生物化学与分子生物学/钙、磷代谢

钙、磷及微量元素 - 钙、磷代谢 - 微量元素
钙(calcium)是人体内含量最多的无机元素之一，仅次于碳、氢、氧和氮。新生儿体内钙总量约为29～30g, 随着生长发育体内钙不断积累，成年女性体内钙的含量约为25mol(1000g), 成年男性约为3mol(1200g)。磷(phosphorus)在人体内的含量次于碳、氢、氧、氮和钙，约占人体重的1%, 成人体内含600～900g 的磷。

钙、磷在体内分布及其功能

钙既是骨的主要成分又具有重要的调节作用

人体内99%的钙以羟基磷灰石[hydroxyapatite, Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂]的形式存在，少量为无定形钙[Ca₂(PO₄)₂], 是羟基磷灰石的前体。羟基磷灰石是钙构成骨和牙的主要成分，起着支持和保护作用。
成人血浆（或血清）中的钙含量为2.25～2.75mmol/L(90～llOmg/L), 不到人体钙总量的0.1%, 约一半是游离Ca²⁺；另一半为结合钙。结合钙绝大部分与血浆蛋白质结合，小部分与柠檬酸、重碳酸盐等结合；与血清蛋白质结合的钙主要与清蛋白结合，少量与球蛋白结合。游离钙与蛋白质结合钙在血浆中呈动态平衡状态。血浆pH可影响它的平衡，当血浆偏酸时，蛋白质结合钙解离，血浆游离钙增多；当pH升高时，蛋白质结合钙增多，而游离钙减少。平均每增减l个pH单位，每100ml血浆游离钙浓度相应改变0.42mmol(l.68mg)。血钙的正常水平对于维持骨骼内骨盐的含量、血液凝固过程、调节多种酶的活性、维持细胞膜的完整性和通透性和神经肌肉的兴奋性等方面具有重要的作用。
分布于体液和其他组织中的钙不足总钙量的1%。细胞外液游离钙的浓度为1.12～1.23mmol/L; 细胞内钙浓度极低，且90%以上储存于内质网和线粒体内，胞质钙浓度仅为0.01～0.lmol/L。胞质钙在启动骨骼肌和心肌细胞的收缩、作为第二信使在信号转导中发挥许多重要的生理作用。

磷是体内许多重要生物分子的组成成分

正常成人的磷主要分布于骨（约占85.7%), 其次为各组织细胞（约14%), 仅少量（约0.03%)分布于体液。骨磷总量为600～900g, 是钙含量的一半。成人血浆中无机磷的含量为1.1～1.3 mmol/L (35 ～40mg/L)。
磷除了构成骨盐成分、参与成骨作用外，还是核酸、核苷酸、磷脂、辅酶等重要生物分子的组成成分，发挥各自重要的生理功能。许多生化反应和代谢调节过程需要磷酸根的参与，ATP和磷酸肌酸等高能磷酸化合物作为能量的载体，在生命活动中起着十分重要的作用。无机磷酸盐还是机体中重要的缓冲体系成分。
正常人血液中钙和磷的浓度相当恒定，每100ml血液中钙与磷含量之积为一常数，即[Ca]×[P] =35～40。因此，血钙降低时，血磷会略有增加。

钙、磷的吸收与排泄受多种因素影响

牛奶、豆类和叶类蔬菜是人体内钙的主要来源。十二指肠和空肠上段是钙吸收的主要部位。钙盐在酸性溶液中易溶解，凡使消化道内pH下降和增加钙肠道溶解度的物质均有利于钙的吸收。如乳糖可增加钙的吸收，其原因是乳糖可与钙鳌合形成低分子可溶性钙络合物及其乳糖可被肠道细菌分解发酵产酸。活性维生素D[l,25-(0H)₂-D₃]能促进钙和磷的吸收。凡能在肠道内与钙形成不溶性复合物的物质均干扰钙的吸收，如碱性磷酸盐、草酸盐和植酸盐可与钙形成不溶解的钙盐，不利于钙的吸收。钙的吸收随年龄的增长而下降。负荷运动等增加了机体对钙的需要，从而间接促进肠道吸收钙。
正常成人肾小球每日滤过约9g游离钙，肾小管对钙的重吸收量与血钙浓度相关。血钙浓度降低可增加肾小管对钙的重吸收率，而血钙高时吸收率下降。肾对钙的重吸收受甲状旁腺激素的严格调控。
成人每日进食1.0～1.5g磷，食物中的有机磷酸酯和磷脂在消化液中磷酸酶的作用下，水解生成无机磷酸盐并在小肠上段被吸收。钙、镁、铁可与磷酸根生成不溶性化合物而影响其吸收。
肾小管对血磷的重吸收也取决于血磷水平，血磷浓度降低可增高磷的重吸收率。血钙增加可降低磷的重吸收。pH降低可增加磷的重吸收。甲状旁腺激素抑制血磷的重吸收，增加磷的排泄。

