Загальні відомості про роль фосфатів в організмі

Фосфор є елементом, що грає важливу роль організмі. Майже весь фосфор в організмі з'єднаний з киснем, утворюючи фосфати. Фосфати - один з електролітів організму, які є мінералами, що переносять електричний заряд, коли вони розчинені в рідинах організму, таких як кров, але більша частина фосфатів в організмі не заряджена. (Див. також Загальні відомості про електроліти)

Кістки містять приблизно 85% фосфатів всього організму. Решта знаходиться всередині клітин, беручи участь у процесі вироблення енергії.

Фосфати необхідні формування кісток і зубів. Фосфати також використовуються як структурний елемент декількох важливих речовин, включаючи ті, що необхідні клітинам для вироблення енергії, створення клітинних мембран і ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота).

Організм отримує фосфати із продуктів харчування. Продукти з високим рівнем фосфатів включають молоко, яєчні жовтки, шоколад та газовані напої. Для підтримки нормального рівня фосфатів у крові дорослим необхідно приймати 700 міліграмів на добу.

Фосфати виводяться з організму із сечею та іноді з калом. Кількість фосфатів у калі варіюється в залежності від того, яка кількість не була засвоєна з їжі.

Рівень фосфатів у крові може бути

Додаткова інформація

Наведені нижче ресурси англійською мовою надають інформацію, яка може бути корисною. КЕРІВНИЦТВО не несе відповідальності за зміст цього ресурсу.

1. Національні інститути охорони здоров'я, відділ харчових добавок: інформаційний бюлетень з фосфору для споживачів: надає загальний огляд інформації з фосфору, включаючи його роль в організмі та добові норми споживання

Фізіологічний вплив фосфатів на організм людини, користь та шкода

Фосфатами називаються солі чи ефіри фосфорних кислот. За кількістю атомів фосфору розрізняють ортофосфати (солі та ефіри ортофосфорної кислоти) та конденсовані фосфати.

Ортофосфати містять один атом фосфору, наприклад, ортофосфат калію - K₃PO₄метилфосфат - (CH₃O)P(O)(OH)₂ . Ортофосфорна кислота H₃PO₄ є триосновною, відповідно утворює три ряди фосфатів: середні або нормальні фосфати (Na₃PO₄), гідрофосфати (Na₂HPO₄), та дигідрофосфати (NaH₂PO₄). Більшість середніх солей важкорозчинні або нерозчинні у воді. Найбільш розчинними є дигідрофосфати.

Конденсовані фосфати містять більше одного атома фосфору та утворюють зв'язки типу P-O-P. Прикладом конденсованих фосфатів є солі та ефіри пірофосфорної кислоти - пірофосфати, що мають у своєму складі аніон P₂O₅ 2-. Ортофосфати одержують впливом ортофосфорної кислоти на луги. Пірофосфати можна одержати нагріванням фосфатів. Природні запаси фосфатів представлені великими родовищами апатитів та фосфоритів.

Фосфати виявляють характерні всім солей хімічні властивості. При нагріванні вище 2000 С розкладаються на оксиди. Безводні солі стабільні при нагріванні до температури плавлення.

У цій статті ми розглянемо вплив та біологічну роль орто- та пірофосфатів в організмі людини.

2. Фізіологічна роль фосфатів та пірофосфатів в організмі та життєдіяльності.

Фосфор є цінним поживним елементом для рослинних організмів, тому розчинні фосфати широко використовують у сільське господарство як добрив. Мінеральне добриво «суперфосфат», що активно застосовується як у промисловому масштабі, так і в приватних садово-городніх господарствах, містить дигідрофосфат кальцію. Так само широко використовується добриво «амофос», яке є сумішшю гідро- і дигідрофосфату амонію.

Фосфор, який міститься в орто- та пірофосфатах є найважливішим біогенним елементом. Без нього неможливий синтез білків та нуклеїнових кислот. Крім того, фосфор бере безпосередню участь у процесі фотосинтезу.

Його вміст у тваринному організмі становить 1% за масою. Більше 85% біологічного фосфору міститься у кістковій тканині у вигляді фосфату кальцію, у зубах – у вигляді гідроксіапатиту Ca₅(PO₄)3OH та фторапатиту Ca₅(PO₄)3F. Фосфор також входить до складу найважливіших нуклеїнових кислот (ДНК та РНК), клітинних мембран, складних ефірів глюкози. Органічні фосфати у процесі ферментативних реакцій беруть участь у синтезі молекул АТФ та АДФ (аденезинтрифосфат та аденезиндифосфат). АТФ та АДФ є конденсованими органічними фосфатами і відіграють найважливішу роль в енергетичному обміні та біохімічних процесах всіх живих організмів. В еритроцитах та в плазмі крові постійно зосереджені гідрофосфати та дигідрофосфати Вони відіграють ключову роль і у підтримці рН крові організму на постійному рівні.

