Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Кафедра ботаніки, зоології та охорони природи

КУРСОВА РОБОТА

БІОЛОГІЧНА РОЛЬ КАЛЬЦІЮ В ОРГАНІЗМІ ЛЮДИНИ І ТВАРИН

Виконала:

студентка 41 групи

Пинчук н. В.

Науковий керівник:

к.б.н., доц. кафедри

ботаніки, зоології та

охорони природи

Жиденко А.О.

Чернігів – 2008

ЗМІСТ

ВСТУП 3

РОЗДІЛ 1. Кальцій як біологічний елемент 4

1.1 Кальцій в організмі людини 4

1.2 Функції та фізіологічні перетворення кальцію в організмі людини 5

РОЗДІЛ 2. Клінічні прояви і вплив на структури вмісту кальцію в організмі 11

2.1 Надлишок кальцію в організмі 11

2.2 Гіпокальціємічні стани: лікування і профілактика 11

2.3 Глюкокортикоїдний остеопороз: проблема профілактики і лікування в ревматологічній практиці 15

2.4 Препарати кальцію 24

РОЗДІЛ 3. Складання харчового раціону 28

ВИСНОВОК 30

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 31

ВСТУП

Харчування є найважливішою фізіологічною потребою людини, від якого залежить стан здоров’я та тривалість життя. З їжею до організму людини надходить понад 600 різноманітних харчових речовин (нутрієнтів), які по-різному впливають на функціональний стан організму. Серед них розрізняють макронутрієнти (білки, жири, вуглеводи, макроелементи) та мікронутрієнти (мікроелементи, вітаміни).

На відміну від хімічних елементів, які складають основну масу живої речовини, і так званих мікроелементів (вуглець, кисень, водень, сірка тощо), хімічні речовини, що існують у природі (у рослинних і тваринних організмах, грунтах та воді) в дуже малій кількості, називають мікроелементами. Сюди відносять йод, селен, марганець, залізо, цинк, мідь та інші.

Нині в тілі людини виявлено близько 65 мікроелементів. Встановлено, що вони є життєво необхідними і тому повинні надходити до організму з їжею. В організмі мікроелементи входять до складу органів і тканин, багатьох органічних сполук - білків, ферментів, гормонів, вітамінів. Мікроелементи посилюють опірність організму до несприятливої дії навколишнього середовища. Вони потрібні для стимулювання росту, формування кісток, відновлення клітин і тканин, роботи всіх органів і систем.

Мета роботи полягає в тому, щоб проаналізувати біологічну роль кальцію в організмі людини.

Завдання роботи:

1) проаналізувати роль кальцію як біологічного елементу в організмі, його фізіологічні функції;

2) дати характеристику клінічних проявів і вплив на структури вмісту кальцію в організмі;

3) скласти харчовий раціон.

РОЗДІЛ 1. Кальцій як біологічний елемент

1.1 Кальцій в організмі людини

В порівнянні з іншими біометалами кальцій в тваринах міститься в найбільшій кількості. Основна його маса (до 99%) зосереджено в кісткових тканинах переважно у вигляді гідроксоапатиту Ca₅(PO₄)₃OH та інших солей фосфорної кислоти. Кісткові тканини швидко реагують на зміни водно- сольового складу крові і виконують роль своєрідного буфера, який підтримує рівновагу внутрішнього середовища організму.

В організмі людини і тварин кальцій поступає в основному з продуктами харчування: молоко, овочі, злаки. Наявність грубої клітковини і підвищеної кількості щавлевої кислоти не сприяє засвоєнню кальцію. Особливо важливе значення для збагачення організму іонами кальцію має питна вода, в якій є гідрокарбонат кальцію Ca(HCO₃)₂.

Кісткові тканини здатні адсорбувати на поверхню Pb, Sr, Ra, U та ін радіонукліди, що веде за собою порушення кровотворної функції кісткового мозку. Раніше люди вважали, що скелет є опорою тіла і сприяє його руху, та зараз встановили, що він приймає активну участь в обміні речовин і перед усе – кальцію.

