Ролята на фосфора в организма. Важен ли е той за здравето? Къде се намира по-голямата част от него?

Като изобилен и незаменим минерал, фосфорът участва в много физиологични процеси в човешкото тяло. Каква е основната му роля? Кои храни са богати на фосфор и защо е важно да се поддържат нормални нива?

Какво съдържа най-много фосфор, в случай че в организма няма достатъчно от него?
Или...
Как да го намалим в случай на излишък?

Какво знаем за фосфора?

Фосфорът е неметален химичен елемент, който е доста разпространен в заобикалящата ни среда. Той е основен минерал за човешкия организъм.

Познаваме го с химичния символ Р. Той произлиза от латинската дума phosphorus (фосфор).

Наименованието фосфор идва от гръцката дума phosphoros. То е съчетание от думите phos (светлина) и phoros (светлоносец), което се отнася до способността на фосфора да свети в тъмното.

Фосфорът е елемент от група 15 на периодичната таблица на химичните елементи и се намира в период 3.

Той е класифициран в група елементи, наречена петолъчки, където освен фосфор се срещат още азот, арсен, антимон и бисмут.

Откривател на фосфора е немският търговец и алхимик Хениг Бранд, който го изолира за първи път през 1669 г.

Самото откритие е предшествано от усилията на Хениг Бранд да създаде легендарния Философски камък.

При експериментите си той работи с глина, като първо я оставя да престои няколко дни и да се разпадне, след това я сварява на каша, нагрява я до висока температура и оставя парите да се кондензират.

По този начин той получил бяло восъчно вещество, което светело в тъмното - фосфор.

Фосфорът съществува в няколко форми. Говорим за алотропните му модификации, които се различават значително по своите свойства.

Двете най-разпространени форми са белият и червеният фосфор. Но освен тях познаваме и жълт, черен или виолетов фосфор.

Белият фосфор е бяло, меко, восъчно твърдо вещество. В чистата си форма той е прозрачен. Неразтворим е във вода. От всички форми на фосфора белият фосфор е най-малко стабилен, най-реактивен, най-плътен и най-токсичен.

Той има способността да свети в тъмното и може да се самозапали при контакт с въздуха. Поради това винаги трябва да се потапя във вода.

Светлинното излъчване на фосфора се дължи на бавното му окисление във въздуха. Този процес се нарича хемилуминесценция.

Поради склонността на фосфора, оставен във въздуха, да се възпламенява спонтанно, той понякога е наричан дяволският елемент.

Жълтият фосфор представлява т.нар. междинен елемент между белия и червения фосфор. Той е бял фосфор, който съдържа малки количества червен фосфор.

Червеният фосфор е аморфно твърдо вещество. Той се образува от белия фосфор чрез процес на нагряване или чрез излагане на слънчева светлина. Той е по-малко токсичен, по-малко реактивен и по-стабилен.

Черният фосфор е най-стабилната и най-малко реактивна форма на фосфора. Той също се получава от белия фосфор чрез нагряване, но в присъствието на живак.

Таблично обобщение на основната химична и физична информация за фосфора

Среща и употреба на фосфора

Фосфорът е дванадесетият най-разпространен елемент в земната кора. Той се среща и в космоса (напр. като част от метеорити), в почвата, скалите или в растенията и животните.

Поради реактивния си характер той не се среща в природата в свободна форма. В голяма степен се среща в минерали, под формата на фосфатни йони или фосфатни соли.

Най-известните минерали, съдържащи фосфор, са апатитът (тези минерали са и най-важните природни източници на фосфор), вавелитът или вивианитът.

Органичните източници на фосфор включват урина, костна пепел или гуано (натрупани екскременти от морски птици или прилепи).

Днес фосфорът и неговите съединения се използват в много области и индустрии. Например:

• Приготвяне и производство на различни фосфорни съединения
• Производство на торове и пестициди
• Производство на запалки, порцелан, фойерверки или димни бомби
• Като компонент на почистващи препарати и антикорозионни средства
• Като омекотител на вода
• Използване в напитки и прахове за печене
• Като радиомаркировка при биохимични тестове

Каква е биологичната функция на фосфора?

Фосфорът е основен хранителен елемент за човешкото здраве и има много физиологични функции в организма.