Біохімічна значущість сполук фосфору в організмі визначається властивостями фосфорних кислот та їх солей.Неорганічні фосфати надходять до організму ззовні, тоді як органічні можуть утворюватися в організмі внаслідок біологічних перетворень. Зокрема ефіри фосфорних кислот синтезуються в організмі в результаті ферментативного фосфорилювання різних біосубстратів, які без цього не можуть бути використані клітинами як джерела енергії. Біосубстрат - це якась речовина, що бере участь у ферментативному обміні і перетворюється в один або кілька кінцевих продуктів.

В основі енергетичного обміну в живих організмах лежать реакції гідролізу АТФ та АДФ, що супроводжуються виділенням великої кількості енергії.

Для забезпечення організму дорослого чоловіка хімічною енергією необхідно загалом 30 г АТФ. Ця кількість постійно витрачається та поповнюється. Реакції гідролізу та ресинтезування АТФ з АДФ та фосфату повинні відбутися протягом доби десятки тисяч разів. Таким чином, фосфатні групи АТФ безперервно обмінюються на ортофосфат-іони внутрішньоклітинної рідини. У цьому полягає основна сутність фосфорно-енергетичного обміну живих організмах.

Також необхідно пам'ятати, що, крім участі в енергетичному обміні в ролі переносника енергії для забезпечення процесів біосинтезу, м'язових скорочень та інших процесів, АТФ є біосубстратом для подальшого синтезу нуклеїнових кислот.

Фосфатні групи біологічних поліфосфатів, таких як АТФ та АДФ, в умовах організму знаходяться майже повністю в іонізованому стані. Також майже повністю іонізовано в організмі фосфатні групи нуклеїнових кислот та інших органічних фосфатів.Оскільки такі аніони є сильними лігандами, то комплекси вони утворюють переважно з сильними комплексоутворювачами. У зв'язку з цим у внутрішньоклітинних рідинах постійно присутні магнієві комплекси АТФ та АДФ, які є активною формою АТФ. Нуклеїнові кислоти переважно активуються за рахунок утворення комплексів калію та магнію.

Норми споживання фосфору сильно різняться залежно від віку людини:

- для дорослого норма становитиме близько 2000 г;

- для вагітних і жінок, що годують - 1000 мг;

- для дітей віком від 7 років – 1200 мг;

- для дошкільнят 700-800 мг;

- для немовлят 300-500 мг.

Найбільш біологічно доступною формою сполук фосфору є водорозчинні фосфати. Приблизно 70-75% фосфору засвоюються при проходженні шлунково-кишкового тракту, причому ступінь його абсорбції знижується при спільному вживанні їжі з вмістом іонів кальцію, магнію, барію та заліза. Абсорбції фосфатів сприяє споживання з їжею жирних кислот, вітаміну D, а також синергістів фосфору – калію та марганцю. Синергізм мікроелементів – це комплексна дія, при якій досягається посилення позитивного впливу мікроелемента на організм.

Обмін фосфору в організмі тісно взаємопов'язаний з кальцієвим обміном: при зростанні вмісту кальцію в крові знижується вміст неорганічних фосфатів.

В організм людини фосфор у вигляді різних фосфатів надходить, переважно, з продуктами харчування. Однак швидкість і ступінь його засвоюваності у продуктів дуже різниться. Найбільш біодоступним є фосфор, що міститься у морепродуктах – він засвоюється на 99%. Зі злаків і бобових організм засвоює близько 20% фосфатів, що містяться, з фруктів - близько 10%.Така різниця обумовлюється тим, що фосфати можуть утримуватися в продуктах харчування в нерозчинній і важкорозчинній формі.

Приблизна кількість фосфатів у харчових продуктах:

Кількість мг на 100 г продукту

Сушені лісові гриби

Жовток курячого яйця

3. Негативний вплив фосфатів та пірофосфатів на організм.

Відомо, що забруднення поверхневих вод біогенними елементами найінтенсивніше відбувається у районах із розвиненим сільське господарство, що пов'язані з " захопленням " добривами.

