KALSİYUM, FOSFAT, MAGNEZYUM, KÜKÜRT Prof.Dr.Hafize Uzun

BİYOELEMENTLER Vücutta bulunan elementler günlük gereksinimlerine göre makro elementler (>100 mg ) ve mikro elementler (<100 mg ) olarak sınıflandırılabilir. Vücut sıvı veya dokularında konsantrasyonları çok düşük düzeylerde bulunan (mg/dL ve mg/kg) mikro elementler eser elementler olarak da tanımlanmaktadır.

Mineraller Sodyum (Na) Potasyum (K) Klor (Cl) Magnezyum (Mg) Kalsiyum (Ca) Fosfor (P) Bakır (Cu) Demir (Fe) Çinko (Zn) Kobalt (Co) Molibden (Mo) Manganez (Mn) Kadmiyum (Cd) Lityum (Li) Selenyum (Se) Krom (Cr) Nikel (Ni) Vanadyum (V) Arsenik (As) Silisyum (Si) Bor (B) Kükürt (S) İyot (I) Flüor (F) Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl, HCO3, HPO42 önemli elektrolitlerdir.

RDA - Recommended Dietary Allowance 

Elektrolitlerin fonksiyonları Metabolik olayları etkilerler. Ozmotik basıncın düzenlenmesinde rol oynarlar. Suyun vücut sıvı bölüklerine dağılımında etkili olurlar. Asit-baz dengesinin düzenlenmesinde etkindirler. Kalp ve kas işlevlerinin düzenlenmesinde rol oynarlar. Oksidoredüksiyon olaylarının düzenlenmesine katkıda bulunurlar. Enzimlerin kofaktörü olarak görev alırlar.

Kalsiyum (Ca) Kalsiyum vücutta en yüksek konsantrasyonda bulunan katyondur. Sağlıklı bir erişkinin total vücut kalsiyumu 1200 g’dır. %99’u mineralize olmuş, kemiğin ve dişlerin yapısında kristalize hidroksiapatit [Ca10(PO4)6(OH)2] ve az miktarda da amorf kalsiyum tuzları olarak bulunur.

Fetusun kıkırdak yapısında kollajen- proteoglikan çok, Ca3(P04)2 azdır. Çocukluk çağında kollajen liflerinin arasına Ca3(P04)2 kristalleri yerleşmeye başlar. Yaş ilerledikçe mineralizasyon artarak hidroksiapatit kristalleri oluşur. Kemik dokusu dinamik ve iyi vaskülarize olmuş canlı bir yapıya sahiptir. Ca2+ ve PO43- iyonları kemik ve kan arasında gereksinime göre ve hormonal etkiyle geçiş yapabilmektedir.

Vücutta iskelet sistemi başta olmak üzere yumuşak dokularda ve hücre dışı sıvılarda bulunur. İskelet sistemi, hücre içi ve hücre dışı sıvılara kalsiyum sağlayan ana depo olarak fonksiyon görmektedir.

Ca2+ plazmada; 1. İyonize (serbest):İyonize olan ve difüze olabilen Ca2+, total kan kalsiyumunun %50’sini oluşturur. Fizyolojik olarak aktif olan, paratiroid hormon ve kalsitriol tarafından konsantrasyonu düzenlenen fraksiyondur. 2.Proteine bağlı: Proteine bağlı Ca2+ total kan kalsiyumunun %40’ını oluşturur; bağlanmanın %80’i albümin, %20’si globülinler ile olur. 3. Kompleks: Küçük inorganik ve organik anyonlar (sitrat, bikarbonat, laktat ve fosfat) ile bağlanmış olan Ca2+, total kan kalsiyumunun %10’unu oluşturur.

Plazma total Ca2+ konsantrasyonu: 2. 15-2. 57 mmol/L veya 8. 6-10 Plazma total Ca2+ konsantrasyonu: 2.15-2.57 mmol/L veya 8.6-10.3 mg/dL’dir.

