Calcium, Magnesium, Phosphat, Skelettstoffwechsel

鈣、鎂、磷酸鹽、骨骼代謝

概述

• 鈣、鎂和磷酸鹽在整個有機體中的作用

• 腸道吸收

• 鈣和鎂與血漿蛋白的結合

• 腎臟對鈣、鎂和磷酸鹽的體內平衡

• 細胞內鈣離子平衡和信號轉導

• 鎂在信號轉導中的作用

• 低血鈣症、手足搐搦和癱瘓

• 鈣和磷酸鹽水平的激素調節

• 臨床：乳牛的鈣離子平衡

礦物質的重要性

• 礦化： 參與骨骼的建構。

• 第二信使： 鈣作為細胞內信號傳遞者。

• 酶輔因子： 鎂作為多種酶的輔因子。

• 中樞神經系統與肌肉生理學： 鈣和鎂參與神經元和肌肉功能。

• 氫氧磷灰石： Ca5(OH)(PO4)_3 作為骨骼的主要成分。

• 神經肌肉突觸： Mg^{2+} 影響神經元膜的功能。

在生物體中的分佈

• 鈣：

  • 總量：25 摩爾，1 公斤

  • 骨骼：99%

  • 血漿：1%（50% 蛋白結合）

  • 細胞質：0.0001%

  • 平衡：25 毫摩爾/天，1 克/天

• 鎂：

  • 總量：1 摩爾，0.024 公斤

  • 骨骼：66%

  • 血漿：1%（20% 蛋白結合，總共 33% 結合）

  • 細胞質：大部分結合

  • 平衡：50 毫摩爾/天，0.3 克/天

• 磷酸鹽：

  • 總量：22 摩爾，0.7 公斤

  • 骨骼：86%

  • 血漿：1%

  • 細胞質：13%

  • 平衡：30 毫摩爾/天，1.5 克/天

• 需求與分佈： 孕婦、哺乳期婦女和兒童的需求量約增加 50%。

• 骨骼： 鈣、鎂和磷酸鹽的儲存器官（Ca^{2+}、Mg^{2+} 和 HPO_4^{2-})。

鈣在生物體內的分佈

• 總量： 25 摩爾 = 1 公斤

• 血漿： 1%（50% 蛋白結合）

• 細胞質： 0.0001%

• 平衡： 25 毫摩爾/天 = 1 克/天

• 病理生理學： 影響中樞神經系統、骨骼代謝、肌肉、心臟、腎臟、胃腸道。

• 血漿中總鈣量： 2.5 毫摩爾 (游離鈣：1.25 毫摩爾)

鈣離子平衡

• 血漿：

  • 2.5 毫摩爾 (100 毫克/升)

