钙代谢和生理功能的研究进展

食品科学101 宋孙洁 2010013663

摘要 ： 钙是人体无机元素中含量最多的元素，具有重要的生理功能。本文综述了钙 在人体中的存在形式及代谢，钙的生理功能，钙的吸收及影响因数，钙的摄取量及缺 钙的严重后果，为人们科学合理补钙提供有益参考。 关键词 ：钙 代谢 吸收 生理功能

钙不仅是人体无机元素中含量最多的元素和构成人体骨骼和牙齿的主要成分，而且是细胞和血液中主要的生理活性物质。现代医学研究认为钙是人类生命的最重要元素之一，具有十分重要的生理功能[1~3]。目前，钙不足已成为全球性的营养问题。某些地区儿童佝偻病的发病率高达40%，中老年骨质疏松症也颇为严重【6】。钙缺乏的主要原因是吸收率低下。本文主要对钙在人体中的存在形式及代谢，钙的生理功能，钙的吸收及影响因数，钙的摄取量及缺钙的严重后果作一综述，并对人们如何合理补钙提供了方法和思路。

一：钙的代谢与功能

食物中的钙经肠道吸收的钙进入血液循环后，大部分沉积在骨骼中。当血液中钙浓度降低时，骨骼中的钙就会释放出来维持机体钙平衡。维生素D 能促进钙结合蛋白的生成，从而促进小肠和肾对钙的吸收和重吸收。除了沉积于骨组织中的钙外，其余小部分被吸收的钙则保留在软组织和细胞外液中。此外，还有一部分被吸收的钙经肾小球的过滤从尿中排出，以及随汗液而丢失。未被吸收的钙以及部分来自脱落上皮细胞和消化液的钙随粪便排出。

钙在人体中主要有三大作用：首先，是构成人体骨骼和牙齿的主要成分，由钙参与硬组织形成的过程叫做生物钙化【4】，这一重要的无机化学反应关系到骨骼和牙齿等硬的形成。人体骨骼和牙齿中由无机物的主要成分是钙的磷酸盐，多以羟磷灰石和磷酸钙的形式。

其次，参加凝血过程，正常人血流出后，在37℃下经过5~8min 即可凝固。血液凝固涉及到多种酶，其中一些无活性的酶原必须被激活成为有活性的酶才能起到凝血作用。血液中的Ca2+ 对酶的激活起重要作用【5】。

最后，钙能调节生物体内某些酶的活性并参与其他一些生理功能。钙可以与某些酶结合，使之具有相应的活性构象。即钙对多种酶有激活作用，除上述的凝血酶外，钙离子还可激活ATP 酶、脂酶和蛋白水解酶等，而且是淀粉酶活性必不可少的部分。钙还参与人体其它生理活动过程，如参与神经和肌肉的活动，维持组织的应激性；调整心律，降低毛细血管和细胞

膜的通透性，维持体内酸碱平衡；钙与肠道内胆汁酸和脂肪酸结合生成钙皂，能缓和肠道刺激作用，防止结肠癌的发生；控制新陈代谢、激素分泌、细胞黏附和等多种生理活动。

二：摄入钙过多或过少对人体的影响

由于钙具有许多重要的生理功能，机体缺钙就会产生一系列疾病，因此每天摄入足够的钙对身体健康是非常必要的，尤其对婴儿、青少年和中老年人更应如此。由于钙在人体中具有如此重要的作用，因此缺钙会给人体造成严重的危害。儿童长期缺钙将导致生长发育缓慢，身体矮小，牙齿不全，易患佝偻病，并有昼惊夜啼、烦躁多动和多汗、抽筋等症状。青年人缺钙将导致骨质钙化不良，骨骼软化，易弯曲，并可导致四肢、脊柱、胸廓和盆腔畸形，在压力作用下易发生病理性骨折。中老年人和绝经期的妇女缺钙易发生骨质疏松、骨质增生、背下部疼痛，易发生生理性骨折，并有高血压、肥胖病、大肠癌等疾病发生的可能。孕妇缺钙不利于胎儿正常生长、骨骼钙化、牙齿形成，孕妇妊娠、分娩、产后哺乳期中由于大量消耗钙，必须及时补充足够的钙【1】。

总结： 钙是维持人体健康所必需的元素，具有重要的生理功能。钙缺乏已成为全球性的营养问题，尤其是在儿童、妇女、老年人等特殊人群中，钙缺乏更为严重和普遍，而且是为数不多的几种缺乏营养素之一。我国膳食结构以植物性食物为主，食物中的钙不足以满足人体的需要，因此我国居民膳食钙缺乏的现象十分普遍。目前对于钙缺乏的预防和治疗措施主要有：（1）多食富含钙的食物，如乳及乳制品、豆及豆制品、虾皮、虾米、芝麻酱、海带、南瓜籽、金针菜等；（2）正确选用钙强化剂（无机钙强化剂、生物钙强化剂、有机钙强化剂）和钙强化食品（高钙奶粉、高钙饮料等）；（3 ）补充适量的维生素D 或其他钙吸收促进剂，如乳糖、低聚果糖、氨基酸及酪蛋白磷酸肽等。因此，加强人类对钙吸收机理及影响因素，钙的生理功能及与疾病的效应关系，钙缺乏原因及防治策略研究，以及研制开发高效钙制剂将是今后的热点研究领域，以更好地改善人们的钙营养状况。

