CC BY
202
ПАТОГЕНЕТИЧЕСКАЯ РОЛЬ НАРУШЕНИЙ ОБМЕНА ФОСФОРА В ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОРГАНИЗМА
Е.А. Чагина, канд. мед. наук, доцент Е.П. Турмова, д-р. мед. наук, доцент А.Е. Баштовая, студент М.В. Посадская, студент
Тихоокеанский государственный медицинский университет (Россия, г. Владивосток)
DOI:10.24412/2500-1000-2022-12-5-45-50
Аннотация. Фосфор - жизненно важный для человека макроэлемент, являющийся основным компонентом всех клеток организма. Он участвует в большинстве обменных процессов и необходим для образования тканей (особенно нервной и костной).
Нарушения обмена фосфора могут привести к серьезным нарушениям метаболизма в костной и нервной тканях.
Цель выполненного исследования: изучить обмен фосфора, его гуморальную регуляцию, влияние на организм человека и проявления возможных патологических реакций при нарушении обмена этого макроэлемента.
Следует отметить, что во многих странах наблюдается увеличение числа людей с заболеваниями, обусловленными нарушениями, связанными с фосфорным обменом, что не может оставить врачей без внимания. Именно поэтому данная работа будет полезна для прочтения как профилактического мероприятия с целью ознакомления людей с выдвинутой проблемой, а также для снижения процента заболеваемости в мире.
Ключевые слова: Фосфор, костная ткань, гипофосфатемия, гиперфосфатемия, па-ратгормон, кальцитонин.
Проблема нарушений обмена фосфора стала особенно актуальной в последние годы. Это связано с тем, что он выполняет очень важную функцию, а именно поддерживает жизненные процессы внутри клеток организма, без чего клетки не могут жить и развиваться.
Наибольшее количество фосфора сконцентрировано в тканях костей, а это - около 600 г, что составляет 85% всего количества элемента, имеющегося в организме. Остальные 15% Р в разных пропорциях распределяются в жидкостях и других тканях человеческого тела. Фосфор не относят ни к ультра - (массовая доля от 10х(-5)% и ниже), ни к микроэлементам, пределы которых колеблются в границах от 10х(-3)% до 10х(-5)%, его содержание в организме приближается к 0,5 - 1%, а это несколько больше, чем 10х(-2)%, что позволяет причислить его к группе особо значимых макроэлементов [6].
Биохимическая значимость соединений фосфора в организме определяется свой-
ствами фосфорных кислот и их солей. Неорганические фосфаты поступают в организм извне, в то время как органические могут образовываться в организме в результате биологических преобразований.
Фосфаты являются структурными элементами костной ткани, участвуют в переносе энергии в виде макроэргических связей (АТФ, АДФ, креатинфосфат, гуанин-фосфат и других). Фосфор и сера - два элемента в организме человека, которые входят в состав различных макроэргиче-ских соединений. С участием фосфорной кислоты осуществляется гликолиз, глико-генез, обмен жиров. Фосфор входит в структуру ДНК, РНК, обеспечивающих синтез белка. Он участвует в окислительном фосфорилировании, в результате которого образуется АТФ, фосфорилирова-нии некоторых витаминов (тиамина, пири-доксина и других). Фосфор важен также для функционирования мышечной ткани (скелетной мускулатуры и сердечной мышцы). Неорганические фосфаты входят
в состав буферных систем плазмы и тканевой жидкости. Фосфор активирует всасывание ионов кальция в кишечнике.
При этом эфиры фосфорных кислот синтезируются в организме в результате ферментативного фосфорилирования различных биосубстратов, которые без этого не могут быть использованы клетками как источники энергии [5].
В основе энергетического обмена в живых организмах лежат реакции гидролиза АТФ и АДФ, которые сопровождаются выделением большого количества энергии.
