Минеральные элементы

Фосфор — от греч. — несущий свет. Открыт алхимиком Х. Брандом (Германия) в 1669 г. Позднее Либих установил, что фосфор и фосфорная кислота имеют огромное значение для жизнедеятельности растений.
​
Фосфор представляет собой металлоид в двух формах. Белый фосфор мягок и легко воспламеняется. Красный фосфор — это порошок, который, как правило не горюч. Ни одна из его форм не реагирует с водой или добавленными кислотами, но с щелочками взаимодействует с образованием газообразного фосфина. Из двух форм, только белый фосфор является токсическим веществом. Фосфор широко распространен в земной коре, главным образом в виде фосфата кальция.
​
«Белый фосфор» очень токсичен — смертельная доза для человека составляет 50-500 мг. Хроническое поражение белым фосфором приводит к снижению веса и изменениям в костях.

Ортофосфорная кислота Н3РO4 используется для получени ортофосффатов, фосфатирования железа и цинка, при производстве безалкогольных напитков, лекарственных стредств и катализаторов. Ортофосфосфаты применятся в качестве минеральных удобрений, умягчителей воды, огнестойких пропиток, в процессах фосфатирования (защиты металлов от коррозиии), изготовления косметических и фармацевтических препаратов, а также как составная часть питательной среды для дрожжей и в сыроварении. 

Полифосфат натрия (соль Грэма) - средство для умягчения воды, является ионообменников (связывает ионы кальция и магния) и используется при производстве моющих средств.
​
В медицине множество соединений фосфора используется в виде лекарственных препаратов для лечения заболеваний, сердца, печени, желудка. Фосфаты цинка используются в виде лекарственных препаратов для лечения заболеваний сердца, печени, желудка. Фосфаты цинка используются в качестве пломбировочного материала в стоматологии.

Употребление рациона, достаточного фосфором, в форме солей фосфата или органофосфатных молекул, является критически важным для поддержания метаболизма человека. Слишком много фосфора, при низком содержании кальция в рационе может способствовать потере костной ткани, а слишком мало фосфора, вместе с низким диетическим кальцием — может неадекватно поддерживать костную массу, особенно у пожилых.

Содержание фосфора в теле взрослого человека около 1% (примерно 700 г на 70 кг массы тела). Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,3 г.
​
В организме основное количество фосфора содержится в костях (около 85%), много его в мышцых и нервной ткани. Вместе с кальцием, фтором и хлором фосфор формирует зубную эмаль. В организме человека около 14% фосфора содержат внутриклеточные компартменты мягких тканей и только 1% находится во внеклеточной жидкости. Из организма фосфор выводится с мочой и калом.
​
Фосфор присутствует во всех тканях, входит в состав белков, нуклеотидных кислоты, нуклеотидов, фосфолипидов. 
Фосфор также служит естественным компонентом внутриклеточного медиатора - циклического аденозин-монофосфата (цАМФ) и внутримышечных высоко-энергетических соединений аденозин-трифосфата (АТФ) и фосфокреатинина (ФК). Значительная часть энергии, образующаяся при распаде углеводов и других соединений, аккумулируется в богатых энергией органических соединениях фосфорной кислоты. Фосфор в комбинации с липидами образует фосфолипидные соединения, структурные компоненты двуслойной клеточной плазматической мембраны. Фосфор-содержащие фосфатные ферменты регулируют клеточный метаболизм; растворимые соли фосфорной кислоты формируют фосфатную буферную систему, ответственную за постоянство кислотно-щелочного равновесия внутриклеточной жидкости.                                             

Клинически полезной фракцией в плазме является неорганический фосфор, 10% которого связано с белком, 5% составляют комплексы с кальцием или магнием и большая часть неорганического фосфора плазмы представлена двумя фракциями ортофосфата. Основные места, содержащие его, это — гидроксиопатит кости и скелетная мускулатура.

Хотя фосфор в форме ионов фосфата участвует во множестве функций человека, его метаболизм сложно связан с метаболизмом кальция, через кальций-регулирующие гормоны, такие как ПТГ и 1,25-дигидроксивитамин D в костях, кишечнике и почках. Адекватное количество фосфора и кальция получаемого с пищей, необходимо не только для роста скелета, но и для энергетической продукции (для АТФ).

