カルシウム：定義、合成、吸収、輸送、および分布

カルシウム は元素記号Ca、原子番号20の化学元素です。アルカリ土類金属のグループに属し、地球上でXNUMX番目に豊富な元素です。 カルシウム 人間にとって不可欠な（重要な）ミネラルであり、生体内で二価陽イオン（Ca2 +）としてのみ発生します。

吸着

食品に縛られた カルシウム 最初に胃腸管（GI管）の消化液によって放出され、その後吸収（吸収）される必要があります 小腸、主に 十二指腸 （十二指腸）および近位空腸（上部空腸）。 吸着 経細胞的に発生します（質量 低カルシウム摂取量から正常カルシウム摂取量での飽和動態に続く能動的メカニズムによる、さらには高摂取量での電気化学勾配に沿った受動拡散による傍細胞（腸上皮細胞の間質腔を介した質量輸送）による腸上皮細胞を介した輸送。 受動的な腸 吸収、を含む腸管全体で発生します コロン （大腸）は、能動的な吸収メカニズムと比較してほとんど効果的ではありません。そのため、カルシウムの増加に伴い、吸収される総量が絶対的に増加します。 線量、ただし相対的には減少します。 アクティブな経細胞カルシウムながら 吸収 によって調節されます 副甲状腺ホルモン （PTH、で合成されたペプチドホルモン 副甲状腺）と カルシトリオール （それぞれ、生理活性型のビタミンD3、1,25-ジヒドロキシルコレカルシフェロール、1,25-（OH）2-D3））、受動的傍細胞拡散は、 ホルモン 記載されています。 PTHおよび カルシトリオールそれぞれ、以下でより詳細に説明します。 腸細胞（小腸の細胞） 上皮）、カルシウムは、カルビンジンと呼ばれる特定のカルシウム結合担体（輸送）タンパク質に結合します。これは、カルシウムを腸細胞を介して基底外側（腸から離れた場所）に輸送します。 細胞膜。 1,25-（OH）2-D3は、カルシフェジオールの細胞内（細胞内）発現の受容体を介した刺激をもたらします。 カルシウムは、膜貫通型Ca2 + -ATPase（エネルギーと アデノシン それぞれ三リン酸（ATP）の消費）およびCa2 + / 3 Na +交換担体（Na +勾配によって駆動されるカルシウム輸送体）。 カルシウムの吸収率はさまざまな要因に依存し、15％から60％の間で変化します。 乳児期後、カルシウム吸収は思春期に最も高い効果を示し（〜60％）、成人期には15〜20％に減少します。 以下の要因は、複合体形成を含むカルシウム吸収を阻害します：

次の要因はカルシウム吸収を促進します：

  • カルシウムと食物の同時吸収
  • XNUMX日数回の個別投与での分布
  • 1,25-ジヒドロキシルコレカルシフェロール（1,25-（OH）2-D3）–細胞内カルビンジン合成を刺激します。
  • 吸収しやすい糖質など 乳糖 (ミルク シュガー).
  • 乳酸
  • クエン酸
  • アミノ酸
  • カゼインリンペプチド
  • 回腸（下部小腸）および結腸（大腸）で短鎖脂肪酸に細菌発酵されるイヌリン、フラクトオリゴ糖、ラクツロースなどの非吸収性炭水化物→腸管腔のpHの低下は、結合したカルシウムの放出が増加し、受動的な吸収に利用できるより多くの遊離カルシウムが残ります

間に 妊娠、カルシウム吸収が増加します–PTHと カルシトリオールそれぞれ–カルシウムの毎日の移動に対応するため 胎盤 （胎盤）に 胎児 （胎児）、第250トリメスター（の第3トリメスター）で平均XNUMXmg 妊娠）。 腸の増加に加えて（腸関連する）カルシウム吸収、妊婦の追加要件は、第1トリメスター後の骨格からのカルシウム放出の増加によって満たされます。 妊娠中の女性と比較して、カルシウムの損失は ミルク、250〜350 mg /日の範囲で、授乳中の女性では、骨のみからのカルシウム動員の増加によって補償され、5％の骨が得られます 質量 授乳の6か月後の損失。 ただし、離乳後12〜XNUMXか月以内に、骨の回復は 管理 カルシウムの サプリメント-カルシウム摂取量が適切であると仮定します。