骨是人体内的钙、磷储库和代谢的主要场所

由于体内大部位钙和磷存在于骨中，所以骨内钙、磷的代谢成为体内钙、磷代谢的主要组成。血钙与骨钙的相互转化对维持血钙浓度的相对稳定具有重要意义。
骨的组成中水占10%；有机物质占20%,主要的有机基质是Ⅰ型胶原；无机盐占70%,主要是羟基磷灰石。骨形成的初期，成骨细胞分泌胶原，胶原聚合成胶原纤维，并进而形成骨的有机基质。钙盐沉积于其表面，逐渐形成胫基磷灰石骨盐结晶。少量无定形骨盐与经基磷灰石结合疏松，可与细胞外液进行钙交换，与体液钙形成动态平衡。碱性磷酸酶可以分解磷酸酣和焦磷酸盐，使局部无机磷酸盐浓度升高，有利于骨化作用。因此，血液碱性磷酸酶活性增高可作为骨化作用或成骨细胞活动的指标。

钙、磷代谢主要受三种激素的调节

调节钙和钙代谢的主要激素有活性维生素D、甲状旁腺激素和降钙素。主要调节的靶器官有小肠、肾和骨。

活性维生素D促进小肠钙的吸收和骨盐沉积

1,25-(OH)₂-D₃对钙、磷代谢作用的主要靶器官是小肠和骨。1,25-(OH)₂-D₃与小肠黏膜细胞特异的细胞内受体结合后，进入细胞核，刺激钙结合蛋白的生成。后者作为载体蛋白促进小肠对钙的吸收。同时磷的吸收也随之增加。生理剂量的 1,25-(OH)₂-D₃可促进骨盐沉积，同时还可剌激成骨细胞分泌胶原，促进骨基质的成熟，有利于成骨。

甲状旁腺激素具有升高血钙和降低血磷的作用

甲状旁腺激素(parathyroid hormone, PTH)是甲状旁腺分泌的由84个氨基酸残基组成的蛋白质，其主要作用靶器官是骨和肾。PTH刺激破骨细胞的活化，促进骨盐溶解，使血钙增高与血磷下降。 PTH促进肾小管对钙的重吸收，抑制对磷的重吸收。同时PTH还可刺激肾合成1,25-(OH)₂-D₃，从而间接地促进小肠对钙、磷的吸收。PTH的总体作用是使血钙升高。

降钙素是唯一降低血钙浓度的激素

降钙素(calcitonin, CT)是甲状腺C细胞合成的由32个氨基酸残基组成的多肽，其作用靶器官为骨和肾。CT通过抑制破骨细胞的活性、激活成骨细胞，促进骨盐沉积，从而降低血钙与血磷含量。 CT还抑制肾小管对钙、磷的重吸收。CT的总体作用是降低血钙与血磷。

钙、磷代谢紊乱可引起多种疾病

维生素D缺乏可引起钙吸收障碍，导致儿童佝偻病和成人骨软化症。骨基质丧失和进行性骨骼脱盐可导致中、老年人骨质疏松症(osteoporosis)。甲状旁腺功能亢进与维生素D中毒可引起高血钙症(hypercalcemia）、尿路结石等。甲状旁腺功能减退症可引起低钙血症(hypocalcemia)。
高磷血症常见于慢性肾病病人，与冠状动脉、心瓣膜钙化等严重心血管并发症密切相关；是引起继发性甲状旁腺功能亢进、维生素D代谢障碍、肾性骨病等的重要因素。维生素D缺乏也可减少肠腔磷酸盐的吸收，是引起低磷血症的原因之一。