Завдяки активності кальцію його використовують для відновлення деяких тугоплавких металів (титан, цирконій і т.д.) з оксидів. Кальцій також використовують на виробництві для очистки криці та чавуну від кисню, сірки та фосфору для отримання деяких міцних сплавів.

Володіє високою біологічною активністю, є основним структурним компонентом кісток скелета і зубів тварин і людини, а також важливим компонентом системи згортання крові [12].

Кальцій є незмінним елементом в харчуванні людини. Сполуки кальцію укріплюють захисні сили організму і підвищують його стійкість до зовнішніх факторів і інфекцій.

Вміст кальцію в організмі дорослої людини становить близько 20 г на 1 кг ваги людини. Основна частка знаходиться в кістковій і хрящовій тканинах і в зубах. При гострій його недостатності (тетанія, спазмофілія) препарати кальцію використовують в комбінації з ПТГ, при хронічній недостатності кальцію (рахіт, остеоміляція) – з вітаміном Д.

Недостатність може виникнути при великому його розході (ріст, лактація, вагітність), а також при харчовому розладі з недостатньою кількістю кальцію (картопля, хліб, м‘ясо). В цих умовах препарати кальцію приймаються профілактично або додаються в харчові продукти. В зв‘язку з цим, що кальцій бере участь в обміні речовин в кістковій тканині і зубах, його приймають для покращення зрощення переломів, профілактики карієсу.

Під час хвороб, а також, при перевтомі з організму викидається дуже багато кальцію, що відразу позначається на його роботі: виникає надкислотність крові, знижується активність печінки, запалюються гланди, з'являються камені в жовчному міхурі, хитаються і стають крихкими зуби, тіло укривається висипом (головним чином, руки). Введення в організм лише чистого кальцію не приносить великої користі, його можна заповнити виключно правильним харчуванням, вживаючи яєчні жовтки, ріпу, брукву, квасолю, маслини, сочевицю, цвітну капусту, висівки, сироватку.

1.2 Функції та фізіологічні перетворення кальцію в організмі людини

Кальцій у їжі, як рослинної, так і тваринної, знаходиться у вигляді нерозчинних солей.

Найкращими джерелами легко засвоюваного кальцію є молочні продукти особливо усі види сирів, бобові, соя, сардини, лосось, арахіс, волоський горіх, насіннячка соняшника, рис, зелені овочі. Багаті кальцієм цільні зерна пшениці, рис, овочі і фрукти. Значення рослинних джерел кальцію зростає також унаслідок високого вмісту в них вітамінів.

Функції: позаклітинний катіон, внутрішньоклітинний катіон - усередині саркоплазматичного ретикулуму.

1) Функціонує як складова частина опорних тканин або мембран. Забезпечує цілісність мембран (впливає на проникність), тому що сприяє щільному упакуванню мембранних білків. Іони кальцію ущільнюють клітинні оболонки, зменшують їх проникність - на противагу іонам натрію і калію, які збільшують проникність.

2) бере участь у проведенні нервового імпульсу.

3) бере участь в ініціації м'язового скорочення: Утворення комплексу актин+міозин (скорочення) можливо тільки в присутності іонів кальцію усередині міоциту. У м'язових клітинах на мембрані саркоплазматичного ретикулуму (СПР) знаходиться "кальцієвий насос (канал)", через який регулюється вхід і вихід кальцію в СПР і тим самим концентрація його усередині клітини. Робота "кальцієвого насосу" регулюється концентрацією двох внутрішньоклітинних нуклеотидів, що діють антогонічно:

- Циклічний аденозинмонофосфат (цАМФ), що підсилює вхід кальцію в СПР із клітини, це приводить до зменшення утворення комплексу актин+міозин ферментом кальмодуліном і розслаблення м'язів.

