2.6. Обмен фосфора

Фосфат в большом количестве широко распространен в живой природе. Если пища поступает в организм человека в достаточном количестве, то недостаток в фосфоре практически исключен. Фосфор поступает в желудочнокишечный тракт в двух формах: в виде органического фосфора или неорганического фосфора. В кишечнике всасывается лишь неорганический фосфат, однако фосфатазы кишечника достаточно эффективно переводят органический фосфат в неорганический. что обуславливает эффективное усвоение фосфора, входящего в состав различных органических соединений.

Общее содержание фосфора в организме взрослых составляет величину порядка 1 кг, причем из них около 85% входит в состав скелета. В тканях фосфор находится или в виде анионов фосфорной кислоты ( неорганический фосфор) или же входит в состав различных органических соединений, таких как фосфолипиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты, фосфорилированные формы моносахаридов и др.

Фосфор, входя в состав фосфорной кислоты, пирофосфата, гидроксилапатита и др.соединений, выполняет в организме ряд важных функций:

а. Участвуя в образовании твердого скелета или входя в состав более сложных органических соединений, фосфор выполняет структурную функцию.

б. Чрезвычайно важна роль фосфора ( в составе фосфорной кислоты ) в энергетическом обмене, поскольку аккумуляция энергии биологического окисления и ее дальнейшее использование в клетках связаны с образованием и расщеплением пирофосфатных связей АТФ и других родственных ей соединений.

в.Фосфорная кислота является участником многих метаболических процессов в клетке, в качестве примера можно привести фосфорилирование различных моносахаридов, являющееся начальным этапом самых различных их превращений в тканях.

г. Важную роль играет фосфорная кислота также в процессах регуляции метаболизма, участвуя в работе регуляторных механизмов, связанных с ковалентной модификацией различных белков, или с аллостерической модуляций их активности.

д. В ряде метаболических путей встречается промежуточная реакция, в ходе которой образуется пирофосфат, расщепляющийся далее на два остатка фосфорной кислоты, причем это расщепление сопровождается большой потерей свободной энергии. После расщепления пирофосфата реакция становится необратимой, делая необратимым работу всего метаболического пути. Таким образом в клетке осуществляется термодинамический контроль направления метаболического процесса, в осуществлении которого участвуют производные фосфора: пирофосфат и ортофосфат. Примером может служить активация жирных кислот в клетке или сборка полинуклеотидных цепей РНК.

е. Натриевые и калиевые соли фосфорной кислоты участвуют в функционировании фосфатной буферной системы, поддерживающей пос тоянство рН водной фазы организма. При соотношении концентраций НРО42 и Н2РО4, равном 4 : 1, рН жидкости поддерживается на уров не 7,36, что мы и наблюдаем в плазме крови.

В плазме крови большая часть неорганического фосфора присутствует в виде ортофосфатов. Их концентрация в плазме крови составляет 1,12 1,29 мМ/л. Концентрация пирофосфата в плазме не превышает 10 мкМ/л.

Основным путем выведения фосфора из организма является выделение его с мочей в составе солей фосфорной кислоты. Анионы фосфорной кислоты свободно проникают из плазмы крови в первичную мочу, однако от 75% до 90% ортофосфата реабсорбируется в канальцевом аппарате почек.

Костная ткань служит весьма емким резервуаром фосфора в организме, в котором фосфор может откладываться в условиях его избытка в плазме крови и из которого фосфор может поступать в плазму при снижении его содержания в крови.

Обмен неорганического фосфора в организме контролируется гормонами: паратгормоном,кальцитонином и кальцитриолом. Паратгормон, под действием которого стимулируется резорбция кости, вызывает мобилизацию фосфора из костной ткани, в то же время паратгормон угнетает реабсорбцию фосфатов в канальцевом аппарате нефронов. Кальцитонин, наоборот, стимулирует вход фосфата в периостальную жидкость и клетки кости, способствуя тем самым отложению фосфата вместе с кальцием в костной ткани. Кальцитриол усиливает всасывание неорганического фосфата в кишечнике, он также оказывает влияние на отложение фосфора в костной ткани, однако механизм последнего эффекта остается не выясненным.