Так как ионы фосфата готовы к абсобрции (эффективность достигает 65-75% у взрослых и даже выше у детей), то быстрое увеличение концентрации сывороточного неорганического фосфата (Pi) наблюдается через час после приема пищи. (Ионы кальция или Са2+ абсорбируются значительно медленнее). Нерастворимые соли фосфата образуются при повышенном рН. Кислая среда желудка (рН=2) и большей части проксимального отдела тонкой кишки (рН=5) может играть важную роль в поддержании растворимости и биодоступности неорганического фосфора. В этом отношении важные потенциальные эффекты гипохлоргидрии (у пожилых и получающих антисекреторную терапию пациентов) на растворимость и биодоступность фосфора.  Прилизительно 60-70% фосфора абсорбируется из обычной смешанной диеты. 

Увеличение сывороточной концентрации Pi (HPO4=) снижает концентрацию ионов кальция, что в свою очередь стимулирует паращитовидную железу вырабатывать ПТГ. ПТГ воздействует на кости и почки, для коррекции мягкого снижения Ca2+ и гомеостатически возвращает его на нормальный уровень. Исследования показывают, что сывороточные ионы фосфора напрямую влияют на секрецию ПТГ вне зависимости от гипокальциемии. Эти ассоциированные с пищей изменения ионов кальция и фосфора — часть нормального физиологического процесса, которые имеют место от трех и более раз в день.

Ионы фосфора транспортируются напрямую чрезклеточными путями, которые вовлекают сотранспорт катионов, преимущественно, натрия. Эти быстрые механизмы служат для быстрого захвата ионов фосфора в крови в течение 1 часа после приема пищи.  Сывороточная концентрация фосфора менее жестко регулируется, чем сывороточного кальция. Более широкие колебания  сывороточной концентрации фосфора отражают как пищевые источники, так и клеточное высвобождение неорганических фосфатов.

Паратгормон напрямую не регулирует абсорбцию фосфора в кишечнике. Большая часть фосфора абсорбируется в тонком кишечнике независимо от гормональной формы витамина D. Показана роль 1,25-дигидроксивитамина D в кишечном трансклеточном транспорте Pi, но его роль неясна. Назначение активного метаболита витамина D приводит к увеличению всасывания фосфора и у здоровых пациентов и с уремией. Параклеточная пассивная абсорбция ионов фосфора также имеет место, но данных об этом мало. Регуляция общего уровня фосфора в организме требует скоординированных усилий почки и кишечника. В условиях низкого потребления фосфора с пищей кишечник увеличивает его всасывание, а почка - почечный транспорт, чтобы минимизировать его мочевые потери. Эта адаптация обеспечивается изменениями в уровне активного метаболита витамина D и паратгоромна в плазме. Если адаптивные меры не в состоянии скомпенсировать низкое потребление фосфора, то фосфор кости может перераспределяться в мягкие ткани. Однако, эти компенсаторные возможности не безграничны.

Концентрации ионов фосфора выше на ранних этапах жизни и затем постепенно снижаются с возрастом. Нормальные значения для взрослых 2.7-4.5 мг/дл (0.87-1.45 ммоль/л). Процентное распределение фракций фосфора в крови по сравнению с кальцием даны в таблице ниже.

Гомеостатический контроль за узким концентрационным диапазоном фосфора поддерживается несколькими гормонами -   ПТГ, 1.25(ОН)2-витамин-Д, кальцитонин, инсулин, глюкагон и другие, но этот контроль не такой жесткий. как у сывороточного кальция. В отличие от баланса кальция, который в основном регулируется в тонком кишечнике 1.25(ОН)2-витамин-Д, баланс фосфора в основном контролируется фосфатурическим эффектом ПТГ на преимущественно проксимальные канальцы почек. Таким образом, регуляция фосфора менее жесткая, чем кальция, что объясняется наличием множества источников этого иона, распредленных во всем организме (например, в костной ткани, крови и межклеточных пространствах).

Основной регулятор фосфора - это паратгормон, чья роль точно не раскрыта. ПТГ увеличивает костную резорбцию фосфора (и ионов кальция), и блокирует почечными канальцами реабсорцию Pi, следующей за гломерулярной фильтрацией (где ПТГ помогает реабсорбции кальция), и таким образом, усиливает кишечную абсорбцию Pi (и кальация) через витамин D-гормон, 1.25(ОН)2-витамин-Д. Другие гормоны имеют более мягкие эффекты на сывороточные концентрации фосфора.