Kalsiyumun fonksiyonları Kemiklerin ve dişlerin oluşumunda yapı taşı olarak yer alır. Kapiller damarların ve membranların geçirgenliğini azaltır Normal kas kasılması için gereklidir Kanın pıhtılaşması için gereklidir Hormonal etkinliklerin başlatılmasında ikinci / üçüncü haberci Sinir impulslarının naklinde etkindir. Lipaz, ATPaz, süksinat dehidrojenaz gibi bazı enzimlerin aktivatörüdür

Kalsiyum bağlayıcı proteinler (CaBP) En önemli görevi değişen sitozolik Ca2+ konsantrasyonunu kontrol etmek olmasına rağmen, CaBP’lerin tüm fonksiyonları tam olarak bilinmemektedir. CaBP’ler hücrede Ca2+ taşınımı ve tamponlanmasında rol oynar, Ayrıca iyon kanallarının aktivitesini düzenleyerek Ca2+ girişinin kontrolünü sağlarlar. Bu proteinlerin eksikliği birçok patolojik duruma yol açar.

Kalmodulin Dört Ca2+ bağlama bölgesi bulunur. Ca2+ iyonunun başlıca hücre içi reseptörü olan kalmodulin çeşitli protein kinazların aktivitesini kontrol etmektedir.

Kalretisulin Eritrositler dışında her hücre tipinde bulunur ve başlıca görevi hücreiçi ve endoplazmik retikulum(ER) Ca2+ konsantrasyonunu düzenlenmektir. ER’den salınacak proteinlerin kalite kontrolünde görev alan bir şaperondur. Ca2+ bağlama ilgisi(afinitesi) düşük, ancak bağlama kapasitesi yüksektir.

Kalsekestrin İskelet ve kalp kası sarkoplazmik retikulumunda en sık rastlanan CaBP’dir. Bu protein elli kalsiyum bağlama bölgesi içerir. Kalsekestrinin yüksek depolama kapasitesi kasılma için gereken Ca2+ ’nın 20mM’a kadar depolanmasını sağlar.

S100 protein S100 protein ailesi ortak kalsiyum bağlayıcı en az yirmi bir farklı proteinden oluşur. Bu protein iki kalsiyum bağlama bölgesi içerir. S100 proteinleri farklı hedef proteinlerle etkileşimlere girerek, protein fosforilasyonu, immun cevap, büyüme, farklılaşma, hücre iskeleti hareketi, enzim aktivitesi, Ca homeostazisi gibi çeşitli fonksiyonlarda önemli rol oynar. Bu ailenin S100 diye isimlendirilmesinin sebebi, %100 doygun Amonyum Sülfat solusyonunda eritilebilir olmasıdır.

Ca2+ Metabolizması Besinlerle alınan kalsiyum ince bağırsaklar boyunca hem aktif transportla, hem de pasif difüzyonla emilir. Kolondan da az miktarda kalsiyum emilimi gerçekleşir. Emilimin %60' dan fazlası ince bağırsağın üst kısımlarında, özellikle duodenumda gerçekleşir. Kalsiyumun bağırsaklardan aktif transportla emilimini kalsitriol düzenler.

1,25-dihidroksikolekalsiferol ince bağırsaklardan kalsiyum emilimini arttırır. Ayrıca kalsiyum emiliminde çeşitli besinsel faktörler de rol oynar. Laktoz ve diğer şekerler su absorpsiyonunu ve buna bağlı olarak kalsiyumun pasif difüzyonunu arttırırlar. Lizin başta olmak üzere amino asitler ve proteinler kalsiyum emilimini arttırır. Yüksek pH, kalsiyumla kompleks oluşturan oksalat, fitatlar, serbest yağ asitleri ve fosfat gibi bileşiklerin besinde fazla olması, ince bağırsaklardan geçis süresinin azalması ise kalsiyum emilimini azaltır.