Загальносвітова тенденція цілеспрямованої фосфатизації ґрунтів має дві сторони: з одного, фосфору, необхідного для успішних сільськогосподарських робіт, у ґрунті недостатньо, тому доводиться вносити під час посадки рослин фосфатні добрива у кількості до 20 млн. тонн на рік. З іншого боку, більшість вироблених фосфатів змивається з поверхневим стоком в русла річок і далі виноситься у океан.

Згідно з американськими дослідженнями, лише 1/10 частина фосфору корисно використовується при вирощуванні кормів та худоби. Із загальної кількості фосфатів, що вносяться при сільгоспроботах, 3/10 залишається в ґрунтах, а 6/10 надходить зі стоками у водойми. Фосфор, що міститься у фосфатах, є ключовим елементом активного розвитку водоростей.

Попадання фосфатів у водоймища призводить до процесу евтрофікації - насичення вод біогенними елементами, що супроводжується різким порушенням у рівновазі різних видів флори та фауни. Безконтрольна антропогенна евтрофікація може призводити до появи у воді ціанобактерій, які в процесі життєдіяльності виробляють небезпечні токсини для людей і тварин, а також призводить до нестачі кисню, що провокує відмінок риб.

Вкрай важливо контролювати застосування фосфатних добрив у сільському господарстві. Однак і промислово-побутові стоки вносять вагому частку забруднень. Фосфати можуть бути присутніми у стічних водах підприємств хімічної, металургійної промисловості, харчової, рибообробної та легкої промисловості. PO₄ 3- застосовуються як пом'якшувальні воду агентів в миючих засобах, в харчовій промисловості як розпушувач, консервантів (Е340, Е451). Фосфати можуть утримуватися і в стоках гальванічних виробництв, потрапляючи туди від ліній знежирення, фосфатування, травлення та інших.

Важливо застосовувати сучасні та ефективні методи очищення побутових та промислових стічних вод від фосфатів.

На сьогоднішній день найбільш поширений надлишок фосфатів у раціоні людини, ніж його недолік. Незважаючи на те, що фосфор є невід'ємним учасником енергетичного обміну та біохімічних процесів у цілому, перевищення його вмісту в тканинах та органах має широкий спектр негативних ефектів.

В основному виведення фосфору з організму здійснюється нирками. Типовим для хронічної хвороби нирок (ХХН) є порушення мінерального обміну, що характеризується затримкою в організмі надлишку неорганічних фосфатів. При розвитку дисфункції нирок виникають загальні зміни у організмі, які схожі з ознаками передчасного старіння. Концентрація фосфору в організмі має тенденцію до постійного накопичення, відповідно обговорювані ризики мають значення не тільки для людей з діагностованою дисфункцією нирок, але і в умовах надлишкового харчового споживання фосфору.

Крім того, перевищення вмісту P у сироватці крові пов'язане з клінічними проявами серцево-судинних захворювань: кальцифікацією судин та клапанів (КС), гіпертрофією міокарда. Кальцифікація - внутрішня мінералізація судин та клапанів, що викликає звуження просвіту та порушення загального кровопостачання. КС є суттєвим фактором ризику смертності у хворих із дисфункцією нирок. На переддіалізних стадіях ХХН підвищення концентрації фосфору на 1 мг/л плазми супроводжувалося збільшенням ризику інфаркту міокарда на 35%.

Також важливо знати про серйозне дитяче захворювання, пов'язане з порушенням обміну фосфору в організмі – дитячий фосфат-діабет (гіпофосфатемічний рахіт з фосфатурією). Це серйозне захворювання характеризується надмірною втратою фосфатів із сечею, опосередкованим виникненням дефіциту фосфатів у сироватці крові (менше 0,8 ммоль/л), рахітом. Захворювання потребує довічної терапії і не має нині методів консервативного та оперативного лікування.

Деякі фосфати, особливо органічні, є дуже токсичними речовинами.

Розглянемо клінічні ознаки отруєння PO₄ 3-: При пероральному введенні можуть викликати спазм гладкої мускулатури. Спазм бронхів, аж до обструкції, ШКТ.

• Викликають різке посилення секреції залоз (слинних, бронхіальних рецепторів, потових залоз).
• Можуть викликати різке падіння артеріального тиску та пульсу.
• Викликають судоми периферичних м'язів.
• Мають яскраво виражену нейротоксичність, що супроводжується втратою свідомості, прогресуючим паралічем нижніх кінцівок.

Смертельна доза фосфатів для дорослої людини становить близько 1 г на кілограм маси тіла.