В организме человека должна поддерживаться определенная доля фосфора. Незначительное снижение уровня ионов фосфора в организме способствует развитию остеопороза костных тканей, значительному снижению общей работоспособности. Это проявится в потере кратковременной памяти, частых проявлениях слабости, сонливости и головных болей. Не своевременное восполнение запаса фосфора в организме, способствует: появлению боли в костях, выраженной усталости после незначительных нагрузок, что в последующем приводит к возникновению беспокойства и беспричинной раздражительности. Наблюдаются перебои в дыхании, периодическое онемение и дрожание конечностей [3].
Фосфор (Р) относится к химическим элементам; наряду с кислородом, углеродом, азотом и кальцием он составляет основную часть живой материи. Фосфор входит в состав важнейших биоорганических соединений: нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеинов, фосфорных эфиров углеводов, ряда витаминов и ко-ферментов, которые участвуют в различных метаболических процессах. Он также является одним из основных компонентов костной ткани и зубов.
Макроэргические связи в молекулах АТФ и креатинфосфата, которые были об-
разованы атомами фосфора, определяют использование этих соединений в качестве универсальных источников энергии в живых системах.
Фосфор сыворотки крови. Организм взрослого человека содержит около 600 г фосфора, 85% которого представлено кристаллической формой в скелете, около 15% распределено во внеклеточной жидкости в виде неорганических фосфат-ионов и в мягких тканях в виде сложных эфиров фосфорной кислоты.
Сывороточный неорганический фосфат состоит из трех фракций: ионизированной, связанной с белками и связанной с ком-плексонами. Связывание с белками не столь существенно для фосфата и составляет около 10% от общего количества, но 35% связано с другими ионами, остальное связано с ионизированной фракцией (0,61 ммоль/л). В отличие от кальция, уровень фосфата в сыворотке крови колеблется в более широких пределах (от 0,75 до 1,65 ммоль/л) и зависит от возраста, пола, питания, рН и содержания различных гормонов [1].
Почки играют ведущую роль в системном гомеостазе фосфора и поддержании его концентрации в крови. Это тесно связано с порогом содержания фосфора в почечных канальцах.
В среднем, здоровый человек потребляет с пищей 40 ммоль РО4 (1240 мг/сут), всасывание фосфора в кишечнике составляет примерно 25 ммоль/сут (775 мг). Почки выделяют почти такое же количество фосфата с мочой. Почечная экскреция фосфата напрямую связана с его потреблением, поэтому она колеблется в широких пределах - от 2 до 80 ммоль/сут (622480 мг) (табл.1).
Основным источником органического и неорганического фосфора для человека является пища.
Таблица 1. Потребность в фосфоре на 1 день [Грузинов Е.В., 2008]
Новорожденные 120 мг
Дети 1-6 мес. 400 мг
7-12 мес. 500 мг
1-3 лет 800 мг
4-6 лет 1450 мг
7-10 лет 1650 мг
11-17 лет (мальчики) 1800 мг
11-17 лет (девочки) 1650мг
взрослые 1200 мг
Беременные и кормящие 1500 мг
Наиболее ценными источниками легкоусвояемого фосфора являются яйца (в частности желток), печень, мясо, молоко, сыр, фасоль, горох. В злаках (особенно необработанных зернах) и овощах фосфор содержится в виде плохо усваиваемых фи-татов - нерастворимых, смешанных кальциевых и магниевых солей фитовой кислоты (инозитол гексофосфат).
Увеличение поступления фосфатов с пищей приводит к повышенному содержанию неорганического фосфора в сыворотке крови -гиперфосфатемии.