Kalsiyum vücuttan feçes, idrar ve az miktarda ter ile atılır Kalsiyum vücuttan feçes, idrar ve az miktarda ter ile atılır. Erişkinde 24 saatte yaklaşık 10g kalsiyum glomerüler filtrata geçer, 200mg idrara çıkar.

Kalsiyum metabolizması üç hormon tarafından düzenlenir. Kalsitriol (1,25-Dihidroksikolekalsiferol): Kemikten kalsiyumu mobilize ederek kan kalsiyum düzeyini arttıran bir hormondur. Ayrıca bağırsaktan Ca2+ ve PO43- emilimini arttırır. Parathormon (PTH); Kan kalsiyum miktarını arttırıcı bir etkiye sahiptir. 1,25-dihidroksikolekalsiferol sentezini uyarmak suretiyle dolaylı olarak kan kalsiyum düzeyini artırır ve kemikten kalsiyumu uzaklaştırır. Böbreklerden kalsiyum geri emilimini ve fosfor atılımını sağlar. Kalsitonin: Kanda kalsiyum miktarını düşürücü ve kemiğe kalsiyum yerleştirici etkisi yardır.

Serum kalsiyum düzeyinin normalden yüksek olması hiperkalsemi Serum kalsiyum düzeyinin normalden düşük olması hipokalsemi olarak tanımlanır.

Hiperkalsemi nedenleri Hiperparatiroidizm Karsinoma Multiple myelom Sarkoidoz. İdiyopatik hiperkalsemi Hipervitaminoz D Plazmada kalsiyum %12-21mg’a kadar yükselebilir; > %13 mg ise nöromüsküler uyarıda azalma olur.

Hipokalsemi nedenleri Hipoparatiroidizm Raşitizm (D3-vitamini eksikliği) Ailesel renal hipofosfatemik raşitizm (D3-vitaminine karşı direnç vardır) Malabsorbsiyon Böbrek hastalığı Pseudohipoparatiroidizm Plazma Ca2+ konsantrasyonu < %7 mg ise tetani görülür.

Besinsel kalsiyum kaynakları En çok süt ve süt grubu maddelerde bulunur. Et, yumurta, kuru fasulye, fındık, ceviz, incir, lahana, turp, karnabahar, mercimek ve yeşil sebzelerde bol miktarda bulunmaktadır.

Günlük kalsiyum ihtiyacı çocukluk çağında hamilelik ve emzirme dönemlerinde artar. Yaş <1 ise 360-540 mg/gün; 1-18 ise 800-1200mg/gün; >18 ise 800 mg/gün ; hamilelik ve emzirme. 1200 mg/gün’dür.

Kalsiyum eksikliğinde küçük çocuklarda raşitizm, erişkinde osteomalasi oluşur. Osteoporoz ( kemikde organik matriks kaybı ve demineralizasyon) etiyolojisinde kalsiyum eksikliğinin önemli bir yeri vardır. Optimum Ca/Pi oranı 2/1 ’dir.

Fosfor (P) Fosfolipidler (lipoproteinler ve membranlar), fosfoproteinler, nükleik asidler (DNA ve RNA), serbest nükleotidler (ATP, CTP, GTP,UTP; NAD,FAD,NADP) ve fosforillenmiş çeşitli metabolitlerin yapısında bulunur. Kemik dokusunda bulunan [Ca10(PO4)6(OH)2] fosfat deposudur. Sağlıklı bir erişkinde bulunan fosfatın (~ 1 kg ) %80’i Ca3(PO4)2 şeklindedir.

Fosfat; tersiyer fosfat ( PO43-); sekonder fosfat ( HPO42- ) ; primer fosfat ( H2PO41-) olarak bulunur ve inorganik fosfor- (Pi) olarak tanımlanır. Pirofosfat ( P2O72- ) PPi şeklinde gösterilir. Organik bileşiklerin yapılarında bulunan fosfor organik fosfor olarak tanımlanır. HPO42-/H2PO41- idrarın tampon sistemidir. Tersiyer –kalsiyum fosfat halinde kemik ve diş yapısında yer alır.

