משק הסידן

משק סידן תקין הוא תנאי הכרחי לקיומו של האדם. הסידן הוא מינרל חשוב מאוד, הנפוץ ביותר בגוף האדם. משקלו הכולל מגיע לעיתים לשני קילוגרמים והוא מהווה כ-2% ממשקל גוף האדם. הסידן חיוני לתפקודים רבים ושונים בגוף האדם כגון מינרליזציה של העצם והשיניים, פעילותם של אנזימים כגון עמילאז, תהליכי קרישת דם, תפקודי שרירים לרבות מנגנון התכווצותם, הפרשת הורמונים, גדילת תאים וחלוקתם, יציבותם של קרומי תא ותהליכים של גירוי עצבי ורבים אחרים. ויסות מאזן הסידן בגוף נעשה על ידי הורמונים שונים, כגון הורמון בלוטת יותרת התריס – PTH, קלציטריול וקלציטונין. רמות הסידן בנוזל החוץ תאי בגוף שמורות ברמה קבועה יחסית בטווח צר שנע בין 1.1 ל-1.3 mM. הגוף שומר על רמות הסידן הללו קבועות יחסית, כאשר ישנם מצבים בהם מאזן הסידן חיובי (ספיגת הסידן בגוף עולה על הפרשתו החוצה), כגון תקופות גדילה, הריון, ומצבים בהם מאזן הסידן שלילי – מחלות שונות, הנקה, זקנה. אצל מבוגר, תכולת הסידן בגוף היא כ-1000 ועד 2000 גרם כאשר למעלה מ-99% מהסידן מצוי בתוך העצם (גבישים של הידרוקסיאפטיט). הסידן בתוך העצם תורם לתפקיד המבני של שלד האדם. יתרת הסידן מצויה בנוזל החוץ תאי (לרבות נוזל הדם), בכמות מועטה מאוד, כאשר מחצית ממנו הוא סידן יוני (פעיל ומבוקר), כ־40% ממנו קשור לחלבונים בעלי מטען שלילי, וכ־10% מהסידן בנוזל החוץ תאי מצוי בקומפלקסים יחד עם יוני ציטראט, פוספאט, ביקרבונט ותרכובות אחרות. בתוך התא, ריכוזו של הסידן מזערי (10-6 M). שלושה איברים משחקים תפקיד עיקרי בשמירה על רמות הסידן בגוף: המעי, העצם והכליה. הסידן נספג במערכת העיכול, במעי הדק המקורב - התריסריון והמעי הריק. על מנת שתהיה ספיגה בחזרה של סידן לגוף מהמעי, יש צורך בהפרשת חומצה בקיבה. במקרים בהם יש בעיה בהפרשת חומצה, כמו במקרה של תת-חומציות בקיבה, ספיגת הסידן לא תהא מיטבית, כך למשל, עם העלייה בגיל, מאחר שהחומציות במעי יורדת, ספיגת הסידן אף היא יורדת. באופן כללי, מתוך 1000 מיליגרם של סידן אשר עוברים במערכת העיכול, רק כ־200 מיליגרם נספגים בחזרה בגוף (כ־350-400 מיליגרם עוברים מהמעי למערכת הדם, ואולם מערכת הדם "מחזירה" בחזרה כ־150-200 מהסידן בחזרה למעי). יתרת 800 המיליגרם אינם נספגים בגוף. מרבית הספיגה של סידן במעי מתבצעת בתחילת המעי הדק (תריסריון, ג'גונום - המעי הריק). הספיגה של סידן נעשית הן במנגנון סביל (בין תאים, פארא צלולרי) והן במנגנון פעיל (טרנס צלולרי, תוך תאי) ומחקרים עדכניים מראים אפשרות שקיים מנגנון שלישי, גם הוא סביל, המאפשר מעבר של קומפלקסים דרך המעי (בניגוד למעבר יוני במנגנון הסביל הראשון). 1.מנגנון פארא-צלולרי: במנגנון זה, הסידן נספג לכל אורך המעי הדק והמעי הגס במרווחים שבין התאים. יש לציין, כי אין מדובר בתהליך פשוט של דיפוזיה, היות שבין תאי המעי ישנם קשרים החוסמים דיפוזיה חופשית (tight junction), ולכן מעבר של יוני סידן (וגם מגנזיום) מווסת על ידי חלבונים מסוג claudin. 2.