Кальций в живых организмах

Кальций в живых организмах играет важную регуляционную и структурную роль. Кальций (Ca2+) — распространенный макроэлемент в организме растений, животных и человека. Этот химический элемент участвует в ключевых физиологических и биохимических процессах клетки. Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови, а также служат одним из универсальных вторичных посредников внутри клеток и регулируют самые разные внутриклеточные процессы — мышечное сокращение, экзоцитоз, в том числе секрецию гормонов и нейромедиаторов.

Содержание

Человек

 
Регуляция кальция в организме человека (англ.)

Концентрация кальция в крови человека из-за её важности для большого числа жизненно важных процессов точно регулируется, и при правильном питании и достаточном потреблении обезжиренных молочных продуктов и витамина D дефицита не возникает. Длительный дефицит кальция и/или витамина D в диете приводит к увеличению риска остеопороза, а в младенчестве вызывает рахит.

Потребность в кальции зависит от возраста. Для взрослых в возрасте 19-50 лет и детей 4-8 лет включительно дневная потребность (RDA) составляет 1000 мг[1] (содержится примерно в 790 мл молока с жирностью[значимость факта?] 1%[2]), а для детей в возрасте от 9 до 18 лет включительно — 1300 мг в сутки[1] (содержится примерно в 1030 мл молока жирностью 1%[2]). В подростковом возрасте потребление достаточного количества кальция очень важно из-за интенсивного роста скелета. Однако по данным исследований в США всего 11% девочек и 31% мальчиков в возрасте 12–19 лет достигают своих потребностей в кальции[3].

Питание

В сбалансированной диете большая часть кальция (около 80%) поступает в организм ребёнка с молочными продуктами. Оставшийся кальций приходится на зерновые (в том числе цельнозерновой хлеб и гречку), бобовые, апельсины[источник не указан 1440 дней], зелень, орехи. Всасывание кальция в кишечнике происходит двумя способами: чрезклеточно (трансцеллюлярно) и межклеточно (парацелюллярно). Первый механизм опосредован действием активной формы витамина D (кальцитриола) и её кишечными рецепторами. Он играет большую роль при малом и умеренном потреблении кальция. При большем содержании кальция в диете основную роль начинает играть межклеточная абсорбция, которая связана с большим градиентом концентрации кальция. За счёт чрезклеточного механизма кальций всасывается в большей степени в двенадцатипёрстной кишке (из-за наибольшей концентрации там рецепторов в кальцитриолу). За счёт межклеточного пассивного переноса абсорбция кальция наиболее активна во всех трёх отделах тонкого кишечника. Всасыванию кальция парацеллюлярно способствует лактоза (молочный сахар).

Усвоению кальция препятствуют некоторые животные жиры[4] (включая жир коровьего молока и говяжий жир, но не сало) и пальмовое масло. Содержащиеся в таких жирах пальмитиновая и стеариновая жирные кислоты отщепляются при переваривании в кишечнике и в свободном виде прочно связывают кальций, образуя кальция пальмитат и кальция стеарат (нерастворимые мыла)[5]. В виде этого мыла со стулом теряется как кальций так и жир. Этот механизм ответственен за снижение всасывания кальция[6][7][8], снижение минерализации костей[9] и снижение косвенных показателей их прочности[10][11] у младенцев при использовании детских смесей на основе пальмового масла (пальмового олеина). У таких детей образование кальциевых мыл в кишечнике ассоциируется с уплотнением стула[12][13], уменьшением его частоты[12], а также более частым срыгиванием[14] и коликами[11].

 
Молочные продукты - один из важнейших источников кальция в пище человека

Содержание кальция в продуктах питания:

Продукт Содержание, мг/100 г
Мак 1460
Кунжут 670 — 975
Сыр типа эмменталь 970
Тахинная (кунжутная) халва 760
Плавленый сыр 760
Сыр типа гауда или чеддер 730
Крапива 713
Брынза 530
Просвирник лесной 505
Соевый сыр (тофу) 450
Подорожник большой 412
Галинсога 372
Будра плющевидная 289
Шиповник собачий 257
Миндаль 252 — 273
Подорожник ланцетолистный 248
Петрушка 245
Лесной орех 226[источник не указан 1440 дней]
Амарант, семя 214
Кресс-салат 214
Кале 212
Соя бобы (сухие) 201
Молоко овечье 170
Молоко коровье 120
Творог 80
Семена подсолнечника 78[15]
Листовой салат 77
Фасоль красная 71
Апельсины 40[16]

Малое содержание кальция: хлеб с отрубями (60), хлеб пшеничный (37); субпродукты, крупы (менее 50), свёкла (37), морковь (46).