Човешкото тяло съдържа средно 0,7 kg фосфор.

По-голямата част от фосфора (до 85 %) е част от молекулата на хидроксиапатита Ca10(PO4)6(OH)2, който е минералът, образуващ най-важния компонент на твърдите тъкани на костите и зъбите.

Останалият фосфор се намира в клетките на меките тъкани (приблизително 15 %) и в извънклетъчната течност, главно в кръвта (приблизително 1 %).

По отношение на химичната структура фосфорът най-често се среща в организма като неорганичен йон, ^HPO42- или H2PO4-. Това са соли на фосфорната киселина, наричани още фосфати.

Той обаче може да бъде свързан и в съединения като мембранни фосфолипиди, ДНК и РНК нуклеинови киселини, АТФ, креатинфосфат или различни други органични молекули.

Основните биологични функции на фосфора в човешкото тяло включват:

• Той е важен компонент на костите и зъбите. Участва в тяхната минерализация, като по този начин осигурява тяхната здравина и твърдост.
• Той е съставна част на молекулата АТФ, аденозинтрифосфат, химическо съединение, което е основният резервоар и източник на енергия за клетките на организма.
• Той е съставна част на нуклеиновите киселини ДНК и РНК. В тях се съхранява генетичната информация на индивида.
• Като част от фосфолипидната молекула е основен градивен елемент на клетъчните мембрани и осигурява структурната им цялост.
• Като извънклетъчен йон участва в поддържането на нормалното рН и киселинно-алкалното равновесие.
• Той е съставна част на въглехидратите и участва в метаболитното преобразуване на протеините и мазнините.
• Той активира различни ензими.

Пътят на фосфора - от абсорбцията до екскрецията

Абсорбция

Основният източник на фосфор за организма е храната. В храносмилателния тракт от храната се абсорбират както неорганични, така и органични форми на фосфора. Преобладава неорганичната форма.

Наличността на фосфор за организма зависи от естеството на храната. Най-ниска е наличността на фосфор от растителни белтъчни храни, следвана от животински белтъчни храни, а най-висока е наличността на фосфор от хранителни добавки, съдържащи неорганичен фосфор.

Фосфорът се абсорбира в тънките черва и в по-малка степен в дебелото черво по два пътя - чрез дифузия без енергия (до 70 % от фракцията) или чрез натрий-зависими преносители.

Степента на чревна абсорбция на фосфора е сравнително висока - 50-70 % от общия фосфор, съдържащ се в храната.

Кърмаческата абсорбция на фосфор е значително по-висока в кърмаческа възраст (до 90 %). Степента на абсорбция бавно намалява с възрастта.

Останалата част от фосфора, която не се абсорбира в храносмилателния тракт, се отделя с фекалиите.

Общо около 13 mg фосфор/кг телесно тегло дневно се абсорбира от храната в кръвта чрез храносмилателния тракт. Това количество впоследствие се усвоява от тъканите.

По-малка част, около 3 mg фосфор/кг телесно тегло дневно, се отделя от организма с жлъчката, панкреатичните секрети и чревните секрети.

Абсорбцията на фосфор може да бъде намалена от различни нарушения и заболявания, като например бъбречна недостатъчност, образуване на камъни в бъбреците, нарушения на абсорбцията в тънките черва, заболяване на щитовидната жлеза или остеомалация (заболяване на костите).

Разпределение и регулиране на нивата на фосфора

Абсорбираният фосфор циркулира в кръвта и достига до местата на използване - основно костите, скелетните мускули, меките тъкани и бъбреците.

Степента на този транспорт зависи от концентрацията на фосфор в кръвта, скоростта на кръвообращението и активността на клетъчните преносители.

Костите са най-големият резервоар на фосфор. От тях фосфорът може да бъде освободен обратно в кръвта, когато е необходимо.

Нормалните нива на фосфор в кръвта на възрастен човек варират от 0,7 до 1,45 mmol/l.

Отклоненията нагоре или надолу от това ниво са причина за нарушения в организма. Поради тази причина общото количество фосфор в организма трябва да се регулира.

В поддържането на фосфорната хомеостаза участват тъкани и органи, но също така и биологично активни вещества - хормони.

От органите това са основно бъбреците, паращитовидните жлези, телесните клетки и костите. Хормоните са паратиреоиден хормон, фибробластен растежен фактор-23 и витамин D.