Фекальные потери фосфора составляют 0,9–4 мг/кг в день. Основная экскреция происходит через почки в широком диапазоне (0,1–20%). Следовательно, почки обладают способностью эффективно регулировать фосфор плазмы. Гормональный регулятор почечной реабсорбции фосфора — паратгормон и нефрогенный цАМФ. Концентрация паратгормона плазмы положительно коррелирует с уровнем экскреции фосфора с мочой. Главные признаки потери фосфора с мочой — увеличение абсорбции фосфора и повышение его уровня в плазме. Состояния, которые приводят к гиперфосфатурии — гиперпаратиреоидизм, острый дыхательный или метаболический ацидоз, мочегонные средства и увеличение внеклеточной массы фосфора. Уменьшение выделения фосфора с мочой связано с диетическим ограничением фосфора, увеличением в плазме инсулина, гормона щитовидной железы, роста или глюкагона, алкалозом, гипокалиемией и внеклеточным снижением массы фосфора.

Несколько главных функций ионов Pi были уже указаны (т.е. внутриклеточные фосфатные группы для клеточных энергетических и биохимических молекул, так же как структуры скелета и эмали). Другие важные функции также существуют. Например, в костной ткани фосфор, связываясь с кальцием формируют  кристаллы гидроксиапатитов, которые придают жесткость костям и зубам. Фосфаты также рассматриваются в качестве триггера для минерализации, после фосфорилизации коллагена 1-го типа при формировании костей. Сывороточные фосфаты, HPO4= и Н2PO4- обеспечивают буферную емкость, помогая регулировать рН крови и также клеточный рН.

Клеточная регуляция происходит через фосфорилирование и дефосфорилирование  ионов Pi  под контролем фосфатазных ферментов, включая протеин-киназу. Эти клеточные регуляторные роли ионов фосфора сосуществут с регуляторными механизмами, включающими ионы кальция, но иноны фосфора на много шире представлены внутри клеток и клеточных органеллах, чем ионы кальция.

Инсулин воздействует на ионы Pi ,увеличивая их внутриклеточный захват, хотя временно, только для быстрого фосфорилирования глюкозы. Инсулин также может влиять на использование ионов Pi, когда инсулин-подобный фактор роста -1 действует стимулируя рост тканей или других функций.

Из-за широкого диапазона эффектов ионов фосфора на структурные компоненты, энергетику, нуклеиновые кислоты, клеточную регулярцию и буферные системы, эта распространенность делает его универсальным, и в то же время критически важным ионом для подержания жизни организма.

Фосфатный баланс у взрослых обычно всегда ноль, в отличие от баланса кальция, который почти всегда отрицателен, из-за эффективной функции ПТГ, который блокирует реабсорбцию Рi в почечных канальцах. В поздней декаде жизни, однако, интерстициальная абсорбция снижается, а сывороточная концентрация фосфатов снижается. Эти физиологические изменения могут способствовать развитию заболеваний, особенно повышенной потери костной ткани и остеопении, или более тяжелому состоянию - остеопорозу. Обычно эти изменения сопровождаются и похожими изменением баланса кальция. Слишком мало пищевого фосфора или слишком мало диетического кальция может приводить к низкой костной массе и плотности, таким образом костной хрупкости. Обычный сценарий, по которому объясняется развитие остеопороза в пожилом возрасте, объясняется слишком малым пищевым источником кальция, при адекватном количестве фосфора, что стимулирует высвобождение ПТГ и потерю костной ткани.
​

У здоровых людей существует малая вероятность развития дефицита фосфора вследствие его широкой представленности в рационах. Однако, недоношенные новорожденные часто склонны к разивитю рахита из-за неадекватной поставки фосфора и кальция. Витамина D-независимой гипофосфатемический рахит был впервые описан в 1937 году.
Показано, что явные симптомы дефицита фосфора, развивающего при гипофосатной диете, анорексия, слабость, боли в костях, не проявлялись до снижения уровня фосфора сыворотки ниже 1.0 мг/дл. Для достижения такого уровня фофора в сыворотке необходимо назначение фосфатсвязывающих антацидов. Дефицит фосфора сопровождался снижением его экскреции с мочой и увеличением в моче кальция, магния и калия. Весь кальций и большинство магния при этом поступают из кости.

