钙磷代谢(二)

食物中的磷主要以无机磷酸盐和有机磷酸酯两种形式存在,肠道主要吸收无机磷,有机含磷物则经水解释放出无机磷而被吸收。磷的吸收较易、吸收率可达70?0%。其吸收部位遍及小肠,以空肠吸收率最高。磷的吸收量比钙大,而且是逆电荷梯度进入小肠粘膜细胞,可见其有独立的吸收机制,目前对磷吸收机制尚未完全了解。肠道中酸碱性、食物成分以及血钙和血磷浓度均可影响钙和磷的吸收。

图12-3 人体每日钙的更新率

(二)钙和磷的排泄

人体排出钙主要有两条途径:约20%经肾排出,80%随粪便排出。肾小球每日滤出钙约10g,95%以上被肾小管重吸收,0.5-5%随尿排出。正常人从尿排出钙量较稳定,受食物钙量影响不大,但与血钙水平相关。血钙升高则尿钙排出增多。粪便中钙主要为食物中未吸收钙及消化液中钙。其量随钙的摄入量及肠收状态波动较大。

正常成人每日进出体内的钙量大致相等,即处于钙平衡状态。图12-3说明机体钙平衡的情况,图中数字为每日钙变化量的平均数。

磷亦通过肠道和肾脏排泄,以肾脏排泄为主。尿磷排出量占总排出量的60?0%。尿磷排出量取绝于肾小球滤过率和肾小管重吸收功能,并随肠道摄入量的变化而变化。

三、钙、磷与骨的钙化及脱钙

骨是一种特殊的结缔组织,不仅做为人体的支架组织,而且是人体中钙、磷的最大储库。通过成骨与溶骨作用,不断与细胞外液进行钙磷交换、对维持血钙和血磷稳定有重要作用。

(一)骨的组成

骨由无机盐、又称骨盐(bony salts)、有机基质和骨细胞等组成。骨盐增加骨的硬度,基质决定骨的形状及韧性,骨细胞在代谢中起主导作用。

骨盐占骨干重的65~70%,其主要成分为磷酸钙,占84%,其它还有CaCO3占10%,柠檬酸钙占2%,磷酸镁占1%,和Na2HPO4占2%等。骨盐约有60%以结晶的羟磷灰石(hydroxyapatite)形式存在,其余40%为无定形的CaHPO4。据认为后者可以转变为前者。羟磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]是微细的结晶,亦称骨晶(bone crystal)。每克骨盐含有约1016个结晶,总的表面积可达100平方米,体液中其他离子如Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、HCO3-、F-,柠檬酸根等可吸附在羟磷灰石的晶格之间。骨晶性质稳定,不易解离,但在其表层进行离子交换的速度较快。

骨中镁离子占体内镁离子总量的50%,骨中钠离子也占体内钠离子总量的35%,而且大部分钠易于交换。所以骨骼不仅是身体的支持组织,也是贮存大量钙、磷、钠、镁的器官,在维持体液电解质浓度的稳定性上具有重要作用。此外,骨盐中的Ca2+还可与体液中的H+交换,当体液中[H+]增多(酸中毒)时,由于Ca2+H+交换,可致骨盐溶解。

骨基质包括胶原和非胶原化合物。胶原约占90%以上。非胶原蛋白中含量较多的是骨钙素(osteocalcin)和骨连接素(osteonectin)。骨钙素为一种依赖维生素K的小分子酸性蛋白质,分子量约6000,其谷氨酸残基在γ位羧化为γ-羧基谷氨酸,与羟磷灰石、Ca2+有很高亲和力、骨连接素是附着于胶原的一种糖蛋白,易与羟磷石结合,可能作为骨盐沉积的核心。

(二)成骨作用与钙化

骨的生长、修复或重建过程,称为成骨作用(osteogenesis)。成骨过程中,成骨细胞先合成胶原和糖白多糖等细胞间质成分,形成所谓“骨样质”(osteoid),继后骨盐沉积于骨样质中,此过程称为钙化(calcification)。

关于钙化的机理,尚未完全阐明,研究表明下列变化可能参与和影响骨盐的沉积:

(一)电镜下可见成骨细胞表面突起形成很多囊泡。囊泡膜富含类脂并具有很高的碱性磷酸酶活性,可水解基质中多种磷酸酯,使无机磷浓度升高。囊泡中富含丝氨酸磷酯,能与Ca2+紧密结合,故能有效摄取周围基质中Ca2+。此外,成骨细胞具有钙泵作用,可从周围间隙中浓集钙。这些因素共同作用,使骨组织钙化局部Ca2+和HPO42-升高,使[Ca]×[P]积升高,利于钙盐的沉积。

(二)正常血中存在钙化抑制物,如焦磷酸盐(pyrophosphate),而成骨细胞囊泡中的磷酸酶可水解焦磷酸盐,一方面解除其抑制作用,另一方面提供了充分的无机磷作为骨盐沉着的原料。

(三)基质中的骨连接素可能提供羟磷灰石结晶形成的“晶核”,促使羟磷石结晶的形成。骨钙素则可直接结合羟磷灰石,避免羟磷灰石在局部堆积,使之有规律地沉积于胶原上。

(四)实验表明,胶原纤维的成熟和骨样组织的正常,是骨盐沉着的重要前提。

骨的生成和钙化是一个复杂的生物过程,受多种因素的影响和调节,此方面的研究正在深入进行,并取得了一些可喜的进展。如发现了多种与骨生成相关的蛋白及细胞因子等。