מנגנון טרנס-צלולרי: במנגנון זה, התלוי בפעילותו של קלציטריול, והמתרחש בעיקר בתחילת המעי הדק, הסידן חודר לתאי המעי דרך תעלות מסוימות (TRPV6, TRPV5) שנמצאות בדופן הלומינלית של התא. תעלות אלו נפתחות בנוכחות ריכוז נמוך של סידן יוני בציטוזול. לאחר כניסתו לתא, הסידן נקשר לחלבון הנקרא calbindin-D, ויוצא מהתא מהצד הבאזו-לטרלי, דרך משאבות סידן תלויות ATP, (ATP dependent Ca-ATPase) הקרויות גם PMCA1b, או על ידי משחלף נתרן/סידן, הקרוי גם NCX1 (אשר מוציא יון סידן בחזרה למערכת הדם בתמורה לשלושה יוני נתרן אשר נכנסים במקומו לתא). תפקיד ויטמין D בתהליך זה, הוא בהגברת הביטוי של תעלות הסידן הלומינליות, וכן הגברת ביטויו של החלבון calbindin. ליתר דיוק, הקלציטריול שהוא מטבוליט של ויטמין D, ונקרא גם 1,25 דיהידרוקסיויטמין D, הוא המטבוליט הפעיל של הוויטמין, והוא זה אשר פועל לצורך הגברת ספיגת הסידן במעי. ישנם מספר פרמטרים נוספים המשפיעים על ספיגת הסידן לגוף כאשר השניים העיקריים הם החומרים הנוספים שמתעכלים ביחד עם הסידן וריכוז הסידן במנה הנצרכת. 1. חומרים המשפיעים על ספיגת הסידן: כאשר סידן נלקח ביחד עם תזונה עשירה בפוספטים, בחלבונים או בסיבים תזונתיים ספיגתו בגוף יורדת. מחקרים הראו שכאשר סידן ופוספט מתעכלים ביחד נוצר מלח קשה תמס הנקרא סידן פוספט אשר מוריד את יכולתו של הסידן להיספג הגוף. באותה הצורה חלבונים וסיבים תזונתיים משפיעים לרעה על הספיגה של סידן. על מנת לשפר את הספיגה של הסידן לגוף יש לקחת אותו עם ארוחה דלת חלבונים, סיבים תזונתיים ומוצרי חלב (העשירים בפוספט). 2. מנגנון הספיגה הפארא-צלולרי הוא תלוי ריכוזים ולכן ככל שלוקחים כמות גדולה יותר של סידן בפעם אחת, כך אחוז הספיגה מאותה תוספת יורדת ולכן רופאים ממליצים לפזר את מנת הסידן היומית על פני היום ולא לקחת אותה בפעם אחת במרוכז. בנוזל החוץ תאי, כפי שצוין לעיל, קיים מאגר של כ־1 עד 2 גרם סידן. מתוכו, כ-500 מיליגרם עוברים שחלוף מול יוני הסידן שבעצם (כחלק מתהליכי השחלוף בעצם) כך שכמותו בנוזל החוץ תאי אינה משתנה. העצם היא רקמה דינמית, אשר עוברת תהליכים של הרס ובניה לכל אורך החיים. תהליכים אלו קרויים תהליכי שחלוף, והם מתבצעים על ידי תאים ייחודיים לעצם (אוסטאובלסטים - בוני עצם, אוסטאוקלסטים - מפרקי עצם). המרכיב החוץ תאי של העצם כולל שני מרכיבים: מרכיב אורגני, רובו (90%) עשוי מקולגן סוג 1, וכן מחלבונים שונים המשמשים לקשירת סידן, העברת אותות ועוד. המרכיב השני הוא מרכיב מינרלי - בעיקר הידרוקסיאפטיט. אוסטאובלסטים הם תאים האחראים על תהליך בניית העצם. הם מייצרים את המצע החלבוני של העצם ופעילים בהשקעת המינרלים. מקור תאים אלו בתאים מזנכימאליים, והתמיינותם מושפעת מהורמונים כגון קלציטריול, PTH וגורמי צמיחה שונים. תאים אלו אחראים לייצר ולהפריש את המרכיב האורגני של העצם. מלבד זאת, תאים אלו מייצרים חלבונים החיוניים להתמיינות של אוסטאוקלסטים (ראו להלן) (כגון RANKL) אולם גם חלבונים אשר מעכבים התמיינות של אוסטאוקלסטים (osteoprotegerin). האוסטאובלסטים הפעילים נמצאים על פני שטח עצם חדשה, ולאחר השקעת המינרלים במצע האורגני הם הופכים לאוסטאוציטים - אלו הם תאי עצם בוגרים אשר שקועים ברקמת העצם ומחוברים ברשת של תעלות. תפקיד האוסטאוציטים הוא ככל הנראה סנסור מכני, הם חשים עומס מכני המופעל על העצם ומעבירים מידע זה באמצעות רשת התעלות אל האוסטאובלסטים ואל תאי האב שלהם. אוסטאוקלסטים