Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Реферат по химии на тему: Медико-биологическое значение кальция.

Реферат по химии на тему: Медико-биологическое значение кальция.


  • Химия

Поделитесь материалом с коллегами:

1. Кальций в организме человека.

Кальций (Са, Calcium) — самый распространенный неорганический элемент в организме человека, его общее содержание около 1,4% (1000 г на 70 кг массы тела). Кальций относится к макроэлементам. Он содержится в каждой клетке человеческого организма. В организме кальций распределен неравномерно. Основная масса кальция имеющегося в организме находится в костях и зубах (примерно 99%). Фракция внекостного кальция, составляет всего 1% от его общего содержания в организме, но является очень важной составляющей частью. Так как кальций непосредственно участвует в самых сложных процессах, например, таких, как свертываемость крови; регуляция внутриклеточных процессов; регуляция проницаемости клеточных мембран; регуляция процессов нервной проводимости и мышечных сокращений; поддержание стабильной сердечной деятельности; формирование костной ткани, минерализация зубов.

Неорганический элемент кальций поступает в организм человека с пищей, усвоение кальция происходит в кишечнике, обмен в костях. Из организма кальций выводят почки. Равновесие этих процессов обеспечивает постоянство содержания кальция в крови. Выведение и усвоение кальция находится под контролем гормонов (паратгормон и др.) и кальцитриола — витамина D3. Для того, чтобы происходило усвоение кальция, в организме должно быть достаточно витамина Д. Норма кальция Са в крови: 2,15 — 2,50 ммоль/л. Рекомендуемая Дневная Норма Потребления (РНП) кальция для взрослых — 800 — 1.200 мг. В среднем взрослый человек в сутки должен потреблять 1 г кальция, хотя потребность в кальции составляет только 0,5 г. Кальций, вводимый с пищей, только на 50% всасывается в кишечнике. Сравнительно плохое всасывание является следствием образования в желудочно-кишечном тракте труднорастворимых фосфата кальция Са3(РO4)2 и кальциевых солей жирных кислот.

За сутки из кишечника всасывается примерно 1 грамм кальция и только 1/3 от этого количества усваивается тканями организма. Столько же - 1грамм кальция - ежесуточно теряется с мочой и калом. В межклеточных жидкостях содержится тоже в среднем 1 грамм кальция. Значит, за одни сутки полностью обновляется весь внеклеточный кальций организма. У взрослого здорового человека в возрасте до 40 лет все процессы минерализации и резорбции костной ткани находятся в равновесии. У детей до окончательного окостенения наблюдается положительный кальциевый баланс. После 40-летнего возраста - отрицательный баланс кальция.

2. Кальций в биохимии костной ткани.

Костная ткань - это особый вид соединительной ткани. Костная ткань имеет особенности строения, которые не встречаются в других видах соединительной ткани. В ней преобладает межклеточное вещество, содержащее большое количество минеральных компонентов, главным образом - солей кальция. Основные особенности кости - твердость, упругость, механическая прочность. В компактном веществе кости большая часть минеральных веществ представлена гидроксилапатитом (рис. 1) и аморфным фосфатом кальция.

hello_html_13a1ae47.pngрис. 1

Кроме них встречаются карбонаты, фториды, гидроксиды и значительное количество цитрата кальция. Химический состав костной ткани (в%%):

20% - органический компонент, 70% - минеральные вещества, 10% - вода. Губчатое вещество: 35-40% - минеральных веществ, до 50% - органические соединения, содержание воды - 10%.
Особенность минерального компонента в том, что фактическое соотношение кальций/фосфор равно 1,5, хотя расчетное соотношение должно быть 1,67. Это позволяет кости легко связывать или отдавать ионы фосфата, поэтому кость - это депо для минералов, особенно для кальция.