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钙的生理功能及代谢的研究进展( 综述) 顾 清( 天津市卫生防病中心, 天津 300011)

钙是人体必需的常量元素之一。钙不仅是构成骨骼和牙齿的重要组成成分, 参与骨骼的新陈代谢, [ 1] 而且在机体多种组织细胞、生物大分子水平发挥着重要作用。[ 2] 由于世界各国不同人群中普遍在着不同程度的钙缺乏问题, 因此对钙的生理功能及代谢, 特别是人群钙缺乏问题的研究, 已成为目前世界范围的热点研究领域。

1 钙的生理功能目前人们对钙的生理功能的研究深度, 已由原来的生理学观察进入到分子机制的研究, 钙生理功能的研究集中于以下几个方面。

11 钙蛋白钙在人体肠道内, 是与1, 25- ( OH) 2D3 诱导下肠粘膜产生的钙结合蛋白( CaBP) 结合后吸收进入人体的。钙结合蛋白是一类功能特异并且与钙可逆性结合的蛋白质, 通过与钙结合的亲和度感知血液中钙浓度从而钙代谢。[ 3] 进入人体血液后, 钙以3 种形式存在: 蛋白结合钙、难解离钙、离子钙。发挥生理作用的主要是离子钙。在体内除以形成骨骼的形式发挥支架作用、运动功能和保护功能外, 钙还具有参与多种代谢、骨骼肌和心肌的收缩、神经反应、激素合成与作用、内分泌、血液凝固、血管通透性、免疫吞噬等十分广泛和特殊的生理功能。[ 2、4] 钙的这些生理功能的发挥大多是与生物膜等处的特定蛋白质、酶结合形成钙􀋋白和钙􀅶复合物后实现的。由于钙在参与人体代谢的整个过程中, 时刻与蛋白质等生物大分子紧密联系在一起, 所以研究钙结合蛋白的生物学特性及影响因素, 特别是与钙缺乏发生的关系, 是今后研究的重要方面。

12 钙信使 钙离子作为多肽类激素和细胞因子与细胞膜上相应受体结合以后产生的第二信使, 在细胞内激活许多具有生理活性的酶或蛋白质, 例如依赖于钙的蛋白激酶C 和钙调节蛋白等, 从而发挥生理功能。钙离子对细胞的调节作用和产生的效应依效应细胞种类而不同。如骨骼肌细胞的兴奋收缩耦联产生肌肉收缩; 神经细胞的刺激- 分泌反应耦联产生传导, 这类反应主要是钙调节蛋白( 在骨骼肌为肌钙蛋白, 在神经和心肌为钙通道) 与钙结合使钙内流增加, 造成细胞膜的复极化, 或激活酶系统, 改变代谢水平或代谢方向, 产生相应的生理反应, [ 5] 然后通过钙泵分解ATP 获得能量, 将钙由细胞内泵出, 使细胞膜

内外钙离子达到正常水平, 因此产生反应迅速而维持短暂的效果。对内分泌细胞、平滑肌细胞和细胞的代谢, 钙离子的调节作用显得反应时间持久。这类反应过程较为复杂, 常涉及钙泵和 慢通道􀊄持续钙内流, 细胞内钙离子浓度增加, 激活依赖钙的 钙离子- 调钙蛋白􀊄蛋白激酶类, 引起不同细胞产生特异的生物学效应。[ 6] 信号传导是目前研究基因表达的重要突破点。研究钙在信号传导中的作用, 可以从分子水平上揭示钙离子生理作用的机理, 以及与人体健康的关系。

13 钙的神经调节当神经冲动到达神经末梢的突触时, 突触膜由于离子转移产生动作电位( 钾- 钠ATP 酶作用下的钾- 钠泵运转) , 细胞膜去极化。钙离子以平衡电位差的方式内流进入细胞, 促进神经小泡与突触膜接触向突触间隙释放神经递质。在这一过程中钙离子 细胞膜内外转移是必须的, 同时还依靠钙转移的浓度对反应强度进行调节, 钙浓度高时反应强, 反之则弱。[7] 由于钙的神经调节作用对兴奋性递质( 乙酰胆碱、去甲肾上腺素) 和抑制性递质( 多巴胺、5 - 羟色胺、- 羟基丁酸) 具有相同的作用, 因此当机体缺钙 时, 神经递质释放受到影响, 神经系统的兴奋与抑制功能均下降, 在幼儿表现较明显, 常见为昼惊夜啼,烦躁多动和多汗; 中老年表现为神经衰弱和神经调节、适应能力下降等。[ 8] 2 钙的代谢