2.9.Обмен хлора

Общее содержание хлора в организме человека составляет величину порядка 110 115 г. Основная его часть содержится в виде растворенных в воде анионов Cl, лишь незначительная его часть присутствует в костной ткани или в тканях зуба в виде кристаллов хлорапатитов. До 90% всего Cl находится во внеклеточной жидкости, где хлор является основным анионом. Концентрация Cl во внеклеточной жидкости составляет в среднем около 110 мМ/л, тогда как его концентрация во внутриклеточной жидкости всего около 2 мМ/л.

Суточная потребность в Cl составляет 24 г, тогда как его потребление составляет 5 6 и более г в сутки. Cl хорошо всасывается в кишечнике, так что до 90% ионов хлора, содержащихся в рационе, поступает из кишечника во внутреннюю среду организма.

Выделяется Cl из организма с мочой ( ~ 75% ), калом ( ~ 10% ) и потом ( ~15% ).

Анионы хлора, будучи основными внеклеточными анионами, играют важную роль в поддержании осмотического давления внеклеточной жидкости. Они принимают участие в работе механизма переносов газов кровью, поддержании кислотнощелочного равновесия в организме. Ионы хлора необходимы также для образования соляной кислоты желудочного сока. Ионы хлора являются активаторами амилазы в пищеварительном тракте.

В обычных условиях человек не сталкивается с недостаточностью хлора в организме, однако гипохлоремия может развиваться в условиях неукротимой рвоты, сильной диарреи или же при больших потерях жидкости с потом. Минералокортикоиды увеличивают реабсорбцию хлориданиона в почках, соматотропный гормон также уменьшает выделение Cl из организма. Глюкагон косвенно увеличивает экскрецию хлориданиона за счет увеличения клубочковой фильтрации в

почках. Вазопрессин увеличивает концентрацию хлориданиона во вторичной моче, хотя это возможно результат усиления реабсорбции воды

2.8.Обмен железа

Общее содержание железа в организме составляет 4.5 5,0 г. Из этого количества около 3,0 г (65 70%) приходится на железо гемоглобина, в составе миоглобина мышц содержится около 140 мг железа, в цитохроме С около 3 мг. Около 700 мг железа входит в состав белка ферритина, основная масса которого сосредоточена в печени. Наконец, от 3 до 9 мг железа находится в плазме крови в комплексе с белкомпереносчиком трансферрином.

Суточная потребность в железе для мужчин составляет в среднем около 13 мг ( с колебаниями от 9 до 20 мг ), причем в кровь всасывается около 1 мг в сутки, т.е. от 6,5 до 10% поступившего в кишечник железа. Лучше всасывается железо неорганических солей, причем Fe2+ всасывается значительно лучше, чем Fe3+. Лимитируется поступление железа механизмом его всасывания в стенку кишечника, поскольку было экспериментально установлено, что изменение содержания железа в пищевом рационе в 100 000 раз ( с 0,001 мг до 100 мг ) приводило лишь к двукратному увеличению поступления железа в стенку кишечника. У лиц с анемией эффективность всасывания железа возрастает, в особенности у лиц с железодефицитной анемией. Присутствие в пище аскорбиновой кислоты улучшает всасывание железа в желудочнокишечном тракте, возможно, за счет перевода Fe3+ в Fe2+.

В усвоении экзогенного железа участвует белок апоферритин. содержащийся в энтероцитах. Связывая железо апоферритин превращается в ферритин. Возможно, в первичном захвате железа из просвета кишечника участвует еще один белок. При связывании с апоферритином Fe2+ превращается в Fe3+. Ферритин передает железо из энтероцитов в кровь, причем в форме Fe2+, а высвободившиеся молекулы апоферритина могут использоваться повторно.

В крови железо связывается с белкомпереносчиком трансферрином и транспортируется к органам кроветворения, в печень или в другие ткани. Содержание трансферрина в крови составляет в норме 0,4 г/дл, причем в крови здоровых людей трансферрин примерно на 1/3 насыщен железом. При железодефицитных анемиях содержание трансферрина в крови возрастает, однако степень его насыщения железом снижается. В целом общее содержание железа в плазме крови при железодефицитных анемиях снижается ( норма: 70 120 мкг/дл ).

