6．2　钙和磷

　　钙和磷是硬组织骨和牙的重要矿物成分。骨的钙/磷比几乎是恒定的，二者之一体内的含量显著变动时，另一个亦随之改变，因此钙和磷常一起考虑。

　　6．2．1　钙

　　（1）体内的分布　钙是人体最丰富的阳离子。人体含钙量出生期为28g，成熟期约为1000～ 1200g(20.7～24.8g·无脂肪组织^-1)，组成体重的1.5～2.0%。大约99%体钙集中在骨骼和牙齿内，其余分布在体液和软组织中。1g左右在细胞外液。

　　①骨钙：骨组织储藏了体钙的99%以上，因此骨能被誉为钙库。骨中的无机盐占骨重量的60～65%，其组成和物化性状随人体生理情况而变动。骨钙由非晶体磷酸钙和晶体羧磷灰石两个不同的成分组成。新骨的非晶体矿物质比陈骨的多，这可能由于在骨基质小泡内形成的骨矿物质起初是非晶体形态。骨骼逐渐成熟时，这种物质通过溶解和重晶等过程，最后转变成固相羧磷灰石[Ca₁₀(PO₄)₆9OH₂],呈六角形管状细结晶，平均〈500*250*100A。除了钙、磷等主要离子外，还含有大量的钠、镁、碳酸和柠檬酸离子。Na⁺和CO₃^2-可取代羧磷灰石晶格中的Ca²⁺或PO^3-₄，也能被吸附于晶格表面以取代Ca²⁺或掺入其水化壳中。

　　骨形成时释放出8H⁺/晶格。在骨矿化作用和羧磷灰石合成过程中，每沉积1g钙大约释放20mmolH⁼。因此骨不仅代表混合钙库的钙积储，而且也对电解质和缓冲液起储库作用。非结晶相中钙磷比为1：5，合成的羧磷灰石中钙磷比较低。随着生物学年龄的增加，非结晶相的相对浓度降低。

　　骨钙和循环不断进行缓慢的交换，每天可达250～1000mg。牙釉质的钙较为惰性。孕妊最初的三个月胚胎中没有钙的沉积，胎重0.5g时，钙浓度迅速上升，以后则渐渐增加，在孕妊最后的三个月，母体血循环中的甲状旁腺素（PTH）水平和肠钙吸收增加时，胚胎从母体获得20g钙。足月新生儿体钙总量大约为体重的1%。

　　骨转换率随年龄而变动。0～1岁婴儿的骨转换率为100%·年^-1。出生时骨骼重约为100g，周岁时则增加一倍，10岁前儿童骨生长时的钙积领储〈150mg·d^-1，随着年龄的增加，骨转换率下降10%。网状骨或小染骨中转换率较高。当成年骺闭合，骨的长度稳定后，骨转换率为2～4%·年^-1或700mg·d^-1.

　　骨钙的增积（accretion）过程，即骨的回收（resorption）和生成，使钙离开或进入骨质。在成年后，增积继续维持。积储180克钙/年供骨的维持需要，约为骨总量的18%。骨在相对稳定

　　状态时，骨生成等于骨回吸，骨质量无净变化。青年成人中，男子比女子的骨质量大。40～50岁以后，骨回吸为主，骨质量开始下降。女比男早。每年下降总质量的0.7%。这与钙的摄取量和饮食习惯的变化无关。妇女在停经前开始骨丢失。有些人在停经后加速。

　　骨钙和循环钙的交换似乎由骨形成离子交换的骨钙不到1%。血液、细胞外液和骨细胞外区的钙占总体钙的1%。两部分合起来成混合钙库。因为大部分骨钙不能迅速扩散以抵御低钙血症，因破费必然动员骨回收吸过程以维持钙的内环境稳定（内稳）。