21 钙的来源 胎儿期钙的来源是通过绒毛膜细

胞主动吸收, 母体血钙经脐带传给胎儿。当母体钙摄入量不足时, 胎儿的需要使母体血钙下降, 如果缺钙时间较长或情况较重, 过度骨钙动员会造成孕妇骨矿含量下降、牙齿损害和骨质疏松。并会在妇女􀋝经期, 增加罹患骨质疏松症的概率。[ 9]出生后人体钙必需由食物摄入补充。食物中的钙在十二指肠吸收最快, 但主要吸收部位是回肠。肠粘膜细胞中以纤毛柱状上皮细胞为吸收钙的功能细胞。纤毛柱状上皮细胞腔面的纤毛构成 刷状缘, 以3 种机制维持钙的吸收过程。[10]第一种 刷状缘运钙载体: 此类运载不依赖能量供应, 对钙运输抑制剂不敏感, 与钠运转呈竞争性抑制, 易受钙浓度的 饱和抑制􀀂第二种 􀏺底侧膜钙泵: 此类运转机制主要将纤毛柱状上皮细胞刷状缘吸收到细胞内的钙转移 到基底侧的细胞外, 然后进入血液。第三种 维生素D 依赖钙结合蛋白: 该蛋白质是在维生素D 的诱导下, 由肠纤毛柱状上皮细胞合成并与钙特异性结合的蛋白质。在胞浆中与钙的亲和力大于线粒体膜和质膜的钙泵亲和力。能促进钙从刷状缘向基底侧迁移并与基底侧钙泵结合释放钙移出细胞, 经基底膜进入血液。食物钙在肠绒毛处依浓度梯度借易化扩散和刷状缘钙通道进入肠粘膜细胞, 在钙蛋白的参与作用下由线粒体膜和细胞内质膜吸收储存, 作为细胞内钙缓冲的调节库。同时, 钙结合蛋白拖动钙由刷状缘侧向基底侧迁移与膜钙

泵结合, 将钙释放出细胞进入基底膜, 再由血液带到全身。细胞吸收与转运这一过程是耗能过程, 同时还受细胞膜两侧的电位差和浓度梯度的影响。[ 11] 机体正是由此三方面对钙的吸收、储存、转运和排泄进行调节。 22 影响钙吸收的因素

2. 2. 1 肠道pH 条件 食物钙易溶解于酸性条件,尤其是胃酸与钙形成可溶性CaCl2 最有利于吸收。酸性氨基酸、乳酸等能酸化肠道环境的因素均有利于钙维持溶解而有利吸收。但草酸、碳酸、核苷酸和尿酸等弱酸与钙形成难溶物质, 不仅干扰钙的吸收,还引起钙在组织中沉淀成为钙化灶, 在器官内沉淀形成结石。[12] 钙的吸收需要有磷的存在。食物中的 钙磷比例以21( 钙􀃷) 为适宜, 当钙过高磷相对低时钙吸收不良, 反之则因形成磷酸钙而沉淀也不能被吸收。[ 15]

2. 2. 2 维生素D 食物中的维生素D 以及同化修饰后的羟化维生素D3 是钙在肠道吸收的关键因素,足量的羟化维生素D3 能加快钙离子在肠粘膜刷状缘积聚, 增加细胞内维生素D 依赖钙结合蛋白的合成, 加速细胞内钙的迁移, 使肠组织内钙的分布更广泛、均匀[ 13] 由于维生素D 须在肝脏羟化修饰成25( OH) 2D3 , 再在肾脏继续羟化为1, 25- ( OH) 2D3 才具有生理活性, 后者由肾脏分泌到靶器官, 故不少专家将其视同内分泌激素。[ 14] 1, 25- ( OH) 2D3 除了具有促进小肠吸收钙的作用外, 还与甲状旁腺素协调发挥破骨细胞的生成和增强活性的作用。与甲状旁腺不同的是, 它不抑制破骨细胞转化为成骨细胞。因此具有溶骨、成骨双向调节和骨结构改建功能。[15] 当肝、肾功能受损时维生素D3 修饰会发生障 碍从而影响钙的吸收和代谢。[ 16] 我国北方学龄儿童冬季亚临床维生素D 缺乏患病率高达45. 2%。[ 17]Fischer 对尼日利亚儿童佝偻病的研究发现, 那里的儿童维生素D 缺乏很罕见, 而膳食钙摄入不足很普遍, 但是有佝偻病病史儿童的同胞中发生佝偻病的比例, 明显高于无佝偻病史儿童的同胞。经过对维生素D 受体(VDR) 多态性研究发现前者儿童及同胞 中维生素D 受体ff 基因型明显减少, 而FF 基因型明显增加。因此认为VDR 等位基因在决定个体遇到膳食钙缺乏时发生佝偻病易感性方面是非常重要的。[18]

2. 2. 3 酪蛋白磷酸肽 食物中的钙在胃中与胃酸结合为最有利于吸收的可溶性CaCl2 , 但一旦进入肠道碱性环境就会使等电条件破坏, 甚至与弱酸结合产生沉淀而干扰吸收。[ 12] 酪蛋白是奶中蛋白质之一, 该蛋白质经消化与磷酸结合成为酪蛋白磷酸肽。酪蛋白磷酸肽在小肠可与钙结合成可溶性钙盐, 有利于吸收[ 15] 。因此奶类是补钙的首选食品。 2. 2. 4 甲状旁腺素 甲状旁腺素( PTH) 是由甲状

