Rola fosforu w organizmie - czy jest ważny dla zdrowia i gdzie znajduje się go najwięcej?

Jako obfity i niezastąpiony minerał, fosfor bierze udział w wielu procesach fizjologicznych w ludzkim ciele. Jaka jest jego główna rola? Które pokarmy są bogate w fosfor i dlaczego ważne jest utrzymanie prawidłowego poziomu?

Co zawiera najwięcej fosforu w przypadku jego niedoboru w organizmie?
Lub...
Jak zmniejszyć jego ilość w przypadku nadmiaru?

Co wiemy o fosforze?

Fosfor to niemetaliczny pierwiastek chemiczny, który występuje dość obficie w otaczającym nas środowisku. Jest niezbędnym minerałem dla ludzkiego organizmu.

Znamy go pod symbolem chemicznym P. Pochodzi on od łacińskiego słowa phosphorus.

Nazwa fosfor pochodzi od greckiego słowa phosphoros, które jest połączeniem słów phos (światło) i phoros (nosiciel światła), odnosząc się do zdolności fosforu do świecenia w ciemności.

Fosfor jest pierwiastkiem z grupy 15 układu okresowego pierwiastków chemicznych i znajduje się w okresie 3.

Jest sklasyfikowany w grupie pierwiastków zwanych pentelami, gdzie oprócz fosforu znajdują się również azot, arsen, antymon i bizmut.

Odkrywcą fosforu jest niemiecki kupiec i alchemik Hennig Brand, który po raz pierwszy wyizolował go w 1669 roku.

Samo odkrycie poprzedziły wysiłki Henniga Branda zmierzające do stworzenia legendarnego kamienia filozoficznego.

W swoich eksperymentach pracował z gliną, najpierw pozwalając jej stać przez kilka dni i rozkładać się, a następnie gotując ją do postaci pasty, podgrzewając do wysokiej temperatury i pozwalając oparom skraplać się.

W ten sposób uzyskał białą woskową substancję, która świeciła w ciemności - fosfor.

Fosfor występuje w kilku formach. Mówimy o jego alotropowych modyfikacjach, które znacznie różnią się właściwościami.

Dwie najpopularniejsze formy to biały fosfor i czerwony fosfor, ale oprócz nich znamy również żółty, czarny lub fioletowy fosfor.

Biały fosfor jest białym, miękkim, woskowym ciałem stałym. W czystej postaci jest przezroczysty. Jest nierozpuszczalny w wodzie. Ze wszystkich form fosforu, biały fosfor jest najmniej stabilny, najbardziej reaktywny, najmniej gęsty i najbardziej toksyczny.

Ma zdolność świecenia w ciemności i może ulec samozapłonowi w kontakcie z powietrzem, dlatego zawsze musi być zanurzony w wodzie.

Emisja światła fosforu wynika z jego powolnego utleniania w powietrzu. Proces ten nazywany jest chemiluminescencją.

Ze względu na tendencję fosforu pozostawionego w powietrzu do samozapłonu, jest on czasami nazywany diabelskim pierwiastkiem.

Żółty fosfor reprezentuje tak zwany pośredni między białym i czerwonym fosforem. Jest to biały fosfor, który zawiera niewielkie ilości czerwonego fosforu.

Czerwony fosfor jest amorficznym ciałem stałym. Powstaje z białego fosforu w procesie ogrzewania lub pod wpływem światła słonecznego. Jest mniej toksyczny, mniej reaktywny i bardziej stabilny.

Czarny fosfor jest najbardziej stabilną i najmniej reaktywną formą fosforu. Jest on również otrzymywany z białego fosforu przez ogrzewanie, ale w obecności rtęci.

Tabelaryczne podsumowanie podstawowych informacji chemicznych i fizycznych na temat fosforu

Występowanie i zastosowania fosforu

Fosfor jest dwunastym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Występuje również w przestrzeni kosmicznej (np. jako część meteorytów), w glebie, skałach lub w roślinach i zwierzętach.

Ze względu na swój reaktywny charakter, nie występuje w przyrodzie w postaci wolnej. Występuje głównie w minerałach, w postaci jonów fosforanowych lub soli fosforanowych.

