Роль фосфора в организме человека
Фосфор в виде остатка фосфорной кислоты входит в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот, фосфопротеидов и коферментов, фосфолипидов и фосфорилированных форм сахаров и др. Остаток фосфорной кислоты и её органические соединения выполняют в организме структурные и метаболические функции. Структурная функция неорганического фосфата состоит в том, что он вместе с кальцием входит в состав основного минерального компонента костной ткани – оксиапатита. Структурная функция принадлежит и фосфолипидам – одним из основных строительных блоков липопротеиновых мембран клеток и субклеточных органелл: ядер, митохондрий, цитоплазматической сети, а также таких мембранных структур как миелин.
Исключительно важны и многобразны метаболические функции фосфата и его органических соединений. Входя в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот (ДНК, РНК), фосфат принимает участие в процессах кодирования, хранения и использования генетической информации, биосинтезе нуклеиновых кислот, белков, росте и делении клеток.
Не менее велика роль органических соединений фосфора в энергетическом обеспечении процессов жизнедеятельности. Макроэргические соединения фосфора – АТФ и креатинфосфат – аккумулируют энергию, освобождаемую в процессе гликолиза и окислительного фосфорилирования, которая может быть использована для механической (мышечное сокращение), электрической (проведение нервного импульса), химической (биосинтез различных соединений) и электрохимической (активный транспорт веществ через биологические мембраны) работы. Эстерификация неорганического фосфата, связывание его в виде богатой энергией пирофосфатной связи АТФ является центральным звеном превращения потенциальной энергии пищевых веществ в динамическую энергию указанных выше процессов.
Значение фосфора в энергетическом обмене обусловлена не только центральной ролью АТФ, но и тем обстоятельством, что все превращения в ходе гликолиза, гликонеогенеза и пентозного цикла углеводы проделывают не в свободной, а фосфорилированной форме.
Важная роль принадлежит соединениям фосфорной кислоты в ферментативных процессах и механизме ферментативного катализа. Остаток фосфорной кислоты входит в состав большинства коферментов, а фосфорилирование является одним из основных путей превращения витаминов в их функционально активные коферментные формы. Примером может служить превращение тиамина (витамин В1) в тиаминдифосфат (кокарбоксифлаза), пиридоксаля (витамин В6) – в пиридоксальфосфат и др.
Особо следует указать на роль циклической аденозин-3,5-монофосфорной кислоты (цАМФ) – медиатора, передающие на клетки регуляторные воздействия целого ряда гормонов.
Многосторонние метаболические и структурные функции фосфорных соединений предопределяют их важную роль для таких ведущих физиологических процессов, как проведение нервного импульса и мышечное сокращение. В осуществлении функций нервной ткани роль фосфорных соединений связана также с участием фосфолипидов в образовании миелина.
Неорганический фосфат играет также существенную роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия, являясь одним из основных компонентов буферной системы, поддерживающей PH плазмы крови в пределах 7,33-7,51.
Обмен фосфора
В организме человека содержится 600-900г. фосфора, который присутствует в виде неорганического фосфата и его органических соединений, главным образом различных эфиров фосфорной кислоты. Основная часть фосфора сосредоточена в костях, где он в виде апиона фосфорной кислоты входит в состав оксиапатита. Тканевый фосфор представлен органическим и неорганическим фосфатами. Содержание общего фосфора в крови составляет 36-50мг./100мл. Большая часть его сосредоточена в эритроцитах в виде различных соединений органического фосфора, содержание которого составляет 60-100мг. на 100мл. эритроцитов. В плазме крови содержание общего фосфора составляет 7,5-13мг./100мл., в том числе 3-5мг./100мл. неорганического фосфата.
Определение концентрации неорганического фосфата имеет большую диагностическую ценность. Этот показатель снижается при рахите из-за недостаточного всасывания фосфата в кишечнике и повышается в результате его выведения почками.
Фосфор всасывается в тонком кишечнике в виде неорганического фосфата. Необходимым условием всасывания фосфора органических соединений является их расщепление кишечной щелочной фосфатазой. Всасывание фосфата в тонком кишечнике может происходить как с помощью диффузионных механизмов, так и механизмов энергозависимого, активного транспорта, обеспечивающих перенос фосфата против концентрационного градиента.
Отсутствие в кишечнике человека фитазы делает невозможным всасывание фосфора фитиновой (инозитфосфорной) кислоты, в виде которой находится значительная часть фосфора растительных продуктов. Обработка дрожжами, например, в процессе выпечки хлеба, содержащими фитазу, способствует утилизации фосфора фитатов.