- Циклічний гуанозинмонофосфат (цГМФ), що послаблює вхід кальцію в СПР із клітини, це приводить до збільшення утворення комплексу актин+міозин ферментом кальмодуліном і скорочення м'язів (бронхоспазм).

1. Парасимпатична НС - ацетилхолін - рецептори (холінергічні, мускаринові, ацетилхолінові) - гуанілатциклаза збільшує швидкість переходу ГТФ у цГМФ - збільшення цГМФ - збільшення внутрішньоклітинного кальцію - скорочення.

2. Симпатична НС - адреналін, норадреналін - бета рецептори + зменшення секреції ацетилхоліну парасимпатичної НС - аденілатциклаза збільшує швидкість переходу АТФ у цАМФ - збільшення цАМФ - збільшення входу кальцію в СПР

- зменшення кальцію в клітині - зменшення утворення комплексу актин+міозин ферментом кальмодуліном і розслаблення м'язів.

4) є одним з факторів гемокоагуляції.

5) кальцій обмежено бере участь у підтриманні осмотичної рівноваги.

6) разом з інсуліном активує проникнення глюкози в клітини.

Кальцій бере участь у всіх життєвих процесах організму. Нормальне згортання крові, відбувається тільки в присутності солей кальцію. Кальцій відіграє важливу роль у нервово-м'язовій збудливості тканин. При збільшенні в крові концентрації іонів кальцію і магнію нервово-м'язова збудливість зменшується, а при збільшенні концентрації іонів натрію і калію - підвищується. Кальцій відіграє визначену роль і в нормальної ритмічної роботи серця.

4. Абсорбція кальцієвих сполук відбувається у верхній частині тонких кишок, головним чином у 12-палій кишці. Тут на всмоктування дуже впливають жовчні кислоти. Фізіологічна регуляція рівня кальцію в крові здійснюється гормонами паращитовидних залоз і вітаміном D за посередництвом нервової системи.

Зменшення всмоктування з кишечнику: Всмоктування погіршується при надлишку жирів, від введення солей магнію, калію, від вмісту в їжі великої кількості щавлевої кислоти (шпинат, щавель, буряк), від збільшення фосфатів у їжі, інозинтрифосфорна к-та (фітинові сполуки, які містяться в зернових), дефіцит вітаміну D₃.

Оптимальне засвоєння відбувається при співвідношенні кальцію, фосфору і магнію 1:1,4:0,5. (огірки ґрунтові 1:1,8:0,6)

Збільшення всмоктування. Для повного засвоєння з кишечнику необхідна наявність активної форми вітаміну D₃, білки їжі, лимонна кислота, лактоза молока. Вітамін D сприяє абсорбції кальцію з кишечнику і полегшує відкладення кальцію і фосфору в кістках. Для поліпшення засвоєння солей кальцію і фосфору в кишечнику, особливо при призначенні малозасвоюваних препаратів кальцію, підвищення реабсорбції фосфатів у нирках і посилення процесів остеогенезу використовують цитратну суміш (Acіdі cіtrіcі 2,0; Natrіі cіtrіcі 3,5; Ag. destіllatae ad 100,0) по 1 чайній ложці 3 рази в день на 10-12 днів.

5. Транспорт: по судинах у складі крові

6. Перетворення і розподіл: Велика частина кальцію утримується в кістковій тканині (99%) у складі мікрокристалів карбонатапатиту 3Са₂(РО₄)₂ СаСО₃ і гідроксилапатиту 3Са₂(РО₄)₂ОН. Загальний кальцій крові включає три фракції: білокзв`язуючий, іонізований і неіонований (який знаходиться в складі цитрату, фосфату і сульфату). Нормальний вміст кальцію в крові - 9,0-11,5мг/ 100 мл. Кальцій знаходиться в сироватці крові в різних формах: у вигляді не фільтрованих колоїдних сполук і фільтрованих сполук у кількості 4-5 мг%; інші 5-6мг% кальцієвих сполук проходять через ультрафільтри, з них 2 мг% знаходиться в іонізованій формі. Колоїдний кальцій являє собою резерв кальцію. Співвідношення зазначених вище форм кальцію залежить від рН, концентрації О₂, від співвідношення альбумінів і глобулінів і кількості неорганічного фосфору. Вітамін А підвищує рівень кальцію в крові при гіпервітамінозі.