Fizyolojik olarak hücre içi ve dışında fonksiyon görür, ana deposu iskelet sistemidir. Hücre dışı sıvıda inorganik fosfat şeklinde çoğunlukla primer fosfat (H2PO4) ve sekonder fosfat (HPO42) olarak bulunur.

İnorganik fosfor plazmada;. çocuklarda 4,5-6,5 mg/dl İnorganik fosfor plazmada; çocuklarda 4,5-6,5 mg/dl erişkinlerde 3,0-4,5 mg/dl’dir.

İnorganik fosforun fonksiyonları Kemik ve dişlerin oluşumunda kalsiyum ile birlikte rol alır Kanın normal kalsiyum konsantrasyonunun korunmasında gereklidir Nükleik asitlerin yapı taşlarındandır

Fosfat Metabolizması Fosfat iyonları jejunumdan emilir. Emilimini D vitamini artırır. Fosfor metabolizması Ca metabolizması ile ilişkilidir. Diyetin Ca : Pi oranı bu minerallerin emilim ve atılımlarını etkiler. Minerallerden birinin aşırı miktarda bulunması durumunda diğerinin emilimi azalır. Her iki mineralin de emilimini artıran D vitamini yeterli olduğunda emilim için optimal Ca : Pi oranı 1:1 dir. Emilim büyüme hormonu tarafından da artırılır. Diyette kalsiyum az ve asit fazla ise emilim azalır.

Atılımının çoğu idrarla H2PO41- ve HPO42- şeklinde ve bir kısmı da feçesle olmaktadır. Glomerüler filtrasyona uğrayan fosfatın %85’- 90’ı böbrek tübülüslerinden reabsorbsiyona uğrar. Bazı durumlarda fosfatlar Ca3(PO4)2 şeklinde idrar yollarında çökerek kum ve taşları oluştururlar. Ayrıca idrar pH’ı alkalik olduğunda MgNH4PO4 (triple fosfat) kristallerine sıkça rastlanır.

Serum inorganik fosfor düzeyinin normalden yüksek olması hiperfosfatemi Serum inorganik fosfor düzeyinin normalden düşük olması hipofosfatemi olarak tanımlanır

Hipofosfatemi nedenleri Oral veya intravenöz glukoz uygulanması, aşırı beslenmeye bağlı olarak insülin salgılanması ve intrasellüler ortama fosfat girişi. Solunumsal alkalozda intrasellüler pH’ın artması, glikolizin hızlanması ve intrasellüler ortama fosfat girişi . Hiperparatiroidizm D-vitamin eksikliği ve raşitizm. Renal tübüler reaborbsiyon bozukluğu (DeToni-Fanconi sendromu) Bağırsaklarda emilim bozukluğu (spru ve çöliyak hastalığı ) Hipofosfatemide kas zafiyeti ve solunum bozukluğu görülür.

Hiperfosfatemi nedenleri İlerlemiş böbrek hastalıkları. Hipoparatiroidizm. Fizyolojik büyüme devreleri. Akromegali. Pseuodohipoparatiroidizm. Hemoliz Ağır böbrek hastalıklarında görülen asidozun başlıca sebebi fosfat retansiyonudur. Bu durumda yumuşak dokularda fosfat birikir ve hipokalsemi gelişir.

Besinsel fosfat kaynakları Vücudun fosfat ihtiyacı çeşitli besinlerle kolayca sağlanır. Özellikle süt ve süt grubu besinlerden kalsiyum fosfokazeinat şeklinde alınmaktadır.

Magnezyum (Mg) Magnezyum insan vücudunda en yaygın dördüncü, intrasellüler alanda potasyumdan sonra ikinci en önemli katyondur. Erişkin sağlıklı bir kişinin vücudunda mevcut toplam Mg2+ miktarının %60’ı Mg3(PO4)2 şeklinde kemikde, %20’si iskelet kasında, %19’u diğer hücrelerde %1’i de ekstrasellüler sıvılarda bulunur.