Причины гипофосатемии, в зависимости от патогенеза, могут быть сгруппированы в три категории:

•  быстрое перемещение внеклеточного фосфора во внутриклеточное пространство;
•  редуцированное кишечное всасывание;
•  повышенные кишечные потери и потери с мочой.

Замечено, что гипофосфатемия клинически связана с избыточной массой тела без адекватного поступления фосфора, желудочно-кишечной мальабсорбцией, голоданием, сахарным диабетом, алкоголизмом и дисфункцией почечных канальцев. Она может также наблюдаться при хроническом злоупотреблении фосфатсвязывающих антацидов. Избыточная масса тела увеличивает потребность во внутриклеточном фосфоре и может вызывать быстрые перемещения вклеточного фосфора во внутклеточную зону, особенно при его дефиците. 
​
Мальабсорбция фосфора может развиться при заболеваниях, сопровождающихся поражением больших участков тонкой кишки (болезнь Крона, синдроме короткой кишки и радиационном энтерите). Другие фосфатемии, связыанные с желудочно-кишечным трактом, обусловлены мальабсорбцией витамина Д и гиперпаратиреозом, воторичным по отношению к дефициту кальция. Эти состояния увеличивают риск развития отрицательного баланса фосфора. Увеличенный катаболизм мышц при голодании может поддерживать нормальный уровень фосфора в плазме за счет выхода фосфора из внутриклеточных запасов.

Истощение фосфата при алкоголизме может происходить по нескольким причинам: низкое потребление фосфора, мальабсорбция, увелчение потери с мочой, вторичный гиперетиреоз, гипомагниемия и гипокалиемия.

Чрезмерные количества фосфора могут быть потеряны с мочой при некомпенсированном диабете, из-за полиурии. Фосфор плазмы крови, однако, может быть нормален или слегка повышен у пациентов с кетозом из-за освобождения больших количеств фосфора из внутриклеточных депо. Напротив, назначение инсулина и жидкости больным с кетозом при интенсивном перемещении фосфора из вклеточного во внутриклеточное пространство в результате может быстро вызвать клинически значимую гипофосфатемию.

Чрезмерные потери фосфора с мочой также замечены у пациентов с дисфункциями проксимального отдела почечных канальцев при синдроме Фанкони.

Гиперфосфатемия и избыточное потребление фосфора.  У младенцев при искусственном вскармливании молоком с высоким содержанием фосфора может возникать гипокальциемия и тетания. Гиперфосфатенмия обычно наблюдается при хронической почечной недостаточности. Она может развиться при тяжелом гемолизе, распаде опухоли, синдроме рабдомиолиза и различных эндокринных  дисфункциях (гиперпаратиреодизм, акромегалия, выраженный тиреотоксикоз), а также при туберкулезе, заболеваниях нервной системы, переломах и заболеваниях костей.

Клиническое проявление хронической гиперфосфатемии - эктопические кальцификаты. При хронической гиперфосфатемии рекомендуется, когда это возможно, ограничение диетического потребления фосфора и назначаются пероральные фосфатсвязывающие вещества, содержащие соли алюминия, кальция или магния. Однако, длительный прием алюминия и магния противопоказан больным с хронической почечной недостаточностью.

Чаще всего гиперфосфатеми бывает легкой и бессимптомной, хотя хроническая гиперфосфатемия представляет собой значимый фактор развития вторичного гиперпаратиреоза при прогрессирующей почечной недостаточности. Клинические проявления острой тяжелой гиперфосфатемии связаны главным образом с проявленияеми сопутствующей гипокальциемии, обусловленной образованием нерастворимых осадков фосфата кальция. Таким образом, возможно развитие тетании, мышечных судорог, парастезии и припадков, которые могут быть осложнены другими нарушениями обмена веществ (такими, как гиперкальциемия, ацидоз, гиперурикемия), которые часто им сопутствуют. Генерализованное осаждение фосфата кальция в мягких тканях способно вызывать нарушение функций органов, в частности, почечную недостаточность. 