旁腺分泌的蛋白性激素, 分泌水平受血钙浓度负反馈调节。PTH 只有在维生素D3 以及维生

素D3 代谢产物存在情况下, 具有促进十二指肠CaBP 生成的作用。此外PTH 具有促进骨组织中的间充质细胞转化为破骨细胞, 抑制成骨细胞生成和转化的作用,通过骨钙动员, 提高血钙水平。同时还加强肾小管对钙的重吸收, 增加磷排泄, 造成血钙增高, 血磷下降。[15] 钙缺乏可以促进继发性甲状旁腺功能亢进,并引起细胞钙超负荷, 诱发人体多种非骨骼性疾病。[19] 肾性骨质营养不良患者完全甲状旁腺切除术后, 及时给予钙补充可以纠正术后患者的低血钙症。[20] 甲状旁腺功能以及钙元素与人体健康的关系, 特别是与非骨性疾病的关系, 是今后需要进一步深入研究的课题。

2. 2. 5 降钙素 降钙素是由甲状腺滤泡旁细胞( 又称C 细胞) 分泌的一种多肽激素。与血钙水平成正反馈调节。其生理功能与甲状旁腺素的作用相反。二者的靶组织均为骨和肾脏。降钙素抑制间充质细胞转化为破骨细胞, 抑制破骨过程。同时还抑制肾小管对钙的重吸收, 减少磷排泄, 造成血钙降低, 血磷增高。[ 15] 降钙素是唯一有效的降低血钙的激素。 2. 2. 6 雌性激素 雌性激素通过促进1, 25-OH) 2D3 的生成, 促进钙的吸收和代谢, 促进肾脏钙的重吸收, 抑制溶骨作用导致血钙和血磷的双升高,促进骨化和骨骺成熟。但当妇女经绝后由于雌激素减退, 会导致骨质疏松。[16] 用雌性大鼠切除卵巢去势, 并饲喂缺钙饲料, 来模拟人类女性绝经后骨质疏松症, 结果大鼠大腿骨超声传导率和骨矿物密度著低于正常大鼠。[ 21] 雌激素替代疗法可以有效地减少女性骨质疏松症的发生, 目前对雌激素受体的研究, 尤其是选择性雌激素受体调节剂的开发研究, 是防治女性钙缺乏症的又一研究热点。

2. 2. 7 甲状腺素 甲状腺素促进骨骼新陈代谢, 增加溶骨, 促成骨母细胞并转化为前破骨细胞。增加尿磷、尿钙和粪钙的排出量。[ 15]

2. 2. 8 糖皮质激素 糖皮质激素抑制胶原蛋白的合成, 并促成胶原蛋白和骨基质的分解。抑制肾小管对磷的重吸收, 抑制肠道钙的吸收功能, 增加尿钙排泄, 降低血钙。[ 22] 2. 2. 9 生长激素 生长激素与催乳素分子结构中氨基酸排列顺序相似, 提示生长激素可能类似于催乳素的作用。生长激素缺乏时, 1, 25- ( OH) 2D3 生成减少。生长激素促使间充质细胞转化为破骨细胞, 介导胶原蛋白和硫酸软骨素的合成, 促进成骨过程。增加肾小管对磷的重吸收, 维持钙磷适当比例。表现为儿童血钙高于成人。[ 22]

2. 2. 10 雄性激素 雄性激素促成骨基质合成和其中的骨盐沉淀, 促进长骨的骨骺融合。[ 16]

2. 2. 11 脂肪与蛋白质 普遍认为高蛋白饮食抑制钙吸收, 过多的脂肪膳食又由于脂肪的水解消化, 产生的脂肪酸与钙结合成脂肪酸皂钙沉淀而障碍吸收。[ 23] 然而Heaney

等研究没有发现蛋白质和磷的摄入对钙吸收有影响。[24] , 2. 2. 12 其它 钠、钾、氟、镁等元素, 中草药和抗生

素, 抗癫痫药和利尿剂及过量的维生素D 治疗均可阻碍钙吸收。恶性肿瘤、肝病和肾脏疾患均会影响到钙的吸收与代谢。 23 钙过量

由于膳食钙的小肠吸收过程受到机体多方面的调节和控制, 一般不会出现钙过量。我国膳食调查结果表明, 我国居民每日膳食中的钙含量在08~10 g 的水平。[ 25] WHO 资料证实, 正常人每日摄入2g 以内的钙是安全的。[ 1] 但如果直接通过静脉注射钙剂, 会由于血钙的骤然升高, 钙随浓度梯度 被动转移􀏛入细胞, 产生渗透压的急剧变化, 同时产生 多种生理功能的改变, 对机体造成严重损害, [ 23] 因此不能静脉快速注射大量钙剂。