Более полная информация о кальции в пищевых продуктах на сайте USDA.gov [17].

В крови

Концентрация кальция в цитоплазме клеток человека составляет около 10−4 ммоль/л, в межклеточных жидкостях около 2,5 ммоль/л.

Птицы

 
Сырое куриное яйцо без скорлупы

Домашняя птица нуждается в высоком содержании кальция в пище. Это связано с тем, что яичная скорлупа на 94% состоит из карбоната кальция[18]. Организм птиц требует регулярного приёма пищи, богатой кальцием, так как птицы имеют ограниченные возможности по запасанию кальция[19]. Успешное формирование яичной скорлупы возможно только в том случае, если птица получила достаточное количество кальция в течение нескольких часов до начала процесса[20]. Для пополнения рациона птицы используются различные источники кальция: готовые добавки, старая яичная скорлупа, морская кормовая ракушка. На территории Российской Федерации имеются значительные запасы кальциеносных месторождений, пригодных для использования в кормах для домашней птицы. В частности, в Краснодарском крае есть богатое морской кормовой ракушкой месторождение на берегу Азовского моря под названием "Черепашья гряда"; ракушка там добывается с повышенным содержанием кальция, что подтверждено соответствующими испытаниями.

Дикие птицы для удовлетворения потребности в кальции питаются богатой кальцием золой, костями мелких животных, раковинами моллюсков и др[21].

Другие животные

 
Раковины моллюсков содержат значительное количество кальция

В организме позвоночных большая часть кальция находится в скелете и зубах. В костях кальций содержится в виде гидроксиапатита[22].

Многие беспозвоночные используют кальций для образования экзоскелета (например, раковины моллюсков) или эндоскелета (спикулы губок). "Скелеты" в большинстве своём состоят из различных форм карбоната кальция (извести). Скелетная функция у некоторых одноклеточных животных также обеспечивается за счет накоплений кальция.

Растения

Изменение концентрации кальция играет ключевую роль в открытии и закрытии устьиц у растений. У многих растений клеточные стенки содержат значительное количество кальция. Кальций играет важную роль в регуляции метаболизма растительной клетки[23].

Транспорт кальция по растению осуществляется медленно, поэтому он часто накапливается в более старых частях растения. Некоторые растения используют эту особенность для защиты: кальций накапливается в виде оксалатов в пластидах клетки в больших количествах, благодаря чему части растения становятся прочными и острыми.