Najbardziej znanymi minerałami zawierającymi fosfor są apatyt (minerały te są również najważniejszymi naturalnymi źródłami fosforu), wavellite lub vivianite.

Organiczne źródła fosforu obejmują mocz, popiół kostny lub guano (nagromadzone odchody ptaków morskich lub nietoperzy).

Fosfor i jego związki są obecnie wykorzystywane w wielu dziedzinach i gałęziach przemysłu, na przykład:

• Przygotowanie i produkcja różnych związków fosforu
• Produkcja nawozów i pestycydów
• Produkcja zapałek, porcelany, fajerwerków lub bomb dymnych
• Jako składnik środków czyszczących i antykorozyjnych
• Jako środek zmiękczający wodę
• Zastosowanie w napojach i proszkach do pieczenia
• Jako radioznacznik w testach biochemicznych

Jaka jest biologiczna funkcja fosforu?

Fosfor jest niezbędnym składnikiem odżywczym dla ludzkiego zdrowia i pełni wiele funkcji fizjologicznych w organizmie.

Ludzkie ciało zawiera średnio 0,7 kg fosforu.

Zdecydowana większość fosforu (do 85%) jest częścią cząsteczki hydroksyapatytu Ca10(PO4)6(OH)2, który jest minerałem tworzącym najważniejszy składnik twardych tkanek kości i zębów.

Pozostała część fosforu znajduje się w komórkach tkanek miękkich (około 15%) oraz w płynie pozakomórkowym, głównie we krwi (około 1%).

Pod względem budowy chemicznej fosfor najczęściej występuje w organizmie jako jon nieorganiczny, ^HPO42- lub H2PO4-. Są to sole kwasu fosforowego, zwane również fosforanami.

Jednak może być on również związany w związkach takich jak fosfolipidy błonowe, kwasy nukleinowe DNA i RNA, ATP, fosforan kreatyny lub różne inne cząsteczki organiczne.

Podstawowe funkcje biologiczne fosforu w organizmie człowieka obejmują:

• Jest ważnym składnikiem kości i zębów - bierze udział w ich mineralizacji, zapewniając tym samym ich wytrzymałość i twardość.
• Jest składnikiem cząsteczki ATP, adenozynotrójfosforanu, związku chemicznego, który jest głównym rezerwuarem i źródłem energii dla komórek organizmu.
• Jest składnikiem kwasów nukleinowych DNA i RNA, w których przechowywana jest informacja genetyczna danej osoby.
• Jako część cząsteczki fosfolipidów jest niezbędnym budulcem błon komórkowych i zapewnia ich integralność strukturalną.
• Jako jon zewnątrzkomórkowy bierze udział w utrzymywaniu prawidłowego pH i równowagi kwasowo-zasadowej.
• Jest składnikiem węglowodanów i bierze udział w przemianach metabolicznych białek i tłuszczów.
• Aktywuje różne enzymy.

Szlak fosforu - od wchłaniania do wydalania

Wchłanianie

Podstawowym źródłem fosforu dla organizmu jest pożywienie. Zarówno nieorganiczne, jak i organiczne formy fosforu są wchłaniane z pożywienia w przewodzie pokarmowym. Przeważa forma nieorganiczna.

Dostępność fosforu dla organizmu zależy od rodzaju pożywienia. Najniższą dostępność mają pokarmy zawierające białko roślinne, następnie pokarmy zawierające białko zwierzęce, a najwyższą dostępność mają dodatki do żywności zawierające nieorganiczny fosfor.

Fosfor jest wchłaniany w jelicie cienkim i, w mniejszym stopniu, w jelicie grubym dwoma drogami - dyfuzji bez udziału energii (do 70% frakcji) lub za pośrednictwem transporterów zależnych od sodu.

Szybkość wchłaniania jelitowego fosforu jest stosunkowo wysoka i wynosi 50-70% całkowitego fosforu obecnego w diecie.

Wchłanianie szyjne fosforu jest znacznie wyższe w okresie niemowlęcym (do 90%). Tempo wchłaniania powoli spada wraz z wiekiem.