הם תאים האחראים על תהליך פירוק העצם. אלו הם תאים מרובי גרעינים, הפעילים בתהליך ספיגת העצם, ומקורם מתאי מקרופאגים (נוצרו כתוצאה מהתמזגות תאים מהשורה המונוציטרית- מקרופאגית). רוב ההורמונים המשפיעים על תפקוד תאים אלו פועלים עליהם באופן עקיף, כך למשל, על האוסטיאובלסט (תא בונה עצם) קיימים קולטנים אליהם נקשרים חומרים שונים (כגון, PTH, אסטרוגן, קלציטריול), ועל ידי היקשרות זו משפיע האוסטיאובלסט על פעילותו של האוסטיאוקלסט. לעומת זאת, קלציטונין נקשר ישירות לקולטן ספציפי על האוסטיאוקלסט ומדכא את פעילותו (למעשה, תורם לבניית העצם). האוסטיאוקלסטים נצמדים לחלבוני מצע בשטח העצם, (כגון osteopontin) באמצעות אינטגרינים- חלבוני קישור. כתוצאה מהקישור נוצרת סביבה המפרידה או ממדרת בין תא האוסטאוקלסט לבין פני העצם- קרום התא הפונה לעצם הופך לקרום מזוגזג (ruffled border) ומכיל משאבות פרוטונים ותעלות כלוריד. כתוצאה מפעילות המשאבות והתעלות, יוצא HCl אל האזור המפריד בין התא לבין פני העצם, וגורם להחמצה. הסביבה החומצית ממיסה את מינרל העצם וחושפת את המצע האורגני. במקביל, משחרר האוסטיאוקלסט אנזימים אשר מפרקים את המצע האורגני (כגון, cathepsin K). תהליך השחלוף: בתהליך זה, העצם נבנית ונהרסת באופן מחזורי. התהליך מתרחש לכל אורך החיים, והוא מתוזמן ומבוקר על ידי תאי עצם הנקראים BMU- basic multicellular unit. תהליך זה מתרחש לצורכי תחזוקה ותיקון נזקים, וכן לצורך אספקת סידן וזרחן בכמויות שיתאימו לשמירת מאזן הסידן והזרחן בגוף (ההומיאוסטזיס). מחזור השחלוף מתחיל בשלב פעיל של ספיגת (פירוק) עצם (תהליך הנמשך כ-3 שבועות) - על ידי האוסטאוקלסטים, ולאחריו התמיינות של אוסטיאובלסטים (אשר ככל הנראה מושפעת כתוצאה מהשתחררות גורמי צמיחה שונים במהלך פירוק העצם) לתאים בשלים ויצירת עצם חדשה במשך כ־3 חודשים. ניתן להבחין באמצעות סימנים ביוכימיים האם מתבצעת ספיגת עצם (נבחין בתוצרי פירוק של קולגן או אנזימים של האוסטיאוקלסט) או האם יש בניית עצם (נבחין בתוצרי ביניים של תהליך יצירת הקולגן או אנזימים של האוסטאובלסט, אוסטאוקלצין - חלבון רגולטורי). לכליה יש תפקיד מרכזי בשמירת מאזן קבוע של סידן. באופן כללי, בין 8 ל-10 גרם של סידן יוני או סידן הקשור לאניונים, עובר סינון בגלומרולוס שבכליה. כ־98% מכמות זו, חוזרת בחזרה לגוף, כך שרק 200 מיליגרם מופרשים בשתן. תפקוד תקין של תהליכים אלו יבטיח כי מאזן הסידן בגוף יישמר, (1000 מיליגרם בתזונה לעומת הפרשה של 800 מיליגרם ממערכת העיכול (צואה) ו- 200 מיליגרם במערכת השתן). כאשר צריכת הסידן נמוכה יותר, הגוף פועל לצורך ספיגה גדולה יותר מהכמות הנצרכת (יכול לספוג בין 20% ועד 60% מהכמות הנצרכת). גם כאשר צריכת הסידן אינה משתנה, אולם ישנם תהליכי גדילה (או לחלופין, הריון) גדלה יכולתו של הגוף לספוג את הסידן באופן יעיל יותר. 1. אבובית מקורבת, לולאת הנלה - באזורים אלו של הנפרון ספיגת הסידן מתבצעת באופן סביל. מרבית הספיגה מתבצעת באבובית המקורבת (בין 65%-70%) בצמידות לספיגה של NaCl ומים (מנגנון של solvent drag). בזרוע העולה של לולאת הנלה מתקיימת ספיגה פאסיבית של כ־20% נוספים מהסידן, במנגנון של מפל חשמלי: נוצר מפל