См. также

Примечания

  1. 1 2 U.S. Department of Agriculture and U.S. Department of Health and Human Services. Dietary Guidelines for Americans, 2010. — 7th. — Washington, DC : U.S. Government Printing Office, December 2010. — P. 76.
  2. 1 2 U.S. Department of Agriculture National Nutrient Database for Standard Reference. Дата обращения 29 декабря 2012. Архивировано 5 января 2013 года.
  3. Greer F. R., Krebs NF; American Academy of Pediatrics Committee on Nutrition. Optimizing bone health and calcium intakes of infants, children, and adolescents (англ.) // Pediatrics (англ.) : journal. — American Academy of Pediatrics (англ.), 2006. — February (vol. 117, no. 2). — P. 578—585. — PMID 16452385.
  4. Southgate D. A., Widdowson E. M., Smits B. J., Cooke W. T., Walker C. H., Mathers N. P. Absorption and excretion of calcium and fat by young infants (англ.) // The Lancet : journal. — Elsevier, 1969. — Vol. 293, no. 7593. — P. 487—489. — PMID 4179570.
  5. Holt L. E., Tidwell H. C., Kirk C. M., Cross D. M., Neale S. Studies in fat metabolism: I. Fat absorption in normal infants (англ.) // J Pediatr (англ.) : journal. — 1935. — Vol. 6, no. 4. — P. 427—480.
  6. Nelson S. E., Frantz J. A., Ziegler E. E. Absorption of fat and calcium by infants fed a milk-based formula containing palm olein (англ.) // J Am Coll Nutr : journal. — 1998. — Vol. 17, no. 4. — P. 327—332. — PMID 9710840. (недоступная ссылка)
  7. Nelson S. E., Rogers R. R., Frantz J. A., Ziegler E. E. Palm olein in infant formula: absorption of fat and minerals by normal infants (англ.) // Am J Clin Nutr (англ.) : journal. — 1996. — Vol. 64, no. 3. — P. 291—296. — PMID 8780336.
  8. Ostrom K. M., Borschel M. W., Westcott J. E., Richardson K. S., Krebs N. F. Lower calcium absorption in infants fed casein hydrolysate- and soy protein-based infant formulas containing palm olein versus formulas without palm olein (англ.) // J Am Coll Nutr : journal. — 2002. — Vol. 21, no. 6. — P. 564—569. — PMID 12480803. (недоступная ссылка)
  9. Koo W. W., Hammami M., Margeson D. P., Nwaesei C., Montalto M. B., Lasekan J. B. Reduced bone mineralization in infants fed palm olein-containing formula: a randomized, double-blinded, prospective trial (англ.) // Pediatrics (англ.) : journal. — American Academy of Pediatrics (англ.), 2003. — Vol. 111, no. 5 Pt 1. — P. 1017—1023. — PMID 12728082.
  10. Litmanovitz I., Davidson K., Eliakim A., Regev R. H., Dolfin T., Arnon S., Bar-Yoseph F., Goren A., Lifshitz Y., Nemet D. High Beta-Palmitate Formula and Bone Strength in Term Infants: A Randomized, Double-Blind, Controlled Trial (англ.) // Calcified Tissue International (англ.) : journal. — 2012. — Vol. 92, no. 1. — P. 35—41. — ISSN 0171-967X. — DOI:10.1007/s00223-012-9664-8.
  11. 1 2 Litmanovitz I., Davidson K., Eliakim A., Regev R., Dolfin T., Bar-Yoseph F., et al. The effects of infant formula beta-palmitate structural position on bone speed of sound, Anthropometrics and infantile colic: A double-blind, Randomized control trial. (англ.) // Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition [Internet] : journal. — 2011. — Vol. 52. — P. E215—6.
  12. 1 2 Lloyd B., Halter R. J., Kuchan M. J., Baggs G. E., Ryan A. S., Masor M. L. Formula tolerance in postbreastfed and exclusively formula-fed infants (англ.) // Pediatrics (англ.) : journal. — American Academy of Pediatrics (англ.), 1999. — Vol. 103, no. 1. — P. E7. — PMID 9917487.
  13. Carnielli V. P., Luijendijk I. H., Van Goudoever J. B., Sulkers E. J., Boerlage A. A., Degenhart H. J., Sauer P. J. Structural position and amount of palmitic acid in infant formulas: effects on fat, fatty acid, and mineral balance (англ.) // J Pediatr Gastroenterol Nutr (англ.) : journal. — 1996. — Vol. 23, no. 5. — P. 553—560. — PMID 8985844.
  14. Vandenplas Y., Gutierrez-Castrellon P., Velasco-Benitez C., Palacios J., Jaen D., Ribeiro H et al. Practical algorithms for managing common gastrointestinal symptoms in infants. (англ.) // Nutrition : journal. — 2013. — Vol. 29, no. 1. — P. 184—194. — PMID 23137717.
  15. USDA
  16. USDA
  17. USDA National Nutrient Database for Standard Reference — Release 17 Content of Selected Calcium, Foods per Common Measure, sorted alphabetically
  18. A Guide to Giving Your Layer Hens Enough Calcium | poultryOne Guide to Raising Backyard Chickens. Дата обращения 22 января 2013. Архивировано 5 февраля 2013 года.
  19. Birds need calcium to lay their eggs- where do they get it from? | nurturing nature. Архивировано 15 марта 2013 года.
  20. Hunton, P (2005). "Research on eggshell structure and quality: an historical overview". Revista Brasileira de Ciência Avícola 7: 67–71.
  21. Birdscope - Birds and Calcium. Дата обращения 22 января 2013. Архивировано 5 февраля 2013 года.
  22. Institute of Medicine (US) Committee to Review Dietary Reference Intakes for Vitamin D and Calcium; Ross A. C., Taylor C. L., Yaktine A. L., Del Valle H. B., editors. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D (англ.) : journal. — National Academies Press (US), 2011. — P. 35. — PMID 21796828.
  23. Calcium modulates force sensing by the von Willebrand factor A2 domain : Nature Communications : Nature Publishing Group. Дата обращения 22 января 2013. Архивировано 5 февраля 2013 года.

Литература

  • B.E.C.Nordin. Calcium in human biology. Springer, 1988 - 481 pages
  • Roland Pochet. Calcium: The Molecular Basis of Calcium Action in Biology and Medicine. Kluwer Academic Publishers, 2000 - 732 pages

Ссылки