24 骨钙动员 骨钙动员, 不仅造成骨密度下降和骨矿含量减少, 而且由于短时间大量钙进入血液, 多余的钙会在组织间潴留, 细胞内高钙离子负荷。由于电位差和渗透压差, 在短时间内影响细胞功能甚至造成细胞的解体; 长时间的慢性过程, 则会形成钙化。[15] 因此由于缺钙造成骨钙动员, 对健康十分不利。

25 钙排泄 人体通过尿、汗、乳汁和粪便排出代谢钙。每日约80% 经肠道, 20% 经肾脏排出。[25] 肠道排出的钙是食物钙质经消化不能被吸收的难溶钙及其结合物。肾脏钙排泄和重吸收功能受体内钙浓度和多种激素尤其是甲状旁腺素的调节, 并依赖肾小球的滤过功能和肾小管的重吸收功能。[ 15] 成人每日尿排出钙约150~ 450 mg ( 375~ 1125 mmolL) ,最高可达1 000 mg( 25 mmolL) 。当血钙浓度低于肾钙阈值( 85 mgdL) 时, 尿液中的钙量降低。当血钙低于6. 5 mgdL 时, 尿钙几乎为零。汗钙排出量约为03~ 5 mmolL, 乳汁中钙含量约为30 mgdL( 75 mmolL) 。[ 25] 3 钙缺乏与健康

钙缺乏属于全球性的健康问题。尤其是在老年人、儿童、妇女特殊人群中, 即使在日本以及许多西方工业化国家, 钙缺乏也同样普遍存在, 而且是为数不多的几种缺乏营养素之一。[ 26、27] 我国大部分地区城乡居民因受传统膳食结构和习惯或不良的饮食行为影响, 钙缺乏的现象十分普遍。钙缺乏容易与骨质疏松症联系在一起。骨质疏松症是老年人身体损害和过多死亡的主要原因, 女性绝经后大约10 年内和男性70 岁以后臀部骨折发病率加速增长。老年人骨丢失与钙缺乏引起的继发甲状旁腺功能亢进和性激素缺乏有关。[ 28、36] 在人类 进化中, 人类每日通过膳食提供充足的钙元素来弥补人体每日丢失的钙量, 这种机制随年

龄的增加而减弱, 因此为了保持骨骼健康, 钙的需要和供给应该是随年龄增加的, 并且终生需要补充调节。[ 29、30] 老年人每日补充1 300~ 1 700 mg 钙元素, 就可以使与年龄相关的钙丢失得以补充, 如果每天摄入钙2 400mg, 可使甲状旁腺素水平恢复至年轻成人水平, 并且可以减少大肠癌、高血压、肥胖病等疾病的发生,虽然这些疾病都是多因素所致, 但是都有钙缺乏存在。钙与这些疾病之间的关系有待于进一步研究。钙缺乏对于成年女性, 不仅可以引起骨质疏松,而且造成妇女情绪和行为紊乱。经前期综合症就与钙和维生素D 缺乏有关。[ 31] 因此, 对于成年女性, 尤其是绝经前和绝经后妇女, 目前认为在维生素D 摄入充足情况下, 足够钙的摄入, 可以预防经前期综合症, 以及后2 种妇女骨丢失, 减少骨折的危险度。尽管钙不如抗骨再吸收剂( 如: 雌激素、选择性雌激素受体调节剂、二磷酸盐) 有效, 但是它是抗再吸收剂治疗骨质疏松的必要成分。对大多数妇女来说每天至少需要1 200 mg 钙, 但不要超过2 500 mg, 同时建议摄入400~ 600 IU 维生素D( 可通过晒太阳、食物或额外补充来获得) 。[ 28、31、32]虽然维生素D 缺乏是佝偻病发生的主要原因,但钙缺乏在儿童同样可以引起佝偻病的发生。无论是在尼日利亚还是孟加拉国, 绝大多数活动性佝偻病儿童都不存在维生素D 的缺乏, 而膳食钙缺乏很普遍。而且在尼日利亚儿童中发现了VDR 多态性变化, 提示儿童佝偻病的发生与维生素D 和钙缺乏, 以及VDR 的改变有关。[18、33、34]目前比较关注的是, 钙缺乏还可以引发多种非骨骼疾病。缺钙时, 甲状旁腺功能亢进, PTH 分泌增多, 钙从骨骼流出, 以保持血钙水平, 并随之发生钙离子向软组织和细胞内流动。反常的细胞内钙超负荷, 可能引发一些老年人常见的疾病: 高血压、动脉粥样硬化、糖尿病、神经变性性疾病、结肠直肠癌以及退化性关节病。[ 26、32]目前对于钙缺乏的预防和治疗, 主要是补充充足的钙元素和维生素D。同时对于成年女性, 还可以采取负重锻炼、雌激素替代疗法、二磷酸盐、选择性雌激素受体调节剂以及降钙素。虽然对男性目前还没有公认的骨质疏松治疗办法, 但是许多对女性认可的治疗办法能保证对男性有益。[ 28、35]钙缺乏问题世界各国十分普遍, 其严重后果不仅危及到骨骼健康, 而且对人体多器官系统产生危害。仅钙缺乏引起的骨质疏松性骨折, 每年美国花费130 亿美元, 我国150 亿人民币的医疗费用。钙缺乏以及钙缺乏并发症, 已经成为世界各国的一个严重的社会经济问题。因此, 加强人类钙缺乏及其发生危险因素、防治策略的研究, 将是近年热点研究领域, 而且利用分子生物学技术, 开发研制钙缺乏引起的骨质疏松症等病症特效生物制剂, 将指日可待。 参考文献:

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膳食营养要素钙的代谢及生理功能研究进展 张爱民 薛建平

摘要D 综述了膳食营养要素钙在人体中代谢和主要生理功能? 钙与疾病的相互关系? 以及人体对钙

的需要量的最新研究进展? 为人们的科学补钙提供有益的参考& 关键词D 钙E 代谢E 生理功

th

钙是人体的重要组成成分? 在人体中的含量仅次于氢、氧、碳、氮而居第B 位? 同时也是含 量最多的无机元素& 成年人体内的钙含量约占到体重的钙广泛分布于全身各组织器官中? 但其中JJM集中分布于骨骼和牙齿中? 主要以羟磷灰石结晶的形式构成骨的无机部分? 维持骨骼和牙齿坚硬的组织结构& 另外的)M钙则广泛分布于软组织和细胞外液中? 但正是这部分少量的钙在生命活动中发挥了极为重要的作用钙不仅是构成机体完整性不可缺少的组成部分? 并在机体各种生理和生化过程中? 对维持生命起着至关重要的作用 钙在机体中的吸收和代谢

人体内的钙主要来自食物? 但并非食物中所有的钙都能被人体吸收利用& 机体对摄入钙的 吸收率随着体内钙水平、食物中钙的存在形式以及钙的摄入量不同而波动? 一般情况下吸收率仅为在众多影响机体对钙吸收功能的膳食因素中? 维生素>、蛋白质、乳糖和酸性介质能促进钙的吸收? 而食物中的草酸、植酸、过量的脂肪以及失衡的钙磷比均会干扰钙的吸收& 食物中的膳食纤维含量过多、某些激素、药物以及机体自身状态不良等因素也会影响人体对钙的吸收N A O & 研究结果还发现? 食物中以复合形式存在的钙在肠道中的吸收过程主要发生在酸性强的小肠上部? 此时食物中的复合钙首先解离为离子钙的形式? 再以主动和被动吸收的方式进入血液循环系统& 钙吸收的细胞机理可表示为D 钙首先通过肠粘膜上皮细胞的刷状缘膜进入上皮细胞? 随后在高尔基体、结合钙蛋白、维生素> 等的作用下进行细胞内转运? 最后钙通过细胞基底膜和侧膜转运至细胞外经肠道吸收的钙进入血液循环后? 大部分在骨骼中贮存? 特别是贮存于海绵骨中& 当机体内钙浓度降低时? 这部分钙就会释放出来维持体钙平衡& 研究表明? 血液中的钙和骨中的钙在甲状旁腺素和降钙素的双重调节下处于动态平衡之中N B O & 当血钙水平太低时? 甲状旁腺就会通过分泌甲状旁腺素促使骨骼释放出可交换钙? 并刺激肾脏加强对尿钙的重吸收? 从而使血钙水平恢复正常， 若血钙水平升高时? 甲状腺就会分泌降钙素以降低血液中钙和磷的水平， 除贮藏于骨组织的钙外? 另有小部分被吸收的钙则保留在软组织和细胞外液中& 此外还有一部分被吸收的钙可以经肾小球的过滤作用从尿中排出也有一小部分的钙会随汗液而丢失 而未被吸收的钙以及部分来自脱落上皮细胞和消化液的钙% 随粪便排出，妇女在妊娠过程中 约(的钙由母体供给胎儿在哺乳期则每日由母乳排出的钙供婴儿生长需要钙的生理功能

钙对所有生物体都是必需的它既是生物体内重要的结构组织部分又作为生理作用离子 参与调节细胞的多种生理过程对人体而言 体内(的钙作用是用来构成骨骼和牙齿以及 维持它们正常的生理功能% 其余(的钙则对体内一系列的生理、生化反应起到重要的作用& 2.1 生物钙化

由钙参与的硬组织形成过程叫生物钙化 这是生物体内进行的一项重要的无机化学反应% 关系到骨骼、牙齿等硬组织的形成人体骨骼和牙齿中无机物的主要成分是钙的磷酸盐多以羟磷灰石. 或磷酸的形式存在这是机体利用进行生物钙化的结果，这种生物钙化过程实际上是伴随着胶原基质的形成而同步发生的& 首先在钙泵的作用下% 骨细胞周围胞浆中 被迅速集中到细胞器2 特别是线粒体6 中& 在这一过程中，磷酸根也按化学反应的比例被吸收到细胞内并达到能析出无定形磷酸钙所需的过饱和度细胞内就会反应生成颗粒状的磷酸钙沉淀，随后，骨细胞通过某种尚未确定的运输机制将磷酸钙分泌到细胞外并沉积在骨细胞周围& 在那里大量的无定形磷酸钙或磷酸钙与氢氧化钙结晶形成羟磷灰石微晶羟磷灰石微晶在骨细胞分泌的有机基质环境下不断长大 最终形成高强度的骨组织当然也不排除在骨的无机组织中还存着除磷灰石微晶外的其他磷酸钙盐形成& 除钙和磷维生素:、维生素0、维生素; 以及镁、锰、硅、铜、蛋白质等成分对骨骼的形成和生长也起到了特定的作用和骨骼一样% 牙齿的主要无机成分也是钙的磷酸盐只是牙齿的无机盐晶体密度更高有机物和水分的含量更低& 由于牙齿一旦长成便不能靠机体来自行修复% 因此在牙齿的生长期给机体提供充足的钙营养具有重要的意义 2.2 血液凝固