חיובי בחלל האבובית כתוצאה מפעילותו של הסימפורטר NA-K-2CL וחזרתו של כלוריד לקפילרות. המפל החיובי משפיע על יציאתו של הסידן מתוך התא אל הנוזל הבין תאי (כדי ליצור שוויון במפל הריכוזים החשמלי). בלולאת הנלה ישנה בקרה על ספיגת הסידן, על ידי קיומם של קולטנים רבים (CaSR) לסידן בצד הבאזו-לטרלי של התא אשר "חשים" את ריכוז הסידן בדם: אם יש עלייה ברמת הסידן הנספג, חל עיכוב בפעולתו של הסימפורטר וכך פוחתת הספיגה הטובולרית של הסידן. ספיגת הסידן לאורך חלק זה מתבצעת כאמור באופן סביל, בין התאים (מנגנון פארא-צלולרי), ואולם גם כאן, כמו במעי, ישנם קשרים בין תאיים- tight junction, כך שיש צורך בקיומו של החלבון paracellin 1 (שהוא מאותה משפחה של חלבון ה- claudin אשר קיים במעיים) לצורך מעבר הסידן. מוטציות בחלבון זה גורמות להפרעה בספיגה חזרה של סידן, וליתר סידן בשתן - היפרקלציאוריה. 2.אבובית מרוחקת - ספיגת הסידן באזור זה מתבצעת באופן מבוקר על ידי ההורמון PTH והסידן עצמו. בחלק זה, נספג בחזרה כ־10% מהסידן, במנגנון טרנס-צלולרי (תוך תאי). הספיגה היא ספיגה פעילה של סידן, כנגד מפל ריכוזים ומטענים חשמליים, ופועלת באופן הבא: הסידן נכנס לתאי האבובית על ידי תעלות סידן (ECAC), כשמספר תעלות אלו מווסת על ידי קלציטריול ועל ידי הסידן עצמו - שני אלו משרים את יצורן של התעלות. ההורמון PTH מקל על פתיחת התעלות למעבר הסידן, והסידן משונע דרך התא כשהוא קשור לחלבון calbindin (כך נמנעת עלייה בריכוז הסידן החופשי בתוך התא, היות שהוא קשור לחלבון). גם יצירה של חלבון זה תלויה בקלציטריול, בדומה למנגנון הספיגה במעי. הסידן יוצא באופן פעיל מהתא כנגד מפל כימי, באמצעות משחלף נתרן/סידן, או על ידי משאבת סידן אקטיביות (תלויות ATP)- ההורמון PTH מעודד את תהליך יצוא הסידן מהתא. גם ב- collecting duct מתבצעת ספיגה של סידן (פחות מ-5%) באופן אקטיבי ובהשפעת ההורמון PTH. ערך מורחב – היפרקלצמיה לצד חוסר סידן בדם קיימת גם תופעה של עודף סידן הנקראת היפרקלצמיה (מלשון קלציום - סידן בלטינית). יש שתי סיבות עיקריות להיפרקלצמיה - עודף צריכה הרבה מעבר לרמה המומלצת. הפרשה מוגברת של סידן בשתן עד לרמה של יצירת אבנים בכליות היא סיבה נוספת לבעיה זו. היפרקלצמיה, במיוחד קשה, יכולה לגרום לרפיון שרירים, עצירות, השתנה מוגברת ועוד. במקרים הקשים ביותר יכולה להביא לתרדמת ואף למוות. קשה עד בלתי אפשרי להגיע לעודף צריכת סידן ממזונות טבעיים. אחת הדוגמאות לכך היא בני שבט המסאי, שצריכת הסידן שלהם עומדת על כ-5,000 מ"ג ליום ואף יותר מזה (הרמה המומלצת לפי ה־DRI היא עד 1,300 מ"ג ליום). חרף צריכת הסידן המוגברת מהמזון, לא פיתחו בני השבט את המחלה. היפרקלצמיה מופיעה רק בצריכה לא מבוקרת של תוספי מזון המכילים סידן. גם אבנים בכליות לא נגרמות בדרך כלל מצריכת סידן בתזונה. לרוב, חולים עם אבנים בכליות מגיעים לרמות סידן גבוהות בגלל דליפת סידן מהכליה. ערך מורחב – היפוקלצמיה היפוקלצמיה היא מצב של ירידת רמת הסידן בדם, מסיבות שונות, ביניהן, חוסר מולד או נרכש בהורמון PTH, או אצל חולים הסובלים מאי ספיקת כליות כרונית, הפגיעה הכלייתית מביא לפגיעה בפינוי הפוספט מהגוף, והפוספט העודף בדם קושר