Железо накапливается в тканях в виде ферритина. Ферритин представляет собой белок с мол.массой 450 кД, состоящий из 24 протомеров. Этот белок имеет внутреннюю полость, в которой может накапливаться до 2,5 тысяч атомов железа в виде гидроксифосфата [(FeO.OH)8(FeO.OPO3H2)]. Наибольшее его количество накапливается в печени ( до 700 мг ), он присутствует также в селезенке, костном мозге и др. тканях. Избыток железа в тканях накапливается в виде гранул гемосидерина. Возможно, это комплексы молекул ферритина, переполненных железом.

Железо выполняет в организме несколько функций. Вопервых, оно входит в состав гема гемоглобина, участвуя таким образом в транспорте кислорода, причем в ходе этого транспорта железо не меняет свою валентность. Вовторых, железо входит в состав гема миоглобина, участвуя в создании резерва кислорода в миоцитах, при этом также не происходит изменения валентности железа. В третьих, железо входит в состав геминовых группировок ряда ферментов, участвующих в процессах биологического окисления ( различные цитохромы или каталаза ), причем функционирование ферментов связано с изменением валентности железа. В четвертых, железо в негемовой форме входит в состав некоторых окислительнофосстановительных ферментов, например, в состав НАДН:КоQоксидоредуктазного комплекса главной дыхательной цепи митохондрий. При работе этого комплекса также происходит циклическое изменение валентности железа. Собственно, в двух последних случаях атомы железа выступают как промежуточные переносчики электронов.

Ежесуточные потери железа у мужчин не превышают 1 мг, причем почки практически не участвуют в выведении железа из организма ( ежесуточное выведение железа с мочой не превышает О,1 мг ). Потери железа идут в основном через желудочно кишечный тракт за счет выведения железа с желчью и десквамации кишечного эпителия. Некоторая часть железа теряется с слущивающимся эпидермисом кожи и с выпадающими волосами. У женщин потери железа больше за счет менструаций, в то же время у женщин железо почти в 4 раза лучше всасывается в желудочнокишечном тракте. Потребность в железе у женщин в среднем выше, чем у мужчин, примерно на 60%.

Следует отметить, что железо, высвобождающееся при распаде Hb эритроцитов ( около 25 мг в сутки ), не теряется, а используется повторно. Потребность костного мозга в железе для кроветворения на 90% обеспечивается за счет его повторного использования и лишь на 10% за счет вновь поступившего в организм из кишечника.

3.Жидкая среда организма

Вода вместе с растворенными в ней основными минеральными компонентами образуют жидкую среду организма. Основными ее параметрами являются осмотическое давление, рН и объем.

Осмотическое давление и рН плазмы и межклеточной жидкости в значительной мере одинаковы ( около 7,6 атм или 6 000 мм рт.ст.) за исключением разницы в осмотическом давлении между плазмой и межклеточной жидкостью, обусловленной онкотическим давлением белков плазмы крови ( около 0,03 атм или 20 мм рт.ст.) . Осмотическое давление интерстициальной жидкости и внутриклеточной жидкости также одинаково, однако значения рН внутриклеточной жидкости может существенно отличаться от значения рН внеклеточной среды: так значение рН в клетках предстательной железы составляет около 4,5, тогда как в остеобластах около 8,5. Значение рН плазмы крови составляет 7,36 + 0,04, значение рН интерстициальной жидкости лишь незначительно отличается от рН плазмы крови, оно несколько ниже указанной величины.

Постоянство показателей внутриклеточной среды обеспечивается постоянством показателей внеклеточной жидкости. Это в равной мере относится к показателям рН, осмотического давления и объема. В свою очередь, постоянство значений этих показателей во внеклеточной среде поддерживается за счет работы различных регуляторных механизмов как нервного, так и эндокринного характера.

Регуляция объема и осмотического давления внеклеточной жидкости осуществляется за счет изменения скорости выделения воды и NaCl. Главную роль в выделении этих соединений из организма выполняют почки. В почках ежесуточно фильтруется около 180 л жидкости, в то же время ежесуточно выводится в виде мочи лишь до 1,5 л Н2О т.е. не более 0,9% первичного ультрафильтрата. Во вторичной моче оказывается не более 0,6% Na+ от его содержания в общем количестве первичной мочи, не более 10% К+, не более 0,8% Cl, не более 0,9% Ca2+ и не более 15% H3PO4. На работу по реабсорбции этих и других компонентов первичной мочи затрачивается много энергии: достаточно сказать, что в окислительных процессах, протекающих в почках, используется до 10% всего потребляемого кислорода.