  • 攝取：300 毫克/天

• 腸道：

  • 吸收：500 毫克/天

• 腎臟：

  • 再吸收：150 毫克/天

  • 排泄：150 毫克/天

• 骨骼：

  • 建構：850 毫克/天

  • 分解：1000 毫克/天

磷酸鹽平衡

• 攝取： 從食物中攝取磷酸鹽：32 毫摩爾

• 排泄：

  • 糞便排泄：11 毫摩爾

  • 尿液中磷酸鹽排泄：21 毫摩爾

• 淨腸道吸收： 21 毫摩爾

• 細胞外液： 磷：22 毫摩爾

• 骨骼：

  • 形成：8 毫摩爾

  • 再吸收：8 毫摩爾

腸道吸收

• 鈣 (Ca^{2+}), 鎂 (Mg^{2+}) 和磷酸鹽 (HPO_4^{2-}) 的腸道吸收。

• 鎂

• 鈣和磷酸鹽

• 瘤胃 Mg^{2+} 2Na^+ Mg^{2+} 2Cl^-

鈣和鎂對膜電位的重要性

• 鈣和鎂增加閾值電位。

• 可能的原因： 中和神經元膜中的負結合位點。

• 鈉通道的過度興奮性。

• 症狀： 震顫、僵硬。

• 治療： 鈣、鎂。

• 低血鈣症、低血鎂症： Ca^{2+}、Mg^{2+} 和 HPO_4^{2-}

與血漿蛋白結合

• 鈣 (Ca^{2+})、鎂 (Mg^{2+}) 和質子 (H^+) 與血漿蛋白的結合。

• 酸中毒和鹼中毒的影響：

  • 如果血液酸鹼值降低一個單位，約有 5 毫摩爾/升的質子與血漿蛋白（主要是白蛋白）結合。

  • 鈣被釋放。

腎臟體內平衡

• 腎臟對鈣 (Ca^{2+})、鎂 (Mg^{2+}) 和磷酸鹽 (HPO_4^{2-}) 的體內平衡。

• 腎臟： 腎小球濾過和再吸收

• 腎小球濾過

• 濾過和再吸收

鈣再吸收

• 腎臟：近端腎小管

• 再吸收：

  • 不完全濾過（蛋白質結合）

  • 腎小管重吸收（主要是細胞旁路徑）

  • 近端腎小管 (60%)

  • 髓袢升支粗段 (30%)

  • 早期遠端腎小管 (9%)

緊密連接

• 細胞旁路徑

• 緊密連接蛋白：Occludin、Tricellulin、Claudine

亨利氏環

• 腎臟：亨利氏環

• 任務： 尿液濃縮

• 再吸收：

  • 在薄的部分：H_2O

  • 在厚的部分：Cl^-, Na^+, Mg^{2+}, Ca^{2+}

腎元中的 TJ 蛋白

• Cld-1

• Cld-19

Claudin-16

• 替代名稱： Paracellin-1

• 表達：

  • 腎臟：亨利氏環粗上升支

  • 乳腺上皮

• 功能： 細胞旁鎂（和鈣）離子滲透性

• 病理生理學： 家族性低鎂血症、高鈣尿症和腎鈣質沉積症 (FHHNC)

鎂轉運在 TAL

• 腎 Mg^{2+} -吸收的主要場所

• 細胞旁路徑

• 驅動力：管腔正跨上皮電位

家族性低鎂血症、高鈣尿症和腎鈣質沉積症 (FHHNC)

• 後果：

  • 腎鈣質沉積症

  • 腎結石

  • 腎衰竭

• 其他症狀：

  • 高鎂尿症

  • 尿路感染

  • 噁心/嘔吐

  • 多尿/煩渴

• 治療：

  • 對症治療（口服 Mg^{2+} -替代）

  • 透析

  • 移植

FHHNC 中的 Claudin-16

• Kausalya 等人，J. Clin. Invest.

• EZR

• IZR

• 細胞表面

• ER

• 高爾基體

• 溶酶體

早期遠端腎小管

• 腎臟：早期遠端腎小管

• 再吸收：

  • NaCl

  • Ca^{2+}（Vit-D3 控制）

  • H_2O

磷酸鹽

• 腎臟對鈣 (Ca^{2+})、鎂 (Mg^{2+}) 和磷酸鹽 (HPO_4^{2-}) 的腎臟體內平衡。

• 磷酸鹽：血液緩衝

• pK {7,2}

• 磷酸鹽：所有腎臟消除的質子的 30%！

鎂

• 腎臟對鈣 (Ca^{2+})、鎂 (Mg^{2+}) 和磷酸鹽 (HPO_4^{2-}) 的腎臟體內平衡。

• 跨上皮電位 - +

• Cl-

• Bartin

細胞內鈣離子平衡

• 重要轉運蛋白：

  • 配體門控鈣通道

  • 電壓依賴性鈣通道

  • PMCA 泵（血漿膜的鈣 ATP 酶）

  • Na-Ca 交換器 (2Na/Ca 或 3Na/Ca)