Mg2+ ile Ca2+ birbirinin antagonistidir; proteinler ve membranlardaki bağlanma alanları için birbirleri ile yarışırlar, membran permeabilitesi üzerine zıt etkilidirler . Yeşil yapraklı bitkilerde fotosentez için gerekli olan klorofilde magnezyum- porfirin kompleksi halinde bulunur.

Magnezyumun fonksiyonlari Enerji transferi, depolanımı ve kullanımı ile ilgili enzimatik reaksiyonların katalizinden sorumludur. Hücre solunumu, glikoliz, kalsiyum ve sodyum gibi diğer katyonların membrandan taşınmasında önemli bir kofaktördür. Hücre içi kalsiyum iyon konsantrasyonunun dinlenme sırasında düşük tutulmasını sağlamaktadır. Sinir impulslarının iletilmesinde gerekli olan asetil kolinin sentezinde ve yıkılmasında rol oynar Kas-sinir uyarı denkleminin payda kısmında yer alır; sinir sisteminin aşırı duyarlılığını azaltır.

Plazmada %5 mg üzerinde magnezyum bulunması anestezi yapar . %20 mg’lık düzeye ulaşırsa derin komaya yol açar.

Serum magnezyum düzeyinin normal değeri 1,7-3,0 mg/dL

Alınan magnezyumun ~ %30’u emilir. Emilim ince bağırsaklardan olur. Mg2+ Metabolizması Gıdalarla alınan Mg bileşikleri, midede HCl yardımı ile iyonlara ayrılır. Alınan magnezyumun ~ %30’u emilir. Emilim ince bağırsaklardan olur. Besin maddesinin yüksek protein, (Ca2+) ve D3 vitamini içeriği magnezyum emilimini etkiler. Alkol magnezyumun emilimini azaltır. Başlıca atılım yolu böbreklerdir: aldosteron atılımı ; PTH ise geri emilimini artırır. Ayrıca feçesle de atılım olmaktadır.

Serum magnezyum düzeyinin normalden yüksek olması hipermagnezemi olarak tanımlanır Serum magnezyum düzeyinin normalden düşük olması hipomagnezemi olarak tanımlanır

Hipomagnezemi nedenleri Magnezyumsuz uzamış intravenöz beslenme Akut alkol intoksikasyonu, kronik alkolizm ve alkolik siroz Kalsiyum, D3vitamini ve protein içeriği yüksek beslenme Malabsorbsiyon Hiperaldosteronizm Uzun süreli hiperparatiroidizm Diyabet koması Hipomagnezemide metabolik ve nöromüsküler bozukluklar görülür. Halsizlik, tremor, hiperirritabilite, tetani, konvülsiyonlar ve sıklıkla delirium, kardiyak aritmiler görülür.

Hipermagnezemi nedenleri Böbrek yetersizliği, üremi Diyabetik asidoz Hipoaldosteronizm Dehidratasyon Hipermagnezemide derin tendon refleksleri ve solunum azalır, uyku hali ve halsizlik görülür.

Besinsel magnezyum kaynakları Ceviz, fındık, kakao,yeşil yapraklı sebzeler, soya fasulyesi, fasulye, bezelye, deniz börülcesi, deniz ürünleri, tahıllar magnezyum bakımından zengin besinlerdir. Sert içme suları da yüksek konsantrasyonda Mg2+içerir. Günlük ihtiyaç 180-480 mg arasında değişir. Klinik çalışmalar Mg2+ verilmesi ile Ca-oksalat taşlarının oluşumunun engellenebildiğini, kan basıncının ve inme riskinin azaltılabildiğini göstermektedir.