Те регулират нивата на фосфора, като влияят върху абсорбцията му в храносмилателния тракт, екскрецията от бъбреците и освобождаването му от телесните запаси (костни или клетъчни).

Процесът на поддържане на хомеостазата е следният. Когато има леко понижение на нивата на фосфора в кръвта, тази промяна се открива от паращитовидните жлези. Паращитовидните жлези реагират, като произвеждат паратироиден хормон.

Това стимулира освобождаването на фосфор от костите в кръвта, както и производството на активната форма на витамин D. След това витамин D увеличава усвояването на фосфора в храносмилателния тракт.

В същото време се намалява производството на фибробластен растежен фактор-23 (произвеждан в костите), като по този начин се намалява отделянето на фосфор от бъбреците.

Обратно, повишаването на нивата на фосфор в кръвта ще увеличи производството на фибробластен растежен фактор-23. Това ще стимулира бъбречната екскреция на фосфор. В същото време обаче производството на витамин D ще бъде намалено и по този начин ще се намали абсорбцията на фосфор в стомашно-чревния тракт.

Нивото на фосфора в кръвта или в други телесни течности се определя чрез реакцията му с амониев молибдат до образуване на амониев фосфомолибдат.

Екскреция

Бъбреците са отговорни за отделянето на фосфора от организма. Това означава, че основният път на отделяне на фосфора е урината.

Повече от 5 000 mg неорганични фосфорни йони се филтрират през бъбреците всеки ден. Повече от 80 % от тях се връщат в кръвта.

Бъбреците са и основният орган, който регулира концентрацията на фосфор в кръвта.

Малки количества фосфор и неговите съединения, които не се абсорбират в храносмилателния тракт, се отделят с фекалиите.

Какви са източниците на фосфор в храната?

Фосфорът постъпва в организма главно чрез храната и в по-малка степен чрез хранителни добавки или лекарства.

Фосфорът присъства в храните или като естествена част от тях, или се добавя умишлено по време на производството и преработката под формата на неорганични фосфати.

Храните с естествено високо съдържание на фосфор са животинското месо, рибата, млечните продукти, яйцата, зърнените храни, ядките, семената, бобовите растения и зеленчуците. Приемът на тези храни може да покрие по-голямата част от дневната нужда от фосфор.

Някои, а понякога и немалки количества фосфор, постъпват в организма и чрез храни или напитки, към които умишлено са добавени фосфати.

Най-известните примери са ароматизираните безалкохолни напитки, месните продукти, рибата, млякото и млечните продукти, растителните масла, брашното, хлебните изделия, сладоледът, преработените зеленчуци и ядки, сладкишите, диетичните храни, замразените храни, минералните води, виното и спиртните напитки и др.

Фосфатите действат като стабилизатори, емулгатори, набухватели, овлажнители и сгъстители.

Табличен списък на разрешените добавки, съдържащи фосфор в храните

Някои храни, хранителни съставки и дори лекарства могат значително да намалят достъпността на фосфора за организма. Това става например чрез възпрепятстване на абсорбцията му, въздействие върху рН в храносмилателния тракт и др.

Фитиновата киселина или фитатът е основният източник на фосфор в семената или растенията. Фитатът се свързва с други съединения в храносмилателния тракт и образува соли, които са несмилаеми за организма.

Освен това човешкият организъм не разполага с ензима фитаза, който да разгражда фосфорната връзка в молекулата на фитата.

Освен това високият прием на калций в храната го кара да се свързва с някои от фосфорните съединения. Това намалява усвояването му.

От лекарствата някои антиациди (лекарства, използвани за намаляване на киселинността на стомашния сок), като сукралфат, магнезиеви хидроксиди или алуминиеви хидроксиди, се свързват с фосфора в храната. Те образуват с него неусвоими соли.

Какъв е препоръчителният дневен прием на фосфор?

Препоръки за среден дневен прием на фосфор не са установени поради липса на данни.

Въпреки това Европейският орган за безопасност на храните публикува стойности за адекватен прием на фосфор. Адекватният прием е средна стойност, базирана на наблюдения. Приема се, че той отговаря на нуждите на населението.