Pozostała część fosforu, która nie jest wchłaniana w przewodzie pokarmowym, jest wydalana z kałem.

Łącznie około 13 mg fosforu/kg masy ciała dziennie jest wchłaniane z pożywienia do krwi przez przewód pokarmowy. Ilość ta jest następnie wykorzystywana przez tkanki.

Mniejsza ilość, około 3 mg fosforu/kg masy ciała dziennie, jest wydalana z organizmu w żółci, wydzielinach trzustki i jelit.

Wchłanianie fosforu może być zmniejszone w wyniku różnych zaburzeń i chorób, takich jak niewydolność nerek, tworzenie się kamieni nerkowych, zaburzenia wchłaniania w jelicie cienkim, choroby tarczycy lub osteomalacja (choroba kości).

Dystrybucja i regulacja poziomu fosforu

Wchłonięty fosfor krąży we krwi i dociera do miejsc jego wykorzystania - głównie kości, mięśni szkieletowych, tkanek miękkich i nerek.

Fosfor jest transportowany do tkanek w postaci jonów nieorganicznych, a zakres tego transportu zależy od stężenia fosforu we krwi, szybkości krążenia krwi i aktywności transporterów komórkowych.

Największym rezerwuarem fosforu są kości, z których fosfor może być uwalniany z powrotem do krwi w razie potrzeby.

Normalny poziom fosforu we krwi u osoby dorosłej wynosi od 0,7 do 1,45 mmol/l.

Odchylenia w górę lub w dół od tego poziomu są przyczyną zaburzeń w organizmie. Z tego powodu całkowita ilość fosforu w organizmie musi być regulowana.

Tkanki i narządy, ale także substancje biologicznie czynne - hormony - są zaangażowane w utrzymanie homeostazy fosforu.

Spośród narządów są to głównie nerki, przytarczyce, ciało modzelowate i kości. Hormony to parathormon, czynnik wzrostu fibroblastów-23 i witamina D.

Regulują one poziom fosforu poprzez wpływ na jego wchłanianie w przewodzie pokarmowym, wydalanie przez nerki i uwalnianie z zapasów organizmu (kostnych lub komórkowych).

Proces utrzymywania homeostazy przebiega w następujący sposób. W przypadku niewielkiego spadku poziomu fosforu we krwi, zmiana ta jest wykrywana przez przytarczyce. Przytarczyce reagują wytwarzaniem parathormonu.

Stymuluje to uwalnianie fosforu z kości do krwi, a także produkcję aktywnej formy witaminy D. Witamina D zwiększa następnie wchłanianie fosforu w przewodzie pokarmowym.

Jednocześnie zmniejsza się produkcja czynnika wzrostu fibroblastów-23 (wytwarzanego w kościach), zmniejszając w ten sposób wydalanie fosforu przez nerki.

I odwrotnie, wzrost poziomu fosforu we krwi zwiększy produkcję czynnika wzrostu fibroblastów-23. Pobudzi to wydalanie fosforu przez nerki. Jednocześnie jednak zmniejszy się produkcja witaminy D, a tym samym zmniejszy się wchłanianie fosforu w przewodzie pokarmowym.

Poziom fosforu we krwi lub innych płynach ustrojowych jest określany przez jego reakcję z molibdenianem amonu z wytworzeniem fosfomolibdenianu amonu.

Wydalanie

Nerki są odpowiedzialne za wydalanie fosforu z organizmu, co oznacza, że główną drogą wydalania fosforu jest mocz.

Każdego dnia przez nerki filtrowane jest ponad 5 000 mg nieorganicznych jonów fosforu, z czego ponad 80% trafia z powrotem do krwi.

Nerki są również głównym organem regulującym stężenie fosforu we krwi.

Niewielkie ilości fosforu i jego związków, które nie są wchłaniane w przewodzie pokarmowym, są wydalane z kałem.

Jakie są źródła fosforu w diecie?

Fosfor dostaje się do organizmu głównie poprzez żywność, a w mniejszym stopniu poprzez suplementy lub leki.