Регуляция выделительной функции почек осуществляется гормонами альдостероном и вазопрессином, о чем уже ранее упоминалось. Стимулируют выведение воды и ионов натрия в почках группа биорегуляторов, именуемых атриопептидами. Эти пептиды, синтезируемые в предсердиях, тормозят реабсорбцию ионов натрия и воды в канальцевом аппарате нефронов, увеличивая тем самым объем их выведения из организма.

Важнейшую роль в регуляции водного и электролитного обмена играет ренинангиотензинная система. В целом задачей этой системы является поддержание нормального уровня артериального кровяного давления, причем в ходе решения этой задачи используется как непосредственное воздействие на гладкомышечные элементы сосудистой стенки, так и опосредованные эффекты, обусловленные усилением реабсорбции воды и ионов натрия в канальцевом аппарате нефронов.

Главным эффектором ренинангиотензинной системы является октапептид я_ангиотензин IIя., поскольку именно оказывает регулирующие влияние на тонус сосудов и секрецию гормонов альдостерона и вазопрессина. Образование ангиотензина II осуществляется в ходе ряда последовательных событий, запускаемых чаще всего падением артериального давления, например, в результате кровопотери.

В ответ на снижение артериального давления клетки юкстагломерулярного аппарата почек выделяют в кровь ферментпротеиназу ренин. Ренин, попадая в кровь, расщепляет имеющийся в плазме белок ангиотензиноген с образованием декапептида я_ангиотензина Iя.. Ангиотензин I не обладает биологической активностью, но под действием ангиотензинпревращающего фермента, присутствующего в клетках эндотелия, плазме крови и особенно в легких, теряя два аминокислотных остатка, переходит в биологически активный ангиотензин II.

Ангиотензин II, вопервых, вызывает сокращение гладкомышечных элементов в стенках артерий, являясь на сегодняшний день самым мощным из известных сосудосуживающих агентов. Вовторых, ангиотензин II стимулирует поступление в кровь вазопрессина из задней доли гипофиза и альдостерона из коры надпочечников. Вазопрессин стимулирует реабсорбцию воды в почках, а альдостерон реабсорбцию натрия. В результате сочетанного действия двух гормонов обеспечивается сохранение объема внеклеточной жидкости в организме. Повышение тонуса сосудов в сочетании с задержкой жидкости способствуют подъему артериального давления. Кроме того, ангиотензин II вызывает острое чувство жажды, стимулируя пополнение объема жидкости в организме за счет питьевой воды. Сам ангиотензин II быстро инактивируется в крови под действием ангиотензиназ; одновременно ангиотензин II тормозит выделение ренина клетками юкстагломерулярного аппарата почек.

В поддержании постоянства рН внутренней среды организма принимают участие различные буферные системы: бикарбонатная, фосфатная буферные системы, гемоглобиновый буфер эритроцитов, а также внутриклеточные и внеклеточные белковые буферные системы. Сведения о механизмах их функционирования были изложены в курсе общей химии. В регуляции рН участвуют легкие и почки. Участие легких в регуляции рН связано с тем, что в легких происходит выделение СО2, источником которой является Н2СО3 крови, расщепляемой карбоангидрозой эритроцитов до СО2 и Н2О, тем самым из крови удаляются кислотные эквиваленты. Почки участвуют в регуляции рН крови за счет изменения кислотности выводимой мочи, а следовательно количества выводимых кислотных эквивалентов. Кроме того, почки поставляют в кровь щелочные эквиваленты: в ходе аэробного окисления в почках образуется СО2, который, взаимодействуя с водой, превращается в угольную кислоту. Н2СО3 диссоциирует в почках на Н+ и НСО3, причем кислотный эквивалент ( Н+ ) секретируется канальцевым аппаратом почек в мочу, а щелочной эквивалент ( НСО3) поступает в кровь, принимая в дальнейшем участие в нейтрализации кислореагирующих продуктов метаболизма, поступающих из тканей в кровь.