Роль кальция в организме человека
Кальций выполняет в организме человека ряд разнообразных и важных функций. Он входит в состав основного минерального компонента костной ткани – оксиапатита, микрокристаллы которого образуют жёсткую структуру костной ткани, выполняющей защитно-опорную функцию.
Ионы кальция придают стабильность клеточным мембранам, образуя связи между отрицательно заряженными группами фосфолипидов, структурных белков и гликопротеидов. Важная роль принадлежит кальцию в осуществлении межклеточных связей, обеспечивающих упорядоченную адгезию (слипание) клеток при тканеобразовании.
Наряду с пластическими и структурными функциями кальций играет решающую роль в осуществлении многих важнейших физиологических и биохимических процессов. Кальций необходим для нормальной возбудимости нервной системы и сократимости мышц; он является активатором ряда ферментов и гормонов, важнейшим компонентом свёртывающей системы крови.
Кальций как минеральный компонент костной ткани и плазмы крови
Оксиопатит, остеокласты, остеобласты
В организме человека содержится в норме около 1200г. кальция, 99% этого количества сосредоточены в костях главным образом в виде оксиапатита. Минеральный компонент костной ткани находится в состоянии постоянного обновления. В этом процессе участвуют два типа костных клеток: остеокласты, осуществляющие рассасывание костного вещества с выходом освобождаемого кальция и фосфора в кровоток, и остеобласты, участвующие в процессах отложения фосфорно-кальциевых солей, кальцификации костной ткани. Следствием такого непрерывного обновления является рост костей скелета. У растущих детей скелет полностью обновляется за 1-2 года, у взрослых – за 10-12 лет. Таким образом, минеральный компонент костной ткани находится в состоянии динамического равновесия с ионизированным кальцием и фосфором, растворённым в плазме крови. У взрослого человека за сутки из костей выводится до 700мг. кальция и столько же откладывается в них вновь. В связи с этим костная ткань является не только важнейшей опорной структурой, но и главным депо кальция и фосфора, откуда организм извлекает их при недостаточном поступлении с пищей.
Кальций во внеклеточной жидкости и мягких тканях
Количество кальция во внеклеточной жидкости и мягких тканях взрослого человека не превышает 10г. Концентрация кальция в плазме крови в норме находится в пределах 2,4-2,6ммоль/л. (9.5-10,5мг./100мл.). Приблизительно половина этого количества связана с сыворотчными белками, главным образом с альбумином. Другую половину составляет ультрафильтруемый кальций, способный проходить через целофановую мембрану. Большая часть ультрафильтруемого кальция представлена ионизированным кальцием Ca++, меньшая – растворимыми комплексами Ca++ с цитратом, фосфатом и бикарбонатом.
Снижение уровня сывороточных альбуминов, например, при белковой недостаточности сопровождается снижением уровня белковосвязанного кальция, что не влечёт, однако, за собой каких-либо метаболических растройств. Изменения концентрации ионизированного кальция имеют весьма тяжёлые последствия: снижение её ведёт к нарушению минерализации костной ткани, рахиту и остеомаляции, снижению и утрате мышечного тонуса, повышенной возбудимости двигательных нейронов и тетаническим судорогам; гиперкальцемия вызывает нарушение сердечной деятельности, кальциноз почек, сердца, аорты и других внутренних органов и тканей с необратимым расстройством их функций.
При ацидозе ионизации кальция обычно возрастает, при алкалозе – снижается, хотя концентрация общего кальция в плазме крови может при этом существенно не меняться. Концентрация кальция в тканях приблизительно такая же, как в плазме крови. В мышечных клетках значительная часть кальция находится в цитоплазматической сети.
Обмен кальция и его регуляция
Всасывание кальция
Всасывание кальция происходит в тонком кишечнике с участием особых транспортных механизмов, обеспечивающих возможность его переноса из просвета кишечника в кровоток как по концентрированному градиенту, когда концентрация кальция в просвете кишечника выше, чем в плазме крови, так и против градиента, когда концентрация кальция в просвете кишечника ниже, чем в плазме крови (так называемый активный транспорт). Необходимость этих механизмов обусловлена тем, что липопротеиновые мембраны клеток, в том числе и клеток слизистой оболочки тонкого кишечника, плохо проницаемы для ионизированного кальция, в связи с чем его перенос через эти клетки требует существования специальных каналов или молекул-переносчиков. Перенос кальция против концентрационного градиента сопряжён, кроме того, с затратой метаболической энергии и поэтому зависит от доставки кислорода, глюкозы и других её источников.