Fosfor jest obecny w żywności jako jej naturalny składnik lub jest celowo dodawany podczas produkcji i przetwarzania w postaci nieorganicznych fosforanów.

Pokarmy naturalnie bogate w fosfor to mięso zwierzęce, ryby, produkty mleczne, jaja, zboża, orzechy, nasiona, rośliny strączkowe i warzywa. Spożycie tych pokarmów może pokryć większość dziennego zapotrzebowania na fosfor.

Pewne, czasem niemałe, ilości fosforu dostają się do organizmu również poprzez żywność lub napoje, do których celowo dodawane są fosforany.

Najbardziej znanymi przykładami są aromatyzowane napoje bezalkoholowe, produkty mięsne, ryby, mleko i produkty mleczne, oleje roślinne, mąka, wypieki, lody, przetworzone warzywa i orzechy, słodycze, żywność dietetyczna, mrożonki, wody mineralne, wino i napoje spirytusowe itp.

Fosforany działają jako stabilizatory, emulgatory, środki spulchniające i nawilżające oraz zagęszczacze.

Tabelaryczny wykaz dozwolonych dodatków zawierających fosfor w żywności

Niektóre pokarmy, składniki żywności, a nawet leki mogą znacznie zmniejszyć dostępność fosforu dla organizmu. Dzieje się tak na przykład poprzez hamowanie jego wchłaniania, wpływanie na pH w przewodzie pokarmowym itp.

Kwas fitynowy lub fitynian jest głównym źródłem fosforu w nasionach lub roślinach. Fitynian wiąże się z innymi związkami w przewodzie pokarmowym, tworząc sole, które są niestrawne dla organizmu.

Ponadto organizm ludzki nie posiada enzymu fitazy, który rozkładałby wiązania fosforu w cząsteczce fitynianu.

Ponadto wysokie spożycie wapnia w diecie powoduje, że wiąże się on z niektórymi związkami fosforu, co zmniejsza jego wchłanianie.

Spośród leków, niektóre leki zobojętniające (leki stosowane w celu zmniejszenia kwasowości soku żołądkowego), takie jak sukralfat, wodorotlenki magnezu lub wodorotlenki glinu wiążą się z fosforem w diecie. Tworzą z nim niewchłanialne sole.

Jakie jest zalecane dzienne spożycie fosforu?

Zalecenia dotyczące średniego dziennego spożycia fosforu nie zostały ustalone ze względu na brak danych.

Europejski Urząd ds. Bezpieczeństwa Żywności publikuje jednak wartości dotyczące odpowiedniego spożycia fosforu. Odpowiednie spożycie to średnia wartość oparta na obserwacji. Zakłada się, że odpowiada ona potrzebom populacji.

Tabela odpowiedniego dziennego spożycia fosforu według wieku

Obecny trend w żywieniu jest taki, że te poziomy fosforu są wielokrotnie przekraczane.

Jakie są konsekwencje zaburzonego poziomu fosforu?

Poziom fosforu w organizmie jest i musi być ściśle regulowany, jednak w pewnych okolicznościach zdarzają się odchylenia od normalnego poziomu fosforanów we krwi.

Znaczne i długotrwałe odchylenia są uważane za stan niefizjologiczny i mogą być przyczyną różnych komplikacji zdrowotnych.

Mogą wystąpić dwie sytuacje: pojawienie się nadmiernej ilości fosforanów we krwi (hiperfosfatemia) lub odwrotnie, ich niedobór (hipofosfatemia).

Niewystarczający poziom fosforu

Występowanie niedoboru fosforu w organizmie jest stosunkowo rzadkim stanem. Przyczyn hipofosfatemii może być kilka, ale prawie nigdy nie jest ona spowodowana niewystarczającym spożyciem fosforu w diecie.

Wynika ona przede wszystkim z diety zawierającej wystarczającą ilość naturalnego lub celowo dodanego fosforu. Może być również spowodowana dobrze funkcjonującą regulacją homeostazy, w której zmniejszenie spożycia fosforu w diecie jako mechanizm kompensacyjny zmniejsza jego wydalanie przez nerki.

O hipofosfatemii mówi się, gdy poziom fosforu we krwi spada poniżej 0,7 mmol/l.