体内での輸送と分布

人体のカルシウム含有量は、出生時で約25〜30 g（体重の0.8％）、成人期で約900〜1,300 g（体重の最大1.7％）です。 全身のカルシウムの約99％は、歯を含む骨格系の細胞外（細胞外）にあり、主に未溶解のカルシウムとして結合した形で保存されています。 リン酸塩 またはヒドロキシアパタイト（Ca10（PO4）6（OH）2）。 骨では、カルシウムが総ミネラル含有量の約39％を占めています。 全身の1％弱 質量 カルシウムの量は他の体組織（〜7 g）に局在し、 体液 （〜1g）。 したがって、細胞内カルシウム含有量は細胞外カルシウム含有量の10,000分のXNUMXです。 維持するために 濃度 細胞外カルシウムと細胞内カルシウムの間の勾配、 細胞膜 安静時のカルシウムに対して主に不浸透性（不浸透性）です。 さらに、Ca2 + -ATPase（ATP消費下で動作するCa2 +トランスポーター）やCa2 + / 3 Na +交換キャリア（Na +勾配によって駆動されるCa2 +トランスポーター）などの膜貫通ポンプまたは輸送システムが存在し、細胞からカルシウムを輸送します。 小胞体（ER、真核細胞の平面空洞の豊富に分岐したチャネルシステム）の膜には、特定のCa2 + -ATPase、いわゆるSERCA（筋細胞/小胞体Ca2 + -ATPase）があり、両方とも細胞質ゾルからカルシウムを送り出すことができます適切なカルシウム動員刺激で細胞を刺激した後、ER（細胞内貯蔵）にミネラルを輸送して細胞機能のために細胞質ゾルに戻します。 XNUMXつの異なるカルシウム画分はで区別することができます 血。 イオン化された遊離カルシウムが約50％で最大の画分を形成し、次にタンパク質-（アルブミン-、グロブリン-）結合カルシウム（40-45％）およびクエン酸塩などの低分子量リガンドと複合体を形成したカルシウム、 リン酸塩、硫酸塩および重炭酸塩（5-10％）。 タンパク質の欠乏とpHの変化の両方が、カルシウム画分の相互の比率に影響を与えます。 例えば、 アシドーシス (血 pH <7.35）は、 アルカローシス (血 pH> 7.45）から増加 タンパク質結合 血清カルシウムの量は、血清中の遊離イオン化カルシウムの割合の対応する増加または減少をもたらします–pH単位あたり約0.21mmol / l Ca2 +。 イオン化された遊離カルシウム画分（1.1-1.3 mmol / l）は生物学的に活性な形態を表し、恒常的に制御されます。 副甲状腺ホルモン、1,25-（OH）2-D3、および カルシトニン （甲状腺C細胞で合成されるペプチドホルモン）（下記参照）。 したがって、総血清カルシウム 濃度 比較的狭い範囲（2.25-2.75mmol / l）内で一定に保たれます。

排泄

カルシウムは主に尿と糞便（便）に排泄され、わずかに汗に排泄されます。 腎臓（腎臓関連）通常の条件下で排出されるカルシウムの量は、4日あたり300 mg / kg体重未満、または男性では250 mg /日未満、女性では1,25 mg /日未満です。腎カルシウム排泄は、糸球体濾過および尿細管再吸収に起因します。 （腎尿細管による再吸収）、近位尿細管（腎尿細管の主要部分）で受動的に発生し、遠位尿細管（腎尿細管の中央部分）で能動的に発生します– PTH、2-（OH）3によって制御されます-DXNUMXおよび カルシトニン –そしてフィルタリングされた量の98％以上を占めます。 これは、 腎臓 カルシウムの恒常性、または一定の血清カルシウムレベルの維持に重要な役割を果たします。 以下の要因が腎カルシウム排泄を促進します：

  • 経口カルシウム摂取量の増加、例えば、サプリメント（例えば、食事療法） サプリメント).
  • カフェイン - で コー​​ヒー、緑と 紅茶, etc.
  • ナトリウム –食卓塩（ナトリウム）の成分として 塩化、NaCl）; 食事2gごとに ナトリウム、30〜40mgのカルシウムが尿中に失われます。
  • タンパク質摂取量の増加–動物性タンパク質と植物性タンパク質の両方。 1gのタンパク質は腎臓のカルシウム排泄を0.5-1.5mg増加させます
  • リン酸塩摂取量の増加–ソーセージ、プロセスチーズ、ソフトドリンクなど。 のリン酸カルシウム比 ダイエット 1：1.0-1.2が最適と見なされます
  • アルコール摂取量の増加
  • 慢性的 アシドーシス （血中pH <7.35）