Увеличение концентрации фосфора в сыворотке крови снижает содержание кальция и тем самым косвенно стимулирует секрецию паратиреоидного гормона (ПТГ). Фосфор не оказывает прямого воздействия на клетки, секретирующие ПТГ. Тем не менее, когда выведение фосфора почками нарушается, наблюдается вторичная стимуляция паращитовидных желез, приводящая к их гипертрофии. Метаболизм фосфора в организме В организме человека содержится около 1% фосфора, а в пересчете на сухую массу 2,5%. Около 80-87% всего фосфора, который содержится в организме человека, находится в скелете, около 0,2% - в крови. Содержание фосфора в крови (неорганический фосфор 1,0-1,5 ммоль/л) является од-
ним из наиболее важных показателей состояния минерального обмена и одним из основных диагностических признаков ряда заболеваний и патологических процессов, таких как рахит, спазмофилия, гипопара-тиреоз, гиперпаратиреоз, остеопороз, остеомаляция. Концентрация фосфора в тканях человека составляет: в костной ткани более 5000 мг/кг, в мозговой ткани около 4000 мг/кг, в мышцах 220-270 мг/кг сухого веса [2].
Минеральная часть костной ткани человека и животных состоит в основном из кристаллических гидроксидов апатита и карбоната апатита, а также аморфного фосфата кальция, который является запасом фосфора в организме человека и животных, из которого он может поступать в кровь при гипофосфатемии. Большое количество фосфора содержится в апатите (фторфосфате кальция) зубов.
Растворимый фосфор в организме входит в состав неорганических (фосфаты калия и натрия) и некоторых органических соединений (так называемый неорганический и органический фосфор). Фосфат-ион
является одним из важнейших соединений живого организма. Неорганический фосфат крови играет важную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса.
Рисунок. Строение кристалла гидроксиапатита (Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. , «Биологическая химия», 2004г.)
Фосфор связывает большую часть внеклеточного кальция в виде кристаллов гидроксиапатита в многосоставляющих минерализованных структурах - костях. В организме около 2 кг кальция и более 1 кг фосфора. Это два его основных минеральных компонента.
В желудке под воздействием соляной кислоты остатки фосфорной кислоты отщепляются от фосфора, но всасывания его не происходит. Фосфор в форме неорганического фосфата всасывается в верхней части тонкого кишечника. Значительная часть поглощенного фосфата идет на образование органических соединений фосфора; 50-80% фосфатов, выводимых из организма, выводятся почками, а большая часть оставшегося - через желудочно-кишечный тракт. В моче 1/3 неорганического фосфора связана с кальцием и магнием, а 2/3 - с натрием и калием [4].
Для оптимальной усвояемости фосфора необходимо:
- сохранение в пище конкретного количественного соотношения между фосфором и кальцием
- его абсолютное содержание в пище, а также содержание белков, жиров и углеводов в ней.
Рекомендуемое соотношение фосфора и белков в рационе взрослого человека составляет 1:40; при низкобелковом питании потребность человека в фосфоре резко возрастает. При недостатке фосфора в пище организм может некоторое время ис-
пользовать запасы фосфора, отложенные в костях. У экспериментальных животных, особенно у юных, недостаток фосфора в рационе приводил к задержке роста скелета и заболеваниям костей и зубов.
Гуморальная регуляция метаболизма фосфора
Метаболизм фосфора контролируется рядом гормонов и гуморальных веществ.
Паратиреакринин (паратинин, парати-реоидный гормон, ПТГ) - это полипептид, секретируемый паращитовидными железами.
Паратиреакринин:
- вызывает мобилизацию ионов фосфора в костной ткани (за счет активации остеокластов)(остеолиз).
- подавляет реабсорбцию фосфора в проксимальных и дистальных канальцах нефрона, увеличивая его содержание в моче (гиперфосфатурия) и, соответственно, снижает уровень фосфатов в крови (гипо-фосфатемия)
- стимулирует второе гидроксилирова-ние витамина D в почках, превращая этот прогормон в активный гормон 1,25-дигидроксихолекальциферол (вит. D3, кальцитриол)
В основном паратиреоидный гормон способствует отрицательному балансу костей, т.е. остеолизу, который, например, наблюдается при гиперпаратиреозе, сопровождающемся повышенной экскрецией оксипролина и сиаловых кислот с мочой.
При этом небольшие курсовые дозы па-ратиреоидного гормона оказывают анаболическое действие, т.е. способствуют остеогенезу.
