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： $Ca<em>5(OH)(PO</em>4)_3$ 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 $Mg^{2+}$ 2 $Na^+$ $Mg^{2+}$ 2 $Cl^-$

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

	單胃動物	反芻動物	新生兒	分娩女性	人類

手足搐搦		過渡到弛緩性麻痺
正常值	20 毫克/升 50 毫摩爾/升
低血鈣症	100 毫克/升 2.5 毫摩爾/升		2.1 毫摩爾/升

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