特発性高カルシウム尿症（非生理学的に高い尿中カルシウム 濃度、> 4mgカルシウム/ kg体重/日）は、原因が不明であるさまざまな発現を伴う遺伝的異常によるものです–吸収性（腸に影響を与える）、腎臓（腎臓に影響を与える）、または栄養。 尿路結石症（結石の形成）のリスクが高い特発性高カルシウム尿症の個人 腎臓 石）健康な人と比較して、通常のリスクのある人よりも高い塩分感受性（同義語：塩分感受性;生理食塩水感受性;生理食塩水感受性）を示します 腎臓結石。 生理食塩水とタンパク質の制限は、高カルシウム尿症患者の腎カルシウム排泄の正常化につながります。 胃腸管に分泌（排泄）されたカルシウムは、85％の腸の再吸収（再吸収）を受けます。 残りの15％（18-224 mg /日）は糞便（便）で失われます。 汗によるカルシウムの損失は4〜96 mg /日と推定され、義務的な損失は3〜40 mg /日の範囲です。

カルシウム恒常性のホルモン調節

カルシウムは人体の多くの重要な機能において中心的な役割を果たしているため、細胞外のイオン化された遊離カルシウム濃度の維持が不可欠です。 イオン化された遊離血清カルシウムは、さまざまなカルシウムコンパートメントと相互に関連しています–骨、 小腸、腎臓–そして複雑なホルモン調節システムによって狭い範囲内で一定に保たれます。 以下のホルモンはカルシウム代謝の調節に関与しています：

  • 副甲状腺ホルモン
  • カルシトリオール（1,25-ジヒドロキシルコレカルシフェロール、1,25-（OH）2-D3）
  • カルシトニン

　 ホルモン 記載されているのは、腸のカルシウム吸収、腎臓のカルシウム排泄、およびカルシウムの放出または骨への取り込みに影響を及ぼします。 細胞外遊離カルシウム濃度のわずかな偏差の場合、腸および腎臓の代償メカニズムは通常十分です。 カルシウムが骨格から放出され、骨の機械的安定性の弱体化に関連する骨量の減少をもたらすのは、これらの調節メカニズムが失敗したときだけです。 細胞外遊離カルシウム濃度の変化は、特定の膜によって感知されます タンパク質 カルシウムセンサーと呼ばれ、Gタンパク質共役型7倍膜透過性受容体のスーパーファミリーに属しています。 カルシウム特異的受容体は主に、カルシウム依存的にPTHを放出する副甲状腺細胞、分泌する甲状腺C細胞によって発現されます。 カルシトニン カルシウム依存的に、そして腎細胞によって、カルシウム依存的に活性な1,25-（OH）2-D3を合成します。 さらに、カルシウムセンサーは、破骨細胞（骨吸収細胞）や腸細胞（腸上皮細胞）など、他の多くの細胞タイプでも検出できます。 カルシウム感受性受容体を介して、カルシウム依存性の調節（増加）の効果が ホルモン PTH、カルシトリオール、カルシトニンは、標的細胞のレベルで起こります–骨、 小腸、腎臓細胞。細胞外遊離カルシウム濃度が低い– 副甲状腺ホルモン とカルシトリオール。

不十分な摂取または損失の増加の結果として血清カルシウムレベルが低下すると、PTHは副甲状腺細胞でますます合成（形成）され、血流に分泌（分泌）されます。 PTHは腎臓に到達し、そこで1-α-ヒドロキシラーゼの発現を刺激し、生物学的に活性な形態の1,25-（OH）2-D3の合成を刺激します。 ビタミンD。 骨では、PTHと1,25-（OH）2-D3が破骨細胞の活性を刺激します。 つながる 骨物質の吸収（分解）に。 その後、カルシウムは骨から放出され、細胞外空間に放出されます。 カルシウムはヒドロキシアパタイト（Ca10（PO4）6（OH）2）の形で骨格系に貯蔵されるため、リン酸イオンが同時に骨から動員されます。カルシウムとリン酸代謝の密接な相関関係（関係）です。 近位小腸の刷子縁膜で、カルシトリオールは、能動的な経細胞カルシウム吸収とリン酸塩再吸収、およびカルシウムとリン酸塩の細胞外空間への輸送の両方を促進します。 腎臓では、PTHは尿細管カルシウムの再吸収を増加させ、尿細管リン酸塩の再吸収を抑制します。 最後に、リン酸の腎排泄が増加し、骨からのリン酸カルシウムの動員と腸からの再吸収により蓄積が増加します。 血清リン酸塩レベルの低下は、一方では組織内のリン酸カルシウムの沈殿を防ぎ、他方では骨からのカルシウム放出を刺激し、血清カルシウム濃度を支持します。 低血清カルシウムレベルでのコンパートメント間カルシウム運動に対するPTHとカルシトリオールの効果の結果は、それぞれ細胞外遊離カルシウム濃度の増加と正常化です。 1,25-（OH）2-D3血清レベルの上昇が長引く つながる 副甲状腺細胞のPTH合成と増殖（成長と増殖）の阻害–負のフィードバック。 このメカニズムは、副甲状腺細胞のビタミンD3受容体を介して進行します。 カルシトリオールがそれ自体に特有のこれらの受容体を占める場合、ビタミンは標的器官の代謝に影響を与える可能性があります。 細胞外遊離カルシウム濃度が高い–カルシトニン