KÜKÜRT (SÜLFÜR, S) Kükürt, vücudun bütün hücrelerinde başlıca protein yapısında bulunur ve insanlar doğadaki kükürtlü bileşiklerden sadece proteinlerden yararlanırlar; sülfatlı bileşiklerden yararlanamazlar. Proteinlerde metionin ve sistein amino asitlerinin yapısında; tiamin, biotin, lipoik asit, glutatyon, koenzim A, kondroitin sülfat, taurokolik asit gibi bileşiklerin yapısında bulunur tiyo (HS), ditiyo (SS) ve metiltiyo (CH3S) şeklindeki organik kükürdün çoğu, karaciğerde inorganik sülfata oksitlenir. İnorganik sülfatın bir kısmı kan dolaşımına geçerek idrarla atılır; bir kısmı da fenol, krezol, indoksil gibi maddeleri esterleştirerek zehirsizleştirmek için kullanılır.

Kükürdün fonksiyonları Kükürtlü biyomoleküllerin metabolizması sırasında sülfat (SO42-) iyonunun oluşumu çok önemlidir. Sülfit oksidaz, molibden içeren bir enzimdir. Prematüre bebeklerde ve enzimin konjenital eksikliğinde nörolojik bozukluklar ve ölüm görülür. Bunu nedeni organizma için toksik olan sülfitin birikimidir. Sülfat iyonu, bilirubin, fenol, krezol gibi metabolitlerin detoksifikasyonunda görev alır. Bunun için aktif şekli olan 3’-fosfoadenozin-5’-fosfosülfat (PABS) dönüştürülmelidir. PABS, ayrıca mukopolisakkarit ve sülfolipidlerin sentezinde sülfat vericidir.

Transmetilasyon reaksiyonlarında önemli bir metil vericisi olan metyoninin metil grubunu aktarabilmesi için ATP ile reaksiyona girerek S-adenozilmetyonine (SAM)’a dönüşmesi gerekir. Enzimlerin yapısında bulunan (örneğin piruvat dehidrojenaz ve yağ acil KoA sentaz enzim kompleksIeri) sisteinin spesifik sülfidril grupları, enzimlerin katalitik aktivitesinde önemli rol oynarlar. Koenzim A ve S-asetil lipoik asit yüksek enerjili acil· tioester ara bileşiklerinin sentezinde kullanılan kükürtlü bileşiklerdir. Bir tripeptid olan glutatyonunun (glisin-glutamat- sistein) yapısında kükürt vardır. Safra tuzlarının konjugasyonunda rol alan taurin, sisteinden sentezlenen kükürtlü bir aminoasittir. ETZ’de demir-sülfür bileşikleri halinde kükürt bulunur.

Metallotiyonein sisteince zengin bir proteindir, Cu Zn, Cd ve Hg gibi divalent katyonları bağlayarak toksik etki yapmalarını engeller. Ergotiyonein; hayvan ve insanlarda imidazol halkası karbonuna –SH grubu eklenmesi ve alaninin trimetillenmesi ile oluşur.

Kükürdün metabolizması Besinlerle alınan sülfat bağırsaklardan çok az emilir. Bu nedenle Mg SO4 laksatif olarak kullanılır. İdrarla kükürt, inorganik kükürt (sülfatlar); organik bileşiklere konjüge sülfatlar (eteral kükürt) ve sistin, taurin, sülfosiyanür, sülfürler, tiyamin, biyotin ve lipoik asit gibi oksidayona uğramamış olan nötral kükürt bileşikleri şeklinde atılır. İnorganik sülfatlar en yüksek oranda atılan kükürtlü bileşiklerdir ve atılım proteince fakir bir beslenmede çok azalır; konjüge sülfatların miktarları zehirleştirme işlemlerine bağlı olarak değişir; nötral kükürt bileşiklerinin atılımı ise diğerleri kadar değişkenlik göstermez.

Vücutta sülfit oluşumu ve sülfit oksidaz ile sülfata dönüşümü

TEŞEKKÜRLER...