　　骨的生长和回吸能维持骨的动态平衡。四类骨细胞——间叶细胞、破骨细胞、成骨细胞和骨细胞都参与，并受激素的控制。如PTH作用于破骨细胞和骨细胞以促进骨回吸。它的分泌同细胞外液浓度呈反相关。降钙素（CT）的作用与PTH的相反，要抑制破骨细胞活动，减少骨的回收。活性维生素D[1α25-(OH)₂d₃对骨的作用有双重性，一方面促使旧骨回吸，而另一方面又使新骨钙化，此外胰岛素、生长激素、甲状腺素、雄激素、雌激素、肾上腺皮质固醇和无机盐也有调节钙代谢平衡的作用。最近发现催乳激素也能使孕妊和哺乳大鼠的骨钙释放增加。

　　②血钙L：血液中的钙不及人体总钙量的0.1%。正常人血浆或血清的总钙浓度比较恒定，平均为2.5mol·L^-1（9～11mg·dl^-1或4.5～5.8mEq·L^-）¹；儿童稍高，常处于上限。随着年龄的增加，男子血清中钙，总蛋白和白蛋白平行地下降，而女子中的血清钙却增加，总蛋白则降低，但依旧比较稳定。从孕妊开始到三个月末，血浆总钙下降5～10%，7～8个月时最低，钙离子浓度无明显改变，所以总钙的降低可以解释为蛋白结合钙的下降。在孕妊九个月时血清白蛋白下降20～30%。

　　血浆和体液中的钙存在三种形式：蛋白结合钙、扩散性钙（与有机酸结合的）和离子钙。后两种常称为超滤部分的钙或非蛋白结合钙（图6-1）。由于血浆钙的区域化，总钙量不能反映钙水平，特别在酸中毒、碱中毒或血浆蛋白浓度异常的病人中。钙结合的血浆蛋白主要是白蛋白和球蛋白。前白蛋白部分与钙结合的亲和力最高，蛋白结合钙约81%结合在此部分，其余结合于球蛋白。脑脊液、细胞外液含蛋白质少，钙浓度约为1.25mmol·L^-1（5mg·dl^-1）是超滤的形式。一小部分扩散性钙是与重碳酸、柠檬酸、硫酸或磷酸构成的盐。血清钙中只有离子钙才起生理作用，正常值为1.14mmol·L^-1(0.94～1.33mmol·L^-1)。非扩散性钙可逐渐释放钙离子。

图6-1　　正常人血浆钙的状态

　　血浆PH的改变能影响血清钙离子的浓度，其关系可用下式表示。

　　[Ca^2＋][HPO₄^2-]HCO₃^-1/[H^＋]=常数

　　因此，不仅[H^＋]下降时可出现[Ca^2＋]降低的现象，而且当血清[HPO₄^2-]或[HCO^-3]增高时也引起钙浓度降低。当[Ca^2＋]降至35mg·L^-1时出现手足搐搦。

　　正常人血中钙、磷浓度之间存在一定关系。以mg·L^-1表示时，[Ca]*[P]=350～400。当＞400时则二者以骨盐形式沉积在骨组织；若〈350时，则将妨碍骨组织的钙化，甚至使骨盐再溶解，影响成骨作用，引起佝偻病或骨软化症。钙磷浓度所以能保持恒定主要受激素PTH、CT和1α，25-（OH）₂D₃的生物合成，PTH释放减少，CT释放增加，1α，25-（OH）₂D₃形成亦少，因而肠吸收钙少，钙磷沉积于骨，血钙降至正常（参看图6-2）。

图6-2　　控制血钙水平的因素

　　（2）生理功用

　　①钙是构成骨骼和牙齿的主要成分，起支持和保护作用。混合钙库的钙维持细胞在正常生理状态，它与镁、钾、钠等离子保持一定的比例，使组织表现适当的应激性（excitability).