Важный компонент органического матрикса - кальций-связывающий белок. Он состоит из 49 аминокислот, содержит 3 остатка гамма-карбоксиглутаминовой кислоты. Функция кальций-связывающего белка - регуляция связывания кальция в костях и зубах. Основной белок костной ткани - коллаген, который содержится в количестве 15% - в компактном веществе, 24% - в губчатом веществе. Количество неколлагеновых белков составляет от 5 до 8%. В основном это белки- гликопротеины и белково-углеводные комплексы - протеогликаны. Костный коллаген - коллаген типа 1 - в нем больше, чем в других видах коллагена, содержится оксипролина, лизина и оксилизина, отрицательно заряженных аминокислот, с остатками серина связано много фосфата, поэтому костный коллаген - это фосфопротеин. Благодаря своим особенностям костный коллаген принимает активное участие в минерализации костной ткани. В зрелом организме процессы минерализации и резорбция кости находятся в состоянии динамического равновесия. Минерализация - это формирование кристаллических структур минеральных солей костной ткани. Активное участие в минерализации принимают остеобласты. Для минерализации требуется много энергии ( в форме АТФ ). Можно выделить два основных этапа минерализации.
Этапы минерализации костной ткани
1-й этап: остеобласты начинают синтезировать костный коллаген, который содержит фосфаты и формирует хондроитинсульфаты. Костный коллаген является матрицей для процесса минерализации. Особенностью процесса минерализации является пересыщение среды ионами кальция и фосфора. На 1 этапе минерализации кальций и фосфор связываются с костным коллагеном. Обязательный участник процесса - сложные липиды.  
2-й этап - в зоне минерализации усиливаются окислительные процессы, распадается гликоген, синтезируется необходимое количество АТФ. Кроме того, в остеобластах увеличивается количество цитрата, необходимого для синтеза аморфного фосфата кальция. Одновременно из лизосом остеобластов выделяются кислые гидролазы, которые взаимодействуют с белками органического компонента и приводят к образованию ионов аммония и гидроксид-ионов, которые соединены с фосфатом. Так формируются ядра кристаллизации. Ионы кальция и фосфора, которые были связаны с белково-углеводным комплексом, переходят в растворимое состояние и формируют кристаллы гидроксилапатита. По мере роста кристаллы гидроксилапатита вытесняют протеогликаны и даже воду до такой степени, что плотная ткань становится практически обезвоженной. Ингибитор процесса минерализации - неорганический пирофосфат. Его накопление в кости может препятствовать росту кристаллов. Чтобы этого не происходило, в остеобластах есть щелочная фосфатаза, которая расщепляет пирофосфат на два фосфатных остатка. При нарушении процессов минерализации - например, при заболевании оссифицирующим миозитом - кристаллы гидроксиапатита могут появлятся в сухожилиях, связках, стенках сосудов. Вместо кальция в костную ткань могут включаться другие элементы - стронций, магний, железо, уран и т.д. После формирования гидроксилапатита такое включение уже не происходит. На поверхности кристаллов может накапливаться много натрия в форме цитрата натрия. Кость выполняет функции лабильного (изменчивого) депо натрия, который выделяется из кости при ацидозе и, наоборот, при избытке поступления натрия с пищей, чтобы предотвратить алкалоз - натрий депонируется в кости. В ходе роста и развития организма количество аморфного фосфата кальция уменьшается, потому что кальций связывается с гидроксилапатитом.

3. Кальций в биохимии тканей зуба.

Твердые ткани зуба - к ним относят эмаль ( в коронке зуба), дентин и цемент ( на поверхности корня). В отличие от других видов костной ткани, ткани зуба еще более минерализованы. Рис.2
рис.2
hello_html_m1933ae6a.png 

Эмаль содержит гидроксилапатит, фторапатит, фторид кальция. Соотношение кальций/фосфор в эмали равно 1,75, поэтому эмаль еще более минерализирована, чем кость. С возрастом это соотношение доходит до 2,09. Органическое вещество эмали образуют в основном белки - амелогенины. Основная функция этих белков - формирование нерастворимой органической матрицы эмали, которая затем минерализируется благодаря особому кальций-связывающему белку эмали. В состав эмали также могут входить глюкозаминогликаны и цитрат. Особенности метаболизма эмали - это крайне низкая скорость обмена. Обмен ионами возможен со стороны полости рта - через слюну. Дентин в отличие от эмали содержит много сиалопротеинов (это неколлагеновые белки). По степени минерализации дентин аналогичен компактному веществу костной ткани. Минеральный компонент - гидроксилапатит, в котором чаще, чем в кости, обнаруживается магний.