Эффективность всасывания фосфора зависит от соотношения кальция и фосфора в просвете кишечника. Оптимальным для всасывания обоих элементов является соотношение 1:1. Избыток кальция, который может возникнуть при приёме внутрь его солей, связывая фосфор в виде нерастворимого трикальцийфосфата, нарушает всасывание фосфора. При оптимальных условиях всасывание неорганических солей ортофосфорной кислоты достигает 100%. Всасывание органических соединений фосфора пищи зависит от их расщепляемости кишечными фосфатазами и обычно составляет 40-70%.
Фосфор выводится из организма с мочой и калом. На долю экскреции с мочой приходится 60% всего фосфора, выводимого из организма. Выделение фосфора с мочой увеличивается при длительном голодании и после усиленной мышечной работы, уменьшается при хронической почечной недостаточности и беременности. У женщин в период лактации дополнительно выделяется до 160мг. фосфора с молоком.
Поддержание гомеостаза фосфора и регуляция его обмена осуществляется при участии витамина D и паратиреоидного гормона. В отличие от кальция, в гомеостазе которого процессы реабсорбации в почках, по-видимому, не играют существенной роли, обратное всасывание фосфора в почечных канальцах имеет решающее значение для его обмена и является точкой приложения основных регуляторных воздействий как 1,25-диоксивитамина D, так и паратиреоидного гормона. Нарушение реабсорбции фосфата в почках при недостаточности витамина D наряду с ухудшением его всасывания в кишечнике является одной из основных причин гипофосфатемии, нарушении минерализации и костных деформаций при рахите у детей и остеомаляции у взрослых.
В тканевом обмене фосфора основной является реакция связывания неорганического фосфата в виде макроэргического фосфатного остатка АТФ в ходе гликолиза и окислительного фосфорилирования. Большинство других органических фосфорных соединений образуется путём транспорта остатка фосфорной кислоты АТФ с помощью различных фосфотрансфераз. В расщеплении органических соединений фосфора ведущая роль принадлежит щелочной и кислотной фосфатазам, расщепляющим моноэфиры ортофосфорной кислоты, фосфатазам, гидролизующим различные фосфосахара, фосфодиэстеразам и фосфолипазам, из которых последние участвуют в расщеплении фосфолипидов.
Потребность в фосфоре и источники его поступления
Точная потребность человека в фосфоре не установлена. Положительный баланс фосфора у взрослого обычно бывает при потреблении с пищей 1200-1500мг. фосфора в день. Поскольку всасывание фосфора, поступающего с пищей, составляет 40-70%, можно полагать, что потребность человека в этом элементе находится в пределах 400-1000мг. Потребность беременных выше на 160мг. в сутки. Рекомендуемая суточная норма потребления фосфора в Советском Союзе для взрослых составляет 1200-1600мг.
Большинство продуктов питания богато фосфором, и обычный рацион легко обеспечивает поступление до 150мг. фосфора в день. В связи с этим недостаточность фосфора, обусловленная его нехваткой в пище, практически не встречается. Более серьёзной проблемой, по-видимому, в ряде случаев является предупреждение излишнего поступления фосфора. В связи с этим приобретает значение проблема оптимального соотношения кальция и фосфора в рационе человека и возможных отрицательных последствий избыточного потребления фосфора.
Особенно опасно избыточное потребление фосфора для детей первых месяцев жизни, почки которых не справляются с выведением избытка фосфора, что ведёт к развитию гиперфосфатемии, гипокальциемии и судорог, а в дальнейшем может оказаться причиной нефролитиаза и других нарушений. Подобные нарушения возникают при вскармливании младенцев коровьим молоком, содержание фосфора в котором превышает его содержание в женском молоке в 5-7 раз. Кроме того, соотношение кальция и фосфора в грудном молоке составляет в среднем 2,3:1, а в коровьем 1,3-1, т.е. содержание кальция в коровьем молоке по отношению к фосфору ниже, чем в женском. В связи с этим при искусственном вскармливании неадаптированное коровье молоко не может заменить женское, а при приготовлении питательных смесей особое внимание уделяется максимальному приближению их минерального состава к составу женского молока.
Наиболее богаты фосфором молочные продукты. Соотношение кальция и фосфора в молоке и молочных продуктах наиболее близко к оптимальному (1:1, 2:1). В мясе, рыбе содержание фосфора также весьма высоко. Богаты фосфором зернобобовые, содержание кальция в которых к тому же значительно выше, чем в мясных продуктах. Фосфор из растительных продуктов всасывается хуже, чем из животных (соответственно 40 и 70%).
В. Б. Спиричев
Справочник по диетологии / Под ред. А. А. Покровского, М А. Самсонова. – М.: Медицина, 1981, с.81-86.