Сывороточная концентрация Pi увеличивается при физиологическом снижении почечной функции, ассоциированной со старением. Здоровые лица экскретируют прибилизительно 67% адсобрированного фосфата с мочой, а остатки выводятся кишечником эндогенной секрецией. При снижении гломерулярной фильтрации почек, сывороточные концентрация Pi повышается и больше Рi задерживается в организме. Секреция ПТГ увеличивается, но обычные концентрации ПТГ хотя повышены, но остаются в верхних границах нормы, как минимум на десятилетие и более. Таким образом, сывороточный фосфор и ПТГ оба продолжают повышаются по мере снижения почечной функции и повышению реабсорбции костной ткани, что приводит к значимой костной потери.

При первичном гиперпаратиреоз первичное отклонение в тканях паращитовидных желез приводит к неадекватной секреции ПТГ.  Напротив, повышенную секрецию ПТГ, которая представляет собой соответствующий ответ на гипокальциемию называют вторичным гиперпатиреозом.  Чрезмерно высокая концентрация ПТГ в сыворотке крови при первичном гиперпаратиреоз в свою очередь поддерживает избыточную реабсорбцию кальция в почках, фосфатурию и синтез 1.25 (ОН)2D, так же как и повышенную реабсорбцию костной ткани. Такое действие ПТГ создает характреный биохимический фенотип гиперкальциемии и гипофосфатемии, потери кортикального вещества кости, гиперкальциурии, различных клинических последствий хронической гиперкальциемии. 
Наиболее часто (75-80% случаев) первичный гиперпаратиреоз бывает следствием возникновения одной или нескольких аденом в ранее нормальных паращитовидных железах, однаков в 20% случаев возможна диффузная гиперплазия всех паращитовидных желез, а также иногда выявляют карциному паращитовидных железы (менее 1-2%).

После успешного хирургического вмешательства с целью лечения первичного гиперпаратиреоза костная масса, как правиль, увеличивается на 5-10% в течение первого года в местах, богатых губчатым веществом (например, позвочник, шейка бедренной кости), тогда как улучшения в местах с компактным костным веществом менее предст

Это мягкое состояние было не до конца оценено в продолжительном исследовании, продолжающемся в течение 1 года. Первоначальное состояние характеризовалось низкокальциевым и высокофосфорным рационом, что приводит к хроническому повышению сывороточного ПТГ. Повышение ПТГ стимулирует остеокласты растворять костную ткань, что снижает костную массу и плостность. 

Истинный вторичный гиперпаратиреоидизм хронической почечной недостаточности (ХПН) очень сложно поддается лечению из-за высоких концентраций фосфора и ПТГ при этом заболевании. Традиционное лечение включает применение связывателей (химических) для предотвращения абсорбции фосфора из тонкого кишечника. Снижение ПТГ помогает в сохранении костной ткани, так как ее потеря является очень тяжелой проблемой при ХПН.

Идиопатические наследственные формы резистентности к ПТГ называют псевдогипопаратиреозом (ПГП). Существует два основных типа ПГП: 
1 тип, который характеризуется нарушением цАМФ и фосфатурического ответов на ПТГ,
2 тип, при котором ответ цАМФ и ПТГ сохраняется, а фосфатурический ответ - нет.
Впервые ПГП был описан Олбрайт в 1942 году, у пациентов присутствовали гипокальциемия и гиперфосфатемия, а также ряд признаков, которые сегодня называют наследственной остеодистрофией Олбрайта (НОО). К этим признакам относятся низкий рост, округлое лицо, укорочение IV и других пястных костей, ожирение и подкожные кальцификации. 

​Развития гипофосфатемии возможно по одному или болез из трех общих механизмов:
1. Повышение потери с мочой в связи со сниженной реабсорбцией фосфатов почечных канальцах;
2. Быстрый перенос фосфата из внеклеточной жидкости во внутриклеточное пространство или минеральную фазу костной ткани;
3. В редких случаях тяжелая и избирательная депривация пищевых фосфатов, которая возможна при хроническом приеме большого количетсва невсасывающихся алюминий-содержащих антацидов.
Огр​аничение пищи или голодание не приводит непосредственно к гипофосфатемии, вероятно, в связи с мобилизацией фосфатов из катаболизированных костной и мягких тканей в количестве, достаточном для поддержания уровня сывороточных фосфатов даже при длительной калорийной депривации.