Таблица за адекватен дневен прием на фосфор по възраст

Съвременната тенденция в храненето е тези нива на фосфор да се надвишават неколкократно.

Какви са последствията от нарушените нива на фосфор?

Нивата на фосфора в организма са и трябва да бъдат строго регулирани. Въпреки това при определени обстоятелства се наблюдават отклонения от нормалните нива на фосфатите в кръвта.

Значителните и продължителни отклонения се считат за нефизиологично състояние. Те могат да бъдат причина за различни здравословни усложнения.

Могат да възникнат две ситуации: поява на прекомерно количество фосфати в кръвта (хиперфосфатемия) или, обратно, липса на фосфати (хипофосфатемия).

Недостатъчни нива на фосфор

Появата на недостиг на фосфор в организма е сравнително рядко състояние. Хипофосфатемията може да има няколко причини, но почти никога не се дължи на недостатъчен прием на фосфор с храната.

Тя се дължи преди всичко на диетата, съдържаща достатъчно естествен или съзнателно добавен фосфор. Може да се дължи и на добре функционираща регулация на хомеостазата, при която намаляването на приема на фосфор с храната като компенсаторен механизъм намалява отделянето му от бъбреците.

За хипофосфатемия се говори, когато нивото на фосфор в кръвта спадне под 0,7 mmol/l.

Лекото понижаване на нивата на фосфор не води до видими или забележими симптоми при хората. Симптомите се появяват само при значително понижаване, т.е. под 0,15 mmol/l.

Най-често срещаните общи симптоми на хипофосфатемия включват слабост, отпадналост, нарушена чувствителност на крайниците, тремор, загуба на апетит.

Мускулните симптоми включват некоординираност, отпуснатост до пълна мускулна парализа и рабдомиолиза (заболяване, характеризиращо се с разпадане на скелетните мускулни влакна).

Наблюдават се също така болки в костите, нарушения в минерализацията на костите, водещи до рахит при децата и остеомалация при възрастните (заболяване на костите, характеризиращо се с омекване и деформация на костите), анемия, нарушения на белите кръвни клетки и тромбоцитите, повишена податливост към инфекции, дихателни проблеми или недостиг на кислород и сърдечни заболявания.

Тежките форми на недостиг на фосфор могат да бъдат животозастрашаващи.

Основните причини за хипофосфатемия включват:

• Недостатъчен прием на фосфор с храната - това може да доведе до гладуване
• Нарушения в усвояването на фосфора - малабсорбция, болест на Крон, възпалителни заболявания на червата
• Недостатъчен прием на витамин D, който намалява усвояването на фосфора в кръвта
• Повишена бъбречна екскреция на фосфор
• Заболявания на паращитовидните жлези
• Хормонални промени
• Отравяне с тежки метали
• Намалено съдържание на калий и магнезий в кръвта, високи нива на глюкоза в кръвта
• Прекомерна консумация на алкохол
• Определени лекарства (напр. антиациди, диуретици, стероидни хормони, паратиреоиден хормон)

Използването на хормонозаместителна терапия при жени в постменопауза се свързва с повишено отделяне на фосфор от бъбреците, като по този начин се понижават нивата на фосфор в организма.

Съществуват и няколко групи от населението, които се считат за рискови по отношение на развитието на намалени или недостатъчни нива на фосфор в организма. Например

• Недоносени бебета (които имат ниски запаси от фосфор в костите си)
• Хора с вродени грешки в обмяната на фосфора (нарушение на хормоните, отговорни за регулиране на фосфорната хомеостаза, нарушение на фосфорните транспортери)
• Хора с тежко недохранване (ниско тегло при раждане или телесно тегло, анорексия, алкохолизъм, проблеми с дъвченето и преглъщането, рак, цироза и др.)
• Хора, които се хранят с висококалорична диета с ниско съдържание на фосфор

Как се лекува хипофосфатемия?

Недостигът на фосфор се лекува предимно чрез увеличаване на приема на фосфор с храната или чрез приемане на подходящи лекарства и добавки, съдържащи фосфор.

Конкретният метод за прием на фосфорни добавки винаги зависи от тежестта на дефицита и здравословното състояние на пациента.

При лек до умерен фосфорен дефицит е достатъчен приемът на храни с високо съдържание на фосфор (подходящо е обезмаслено мляко) или употребата на лекарства и добавки (напр. при пациенти с непоносимост към мляко).