Łagodny spadek poziomu fosforu nie powoduje widocznych ani zauważalnych objawów u ludzi. Objawy pojawiają się dopiero przy znacznym spadku, tj. poniżej 0,15 mmol/l.

Najczęstsze ogólne objawy hipofosfatemii obejmują osłabienie, złe samopoczucie, upośledzoną wrażliwość kończyn, drżenie, utratę apetytu.

Objawy mięśniowe obejmują brak koordynacji, wiotkość do całkowitego paraliżu mięśni i rabdomiolizę (zaburzenie charakteryzujące się rozpadem włókien mięśni szkieletowych).

Występują również bóle kości, zaburzenia mineralizacji kości prowadzące do krzywicy u dzieci i osteomalacji u dorosłych (choroba kości charakteryzująca się zmiękczeniem i deformacją kości), niedokrwistość, zaburzenia białych krwinek i płytek krwi, zwiększona podatność na infekcje, problemy z oddychaniem lub niedobór tlenu i choroby serca.

Ciężkie formy niedoboru fosforu mogą zagrażać życiu.

Główne przyczyny hipofosfatemii obejmują:

• Niewystarczające spożycie fosforu w diecie - może to prowadzić do stanów głodu
• zaburzenia wchłaniania fosforu - zespół złego wchłaniania, choroba Leśniowskiego-Crohna, nieswoiste zapalenie jelit
• Niewystarczające spożycie witaminy D, która zmniejsza wchłanianie fosforu we krwi
• Zwiększone wydalanie fosforu przez nerki
• Choroby gruczołów przytarczycznych
• Zmiany hormonalne
• Zatrucie metalami ciężkimi
• Obniżony poziom potasu i magnezu we krwi, wysoki poziom glukozy we krwi
• Nadmierne spożycie alkoholu
• Niektóre leki (np. leki zobojętniające sok żołądkowy, leki moczopędne, hormony steroidowe, hormon przytarczyc).

Stosowanie hormonalnej terapii zastępczej u kobiet po menopauzie wiąże się ze zwiększonym wydalaniem fosforu przez nerki, obniżając w ten sposób poziom fosforu w organizmie.

Istnieje również kilka grup populacji, które są uważane za zagrożone pod względem rozwoju obniżonego lub niewystarczającego poziomu fosforu w organizmie. Na przykład:

• Wcześniaki (które mają niskie zapasy fosforu w kościach)
• osoby z wrodzonymi błędami metabolizmu fosforu (zaburzenia hormonów odpowiedzialnych za regulację homeostazy fosforu, zaburzenia transporterów fosforu)
• Osoby z poważnym niedożywieniem (niska masa urodzeniowa lub masa ciała, anoreksja, alkoholizm, problemy z żuciem i połykaniem, rak, marskość wątroby itp.)
• Osoby stosujące dietę wysokokaloryczną i ubogą w fosfor.

Jak leczyć hipofosfatemię?

Niedobór fosforu leczy się przede wszystkim poprzez zwiększenie spożycia fosforu w diecie lub przyjmowanie odpowiednich leków i suplementów zawierających fosfor.

Konkretna metoda suplementacji fosforu zawsze zależy od stopnia niedoboru i stanu zdrowia pacjenta.

W przypadku łagodnego do umiarkowanego niedoboru fosforu wystarczające jest spożywanie pokarmów bogatych w fosfor (odpowiednie jest odtłuszczone mleko) lub stosowanie leków i suplementów (np. u pacjentów z nietolerancją mleka).

Preparaty farmaceutyczne zawierające fosfor są dostępne w postaci jednoskładnikowej (zwykle przygotowywane oddzielnie w aptece) lub w postaci złożonej (w postaci suplementów multiwitaminowych lub mineralnych).

Fosfor najczęściej występuje w postaci soli sodowych, potasowych lub wapniowych kwasu fosforowego.

Suplementy multiwitaminowe lub mineralne zwykle zawierają niewielkie ilości fosforu i dlatego nie są stosowane głównie w leczeniu niedoboru fosforu.