細胞外イオン化カルシウムの増加により、甲状腺C細胞はより多くのカルシトニンを合成して分泌（分泌）します。 カルシトニンは、骨に対する破骨細胞の活動を阻害し、骨組織の破壊を阻害します。これにより、骨格へのカルシウムの沈着が促進されます。 同時に、ペプチドホルモンは腎臓のカルシウム排泄を刺激します。 これらのメカニズムを通じて、カルシトニンは血清カルシウム濃度の低下をもたらします。 カルシトニンは、PTHに対する直接の拮抗薬（反対者）です。 したがって、細胞外遊離カルシウムが増加すると、PTHの合成と分泌が 副甲状腺 そして、PTHによって誘発された腎臓の1,25-（OH）2-D3産生は減少します。 これにより、骨からのリン酸カルシウムの動員が減少し、腸のカルシウム再吸収が減少し、尿細管カルシウムの再吸収が減少し、したがって腎臓のカルシウム排泄が増加します。 結果は、 行動の仕組み カルシトニンの減少は、細胞外遊離カルシウム濃度の低下と血清カルシウムレベルの正常化です。

カルシウムバランス

カルシウム 年齢によって異なります。 の成長段階中 幼年時代 青年期、十分なカルシウム摂取量を仮定すると、正のカルシウムがあります 、腎臓や腸で排出されるよりも多くのカルシウムが体に吸収されます。 骨芽細胞（骨形成細胞）の活性の増加は、骨物質中のカルシウムの貯蔵の増加につながり、したがってカルシウムの貯蔵の増加につながります。 最大骨塩量またはピーク 骨密度 主に青年期および若年成人期に獲得されます。 したがって、少女と女性はそれぞれ、90​​.16.9±1.3歳までに総骨格ミネラル含有量の約99％、26.2±3.7歳までに約1.5％を持っています。 男の子と男性では、それぞれ約30。XNUMX年の遅れが見られます。 原則として、ピークの骨量は約XNUMX歳までに到達します。骨ミネラル含有量は実際の骨を十分に特徴付けていないだけです。 力。 むしろ、それは身体活動、筋肉量、体格、サイズなどの要因によって決定されます。 30歳から、平衡カルシウムがあります 数十年以上の人生で、体に吸収されたカルシウムの量は、腎臓や糞便に排出されたカルシウムの量と相関しています。 たとえば、カルシウムの摂取量が1,000 mgの場合、約200 mgが吸収され、約200 mgが腎臓から排出されますが、250〜500 mgが骨から放出され、リモデリングプロセスの一部として再吸収されます。 カルシウムバランスがマイナスになるのを防ぐために、食事からのカルシウムの適切な摂取を確保するように注意する必要があります。 バランスの取れたカルシウム代謝にもかかわらず、 骨密度 30歳から継続的に減少します。健康な人では、骨塩量の減少は年間約1％です。 加齢に伴う骨量減少の原因は、破骨細胞（骨分解細胞）の活動の増加であり、これは骨組織の破壊の増加と骨からのカルシウム放出の増加を伴います。 最後に、小腸や骨に吸収されるよりも多くのカルシウムが尿や糞便に排泄されます。 したがって、高齢者はカルシウムバランスがマイナスになります。 特に、閉経後の女性では骨量が徐々に減少します（更年期障害; エストロゲン状態の変化による女性の更年期障害）。 研究の結果、大腿骨の女性で骨とミネラル物質の喪失の開始が観察された可能性があります 首 37歳からおよび48歳から脊椎で。したがって、閉経後の女性は発症するリスクが高くなります。 骨粗しょう症 （骨量減少）。 「ピーク骨量」が低いほど、リスクが高くなります 骨粗しょう症。 閉経後の女性を対象とした研究では、カルシウムの経口摂取レベルが股関節骨折のリスクと密接に関連していることが示されています。 カルシウム 管理 800〜1,000 mg /日の場合、被験者の破骨細胞活性が低下し、骨吸収または骨量の減少が停止し、低下しました。 骨折 入射。