорганических (больше двузамещен-ных) фосфатов - 0.8— .45 ммоль/л. органических фосфатов = 2.8 ммоль/л (70%). из них фосфолипидов 2,6 ммоль л У детей фосфатов больше, чем у взрослых. Для фосфата характерен циркадный ритм: высокая концентрация утром и низкая - вечером. Отмечены и со энные колебания: весной н летом - выше, снижение зимой. Кальцнтрнол увеличивает, а иаратнрнн и кальцнтоннн снижают уровень фосфата в плазме
Фосфаты являются главными аннонами внутри клетки, где их концентрация 75-100 ммоль/л (= 80% ннзкомолекулярных фосфатов, преобладают органические анноны). Большинство внутриклеточных фосфатов ковалентно связаны с липидами и белками
Фосфор содержится в большом спектре органических и неорганических веществ. Больше в бобовых, рыбе, хлебе и крупах, поэтому недостаток в инще исключен, если принимать инщу в необходимом количестве. В сутки поступает - 2640 ммоль (0.8-1.2 г). Фосфат поступает в неорганическом или органическом виде, в пищеварительном тракте различными фосфатазамн высвобождается неорганический фосфат. Всасывание происходит в тонкой кишке и обратно зависит от поступления (70-90%). 14 ммоль/сутки выводится с калом. Снижение активности всасывания отмечено в условиях повышенной кислотности желудочного сока, ирн увеличении содержания в инще кальция вследствие образования в кишечнике нерастворимых соединений с фосфатом, приеме некоторых лекарств. В норме у взрослых большую
часть фосфата элиминируют ночки (26 ммоль/сутки), нрн этом 90% фосфата реабсорбнруется в проксимальных канальцах. В случае низкого содержания фосфата в крови, уровень экскреции его с мочой может быть даже ниже чувствительности используемых в лабораториях методов.
Функции фосфата Фосфат - составная часть нуклеиновых кислот, нуклеотидов, фосфолипидов, фосфокреатн-на: фосфорнлнрованне необходимо для активирования углеводов и глицерина. Фосфорнлнрованне белков н лниндов ферментами иротеннкнназамн и лниндкнназамн - важнейший механизм передачи гормональных и других внеклеточных сигналов. Фосфаты участвуют и в других ферментативных реакциях (фосфоглнцеральдегнддегидрогеназной, фосфорнлазной), необходимы для минерализации скелета. Фосфатный буфер стабилизирует pH мочи.
Нарушения обмена фосфатов Основными причинами гниерфосфатемнн являются: пню- н нсевдогииоиаратнреоз, интоксикация витамином Б; избыточное поступление фосфата в кровь (включая цитолиз), его выход из кости (опухоли костей и др.), высокая реабсорбция иочкамн и усиленное всасывание в ЖКТ; почечная недостаточность; акромегалия и гигантизм. Гниерфосфатемня проявляется артериальной гниотензней, гниокальцнемней н сердечной недостаточностью.
Гниофосфатемня развивается ирн первичном или вторичном гниериаратнреозе: поглощении
фосфата клетками (фосфорнлнрованне углеводов, действие инсулина, восстановление иитання); инщевых дефицитах (недоедание, недостаточность витамина Б); потере иочкамн (тубулоиатии, Б-устойчнвый рахит, дефицит калия); опухолях; лечении солями алюминия, магния. Проявления гниофосфатемнн: дефицит АТФ и креатннфосфата (заторможенность, утомляемость ирн интеллектуальной работе, мышечные гипотония и гниокнне-зия, гипотензия, сердечная недостаточность); ос-теоиороз, фосфатурня, гниокальцнемня. Тяжелая гниофосфатемня (<0,3 ммоль/л) вызывает мышеч-.-ную слабость, повреждение клеток, а хроническая - рахит и остеомаляцию.
ПОСТУПЛЕНИЕ И ВЫВЕДЕНИЕ АЗОТА И СЕРЫ
В отлнчне от фосфата, организм человека и других млекопитающих не способен усваивать неорганические соединения азота и серы. Азот мы получаем главным образом в составе белков, немного - нз пептидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот. Неорганическое соединение азота в организме - аммиак, его концентрация в крови - лишь 1/700 всего остаточного азота; в почках аммиак участвует в защите от ацндоза, так как может переходить в ЬЩ4' И соли аммония. Источником серы являются только серосодержащие аминокислоты - цистеин и метионнн. Их метаболиты сульфаты выделяются с мочой. Суточная мочевая экскреция аммнака-аммоння - 36-70 ммоль (0,5-1 г азота), сульфатов - =60 ммоль (1,8 г серы).
BIOLOGICAL ROLE OF MACROELEMENTS - Mg, Ca, P (LECTURE 3) L.S. Kolesnichenko, V.I. Kulinsky (Irkutsk State Medical University)
Quantities of Mg, Ca h P in the human body, their influx, distribution, elimination, daily necessity, sources, functions and the most important disturbances are described.
Литература
1. Биохимия: Учебник // Под ред. Е.С. Северина. -М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. - С.551-609.
2. Зайчик А.Ш., Чурнлов Л.П. Основы иатохнмни. -СПб.: "ЭЛБИ-С’ПБ", 2001. - Изд.2. - С.618-641.
3. Знлва Дж.Ф., Пеннелл П.Р. Клиническая химия в диагностике и лечении. - М.: Медицина, 1988. -С.259-292.
4. Клиническая биохимия // Под ред. В.А. Ткачука. -М.: ГЭОТАР-МЕД, 2002. - С.38^7; 55-59.
5. Кольман Я., Рем К Г. Наглядная биохимия. - М.: Мир. 2000 -С.130-134; 212-222; 316-332; 350-351; 372-374.
6. Кон P.M., Рот КС’. Ранняя диагностика болезней обмена веществ. - М.: Медицина, 1986. - С. 114144.
7. Кулннскнй В.И. Лекционные таблицы ио биохимии. - Иркутск ИГМУ. 2004. - Изд.6, Выи.5. -110 с.
8. Лнтвицкнй П.Ф. Патофизиология. - М.: ГЭОТАР-МЕД,2002.-Т. 1.-С. 392-404.
9. Мартннчик А.Н., Маев И.В., Пегухов.А.Б. Питание человека. - М.:ГОУ ВУНМЦ М3 РФ, 2002. - 572 с.
10. Маршалл В. Дж. Клиническая биохимия. - М,-С’Пб.: "Изд-во БИНОМ" "Невский диалект", 1999. -С.212-231.
11. Уайт А., Хендлер Ф„ Смит Э„ Хили Р., Леман И. Основы биохимии: В 3-х томах. - М.: Мир, 1981. -Т.З. - С.1499-1510, 1717-1721.
12. Цытненко А.Я., Жуков В.И., Мясоедов В.В., Зав-городннй И В. Клиническая биохимия. - М.: "Трнада-Х", 2002. - С.22^8.
13. Энциклопедия клинических лабораторных тестов. Под ред. Н. Тнца. - М.: Изд-во "Лабннформ", 1997.-942 с.
14. Murray R.K., Granner Б.К., Mayes P.A., Rod-well V.W. Harper's Biochemistry / USA / Appleton & Lange. - 2000. - 928 p.