Podawanie suplementów zawierających fosfor często wiąże się z występowaniem biegunki.

W przypadku ciężkiego niedoboru fosforu lub u pacjentów, którzy nie są w stanie przyjmować fosforu doustnie, stosuje się podawanie pozajelitowe (dożylne).

Pozajelitowe podawanie fosforu musi być monitorowane ze względu na możliwość tworzenia się kryształów fosforanu wapnia i ryzyko niedoboru wapnia. Preferowane jest stosowanie fosforanu potasu lub, jeszcze lepiej, organicznych soli fosforu, co eliminuje problem tworzenia się kryształów.

Nadmierne ilości fosforu

Hiperfosfatemia to stan, w którym poziom fosforu we krwi wzrasta powyżej 1,6 mmol/l.

Występowanie wysokich poziomów fosforu w organizmie jest stosunkowo rzadkie u zdrowych osób. Gdy nadmierne ilości fosforu są spożywane w diecie, mechanizmy regulacyjne wydalają nadmierne ilości przez nerki.

Obecność wysokich poziomów fosforu wiąże się z upośledzonym wydalaniem fosforu, co oznacza, że hiperfosfatemia jest najczęściej związana z upośledzoną czynnością nerek lub chorobą nerek.

Główne przyczyny hiperfosfatemii obejmują:

• Zwiększone spożycie fosforu (np. dożylnie).
• Nadmierne spożycie witaminy D, która zwiększa wchłanianie fosforu w jelitach.
• Szybkie uwalnianie fosforu z komórek i tkanek do krwi.
• Upośledzone wydalanie fosforu przez nerki (w przypadku niewydolności nerek lub przewlekłej choroby nerek)
• Zapalenie trzustki
• Choroba gruczołów przytarczycznych
• Rabdomioliza, zespół rozpadu guza (zaburzenie metaboliczne spowodowane nagłym rozpadem komórek nowotworowych podczas leczenia nowotworu).

Jedną z najważniejszych konsekwencji podwyższonego poziomu fosforu we krwi jest zwiększenie czynności przytarczyc i związany z tym wzrost produkcji parathormonu.

Aby utrzymać homeostazę, organizm próbuje zmniejszyć nadmierny poziom fosforu we krwi poprzez wydalanie fosforu przez nerki. Jednak gdy funkcja nerek jest upośledzona, wysiłek ten jest daremny. Prowadzi to do produkcji niepotrzebnie dużych ilości hormonu przytarczyc.

Wysoki poziom fosforu we krwi prowadzi również do jego reakcji z wapniem, tworząc kryształy fosforanu wapnia, które odkładają się w tkankach miękkich organizmu.

Powoduje to zwapnienie tkanek miękkich, w tym tkanki podskórnej i nerwowej lub tkanki naczyń krwionośnych. Konsekwencją jest rozwój chorób naczyniowych i serca.

Hiperfosfatemia powoduje również rozwój niskiego poziomu wapnia we krwi.

Nadmiar fosforu sam w sobie zwykle nie daje żadnych objawów. Objawy pojawiają się, gdy poziom wapnia jest znacznie obniżony z powodu podwyższonego poziomu fosforu.

Dlatego też objawy hipokalcemii mogą być również związane z hiperfosfatemią.

Nadmiar fosforu powoduje również obniżenie poziomu magnezu, dodatkowo upośledza czynność nerek i może powodować ich niewydolność.

Jak leczyć hiperfosfatemię?

W leczeniu nadmiaru fosforu w organizmie stosuje się kilka procedur.

Jego spożycie i wchłanianie można regulować poprzez dietę redukcyjną ze zmniejszonym spożyciem fosforu w diecie lub poprzez stosowanie substancji wiążących fosfor w środowisku przewodu pokarmowego, które tworzą niewchłanialne kompleksy (np. wodorotlenek glinu, węglan glinu).

Wydalanie fosforu z moczem przez nerki może być również zwiększone przez stosowanie leków moczopędnych (tylko jeśli pacjent ma normalnie funkcjonujące nerki).

Pacjenci z hiperfosfatemią, którzy mają również uszkodzone nerki, zwykle poddawani są dializie.