Всасывание кальция в кишечнике зависит от обеспеченности организма витамином D, который в форме образующегося из него в почках 1,25-диоксихоликальциферола (1,25-диоксивитамин D) необходим для нормального функционирования систем транспорта кальция в тонком кишечнике. Всасыванию кальция способствуют белки пищи, лимонная кислота и лактоза. Стимулирующее действие белков может быть связано с тем, что появляющиеся в результате их переваривания аминокислоты образуют с кальцием хорошо растворимые и легко всасывающиеся комплексы. Аналогичен механизм действия лимонной кислоты. Лактоза, подвергаясь сбраживанию, поддерживает в кишечнике низкие значения pH, что препятствует образованию нерастворимых фосфорно-кальциевых солей.
К факторам, затрудняющим всасывание кальция и способным в известных условиях нарушить его утилизация, относится избыточное содержание в пище фитиновой кислоты, фосфатов, жиров и щавелевой кислоты. Которые могут связывать кальций в нерастворимые соединения, плохо всасывающиеся в кишечнике. Фитиновой (инозитфосфорной) кислотой особенно богаты злаки – рожь, пшеница, овёс. Однако в процессе брожения при выпечке хлеба под действием содержащейся в дрожжах фитазы фитиновая кислота расщепляется, что значительно снижает её способность связывать кальций. Избыточное содержание органических фосфатов в пище также может затруднять всасывание кальция. Оптимальным для всасывания является соотношение кальция и фосфора 1:1. Щавелевая кислота содержится в овощах и фруктах, однако их потребление обычно не настолько велико, чтобы существенно влиять на всасывание кальция. Более реальная опасность избыточное потребление жиров, при переваривании которых образуются жирные кислоты, способные связывать в виде нерастворимых солей и выносить с калом значительное количество кальция. Этим объясняется остеомаляция у лиц с нарушением всасывания жиров (стеаторея). Желчные кислоты, способствуя всасыванию жирных кислот, улучшаю утилизацию кальция.
При соблюдении оптимальных условий кальций пищи всасывается достаточно полно. Особенно хорошо утилизируется кальций молока и молочных продуктов. Одинаково хорошо утилизируется кальций из его солей – фосфатов, лактата, глюконата, карбоната и др.
Расход кальция
Несмотря на полноту всасывания, большая часть кальция выводится с калом, так как в кишечнике происходит не только всасывание кальция, но и его секреция с пищеварительными соками: за день в просвет кишечника взрослого человека выделяется до 400мг. кальция. Кроме того, часть кальция попадает в просвет вместе со слущивающимся эпителием слизистой оболочки тонкого кишечника. С калом обычно удаляется до 70-80% кальция, поступающего с пищей. С мочой у взрослого человека выделяется от 150 до 350мг. кальция в сутки, у женщин несколько меньше, чем у мужчин.
Потеря кальция с потом при тяжёлой физической работе и высокой температуре окружающей среды может достигать 100мг/ч. В этих условиях потери с потом могут составлять до 30% всех потерь кальция. В нормальных условиях эти потери не превышают 15мг/сут. И не играют важной роли в общем балансе кальция.
Расход кальция существенно возрастает при лактации. Кормящая женщина теряет с молоком 150-300мг. кальция в день. Здоровый взрослый человек, получающий сбалансированный рацион, обычно находится в состоянии кальциевого равновесия, когда количество кальция, теряемое с калом и мочой, примерно эквивалентно его поступлению с пищей. У растущих детей баланс кальция обычно положительный, т.е. имеет место постоянная задержка кальция для роста и образования новой костной ткани.
Организм человека обладает довольно гибкой системой адаптации к различным уровням потребления кальция с пищей: от 200-300 до 1000-1200мг. в сутки. Адаптация к низкому содержанию кальция в пище достигается путём значительного усиления его всасывания в тонком кишечнике и уменьшенного выделения с мочой.
В регуляции нормального содержания кальция в организме участвуют витамин D, паратиреоидный гормон и тиреокальцитонин.
Потребность в кальции и источники его поступления
Согласно рекомендациям Комитета экспертов ВОЗ (1962) физиологическая потребность в кальции взрослого человека составляет 400-500мг./сут. В СССР рекомендуемая норма потребления кальция для взрослых составляет 800-1000мг./сут. В период беременности и лактации норма увеличивается до 1200мг./сут. Потребность в кальции детей в возрасте до 1 года, находящихся на искусственном вскармливании, составляет 300-600мг./сут., от 1 года до 7 лет – 800-1000мг./сут., от 9 до 18 лет – 1000-1200мг./сут.
Основные источники кальция – молоко и молочные продукты; 500мл. коровьего молока полностью обеспечивают суточную потребность человека в кальции. Содержание кальция в мясе, рыбе, хлебе, крупах и овощах незначительно и не может покрыть потребность человека в кальции при обычном уровне их потребления. Существенный вклад в обеспеченность организма кальцием вносят зернобобовые (фасоль, бобы, горох). Основным природным источником кальция для ребёнка служит грудное молоко, которое содержит 20-40мг. кальция в 100мл. Коровье молоко содержит в 4 раза больше кальция, чем женское (120мг./100мл.).