　　②促进体内某些酶的活动，许多参与细胞代谢与大分子合成和转变的酶，如腺苷酸环化酸、鸟苷酸环化酶、磷酸二酯酶、酪氨酸羧化酶和色氨酸羧化酶等都受钙离子的调节。CAMP生成时，细胞外的Ca2＋进入细胞内，协同cAMP提高磷酸蛋白的活性，经负反馈机制抑制环化酶活性，提高磷酸二酯酶活性，使cAMP减少。钙与淀粉酶牢固地结合以激活其作用。

　　③钙与细胞膜：Ca2＋的最适水合半径能与细胞膜表面的各种阴离子亚部位结合，调节受体结合和离子通透性，起电荷载体作用。神经、肝、红细胞和心肌等的细胞膜上都有钙结合部位，当Ca^2＋从这些部位释放时，膜的结构和功能发生变化。钙调节细胞内信号的触发（trigger），改变细胞膜对钾、钠等阳离子的通透性。

　　④钙参与神经肌肉的活动，神经递质的释放、神经肌肉的兴奋、神经冲动的传导、激素的分泌、血液的凝固、细胞粘附、肌肉收缩等活动都需要钙。钙能解除失眠，调整心跳节律，降低毛血管的通透性，防止渗出，控制炎症与水肿，维持酸碱平衡。钙主动运输到线粒体参与氧化磷酸化。当血钙〈70mg·L-1时，神经肌肉的兴奋性升高，出现搐搦。

　　（3）吸收、排泄和储留

　　①吸收：钙在小肠的吸收分主动转运和扩散转运两部分，是钙摄入量的指数函数，也是主动转运和扩散转运的函数之和，净钙吸收率和肠钙浓度的关系以下式表示：

　　J_ms=J_max[CaL²⁺]/K+[CaL²⁺]+A[CaL²⁺]

　　J_ms:从肠腔到体液的总钙流（从粘膜到浆膜的钙流）

　　Jmax:最大主动转运钙流

　　[CaL2+]：肠腔钙浓度

　　KT：获得最大主动转运钙流时肠腔钙浓度的一半

　　A：扩散常数

　　主动转运过程（Jmax,双曲线函数）受肠腔内存在的膳食成分、体内钙和维生素D的营养状况、生理状况如生长、孕妇、哺乳、老年、性别等因素的影响，与钙结合蛋白和十二指肠的活动成正相关。扩散转运是肠腔CaL²⁺增加时，扩散转运较大。灌流实验表明：当[CaL²⁺]=2mmol时，空肠钙吸收率达高峰；＞2mmol时，主动转运的钙流在到饱和。进低钙膳后，小部钙浓度为0.3～2.0mmol,饮牛乳250ml，钙浓度上升到3～8mmol。正常人主动转运能吸收低钙膳摄入钙量的95%，高膳食的80%。一般从膳食摄取钙400～1200mg·d^-1。仅吸收20～30%。西方膳食钙吸收率较高，约为30～60%。

　　食物中的钙多数和膳食的其他成分形成络合物，胃酸增加它的溶解度，消化酶在适宜的PH时，使钙从络合物中释放出来，然后在偏酸性的十二指肠和近端空肠吸收。此处有钙结合蛋白，吸收钙最多。胆盐能增加钙的溶解度以促进吸收。

　　膳食成分影响钙的吸收和利用（表6-1）。

表6-1 膳食成分对钙吸收利用的影响

　　植物成分中的植酸盐、纤维素、糖醛酸、藻酸钠和草酸可降低钙的吸收，果胶和维生素C的影响很小。谷类含植物较多，以谷类为主的膳食应供给较多的钙。含草酸多的食物如菠菜，其钙难于吸收且影响其它食物钙的吸收，故选择供给的食物时，不仅考虑钙含量还应注意草酸含量（表6-2）

表6-2 几种常见蔬菜中钙和草酸的含量（mg/100g鲜菜）

　　近来，鼓励摄食纤维以降低结肠和高胆固醇血症的危险性，但纤维影响钙吸收。如果膳食中既有草酸又有纤维，则钙的吸收更低。维生素C能增加钙的吸收和排出，钙平衡不变，是否影响钙的利用率尚待研究。