血液凝固是一个复杂的生理过程% 要涉及多种酶% 其中一些无活性的酶原必须被激活成为 有活性的酶才能起到凝血作用& 血浆中的01# 8 对酶的激活起到了至关重要的作用+ < . & 血浆中含有可溶性的血纤维蛋白原% 在生理止血的过程中% 这种血纤维蛋白原要转变为不 溶性的血纤维蛋白的网状物才能起到止血功能这个转变过程是由凝血酶催化的但凝血酶又是由它的前体———血小板分泌的一种凝血酶原在促凝血酶原激酶、磷脂以及其它一些因子的激活下产生的现已证实每克凝血酶原蛋白能结合此外由血纤维蛋白原最终形成血纤维蛋白丝的过程也需要在与磷脂连接形成的复合物的催化激活下才能顺利完成由此可见对血纤维蛋白原正常发挥其生理功能是必需的 2.3 肌肉收缩

当肌肉处于休息状态时对肌肉收缩起触动作用的就与肌质网中的收钙蛋白结合并

贮存于肌质网中一旦冲动到达肌膜% 就会通过肌膜上的小管快速地再传导到肌质网膜上此时收钙蛋白迅速分离并通过肌质网膜释放到肌浆中。肌钙蛋合使得肌动蛋白丝成为开放状态这种开放的肌动蛋白丝再结合到载有的肌球蛋白头部(( 水解释放出的能量迫使肌球蛋白的头部和肌动蛋白丝之间的横桥发生一定角度的旋转( 从而引起肌肉的收缩当新的重新结合到肌球蛋白的头部时( 即发生拆桥作用( 肌肉就恢复为舒张状态同时钙泵也迅速将吸收到

肌质网中去$ 值得注意的是( 尽管肌肉收缩或舒张要经历上述的系列步骤( 但这一生化过程却是以极快的速度进行的钙也是心肌收缩的触发物质( 是控制肌凝蛋白、肌动蛋白以及间基本反应所必需的触发剂( 因此钙对心脏的收缩与舒张过程也具有重要意义. 2.4 钙在信息传递上的作用

生物体内的钙与环磷酸腺苷 、环磷酸鸟苷 一样( 在信息传递上起着偶联作用. 早在年(人就提出了钙是细胞内化学信使的假说$ 随后又有证据表明( 与神经信号传递有着密切联系的神经递质释放过程必须在的参与下才能完成已知在去甲肾上腺素的情况下( 神经末梢的囊泡中含有神经递质和制造去甲肾上腺素的多巴胺羟化酶正常情况下( 当机体受到外界刺激时神经末梢就会释放出去甲肾上腺素和多巴胺羟化酶( 使神经系统处于兴奋状态$ 但在缺钙的情况下( 即使神经末梢受到强烈的刺激(囊泡也不会释放出这种去甲肾上腺素和酶$ 在神经冲动的传递过程中( 轴突的电位变化即动作电位也有关( 从而影响神经—肌肉组织的相互作用$ 有人因此认为钙是作为第一信使参与了细胞活动的调节. 钙也能通过一种依赖钙离子的蛋白4 结合( 激活系列蛋白激酶系统( 从而调节细胞内生化反应的速度和方向.

2.5 钙与细胞膜的相互作用

处于细胞外介质中的, 不仅可以结合到细胞膜中的某些蛋白质上( 而且可以和酸性磷 脂的阴离子基团结合这种结合通常会导致膜结构的构象发生变化( 使细胞膜的疏水性增强并改变体液通过细膜的能力钙除了能与细胞膜结合外( 还可以与线粒体膜相结合由此可见( 钙对维持和发挥细胞膜正常的生理功能具有重要的意义因此在临床上( 钙常被用来缓解由过敏或其他因素引起的细胞膜渗透压的改变. 2.6 其他

可以与一些酶结合( 使酶具有相应的活性构象$ 除上述凝血酶原外(还可以激活三磷酸腺苷酶、脂肪酶和一些蛋白酶等.对许多激素的合成、分泌和作用也是必需的( 已知皮质类固醇、垂体加压素、促甲状腺素、促肾上腺皮质激素、催乳激素、胰岛素等激素的分泌都需要参与.此外( 钙还参与了一些蛋白质转化以及维持胎儿、新生儿正常发育等生理活动. 钙与疾病的关系