Цемент еще менее минерализован, чем дентин. Здесь больше воды и протеогликанов. Клеточные элементы - цементобласты.  

4. Кальций в крови.

Концентрация ионов кальция в плазме крови поддерживается очень точно на уровне 9-11мг% и у здорового человека редко колеблется больше чем на 0,5мг% выше или нормального уровня, являясь одним из наиболее точно регулируемых факторов внутренней среды. Узкие границы, в пределах которых колеблется содержание кальция в крови, обусловлены взаимодействием двух гормонов – паратгормона и тирокальцитонина. Падение уровня кальция в крови приводит к усилению внутренней секреции околощитовидных желез, что сопровождается увеличением поступления кальция в кровь из его костных депо. Наоборот, повышение содержания этого электролита в крови угнетает выделение паратгормона и усиливает образование тирокальцитонина из парафолликулярных клеток щитовидной железы, в результате чего снижается количество кальция в крови. У человека при недостаточной внутрисекреторной функции околощитовидных желез развивается гипопаратериоз с падением уровня кальция в крови. Это вызывает резкое повышение возбудимости центральной нервной системы, что сопровождается приступами судорог и может привести к смерти. Гиперфункция околощитовидных желез вызывает увеличение содержания кальция в крови и уменьшение неорганического фосфата, что сопровождается разрушением костной ткани (остеопороз), слабостью в мышцах и болями в конечностях.

На рисунке продемонстрировано, что кальций в крови содержится в 3 формах (фракциях). Около 50% кальция (физиологически неактивный) находится в связанном состоянии с белками сыворотки, главным образом с альбуминами (до 80% этой фракции). Примерно 5-10% кальция находится в комплексе с анионами, в частности бикарбонатом, лактатом, нитратом, фосфатом и др., а оставшаяся часть присутствует в крови в свободном, или ионизированном, состоянии. Именно ионизированный кальций физиологически активен, но методами, используемыми в клинических лабораториях, определяют сразу все 3 фракции кальция, т.е. его общее содержание в крови. Нормальная концентрация общего и ионизированного кальция в сыворотке крови представлена ниже. Содержание общего и ионизированного кальция измеряют в миллиграммах на литр (мг/л) или в миллимолях на литр (мМ/л).

hello_html_m434d4d72.png

Рисунок. Три фракции кальция в крови. Слева - нормальное распределение кальция, справа - распределение кальция при гипоальбуминемии.

Нормальная концентрация кальция в сыворотке крови:

Общий кальций = 85-102 мг/л, или 2,1—2,5 мМ/л.

Ионизированный кальций = 48-72 мг/л, или 1,1—1,3 мМ/л. (физиологически активная часть кальция крови)
Все физиологические эффекты кальция (участие в мышечном сокращении, в механизмах секреции гормонов, рецепторных процессах, в механизмах клеточного деления и др.) осуществляются его ионизированной формой (Ca++). Свободный кальций составляет от 43% до 50% общего кальция. Его концентрация варьирует в течение суток: минимальная концентрация в 20 ч, максимальная в 2 - 4 часа ночи. Уровень ионизированного кальция поддерживается паратгормоном, кальцитонином, активной формой витамина Д3. Продукция этих гормонов, в свою очередь, зависит от уровня Ca++. На его концентрацию в крови влияют многие факторы - белки, магний (необходимо обязательно исследовать концентрацию магния, если обнаруживается гипокальциемия!). Очень важным является кислотно-основное состояние (КОС): алкалоз увеличивает связывание и снижает концентрацию, а ацидоз, напротив, снижает связывание и увеличивает концентрацию ионизированного кальция в крови. Определение свободного кальция позволяет более точно оценить состояние кальциевого обмена, особенно у пациентов, подвергающихся хирургическим вмешательствам, реанимации, получающих гепарин, бикарбонаты, препараты кальция и магнезии. Определение ионизированного кальция более информативно, по сравнению с исследованием общего кальция, для диагностики гиперкальциемических состояний, в частности при первичном гиперпаратиреоидизме (для которого характерно повышение в крови концентрации свободного кальция и неизмененный уровень общего кальция), у больных с онкопатологией, у пациентов, находящихся на диализе. Во время беременности содержание общего кальция сыворотки уменьшается параллельно снижению концентрации альбумина, хотя уровень свободного кальция остается в пределах нормы. Содержание свободного и общего кальция у плода несколько повышено, оно снижается в течение нескольких дней после родов, а затем вскоре возрастает до значений несколько более высоких, чем у взрослых. Значение ионизированного кальция, при котором возможно возникновение тетании и судорог: < 0,8 ммоль/л; критический уровень, угрожающий жизни: < 0,7 ммоль/л (по некоторым данным < 0,5 ммоль/л).