Фармацевтичните препарати, съдържащи фосфор, се предлагат в монокомпонентна форма (обикновено се приготвят отделно в аптека) или в комбинирана форма (под формата на мултивитаминни или минерални добавки).

Фосфорът най-често се среща под формата на натриеви, калиеви или калциеви соли на фосфорната киселина.

Мултивитаминните или минералните добавки обикновено съдържат малки количества фосфор и поради това не се използват основно за лечение на фосфорен дефицит.

Прилагането на фосфорсъдържащи добавки често е свързано с появата на диария.

При тежък фосфорен дефицит или при пациенти, които не могат да приемат фосфор през устата, се прибягва до парентерално (интравенозно) приложение.

Парентералното приложение на фосфор трябва да се следи поради възможното образуване на кристали от калциев фосфат и риска от калциев дефицит. Използването на калиев фосфат или, още по-добре, на органични соли на фосфора е за предпочитане и елиминира проблема с образуването на кристали.

Прекомерни количества фосфор

Хиперфосфатемията е състояние, при което нивото на фосфора в кръвта се повишава над 1,6 mmol/l.

Появата на високи нива на фосфор в организма е сравнително рядко явление при здрави индивиди. Когато с храната се приемат прекомерни количества фосфор, регулаторните механизми отделят излишните количества чрез бъбреците.

Наличието на високи нива на фосфор се свързва с нарушена екскреция на фосфор. Това означава, че хиперфосфатемията най-често е свързана с нарушена бъбречна функция или бъбречно заболяване.

Основните причини за хиперфосфатемия включват:

• Повишен прием на фосфор (напр. интравенозно).
• Прекомерен прием на витамин D, който увеличава абсорбцията на фосфор в червата.
• Бързо освобождаване на фосфор от клетките и тъканите в кръвта
• Нарушена бъбречна екскреция на фосфора (при бъбречна недостатъчност или хронично бъбречно заболяване)
• Възпаление на панкреаса
• Заболяване на паращитовидните жлези
• Рабдомиолиза, синдром на туморно разпадане (метаболитно нарушение, причинено от внезапното разпадане на туморни клетки по време на лечение на тумори)

Сред най-важните последици от повишените нива на фосфор в кръвта е увеличаването на функцията на паращитовидните жлези и свързаното с това увеличаване на производството на паратиреоиден хормон.

За да поддържа хомеостазата, организмът се опитва да намали прекомерните нива на фосфор в кръвта, като отделя фосфора чрез бъбреците. Когато обаче функцията на бъбреците е нарушена, това усилие е безполезно. То води до производството на ненужно високи количества паратиреоиден хормон.

Високото ниво на фосфор в кръвта също така води до реакцията му с калция, за да се образуват кристали от калциев фосфат, които се отлагат в меките тъкани на тялото.

Това води до калциране на меките тъкани, включително подкожната и нервната тъкан или тъканта на кръвоносните съдове. Последицата е развитие на съдови и сърдечни заболявания.

Хиперфосфатемията също така води до развитие на ниски нива на калций в кръвта.

Само по себе си излишъкът на фосфор обикновено няма симптоми. Симптомите се появяват, когато нивата на калция са значително намалени поради повишените нива на фосфора.

Говорим за хипокалциемия. Следователно симптомите на хипокалциемия могат да бъдат свързани и с хиперфосфатемия.

Прекомерното количество фосфор води и до намаляване на нивата на магнезий, допълнително влошава функцията на бъбреците и може да причини бъбречна недостатъчност.

Как да лекуваме хиперфосфатемията?

При лечението на излишния фосфор в организма се използват няколко процедури.

Приемът и усвояването му могат да се регулират чрез редукционна диета с намален прием на фосфор в храната или чрез използване на фосфор-свързващи вещества в средата на храносмилателния тракт, които образуват неабсорбируеми комплекси (напр. алуминиев хидроксид, алуминиев карбонат).

Бъбречната екскреция на фосфор в урината може да се повиши и чрез употребата на диуретици (само ако пациентът има нормално функциониращи бъбреци).

Пациентите с хиперфосфатемия, които имат и бъбречно увреждане, обикновено се подлагат на диализа.