Забезпеченість організму кальцієм багато в чому пов'язана з діяльністю паращитовидних залоз, що виробляють два гормони - паратгормон і кальцитонін, що разом з вітаміном D забезпечують регуляцію кальцієвого обміну.

Секреція паратгормону залежить від концентрації іонізованого кальцію в сироватці крові: підвищення концентрації іонізованого кальцію знижує секрецію, зниження - підвищує. Мішені для паратгормону: нирки, кісткова тканина, шлунково-кишковий тракт. Рецепторно-клітинний зв'язок гормону реалізується через мембранно-зв'язану аденілатциклазу і характеризується переважно зміною обміну кальцію [17].

Дія на нирки виявляється збільшенням канальцієвої реабсорбції кальцію і магнію, зниженням реабсорбції калію, неорганічного фосфату і НСО₃^-. Зменшується екскреція протонів і іонів амонію. Крім того, паратгормон підвищує здатність ниркової тканини утворювати активну форму вітаміну D - 1,25-дегідрооксихолекальциферол.

Дія на кісткову тканину характеризується трьома основними ефектами: 1) гальмуванням синтезу колагену в активних остеобластах; 2) активацією остеолізису остеокластами; 3) прискоренням дозрівання клітин-попередників остеобластів і остеокластів. Наслідком цих ефектів є мобілізація кальцію з кістки (вихід у кров), збідніння матриксу протеїнгліканами і колагеном.

Дія паратгормонів на шлунково-кишковий тракт веде до збільшення всмоктування кальцію в тонкій кишці, що у свою чергу залежить від забезпеченості організму вітаміном D та пов'язано зі стимулюючою дією паратгормону на утворення активної форми вітаміну D.

Секреція кальцитоніну також залежить від концентрації іонізованого кальцію в крові: збільшується у відповідь на його підвищення і знижується при зниженні. Крім того, підвищення змісту кальцію в дієті веде до підвищеної секреції кальцитоніну.

Цей ефект опосередковується глюкагоном, продукція якого зростає при високому вмісті кальцію в їжі. Глюкагон - біохімічний активатор секреції кальцитоніну. Мішень кальцитоніну - кісткова тканина, посередник дії - кальційзалежна АТФ-аза.

Через неї гормон змінює роботу кальцієвого насоса. Ефект виявляється зменшенням розкладу кістки, гіпокальціємії і гіпофосфатемії, зменшенням екскреції кальцію із сечею. Останнє пов'язано з гальмуванням активності остеоцитів і остеокластів.

За результатами дії паратгормон і кальцитонін - антагоністи, хоча і діють через різні клітини-мішені. Не виключається інгібіторний вплив кальцитоніну на утворення активної форми вітаміну D в нирках.

Концентрація кальцію в крові (2,5 ммоль/л) змінюється не більше ніж на 3% за рахунок гормонального контролю, що забезпечує адсорбцію цього катіону кишечником, виведення з організму і відкладення в кістках. Основна маса кальцію зосереджена в кістяку, принаймні половина кальцію в крові зв'язана з білками плазми, головним чином з альбуміном. У той же час розрізняють три стани кальцію в клітині: Са²⁺, локалізований усередині клітинних органел; хелатований Са²⁺, т. т. асоційований з молекулою цитоплазматичного білка, вільний, або іонізований, Са²⁺.

Саме вільний Са²⁺ є регулятором різноманітних внутрішньоклітинних процесів, забезпечує проведення специфічного трансмембранного сигналу в клітку завдяки змінам концентрації власної речовини [10].

7. Абсорбований кальцій виділяється нирками, печінкою й епітелієм товстих кишок. Кальцій виділяється кишечником.