Кальцитонин (тиреокальцитонин; С159И232К4б0458з) - это пептид, который секретируется щитовидной железой.
Кальцитонин- способен подавляет реаб-сорбцию фосфата в почках, являяся основным гипофосфатемическим гормоном.
Коррекция фосфора в организме происходит путем увеличения потребления богатых фосфором пищевых продуктов, БАДП и лекарственных препаратов (АТФ, рибоксин, фосфоколин, глицерофосфаты, фитин и др.).
В заключении нужно отметить, что организм человека не может нормально функционировать без такого значимого элемента как фосфор. Он в участвует в ра-
боте мышечной и нервной систем, в процессах регенерации, роста и деления клеток, поддерживает кислотно-щелочного баланса, а также участвует в обмене жиров, белков, углеводов и в образовании фосфолипидов и нуклеиновых кислот, в образовании энергии, обеспечении функционирования нервной и мышечной систем, а также способствует формированию костной ткани. Поэтому для профилактики нарушений данных процессов человеку необходимо следить за метаболизмом фосфора в своем организме.
Недостаток фосфора может в течение долгого времени оставаться незамеченным, компенсация будет проходить за счет запасов, отложенными в костных тканях. Полноценное, сбалансированное питание способствует профилактике дисбаланса фосфора в организме.
Библиографический список
1. Литвицкий, П.Ф. Патофизиология: учебник [Электронный ресурс] / П. Ф. Литвицкий. - 7-е изд., перераб. и доп. - Москва: ГЭОТАР-Медиа, 2021. - 864 с. URL: https://www.studentlibrаry.ru/Патофизиология: учебник: в 2 т. [Электронный ресурс] / под ред. В. В. Новицкого, О. И. Уразовой. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. URL: http://studentiibrary.m
2. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. - М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век»: Мир, 2014. - 216 с.
3. Ю.П. Афиногенов, Биогенные элементы и их физиологическая роль: учебное пособие / Ю.П. Афиногенов, И.А. Бусыгина, Е.Г. Гончаров; Воронежский государственный университет. - Воронеж: Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2018, 63 - 69 с.
4. Минеральные вещества, витамины: их роль в организме. Проблемы микронутриен-той недостаточности: учебное пособие / И. Ю. Тармаева, А.В. Боева.; ГБОУ ВПО ИГМУ Минздрава России; кафедра гигиены труда и гигиены питания. - Иркутск: ИГМУ, 2014 -89 с.
5. Чернин В.В., Фомина Л.А./ Особенности кальциево-фосфорного баланса и его значение в течении рецидива язвенной болезни. - Терапевтический архив. 2013;85(2): С. 13-16.
6. Мокрышева Н. Г., Рожинская Л. Я. Нарушения фосфорно-кальциевого обмена: [Электронный ресурс] - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011.
THE PATHOGENETIC ROLE OF PHOSPHORUS IN THE VITAL ACTIVITY OF THE
BODY
E.A. Chagina, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor
E.P. Turmova, Doctor of Medical Sciences, Associate Professor
A.E. Bashtova, Student
M.V. Posadskaya, Student
Pacific State Medical University
(Russia, Vladivostok)
Abstract. Phosphorus is a macronutrient vital for humans, which is the main component of all cells of the body. It is involved in most metabolic processes and is necessary for the formation of tissues (especially nervous and bone).
Phosphorus metabolism disorders can lead to serious metabolic disorders in bone and nervous tissues.
Purpose: to study phosphorus metabolism, its humoral regulation, the effect on the human body and the manifestations of possible pathological reactions in the violation of the metabolism of this macronutrient.
It should be noted that in many countries there is an increase in the number of people with diseases caused by disorders associated with phosphorus metabolism, which cannot leave doctors without attention. That is why this work will be useful for reading as a preventive measure in order to familiarize people with the problem put forward, as well as to reduce the percentage of morbidity in the world.
Keywords: Phosphorus, bone tissue, hypophosphatemia, hyperphosphatemia, parathyroid hormone, calcitonin.