3.1 钙与佝偻病及骨软化

佝偻病是一种儿童疾病( 是因体内钙、磷代谢紊乱造成骨盐在骨基质沉着障碍而产生的一 种全身性疾病. #6 0 $ 大多数佝偻病是由于各种间接因素造成体内钙缺乏的结果( 如膳食中磷或

维生素) 的缺乏$ 当体内缺乏维生素) 时( 一方面会使肠钙的吸收减少、钙大量经粪便丢失(导致血清钙和血清磷的含量下降( 从而造成骨基质和软骨钙盐沉着缺乏、新骨生成不足另一方面( 血清中较低的钙水平又会刺激甲状旁腺释放出较多的甲状旁腺激素1用于骨组织会促进骨钙溶出( 动员钙外移以弥补血浆钙不足( 结果造成骨病变突出并伴有明显的乳儿( 尤其是早产儿及人工喂养儿( 因此除适当的日照外( 对这些婴儿进行合理补钙是很有必要的骨软化是相应于成年人的佝偻病( 也是由于膳食中长期缺钙、磷或维生素) 而造成的其症状是骨质钙化不良( 骨骼进行性变软和易弯曲( 并导致四肢、脊柱、胸廓和盆腔畸形 机体的骨骼由于得不到充足的钙供给( 导致骨细胞中钙盐沉着减少( 不能正常矿化( 故有不钙化的骨基质增加% 随着整个骨组织中羟磷灰石含量的减少( 骨的硬度下降、变软( 在压力的作用下可发生各种骨畸形的病理性骨折% 由此可见( 充足的钙营养对成年人同样具有重要的意义 3.2 钙与骨质疏松

骨质疏松症多见于!# 岁以上的老年人( 特别是绝经期的妇女( 其症状有颌骨矿物元素减 少( 背下部疼痛( 骨的重量降低( 骨质疏松且脆弱等% 造成骨质疏松的原因是多方面的( 包括食物蛋白质含量( 钙、磷摄入量( 维生素) 的缺乏( 体内相关激素水平以及劳动锻炼等正常情况下( 成年人骨的形成和吸收是处于动态平衡的% 但随着年龄的增长( 由于机体对钙的吸收能力下降( 骨吸收速度就会超过钙形成速度( 造成钙的丢失% 年龄越大( 这种丢失也越严重营养学分析证明( 即使每天仅丢失-# ./ 的钙( 持续-# 0 后就会产生骨质疏松( 这是造成老年人进行性钙丢失并导致骨质疏松的一个重要原因% 因此( 大力提倡中老年人( 特别是绝经后的妇女适当地补充钙( 对保证中老年人的身体健康有着积极的意义% 这样不仅可以防或延缓骨质疏松的发生( 而且对预防其他疾病也有良好的效果% 通常对中老年人来说( 每日的钙摄入量不应低于$ ### ./( 再配合适当的维生素) 强化( 就能保证骨形成与骨吸收之间的平衡 3.3 低钙血症及高钙血症

人体正常的血浆钙浓度一般是#% 1! & $% $$ !/ 2 .3 之间( 血浆中的钙有4’5是以血浆蛋 白钙的形式存在( 46% !5以游离钙的形式存在( 其余’% !5的钙则是以磷酸钙、柠檬酸钙、重碳酸钙等复合物的形式存在% 正常情况下( 血浆钙在甲状旁腺素7 :; 、降钙素7 <9; 以及维生素) 的调节下稳定在狭窄的浓度范围内当人体血清中钙的含量低时即为低血钙( 通常表现为血清中的离子钙水平较低临床上低钙血症患者表现出手足抽搐和神经精神改变等症状 一般来说( 机体由于某种原因( 引起肠道对钙吸收能力的下降和肌钙吸收的减少( 就

会导致血钙的降低而肿瘤、急性胰腺炎等疾病也会造成低钙血症% 对低钙血症患者可补充钙并辅以维生素) 进行治疗成人血清钙超过2 .3 时即为高钙血症( 临床上表现为肾结石、胃肠道症状和神经精神改变等症状( 并伴有血磷降低的特征 引起高钙血症的原因有多种( 最常见的是恶性肿瘤和甲亢( 其次还有维生素) 含量过高等 由于这些原因( 引起肠道对钙的吸收增加或骨钙质吸收的增加( 从而导致血钙水平的升高% 对成人高钙血症应在控制钙摄入的同时( 应对引起高钙血症的原发性疾病进行治疗 3.4 钙与其他疾病

肾结石是泌尿系统结石中最多见的一种( 临床证实( 大多数肾结石均由钙组成( 有人因此 认为肾结石与大量的钙摄入有关* \"- , % 持续大量的钙摄入还会使降钙素分泌增加( 并可能导致骨病变的发生，机体因钙、磷代谢异常而导致高钙或低钙血症时( 也会进一步引发一系列其他疾病。例如血清钙异常性降低可导致手足抽搐以及各种精神障碍% 而过高的血清钙又会使肌纤维处于紧张状态，并可造成消化系统、泌尿系统以及神经系统的疾病。