В. Б. Спиричев
Справочник по диетологии / Под ред. А. А. Покровского, М А. Самсонова. – М.: Медицина, 1981, с.80-83
Содержание кальция в основных продуктах питания (100г.)
Яйца куриные 1-й категории 55мг.
Яичный порошок 200мг.
Карась 70мг.
Карп 12мг.
Килька балтийская 26мг.
Ледяная рыба 29мг.
Лещ 26мг.
Налим 32мг.
Окунь речной 50мг.
Креветка дальневосточная (мясо) 193мг.
Морская капуста 40мг.
Сазан азовский крупный 90мг.
Салака осенне-зимняя 21мг.
Сельдь атлантическая жирная 102мг.
Сельдь тихоокеанская нежирная 102мг.
Скумбрия атлантическая 37мг.
Ставрида океаническая 64мг.
Судак 27мг.
Треска 39мг.
Хек 20мг.
Язь 80мг.
Кальмар (филе) 43мг.
Трепанг (мясо) 48мг.
Молоко пастеризованное 121мг.
Молоко обезжиренное 126мг.
Молоко топленое 6% 124мг.
Молоко сухое цельное в герметической упаковке 919мг.
Молоко сгущенное стерилизованное 242мг.
Молоко сгущенное стерилизованное отборное 287мг.
Сливки из коровьего молока 10% жирности 90мг.
Сливки 20%жирности 86мг.
Сметана диетическая 10% жирности 90мг.
Сметана 20% жирности 86мг.
Сметана 40% жирности 70мг.
Творог жирный 150мг.
Творог полужирный 164мг.
Творог нежирный 176мг.
Творог мягкий диетический 160мг.
Сырки творожные детские 135мг.
Кефир жирный 120мг.
Кефир нежирный 126мг.
Простокваша обыкновенная 121мг.
Простокваша нежирная 126мг.
Простокваша мечниковская 124мг.
Ряженка 6% жирности 124мг.
Сыр российский 1000мг.
Сыр пошехонский 1050мг.
Сыр «Нямуна» 748мг.
Сыр голландский круглый 760мг.
Сыр костромской 1040мг.
Сыр латвийский 777мг.
Сыр швейцарский 1064мг.
Сыр эстонский 790мг.
Сыр ярославский 869мг.
Брынза из коровьего молока 530мг.
Масло сливочное несолёное 22мг.
Мёд натуральный 4мг.
Патока кукурузная 36мг.
Крахмал картофельный 40мг.
Хлеб ржаной формовой 38мг.
Хлеб пшеничный формой 32мг.
Батоны простые 25мг.
Хлеб белково-пшеничный 38мг.
Крупа манная 20мг.
Крупа гречневая ядрица 70мг.
Крупа гречневая продел 48мг.
Крупа рисовая 24мг.
Крупа овсяная 64мг.
Хлопья «Геркулес» 52мг.
Крупа перловая 38мг.
Крупа пшенная 27мг.
Макаронные изделия высшего сорта 18мг.
Макаронные изделия 1-го сорта 24мг.
Горошек зелёный 26мг.
Кабачки 15мг.
Капуста белокачанная 48мг.
Капуста цветная 26мг.
Картофель 10мг.
Лук зелёный (перо) 121мг.
Лук порей 87мг.
Лук репчатый 31мг.
Морковь красная 51мг.
Огурцы грунтовые 23мг.
Огурцы парниковые 17мг.
Перец зелёный сладкий 6мг.
Перец красный сладкий 8мг.
Петрушка (зелень) 245мг.
Петрушка (корень) 86мг.
Салат 77мг.
Свекла 37мг.
Сельдерей (корень) 63мг.
Томаты грунтовые 14мг.
Томаты парниковые 8мг.
Укроп 223мг.
Фасоль (стручок) 65мг.
Арбуз 14мг.
Дыня 16мг.
Тыква 40мг.
Абрикосы 28мг.
Алыча 27мг.
Вишня 37мг.
Груша 19мг.
Персики 20мг.
Слива (садовая) 28мг.
Черешня 33мг.
Яблоки 16мг.
Апельсины 34мг.
Грейпфрут 23мг.
Лимоны 40мг.
Мандарины 35мг.
Брусника 40мг.
Виноград 45мг.
Земляника (садовая) 40мг.
Клюква 14мг.
Крыжовник 22мг.
Малина 40мг.
Смородина красная 36мг.
Смородина чёрная 36мг.
Шиповник свежий 36мг.
Шиповник сухой 26мг.
Грибы белые свежие 27мг.
Грибы белые сушеные 184мг.
Чай чёрный байховый 495мг.
Кофе жареный в зёрнах 147мг.
Кофе растворимый 100мг.
Справочник по диетологии / Под ред. А. А. Покровского, М А. Самсонова. – М.: Медицина, 1981 (приложения)