סידן, וכתוצאה מכך תיווצר היפוקלצמיה. היפוקלצמיה חמורה יכולה לגרום למוות. ערך מורחב – מחקר סין "מחקר סין" הוא ספרו של פרופ' קולין קמפבל, ביוכימאי אמריקאי מאוניברסיטת קורנל שיצא בשנת 2005. הספר מסכם מחקר ארוך שנים שבוצע בשנות ה-70 וה-80 של המאה ה-20. במחקר זה טוען פרופ' קמפבל, בין טענותיו הרבות, שצריכה מוגברת של חלבון מן החי וסידן ממוצרי חלב היא מזיקה. מאז יצאו מספר מחקרים הסותרים את ממצאיו של פרופ' קולין קמפבל, למשל בנוגע לחלבון מהחי ולסידן ממוצרי חלב. משק הזרחן קלצינוזיס גידולית מדיה וקבצים בנושא משק הסידן בוויקישיתוף סידן - חלוף חמרים, דף שער בספרייה הלאומית Absorption of calcium oxalate does not require dissoc... [J Nutr. 1999] - PubMed - NCBI http://www.jbmr.org/details/journalArticle/510123/Dose_dependency_of_calcium_absorption_A_comparison_of_calcium_carbonate_and_calc.html Maurice E Shils, Moshe Shike, A CAtharine Ross, Benjamin Cabalero, Robert J. Cousins, Modern Nutrition in helth and desease 10th edition p208, Lippincott Williams and Wilkins כאן Heaney RP, Layman DK. Amount and type of protein influences bone health. Am J Clin Nutr. 2008;87:S1567-70 Meng X, Zhu K, et al. A 5-Year Cohort Study of the Effects of High Protein Intake on Lean Mass and BMC in Elderly Postmenopausal Women. J Bone Miner Res. 2009;24:1827-34 Vatanparast H, Bailey DA, Baxter-Jones AD, Whiting SJ. The Effects of Dietary Protein on Bone Mineral Mass in Young Adults May Be Modulated by Adolescent Calcium Intake. J Nutr. 2007;137:2674-9 Darling AL, Millward DJ, et al. Dietary protein and bone health: a systematic review and meta-analysis. Am J Clin Nutr. 2009;90:1674-92 Kerstetter JE. Dietary protein and bone: a new approach to an old question. Am J Clin Nutr. 2009; 90:1451-52 Isaia G, D'Amelio P, et al. Protein intake: the impact on calcium and bone homeostasis. J Endocrinol Invest. 2007;30:S48-53 Massey LK. Dietary animal and plant protein and human bone health: a whole foods approach. J Nutr. 2003;133:S862-5 Hunt JR, Johnson LK, et al. Dietary protein and calcium interact to influence calcium retention: a controlled feeding study. Am J Clin Nutr. 2009;89:1357-65 Guéguen L, Pointillart A. The bioavailability of dietary calcium. J Am Coll Nutr. 2000;19:S119-36 Expert group on vitamins and minerals. Review of calcium. 2002. www.food.gov.uk/multimedia/pdfs/evm0112p.pdf Dietary Reference Intakes for Calcium, Phosphorus, Magnesium, Vitamin D, and Fluoride. Washington, D.C. THE NATIONAL ACADEMY PRESS, 1999 Institute of Medicine Food and Nutrition Board. Consensus Report: Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. November 2010. www.nap.edu/catalog.php?record_id=13050 Rafferty K, Heaney RP. Nutrient effects on the calcium economy: emphasizing the potassium controversy. J Nutr. 2008;138:S166-71