5. Определение содержания кальция в организме.

 Самый простой способ оценить содержание кальция — сделать анализ кальция — сдать биохимический анализ крови на микроэлементный состав. Анализ кальция назначается для диагностики остеопороза, при боли в костях, заболеваниях мышц, желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы, онкологических заболеваниях. Определение кальция в крови назначается и при подготовке к оперативному вмешательству.

Повышение уровня кальция в крови: переизбыток кальция или гиперкальцемия могут вызываться следующими нарушениями в организме человека:

  • повышенная функция паращитовидных желез (первичный гиперпаратиреоз)

  • злокачественные опухоли с поражением костей (метастазы, миелома, лейкозы)

  • саркоидоз

  • избыток витамина Д

  • обезвоживание

  • тиреотоксикоз

  • туберкулез позвоночника

  • острая почечная недостаточность.

Понижение уровня кальция в крови: нехватка кальция может быть связана и применением медицинских препаратов — противоопухолевых и противосудорожных средств. Дефицит кальция в организме проявляется судорогами мышц, нервозностью, бессонницей и другими нарушениями в организме.

  • рахит (дефицит витамина D)

  • остеопороз

  • остеомаляция

  • снижение функции щитовидной железы

  • хроническая почечная недостаточность

  • дефицит магния

  • панкреатит

  • механическая желтуха, печеночная недостаточность

  • кахексия.

Для определения содержания общего кальция сыворотки крови в настоящее время используют прямые методы:

1. Колориметрические с глиоксаль бис 2 оксианилом (ГБОА), с о крезол­фталеин­комплексоном (о КФК), с мурексидом, с метилтимоловым синим.

2. Комплексонометрические, сводятся к прямому титрованию разведенной сыворотки комплексоновым раствором при подходящих pH среды и индикаторе.

3. Флюорометрические методы.

4. Атомно абсорбционная и эмиссионная пламенная фотометрия.

5. Электрохимические методы, в которых с помощью ионселективного электрода определяется ионизированный (физиологически активный) кальций, который лучше отражает метаболизм кальция и во многих физиологических и патологических ситуациях представляет особый интерес.

В качестве унифицированного в настоящее время принят метод с о крезол­фталеин­комплексоном.

5. Участие кальция в свёртывании крови.

Вследствие разрушения тканевых клеток и активации тромбоцитов высвобождаются белки фосфолипопротеины, которые вместе с факторами плазмы, а также ионами Ca образуют ферментный комплекс, который активирует протромбин. Если процесс свёртывания начинается под действием фосфолипопротеинов, выделяемых из клеток повреждённых сосудов или соединительной ткани, речь идёт о внешней системе свёртывания крови; если же инициация происходит под влиянием факторов свёртывания, присутствующих в плазме, используют термин внутренняя система свёртывания. Обе эти системы дополняют друг друга.

В процессе адгезии форма тромбоцитов меняется — они становятся округлыми клетками с шиповидными отростками. Под влиянием АДФ и адреналина способность тромбоцитов к агрегации повышается. При этом из них выделяются серотонин, катехоламины и ряд других веществ. Под их влиянием происходит сужение просвета повреждённых сосудов, возникает функциональная ишемия. В конечном итоге сосуды перекрываются массой тромбоцитов, прилипших к краям коллагеновых волокон по краям раны.

На этой стадии гемостаза под действием тканевого тромбопластина образуется тромбин. Именно он инициирует необратимую агрегацию тромбоцитов. Реагируя со специфическими рецепторами в мембране тромбоцитов, тромбин вызывает фосфорилирование внутриклеточных белков и высвобождение ионов Ca.