  • 儲存操作的鈣通道

  • SERCA 泵（肌漿網和內質網的Ca^{2+}泵）

  • Ryanodin 受體

  • 線粒體鈉-鈣交換器

鎂在信號轉導中的作用

• 調節酶功能

• 鎂對離子通道功能的重要性：內向整流器

低血鈣症、手足搐搦和癱瘓

• 鈣增加閾值電位。

• 可能的原因： 中和神經元膜中的負結合位點

• 鈉通道的過度興奮性

• 症狀： 震顫、僵硬

• 治療： 鈣！！

• 低血鈣症：

手足搐搦和癱瘓

• 手足搐搦：

  • 肌肉痙攣、

  • 感覺障礙、

  • 出現同步膈肌撲動、

  • 吞嚥困難、

  • 步態僵硬、

  • 共濟失調

• 癱瘓：

  • 震顫、虛弱、

  • 躺臥，頭部處於聽診位置

低血鈣症和神經肌肉傳遞

• 神經肌肉傳遞障礙

• 肌肉無力

• 鈉通道的過度興奮性

• 震顫、僵硬

• 鈉通道

• 鈣通道

• Ca+

• 突觸前膜

• Na+

• 突觸後膜

• 肌漿網

• T 型小管

• 治療：補鈣！

• < 85 毫克/升 2.1 毫摩爾/升 低血鈣症

• < 55 毫克/升 1.4 毫摩爾/升 低血鈣症

低血鈣症概述

激素調節

• …通過作用於三個器官來調節鈣的平衡

• 骨

• 腎

• 腸

• 3 種激素：

  • 骨化三醇 (Ca^{2+}↑)

  • 甲狀旁腺素 (PTH) (Ca^{2+}↑)

  • 降鈣素 (Ca^{2+}↓)

• 腎臟 皮膚 維生素 D 甲狀腺 副甲狀腺

骨化三醇

• 骨化三醇 (Ca^{2+}↑)

• ↑Ca^{2+} - 吸收

• 皮膚 副甲狀腺： PTH- 分泌

• 腸道：↑Ca^{2+} - 吸收

• 肝臟 腎臟 食物

• 維生素 D2 = 麥角鈣化醇

• 維生素 D3 = 膽鈣化醇

• 骨骼：↑Ca^{2+} - 整合

甲狀旁腺素 (PTH)

• 甲狀旁腺素 (PTH) (Ca^{2+}↑)

• 骨骼：↑Ca^{2+} - 動員

• 腸道：↑Ca^{2+} - 吸收

• 從副甲狀腺分泌

• 對低 Ca^{2+} 水平的快速反應（分鐘！）

• 多肽 (84 As)

• CaSR

• PLC

• PTH

• 腎臟：↑ 維生素 D- 形成 ↑Ca^{2+} - 吸收

降鈣素

• 降鈣素 (Ca^{2+}↓)

• 從甲狀腺分泌

• PTH 的拮抗劑

• 骨骼： Ca^{2+} - 動員

• 腎臟： Ca^{2+} - 吸收

• 腸道： Ca^{2+} - 吸收

骨骼形成和分解

• 骨細胞 - 成熟的骨細胞

  • 包含在基質中

• 破骨細胞 - 大的多核細胞

  • 重吸收骨骼

  • Ca^{2+} 被釋放

• 成骨細胞 - 骨骼生成細胞

  • 分泌骨骼基質（膠原蛋白）

  • Ca^{2+} 被結合

腸道 Ca2+ - 吸收

腎臟：通過骨化三醇和甲狀旁腺素調節

Ca2+ - 體內平衡

• 通過作用於 Ca^{2+} - 血漿水平來調節 Ca^{2+} - 體內平衡：

• 目標器官：

  • 骨骼

  • 腎臟

  • 腸道

• 骨化三醇 (Ca^{2+}↑)

• 甲狀旁腺素 (PTH) (Ca^{2+}↑)

• 降鈣素 (Ca^{2+}↓)

乳牛的鈣離子平衡

• 血漿：100 毫克/升 2.5 毫摩爾/升

• 鹼中毒 鎂缺乏