В нормальном состоянии кровь — легкотекучая жидкость, имеющая вязкость, близкую к вязкости воды. В крови растворено множество веществ, из которых в процессе свёртывания более всего важны белок фибриноген, протромбин и ионы кальция. Процесс свёртывания крови реализуется многоэтапным взаимодействием на фосфолипидных мембранах плазменных белков, называемых «факторами свёртывания крови». В состав этих факторов входят проферменты, превращающиеся после активации в протеолитические ферменты; белки, не обладающие ферментными свойствами, но необходимые для фиксации на мембранах и взаимодействия между собой ферментных факторов. После повреждения стенок сосудов в кровь попадает тканевый тромбопластин, который запускает механизм свёртывания крови. Он может активироваться и иными причинами, являясь универсальным активатором всего процесса. При наличии в крови ионов кальция происходит полимеризация растворимого фибриногена и образование бесструктурной сети волокон нерастворимого фибрина. Начиная с этого момента в этих нитях начинают фильтроваться форменные элементы крови, создавая дополнительную жёсткость всей системе, и через некоторое время образуя тромб, который закупоривает место разрыва, с одной стороны, предотвращая потерю крови, а с другой — блокируя поступление в кровь внешних веществ и микроорганизмов. На свёртывание крови влияет множество условий. Например, катионы ускоряют процесс, а анионы — замедляют. Кроме того, существуют вещества как полностью блокирующие свёртывание крови, так и активирующие его. Врождённые нарушения системы свёртывания крови называют гемофилией.

6. Содержание кальция в продуктах питания

Кальций  — самое дефицитное минеральное вещество в организме человека. Для восполнения суточной нормы кальция человек должен употреблять в пищу содержащие кальций продукты питания. Главные источники кальция — творог, молоко, молочные продукты, сыры, соевые, бобы, сардины, лосось, арахис, грецкие орехи, семечки подсолнуха, зеленые овощи (брокколи, сельдерей, петрушка, капуста), чеснок, редька, репчатый лук, толокно, урюк и курага, яблоки, сушеные персики, груши, сладкий миндаль, яичный желток. Самым легкоусвояемым является кальций молока и молочных продуктов (за исключением сливочного масла) в сочетании с овощами и фруктами. Для удовлетворения суточной потребности достаточно 0,5 л молока или 100 г сыра. Кстати, молоко не только является прекрасным источником кальция, но и способствует усвоению кальция, содержащегося в других продуктах. Очень важным для усвоения кальция является присутствие в рационе витамина D, который нейтрализует действие различных антикальцирующих веществ и является регулятором фосфорно-кальциевого обмена. Важно отметить, что действие кальция в продуктах, богатых кальцием, может быть нейтрализовано определенными продуктами питания. Антагонисты кальция — щавелевая кислота (содержится в  щавеле, шпинате), затрудняется утилизация кальция пищей, богатой жирами, фитиновой кислотой (содержится в зернах, больше всего в ржаном хлебе). «Врагами» кальция также являются тростниковый сахар, шоколад и какао. Прежде всего, следует отметить, что кальций теряется при термической обработке (например, при варке овощей - 25%). Потери кальция будут незначительны, если вода, в которой варились овощи, идет в употребление.






















Краткое описание документа:

Кальций — самый распространенный неорганический элемент в организме человека,его общее содержание около 1,4% (1000 г на 70 кг массы тела). Кальций относится к макроэлементам.  Он содержится в каждой клетке человеческого организма. В организме кальций распределен неравномерно.  Основная масса кальция имеющегося в  организме находится в костях и зубах (примерно 99%). Фракция  внекостного кальция,  составляет всего 1%  от его общего содержания в организме,  но  является очень важной составляющей частью.Так как кальций непосредственно участвует в самых сложных процессах, например, таких, как свертываемость крови; регуляция внутриклеточных процессов; регуляция проницаемости клеточных мембран; регуляция процессов нервной проводимости и мышечных сокращений; поддержание стабильной сердечной деятельности; формирование костной ткани, минерализация зубов.  

 

Автор
Дата добавления 15.04.2015
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1343
Номер материала 485085
Получить свидетельство о публикации


Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх