Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-1
Kapitola 11 Vápník, hořčík a fosfor
11.1. Vápník
V organismu je asi 1200 g tj. asi 30 molů vápníku (1 kg = 24,95 molů), z toho asi 99% v kostech, zejména
ve formě extracelulárních krystalů strukturou se blížících hydroxylapatitu . Je to pátý nejčastěji se vyskytující
kation v těle. Vápník se nachází se ve třech hlavních tělesných prostorách
(compartments): v kostech, měkkých tkáních (1%) a extracelulární tekutině,
přičemž prakticky všechen je v plazmě.
Hydroxylapatit (též hydroxyapatit), minerál o sumárním vzorci
[Ca5(PO4)3(OH), resp. Ca10(PO4)6(OH)2, aby se naznačilo, že
krystalová jednotka obsahuje dvě molekuly.
11.1.1. Úloha vápníku v organismu
Intracelulárně se vápník vyskytuje nepatrně, v koncentraci přibližně 10
-6
až 10
-7
mol/l, tedy až desettisíckrát
menší, než jaká je v extracelulární tekutině. V buňce plní četné fyziologické funkce, jako jsou podpora
aktivity enzymů, regulace aktivity enzymů (prostřednictvím kalcium-dependentního proteinu calmodulinu),
membránový přenos, iniciace svalové kontrakce, neuromuskulární dráždivost., sekrece hormonů,
metabolismus glykogenu a buněčné dělení. Celkem 90 – 99% intracelulárního kalcia se nachází
v mitochondriích a endoplazmatickém retikulu. Nízká koncentrace kalcia v cytozolu je udržována
transportními mechanismy v plazmatické, mitochondriální a mikrosomální membráně. Tyto procesy hrají
důležitou roli v biologické aktivitě ionizovaného kalcia. Do extracelulárního prostoru vytlačuje kalcium
kalciová pumpa.
Vápník je extracelulární ion. Má důležitou roli ve výstavbě kostí, při srážení krve, udržování normální
dráždivosti srdce, svalů a nervů, udržování selektivní propustnosti membrán a jejich stabilizace.
Přehled forem vápníku
V séru se nachází v konstantním množství 2,3 – 2,7 mmol Ca/l (jiné zdroje uvádějí např. 2,15 – 2,57
mmol Ca/l, záleží i na metodě stanovení), a to ve dvou základních formách:
 Ca nedifuzibilní (nefiltrabilní) - vázané na bílkoviny, především na albumin a částečně na globuliny
(A:G = 4:1), vazba je závislá na pH; nedifuzibilní vápník tvoří cca 30 – 50% celkového množství v séru.
 Ca difuzibilní (filtrabilní), které je dále ionizované a komplexně vázané; představuje cca 50 – 70%
celkového množství v séru, tj. 1,2 – 1,4 mmol/l
S-Ca
2,3 – 2,7
mmol/l
Ca -
nedifuzibilní
30 – 50%
celkového
Ca vázané na albumin (80%)l
Ca vázané na globuliny (20%)l
Ca -
difuzibilní
50 – 70%
celkového
Ca - ionizované
asi 95% difuzibilního
1,0 – 1,1 mmol/l
Ca - komplexně vázané
asi 5% difuzibilního
citráty, fosfáty,
hydrogenuhličitany, laktáty
aj
Aktivní
cca 0,3 mmol/l
Inaktivované
cca 0,7 mmol/l
Hydroxy(l)apatit, detail
Vzorec molekuly hydroxylapatitu
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-2
- Ionizované Ca (též volné, anglicky free) (1,0 – 1,1 mmol/l) je jednak aktivní (cca 0,3 mmol/l),
jednak inaktivované (cca 0,7 mmol/l); ionizované kalcium tvoří zhruba 95% difuzibilního kalcia a je
vlastní biologicky aktivní formou.
- Komplexně vázaný vápník (cca 5% difuzibilního kalcia) je tvořen citráty, fosfáty, bikarbonáty a
jinými vápenatými solemi kyselin (Extracelulární vápník udržuje vápník intracelulární).
Hladina v séru závisí přímo úměrně na hladině bílkovin (pokles plazmatického albuminu o 10 g/l způsobí
pokles celkového plazmatického vápníku o přibližně 10 mg/l, tj. o 0,25 mmol/l), nepřímo úměrně na hladině
fosfátů a pH a na rovnováze mezi modulátory hladiny vápníku (viz následující Regulace hladiny v krvi).
Regulace hladiny v krvi:
 parathyrin neboli parathormon (PTH), produkt příštítných tělísek, zvyšuje sníženou hladinu kalcia
v plazmě (snižuje vylučování Ca
2+
); syntéza PTH reaguje na koncentraci Ca
2+
, tzn., že
hypokalcémie vede k vyšší syntéze a výdeji PTH ;
 kalcitonin čili tyreokalcitonin (CT), produkt parafolikulárních čili C-buněk štítné žlázy, snižuje
zvýšenou koncentraci kalcia v krvi (podporuje vylučování Ca
2+
);
 kalcitriol (1,25-dihydroxycholekalciferol), vitamín zvaný také D-hormon, omezuje vstřebávání kalcia
ze střeva a přímo reguluje hladinu ionizovaného kalcia v plazmě;
 PTHrP (parathormon related protein [či peptid]) působí podobně jako PTH (tumory produkující
PTHrP mohou způsobovat hyperkalcémii). (Podrobnější schéma viz v kapitole 14).
11.1.2. Klinické poznámky
Hladina vápníku se mění s věkem, závisí na pohlaví, ročním období a mění se i během těhotenství (kdy
hladina celkového vápníku v séru klesá souběžně s hladinou albuminu, zatímco hladina volného kalcia se
nemění). U novorozenců klesá hladina vápníku prvních několik dní po porodu, pak ale rychle stoupá a
dosahuje hladin poněkud vyšších než jsou hladiny nalézané u dospělých.
Ne vždy vzájemně korelují naměřené hladiny celkového a volného vápníku. V některých případech je
výhodnější stanovovat spíše vápník volný než celkový (např. u hyperkalcémie, u chirurgických pacientů,
u hyperkalcémie spojované s maligním procesem, u novorozenců aj.). Celkový vápník bude odpovídat
ionizovanému tehdy, nebude-li změněna hladina celkové bílkoviny a v nepřítomnosti dysproteinemie.
Pro zvídavé studenty:
Stanovení ionizovaného kalcia by se měla dát přednost před stanovení celkového vápníku
 u těhotných žen a novorozenců
 při masivních transfuzích krví s obsahem citrátu či čerstvé zmražené plazmy
 u dysproteinemií, tj. při ztrátách bílkovin ledvinami, malabsorpčního syndromu, mnohočetného myelomu, chronických
aktivních zánětlivých onemocnění, pooperačních stavů, pacientů vyžadujících intenzivní péči
 u koncových stadií renálních onemocnění způsobenými změnami v pH či ztrátami proteinů
 u maligní hyperkalcemie zejména v přítomnosti normálního iPTH
 u symptomů hyperparatyroidismu.
Stanovení ionizovaného kalcia má ovšem význam pouze tehdy, není-li distribuce frakcí plazmatického kalcia ovlivněna změnami
v pH.
 Hyperkalcémie:
Příčina:
 maligní nádory,
 primární a sekundární hyperparathyreoidismus (hyperkalcémie indukovaná parathormonem),
 zvýšená koncentrace 1,25-dihydroxyvitaminu D,
 imobilizace,
 příjem thiazidových diuretik.
 Existuje i familiární hypokalciurická hyperkalcémie (snížené vylučování kalcia močí).
Projevy: zvýšení svalové kontraktility, snížení nervové dráždivosti; při hodnotách >3,5 mmol/l se objevuje
metabolická encefalopatie a gastrointestinální symptomy, změny na EKG a kardiovaskulární příznaky. Při kalcémii >4
mmol/l se mohou vyskytovat arytmie se zástavou srdce v systole, což jsou projevy s možnými fatálními důsledky pro
pacienta .
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-3
 Hypokalcémie:
Příčina:
 nejčastější příčinou je hypoalbuminémie (zde je třeba si uvědomit, že u tohoto typu hypokalcémie
nedochází ke snížení biologicky aktivní volné frakce kalcia, takže níže popsané projevy se jí netýkají);
 hypoparathyreoidismus (dochází k redukci funkcí stimulovaných parathormonem – např. střevní
absorpce kalcia, uvolňování kalcia z kostí, reabsorpce kalcia v ledvinných tubulech),
 pseudoparathyreoidismus (koncový orgán nereaguje na působení parathormonu),
 renální selhání,
 nedostatek vitaminu D a defekty v jeho metabolismu,
 malabsorpční syndrom (snížená absorpce vápníku ze střeva),
 akutní pankreatitida.
Projevy: až hypokalcemická tetanie
Z praktického hlediska je důležité vědět, že laboratoř má pro rozhodující analyty povinnost hlásit lékaři tzv. kritické
hodnoty, což umožní okamžitou lékařskou reakci a zásah. Kritické hodnoty (pro dospělé) pro sérový vápník (S-Ca), jsou
≤1,75 mmol Ca/l a ≥3,0 mmol Ca/l. Pro děti se tyto hodnoty mohou lišit.
Poznámka pro zvídané studenty: rovněž vzrůst pH vede k tetanii; při alkalizaci se proteiny více ionizují, přibývá více (záporných)
vazebných míst pro ionizovaný vápník, dochází tedy k úbytku ionizovaného kalcia v séru na úkor kalcia nedifuzibilního, tj. vázaného
na proteiny.
Praktická poznámka: při fotometrickém stanovení hladiny kalcia v moči je nutno celý obsah sbírané moči okyselit a
promíchat, aby se rozpustily případné krystaly vápenatých solí.
Exkrece vápníku močí
Stanovení v moči se indikuje v případech bolesti kostí, urolithiasy (močové kameny), u známek renálního
selhání, při dlouhodobé léčbě kortisonem, u chronických průjmů, při zvýšeném vylučování tuků stolicí a pro
rozlišení mezi familiární hypokalciurickou hyperkalcemií a primárním hyperparathyroidismem.
Snížená exkrece kalcia do moči
Hodnotí se s ohledem na jeho příjem. Snížení exkrece kalcia do moči může být způsobeno např. osteomalacií, jejíž příčinou je
nedostatek vitaminu D. U hyperkalcemie se měří 24 hodinová exkrece kalcia do moči, aby se zjistila případná přítomnost skryté
familiární hypokalciurické hyperkalcemie (viz výš).
11.1.3. Metody stanovení
1. Iontově selektivní elektroda (ISE) pro stanovení ionizovaného kalcia (Ca
2+
), které stanovuje jako
jediná metoda (ostatní metody stanovují celkové kalcium)
2. Atomová absorpční spektrometrie, referenční metoda; je podstatně vhodnější než plamenová
fotometrie
3. Plamenová fotometrie (při 622 nm), v moči interferují ionty Na
+
(589 nm), proto je nutno znát jeho
hladinu; v moči vadí i fosfáty (situaci řeší přídavek komplexonu, dojde k hoření v plameni). Plamenová
forometrie je pro stanovení kalcia metodou sice možnou, ale ne příliš vhodnou.
4. Fotometrie. Různé komplexotvorné látky jako o-kresolftaleinkomplexon, Arsenazo III a další, tzv.
metalochromní indikátory či metalochromní barviva, vytvářejí s vápníkem barevné komplexy vhodné
k fotometrii; v současnosti nalezly tyto metody své uplatnění zejména v automatických analyzátorech
(viz dále v textu).
5. Chelatometrické titrace. Některé aminopolykarbonové kyseliny (např. kyselina etylendiamintetraoctová,
EDTA, resp. její dvojsodná sůl, tzv. Chelaton III) tvoří s kationty rozpustné, málo disociované komplexy,
stálejší než komplexy s metalochromními indikátory, čehož se využívá k titracím. K připravenému
vzorku se nejprve přidá metalochromní indikátor, se kterým vápník ze vzorku vytvoří barevný komplex.
Pak se titruje chelatonem. Při titraci vytěsňuje chelaton z barevného komplexu indikátor (tvoří se
stálejší komplex s chelatonem) a v bodě ekvivalence dojde k barevné změně.
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-4
O-kresolftaleinkomplexon (CPC): 3´, 3
´´
- bis[[bis-(karboxymetyl)
amino]-metyl] – 5´, 5
´´
-di-metylfenolftalein
Dává v alkalickém prostředí s kalciem červené zbarvení, 570 – 580
nm, nelineární závislost, vliv teploty (!), poměrně nestálé činidlo ve
styku se vzduchem (nutnost časté kalibrace)
Calcein: bis[N,N-bis(karboxymetyl)aminometyl]fluorescein
Užívá se jako indikátor při komplexometrických titracích: komplex
calceinu s vápníkem absorbuje světlo vlnové délky 490 nm a
emituje světlo vlnové délky 520 nm, čili dochází k fluorescenci.
Fluorescence je zrušena titrací EDTA nebo EGTA.
O
OH
CH3
OH
N
OOH
CH3
OH
N
O
OH
O
OH
O
O
O
OHOH
N
O
OH
OOH
N
O
OH
OOH
O
O
N N
NN
OHOH
S
O
O
OH
S
O
O
OH
As
O
OH
OH
As
OH
O
OH
o-Kresolftaleinkomplexon (CPC)
Calcein
Metalochromní barviva a indikátory pro Ca (Mg)
(Látky vázající vápník za tvorby zbarvení, případně za vzniku fluorescence)
NM-BAPTA (5-Nitro-5´-Methyl-BAPTA), moderní činidlo
pro stanovení kalcia (v alkalickém prostředí) na
automatických analyzátorech, patent fy Roche.
BAPTA = 1,2-bis(o-aminofenoxy)ethan-N,N,N´,N´tetraoctová
kyselina; specifická pro kalcium; mohou se
vázat i hořečnaté a zinečnaté ionty.
Arsenazo III: kyselina 1,8-dihydroxynaftalen-3,6-disulfonová-2,7bis[azo-2]-fenyl-arzonová;
pH cca 6 (nutno pufrování); činidlo má
samo o sobě vysoký „blank“, tzn., že je intenzivně zbarvené, je ale
stálé (na rozdíl od CPC) a na dobrém fotometru dává metoda
s tímto činidlem dobré výsledky; určitou nevýhodou je, že činidlo
patří mezi jedy. S vápníkem tvoří barevný komplex, který je
možno fotometrovat při 660 nm.
Arsenazo III
NM-BAPTA
N
O
O
N
O
OH
OHO
OH O
OH
O
CH3
N
+
O
-
O
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-5
N
OH
Jiný pohled na formy vápníku
Podle Kolektiv autorů, Tietz textbook of Clinical Chemistry
Ca
2+
Ca
2+
Anion
2-
Ca
2+
Ionizované Ca
Celkový vápník
Kalcium vázané na
proteiny
[40%]
Volné kalcium
[50%]
Kalcium v komplexech
[10%]
Anionty: HCO3
,
H2PO4
-
,
HPO4
2,
citrát, laktát
Protein
n-
Ca
2+
Nedifuzibilní (nonultrafiltrabilní) vápník Difuzibilní (ultrafiltrabilní) vápník
Ca
2+
N
O
N
O
OH
OOH
O
OH
O
OH
N
O
OH
O
OH
N
O
OH
O
OH
EDTA (kyselina etylendiamintetraoctová) – pro Ca i Mg EGTA (kyselina etylenglykoltetraoctová) – pro Ca
8-hydroxychinolin - pro Mg; při
stanovení vápníku slouží jako
maskovací činidlo
Komplexotvorné látky pro vápník a hořčík
(titrační činidla pro komplexometrii = chelatometrii)
Fyziologický stav (Ca 2,15 – 2,57 mmol/l, tj. 86 – 103 mg/l)
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-6
11.2. Hořčík
Hořčík, přesněji řečeno hořečnatý kation, zaujímá čtvrté místo v pořadí iontů obsažených v lidském
organismu a seřazených podle vyskytujícího se množství. Z tohoto hlediska se jedná o druhý intracelulární
kation. Tělo průměrného dospělého jedince (cca 70 kg) obsahuje 21 – 28 g magnesia, tj. cca jeden mol.
Zhruba 60% z celkového množství je v kostech, 20% v kosterním svalstvu, 19% v ostatních buňkách a asi
1% v extracelulární tekutině (ECT). Přibližně 1/3 kosterního Mg je směnitelná – pravděpodobně zásobárna
pro ECT. Zbylé 2/3 se nacházejí v minerální vycpávce kostry. Asi 39% z celkového množství hořčíku
přítomného v těle je uvnitř buněk. V buňce se nacházejí asi 1 – 3 mmol Mg/l, záleží na metabolismu buňky.
Mezi množstvím magnesia v buňce a metabolismem buňky existuje přímá závislost.
Z gastrointestinálního traktu se běžně vstřebává kolem 20 – 30% přijatého magnesia. Záleží na potřebě
organismu i na přítomnosti dalších látek přijatých s potravou (fosfátech, proteinech, vápníku, apod.).
Vylučuje se převážně ledvinami, které mají schopnost regulovat množství vylučovaného hořčíku
Rozdělení magnesia v buňce: Většina hořčíku (tj.Mg
2+
) v buňce je navázána na proteiny a záporně nabité
molekuly, cytosolický hořčík je navázán z 80% na ATP. Významná množství hořčíku se nacházejí v jádře,
mitochondriích a v endoplasmatickém retikulu. Z celkového množství v buňce je asi 0,5 – 5% Mg volného a
tato frakce je pravděpodobně důležitá pro podporu enzymové aktivity.
V séru se nachází přibližně 0,70 – 0,99 mmol hořčíku/l. Asi 55% je volných (free), 30% je navázáno na
proteiny (především na albumin) a cca 15% je v komplexech s fosfáty, citráty a jinými anionty. Zásoby
v ETC poskytují zdroj Mg pro ITC. V erytrocytech je asi 3x více magnesia jak v séru (! hemolýza!).
Přehled rozdělení hořčíku v organismu
11.2.1. Úloha magnesia v organismu
Mnohé úlohy magnesia v organismu jsou dány skutečností, že magnesium v biologických systémech
 soutěží s vápníkem o vazebná místa na proteinech a membránách
 může tvořit cheláty (komplexy) s důležitými vnitrobuněčnými anionickými ligandy (tj. látkami, které jsou
této vazby schopny), zvláště s adenosintrifosfátem (ATP) .
Celkové Mg
(21 – 28 g; cca 1 mol)
Kosti
(60%; 0,6 mol)
Svaly
(20%; 0,2 mol)
Ostatní buňky
(19%; 0,19 mol)
ECT
(1%; 0,01 mol)
Cca 1/3 směnitelná (0,2 mol)
2/3 minerální vycpávka kostí (0,4 mol)
Volné Mg (0,5 – 5,0%)
Mg vázané
(bílkoviny, záporně nabité molekuly, ATP...)
Volné Mg (55%)
Mg vázané na proteiny (30%)
Mg v komplexech (15%)
Dvě izomerní formy komplexu
ATP-Mg
2+
.
Hořčík vytváří pnutí ve
vazbách fosfátového řetězce a
zvyšuje tak vazebnou energii.
ATP má vlastnosti
makrogergické sloučeniny.
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-7
Intracelulární hořčík katalyzuje nebo aktivuje (allosterický aktivátor) více než 300 enzymů v těle (jedná se
zejména o enzymy mající účast v buněčném dýchání, glykolýze a v přenosech dalších kationtů, jako jsou
vápník a sodík, přes membrány a samozřejmě mnoha dalších). Hořčík významně ovlivňuje propustnost a
elektrické vlastnosti membrán, rovněž ovlivňuje metabolismus vápníku. Hořčík je také důležitý při syntéze
bílkovin. Jeho přítomnost vyžadují některé regulační proteiny, jinak jsou neaktivní. Hořčík je důležitý i při
buněčném dělení, v metabolismu nukleotidů a syntéze proteinů.
Extracelulární hořčík slouží jako zdroj intracelulárního. Stabilizuje nervové axony, ovlivňuje uvolňování
tzv. neurotransmiterů (nervových přenašečů) v neuromuskulárních spojích. Snížení sérové hladiny
magnesia vede ke zvýšené neuromuskulární vzrušivosti. Hořčík zastává nezastupitelnou roli
v hemokoagulaci. Účastní se na řízení koncentrační schopnosti ledvin.
Regulace hladiny magnesia v krvi:
Ačkoliv plazmatická koncentrace magnesia je udržována v úzkých mezích, nejsou přesné fyziologické
mechanismy této regulace plně pochopeny. Z dosavadních poznatků vyplývá, že regulace absorpce hořčíku
se účastní parathormon, úloha vitamínu D je sporná. V homeostáze hořčíku a udržení jeho hladiny v plazmě
hrají významnou roli ledviny. Za normálních podmínek, kdy 80% plazmatického hořčíku je filtrovatelných, je
denně filtrováno 84 mmol hořčíku, 95% z toho je reabsorbováno a pouze 3 – 5 mmol přechází do moči.
Reabsorpce hořčíku závisí ve značné míře, na reabsorpci chloridu sodného. Z dalších faktorů, které
ovlivňují tubulární reabsorpci hořčíku, jsou to hormony PTH, kalcitonin, adiuretin, glukagon a inzulín, hladina
vápníku v plazmě (hyperkalcémie), nedostatek fosfátů (fosfátová deplece), rychlost glomerulární filtrace aj.
(viz též kapitola 14 Hormony).
Referenční hodnoty pro S-Mg: 0,70 – 0,99 mmol/l
Referenční hodnoty se zvyšují s věkem.
Kritické hodnoty pro hořčík jsou ≤0,6 mmol Mg/l a ≥1,5 mmol Mg/l.
11.2.2. Klinické poznámky
 Hypermagnesémie:
Intoxikace magnéziem není častým jevem, i když středně zvýšené hodnoty sérového magnesia jsou
pozorovatelné u zhruba 12% hospitalizovaných pacientů.
 Symptomatická hypermagnesémie je téměř vždy způsobena excesivním příjmem či aplikací
magnesiových solí. Většina těchto pacientů má jako průvodní jev renální selhání, tudíž omezenou
schopnost vylučování magnesia ledvinami. Známou příčinou je podávání antacid (léky proti překyselení
žaludku), nálevů a infuzí.
 Příčinou intoxikace magnesiem u rodiček a jejich novorozenců může být magnesiová terapie
hypertense indukované těhotenstvím (preeklampsie a eklampsie).
Preeeklampsie: závažné multisystémové onemocnění, při kterém dochází k postižení ledvin, jater, mozku, plic, placenty,
krvetvorného systému a cév. Objevuje se u lidské gravidity v šestinedělí. Je to onemocnění placenty, podílí se na zvýšení
mateřské a perinatální (období 10 dnů po porodu) mortality (úmrtnosti) i morbidity (nemocnosti). Je to těhotenstvím
podmíněná hypertenze s proteinurií a případně s edémy po 20. týdnu gravidity. Některé preeklampsie přecházejí v eklampsii.
Eklampsie: nemoc typická záchvatem křečí, který může skončit i kómatem. Vyskytuje se výhradně v těhotenství u přibližně 7%
těhotných žen. Závažný a nebezpečný stav pro matku i pro plod. Preeklampsie obvykle předchází eklampsii, ale nutně tomu
tak být nemusí.
 Dalšími příčinami mohou být familiární hypokalciurická hyperkalcemie a další.
Projevy: nejznámějšími projevy hypermagnesémie jsou neuromuskulární symptomy.
 Mezi nejčasnější signály patří vymizení šlachových reflexů (hyporeflexe), což nastává při koncentraci
sérového magnézia v rozmezí cca 2,1 – 3,7 mmol/l.
 Při koncentracích 4,1 – 4,9 mmol/l může dojít k potlačení dýchání (respirační deprese) až k zástavě
dechu díky paralýze dýchacích svalů.
 Vyšší koncentrace mohou být kardiotoxické a mohou vyústit v srdeční zástavu.
 Lze se setkat i s dalšími symptomy, jako jsou somnolence, hypotenze, nausea, zvracení a zarudnutí
kůže.
 Hypermagnesémie vede k poklesu sérové koncentrace kalcia. Má se za to, že důvodem je pokles
sekrece parathormonu (vysoké sérové koncentrace magnesia snižují sekreci PTH) a postižení orgánů
na které PTH v konečné fázi působí.
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-8
 Hypomagnesémie:
Deficit magnesia je poměrně obvyklý, vyskytuje se u zhruba 10% pacientů a kolem 65% u pacientů
v intenzivní péči. Příčinami mírných či vážných deficitů hořčíku jsou
 ztráty gastrointestinálním traktem
o zvracení
o ztráty z dolních partií střeva (obvyklejší cesta); nedostatek magnesia tak často komplikuje
akutní průjmové stavy, Crohnovu chorobu a ulcerativní kolitidu
 ztráty ledvinami, porucha resorpce, onemocnění ledvin
 malabsorpce; karence v potravě, dieta chudá na proteiny a kalorie
 akutní pankreatitida; chronický alkoholismus
 excesivní laktace druhý a třetí semestr těhotenství
 onemocnění štítné žlázy (hypoparathyreoidismus)
 některá antibiotika.
 Ke ztrátám magnesia ledvinami vedou i vzrůstající exkrece sodíku a kalcia (hyperkalcemické stavy)
Projevy: Deficit magnesia je obvykle druhotným jevem jiného chorobného stavu či léčby, takže příznaky
primární choroby mohou komplikovat či maskovat hypomagnesémii. Nedostatek Mg působí na celou řadu
orgánů. Dochází k tonickým stahům vyvolávajících až tetanické křeče, je ovlivněna vodivost nervových
vzruchů, dochází k srdeční arytmii.
 Jedním z častých projevů je zvýšená neuromuskulární dráždivost, ale dá se počítat se širokým
spektrem neuromuskulárních problémů, mezi které patří
 latentní tetanie, tetanie a (epileptický) záchvat.
 Jedna z nejvážnějších komplikací hypomagnesémie je její vliv na kardiovaskulární systém
(tachykardie, fibrilace).
 Mnohé z těchto projevů je způsobeno hypokalémií. Nedostatek magnézia vyúsťuje do markantního
vyplavení kalia z buněk a následných ztrát ledvinami. Hypokalémie je tudíž obvyklým rysem
hypomagnesémie.
Projevy deficitu magnesia připomínají symptomy hypokalcemie, k porušení homeostáze magnézia a kalcia
dochází často společně. Proto se doporučuje při klinickém hodnocení brát v úvahu hladiny obou kationtů.
Význam stanovení sérového magnesia pro hypomagnesémii:
Sérový hořčík (S-Mg) představuje asi1% celkového tělesného magnesia. Ačkoliv je tento parametr obecně používán
k hodnocení stavu hypomagnesémie, nemusí jeho hodnoty odpovídat skutečným koncentracím hořčíku v buňkách,
tedy skutečnému nedostatku draslíku. Lékař musí brát v potaz i jiné signály poukazující na možnou přítomnost
deplece hořčíku, jako je již zmiňovaná hypokalcemie, hypokalemie či zvýšená neuromuskulární dráždivost a srdeční
arytmie.
Magnesium v moči
Hladina sérového hořčíku je pro zhodnocení zásob magnesia pouze omezeně užitečným parametrem,
protože zásoby hořčíku jsou lokalizovány zejména uvnitř buněk, intracelulárně a hodnoty sérového
magnesia s nimi nekorelují. Opakovaně snížené hodnoty sérového hořčíku však silně svědčí pro skrytou
hořčíkovou deficienci. V kritických případech je užitečné stanovení exkrece hořčíku ve sbírané moči (24 h).
11.2.3. Metody stanovení hořčíku
1. Atomová absorpční spektrometrie, referenční metoda; vzorek se ředí (50x) roztokem s obsahem
lanthanu a HCl pro eliminaci aniontů; absorbuje se záření o vlnové délce 285,2 nm
2. Komplexometrické titrace, s Chelatonem III, indikátorem může být např. Eriochromová čerň T (srovnej
se stanovením vápníku)
3. Plamenová fotometrie, magnesium vysílá čáru 285,2 nm, ovšem za teplot používaných u plamenové
fotometrie emituje velmi slabě; dochází navíc k četným interferencím se sodíkem, draslíkem a
fosforečnany; metoda není vhodná pro stanovení v moči, ani pro stanovení v séru se nedoporučuje
4. Fotometrie – podobně jako u vápníku se využívá selektivní vazby hořčíku s některými
metalochromními indikátory či barvivy.
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-9
N
N
OH OH
CH3
S
O
O
OH
Mezi nejužívanější patří:
o Xylidylová modř (MAGON) (1-azo-2-hydroxy-3-[2,4-dimetylkarboxanilido]-naftalene-1´-[2hydroxybenzen])
dává s hořčíkem v alkalickém prostředí červeně zbarvený komplex měřitelný
v oblasti okolo 600 nm; přidávají se látky bránící interferenci vápníku a proteinů
Souprava BLT: Magnesium 280
o Calmagit (kyselina 1-[1-hydroxy-4-metyl-2-fenylazo]-2-naftol-4-sulfonová): s hořčíkem tvoří
v alkalickém prostředí barevné komplexy fotometrovatelné při 530 – 550 nm; přidávají se látky
bránící interferenci vápníku, bílkovinám a lipidům
o Magneson – má obdobnou strukturu jako Calmagit, pouze místo metylové skupiny obsahuje chlorid
(chlorované azobarvivo)
o Metyltymolová modř dává s hořčíkem modrý komplex; fotometrie při 600 nm; přidává se EGTA
bránící interferenci vápníku
o Arzenazo III – viz stanovení vápníku; metoda je uspořádána tak, aby bylo zabráněno interferenci
kalcia
5. Enzymové stanovení – při stanovení se využívá závislosti enzymového systému na iontech magnesia
– např. je to systém hexokináza/ATP/ADP/NADP/NADPH (srovnej např. s enzymatickým stanovením natria a
kalia, kapitola 10, str. 10-9).
Pro zvídavé studenty příklad moderní enzymové metody ABBOTT pro analyzátory ARCHITECT:
Next Generation Magnesium (3P68-21, -31), stanovení optickým testem:
6. ISE – stanovení volného magnesia v krvi, plazmě nebo séru
N
N
OH
OH O
NH
CH3
CH3
S
O
O
OHCl
Iontově-selektivní analyzátor Nova crt
serie firmy Nova biomedical, dodavatel
Tecom Analytical; např. typ 8 umožňuje
stanovení Mg
2+
Calmagit
(je-li místo šipkou označené CH3skupiny
atom Cl, jedná se o Magneson)
Xylidylová modř
(Magon)
Chemické vzorce některých metalochromních indikátorů pro Mg
OH
O
OH
O
OH
O
OH
OH
O
O
O
OH
+ CO2
Izocitrátdehydrogenáza
NADPH + H
+
Mg2+
NADP
+
Kyselina izocitronová Kyselina oxoglutarová
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-10
11.3. Fosfor
Fosfor se v organismu vyskytuje ve formě anorganických a organických fosforečnanů. Tělo dospělého
člověka obsahuje asi 600 g (19,4 molu) fosforečnanů vyjádřených jako (anorganický) fosfor (Pi).. Zhruba
85% celkového množství je v kostře a zbytek je v měkkých tkáních.
Relativní rozdělení vápníku, hořčíku a fosforu v těle
Relativní rozdělení (%)
Tkáň Vápník Fosfor Hořčík
Kostra 99 85 55
Měkké tkáně 1 15 45
ECT < 0.2 < 0.1 1
Celkem (g/mol) 1000/25 600/19,4 25/1,0
11.3.1. Význam fosforu v těle
Fosfor v ECT (plazmě) udržuje hladinu v ICT (intracelulárního fosforu), poskytuje substrát pro mineralizaci
kostí, je hlavní součástí hydroxylapatitu v kostech. Kosterní fosfor je zásobárnou fosforu.
Většina fosfátů v měkkých tkáních se nachází uvnitř buněk (je intracelulární, je to hlavní intracelulární
anion). Z drtivé většiny se jedná o organické fosfáty přítomné v nukleových kyselinách, fosfolipidech,
fosfoproteinech a makroergických sloučeninách (ATP, GTP apod.). Hrají klíčovou roli v regulaci
intermediárního metabolismu, proteinů, tuků, sacharidů, genové transkripce. Tyto fosfáty jsou rovněž
důležité pro enzymové systémy (2,3-di-P-glycerát, adenylátcykláza, hydroláza vitaminu D aj.) . Organické i
anorganické fosfáty tvoří součást pufračního systému krve.
Plazmatický/sérový fosfor: Zhruba 10% je vázáno na bílkovin, asi 35% je v komplexech s Na, Ca a Mg,
zbývajících cca 55% představuje volný (free) fosfor (fosfáty).
Přehled forem (stavů) vápníku, fosforu a hořčíku v normální plazmě
Kyselina (ortho)fosforečná může disociovat takto:
Při fyziologickém pH nemůže kyselina fosforečná existovat jako silná kyselina (H3PO4), ani jako silná báze
(PO4
3),
ale pouze ve formě mono- a dihydrofosforečnanů .Jejich poměr [H2PO4
/
HPO4
2]
se mění podle pH:
pro pH 7,4 je 1 : 4 (fyziologické podmínky); pro pH > 7,4 je 1 : 9 (alkalóza); pro pH < 7,4 je 1 : 1 (acidóza).
Referenční interval hodnot:
Plazma obsahuje přibližně 0,81 – 1,45 mmol/l (25 – 45 mg/l) anorganických fosfátů (fosforečnanů H2PO4
-
a
HPO4
2);
tato část (frakce) se rutinně stanovuje při biochemických analýzách jako tzv. anorganický fosfor Pi.
Koncentrace plazmatických fosfátů je odvislá od potravy a závisí též na sekreci hormonů, jako je
parathormon (PTH). Odchylky mohou činit až 0,48 mmol/l (15 mg/l).
U dětí je hladina plazmatických fosfátů (rovněž vyjádřená jako anorganický fosfor) přibližně 1,29 – 2,26
mmol/l (40 – 70 mg/l). Existují podrobné tabulky s hodnotami Pi odstupňované podle věku ve dnech,
měsících a létech. Hladina sérového fosforu je vyšší odpoledne a večer, doporučuje se ranní odběr.
Kritické hodnoty: <0,6 mmol/l a >3,0 mmol/l
Přibližný procentový obsah z celku
Stav
Ca P Mg
Volný (ionizovaný) 50 55 55
Vázaný na proteiny 40 10 30
V komplexech 10 35 15
Celkem (mg/l) 86 – 103 25 - 45 17 – 24
Celkem (mmol/l) 2,15 – 2,57 0,81 – 1,45 0,70 – 0,99
H3PO4 H
+
PO4
-3-
+HPO4
2-
H
+
+H
+
H2PO4
-
+
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-11
11.3.2. Klinické poznámky
 Hyperfosfatémie:
Příčina: hojení zlomenin (těžké fraktury, období léčby), u dětí normálně v období růstu, snížení funkce
příštítných tělísek, chronické poškození ledvin (chronická nefritida, tubulární insuficience),nedostatečná
činnost nadledvinek (Addisonova choroba), akromegalie (hypofyzární gigantismus), hypervitaminosy
vitaminem D (zvyšuje se resorpce ze střeva a resorpce v tubulech), diabetické ketoacidosy a laktátacidosy.
 Hypofosfatémie:
Příčina: jako následek léčby (diuretika, inzulin aj.), zvýšená funkce štítné žlázy a příštítných tělísek,
tubulární defekt resorpce fosfátů,bakteriální sepse, akutní otrava alkoholem, fenylketonurie, familiární
hypolipidémie, nedostatek vitamínu A, snížená funkce hypofýzy, hyperinsulinismus, rychle proliferující
tumory vyžadující značné množství fosforu pro svůj metabolismus.
Při poklesu Ca
2+
dojde k nárůstu P a opačně: [ Ca
2+
  P]; [ Ca
2+
 P].
Okénko do hematologie: Nedostatek fosfátů může vést ke snížení rychlosti produkce 2,3-DPG a s tím spojeným problémům
s uvolňováním kyslíku z hemoglobinu (srovnej též s textem v kapitole 10, odst. 10.3., str. 10-34 a 10-35).
Fosfor v moči (U-P)
Pro zhodnocení stavu fosfátů v organismu často nestačí jejich stanovení v séru/plazmě, proto je potřeba
stanovit fosfor i v moči. Fosfor v moči je z 95 – 100% anorganický fosfát. Vylučované množství kolísá
s věkem, svalovou hmotou, funkcí ledvin, PTH (parathormon podporuje vylučování fosfátů, rovněž kalcitonin
je mírně zvyšuje), stavem ABR, denní dobou, dietou, aj.
Nově popsané regulační molekuly se nazývají fosfatoniny, což je skupina proteinových hormonů, které snižují reabsorpci fosfátů
v ledvinách. Jsou syntetizovány zejména v osteoblastech, ale jsou produkovány i mnoha dalšími tkáněmi i některými tumory
s osteomalacií. Vyskytují se ve zvýšené koncentraci u onemocnění se zvýšeným vylučováním fosfátů.
 Zvýšený výdej fosfátů: fyzická zátěž, zvýšený příjem v potravě, snížená funkce nadledvin, katabolismus,
snížená koncentrace vápníku, acidosa, hyperparathyreosa.
 Snížený výdej fosfátů: nízký příjem bílkovin potravou, těhotenství, ledvinové choroby spojené s polyurií,
podávání inzulinu, vápníku, vitamínu D.
Praktická poznámka: (sbíranou) moč určenou ke stanovení fosforu (a vápníku!) je nutno okyselit HCl a důkladně promíchat před
odběrem vzorku (zabránění tvorby nerozpustných sraženin).
11.3.3. Metody stanovení fosforečnanů
1. Metody s molybdenanem amonným
Činidlem pro redukci může být např. N-fenyl-p-fenyldiamin, kyselina askorbová a mnoho jiných látek –
každé z nich má své přednosti a zápory. Reakce je obecně závislá na pH (vyžaduje kyselé prostředí)
Dg souprava PLIVA-Lachema Diagnostika: Fosfor UV Liquid 250 (P UV L 1x250); molybdenan amonný tvoří s fosforem za
přítomnosti kyseliny sírové sulfomolybdenanový komplex, vhodný pro fotometrické stanovení.
2. Metody s vanadičnanem amonným
Molybdát a vanadát tvoří s fosforečnany v kyselém prostředí žlutý komplex. Metoda může dávat falešně
vyšší výsledky (hydrolýza organických esterů).
Bývalá dg souprava PLIVA-Lachema Diagnostika: Fosfor (P 80); činidlem je vanadičnan amonný, výsledkem je žlutě zbarvená
kyselina molybdátovanadátofosforečná. Stanovení se provádí po předchozí deproteinaci kyselinou trichloroctovou, ve sraženině je
možno stanovit i tzv. lipoidní fosfor – přidá se kyselina chloristá a koncentrovaná kyselina dusičná a po zahřátí k mírnému varu se
postupuje, jak je uvedeno výš.
3. Metody enzymové
Bylo popsáno mnoho metod využívajících
- enzymy s koenzymem NAD resp. NADP (tvorba redukované formy, optický test)
- enzymy produkující peroxid vodíku (využití Trinderovy nebo obdobné reakce)
fosforečnan
+
molybdenan
amonný
fosfomolybdenan
amonný
fotometrie při 340 nm (UV)
fotometrie při 600 – 700 nm
po redukci na molybdenovou modř
buď
anebo
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-12
11.4. Stručné shrnutí kapitoly
11.4.1. Vápník
 Vápník je pátým nejčastěji se vyskytujícím kationtem v těle. Nachází se v kostech, v měkkých
tkáních a v extracelulární tekutině, prakticky všechen je v plazmě.
 Intracelulární vápník plní v buňce spoustu funkcí, kterými jsou zejména: aktivace a regulace (přes
kalmodulin) činnosti enzymů, membránovém přenosu, iniciace svalové kontrakce, neuromuskulární
dráždivost, sekrece hormonů, spoluúčast na metabolismu glykogenu a buněčném dělení.
 Vápník je extracelulární ion, do mimobuněčného prostoru je dopravován kalciovou pumpou. Úlohy
extracelulárního vápníku jsou: výstavba kostí, účast při srážení krve, udržování normální dráždivosti
srdce, svalů a nervů, udržování selektivní propustnosti membrán a jejich stabilizace.
 V séru se vápník se nachází navázán na bílkoviny, zejména na albumin, tzv. vápník nedifuzibilní a
jako difuzibilní, tj. v komplexech (citráty, fosfáty, laktáty, bikarbonáty vápenaté aj.) a ionizovaný, tj.
volný (aktivní a inaktivovaný).
 Hladinu vápníku udržují v krvi hormony parathormon, kalcitonin, kalcitriol a parathormonu příbuzný
protein. Přesto se hladina vápníku v krvi poněkud mění v závislosti na věku, na pohlaví, ročním
období a stavu (těhotenství).
 Hyperkalcémie může souviste s maligními nádory, hyperparathyreoidismem, zvýšenou koncentrací
viaminu D, nepohyblivostí jedince, s některými léčivy, případně může mít genetickou podstatu.
 Hypokalcémie může souviset s hypoalbuminémií, hypoparathyreoidismem, renálním selháním,
nedostatkem vitaminu D, malabsorpčním syndromem, akutní pankreatitidou.
 Volný vápník se stanovuje iontově selektivní elektrodou.
 Celkový vápník se stanovuje atomovou absorpční spektrometrií (metoda první volby) nebo
fotometricky (s arzenazo III nebo o-kresolftaleinkomplexonem).
11.4.2. Hořčík
 Hořečnatý kation zaujímá čtvrté místo v pořadí iontů obsažených v lidském organismu a seřazených
podle vyskytujícího se množství. Je to druhý intracelulární kation.
 Asi dvě třetiny celkového množství se nacházejí v kostech, asi po pětině obsahu je v kosterním
svalstvu a v ostatních buňkách, v plazmě je asi 1% celkového množství.
 Magnesium v extracelulární tekutině se vyskytuje vázané na proteiny, v komplexech a volné.
Hořečnaté kationty jsou významnými aktivátory enzymů, aktivuje na 300 enzymů. Spolupůsobí při
tvorbě makroergického ATP. Významně ovlivňuje propustnost a elektrické vlastnosti membrán,
ovlivňuje metabolismus vápníku, je důležitý při syntéze bílkovin. Jeho přítomnost vyžadují některé
regulační proteiny, jinak jsou neaktivní. Je důležitý i při buněčném dělení, v metabolismu nukleotidů
a syntéze proteinů.
 Přesné fyziologické mechanismy regulace hladiny magnesia v krvi nejsou plně pochopeny.
Z dosavadních poznatků vyplývá, že regulace absorpce hořčíku se účastní parathormon, úloha
vitamínu D je sporná. V homeostáze hořčíku a udržení jeho hladiny v plazmě hrají významnou roli
ledviny.
 Symptomatická hypermagnesémie je téměř vždy způsobena excesivním příjmem či aplikací
magnesiových solí. Nejznámějšími projevy hypermagnesémie jsou neuromuskulární symptomy,
mezi nejčasnější signály patří vymizení šlachových reflexů. Může dojít k potlačení dýchání, až k
zástavě dechu, díky paralýze dýchacích svalů.Vyšší koncentrace mohou být kardiotoxické a mohou
vyústit v srdeční zástavu.
 Hypermagnesémie vede k poklesu sérové koncentrace kalcia
 Deficit magnesia je poměrně obvyklý, vyskytuje se u zhruba 10% pacientů a asi u 65% pacientů
v intenzivní péči. Příčinami mírných či vážných deficitů hořčíku jsou ztráty gastrointestinálním
traktem, zvracení, ztráty z dolních partií střeva, ledvinami, karence v potravě, malabsorpce, akutní
pankreatitida, chronický alkoholismus, některé léky aj.
 Nedostatek Mg působí na celou řadu orgánů. Dochází k tonickým stahům vyvolávajících až
tetanické křeče, je ovlivněna vodivost nervových vzruchů, dochází k srdeční arytmii. Projevy deficitu
magnesia připomínají symptomy hypokalcemie, k porušení homeostáze magnézia a kalcia dochází
často společně. Proto se doporučuje při klinickém hodnocení brát v úvahu hladiny obou kationtů.
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-13
 Metodami stanovení hořčíku jsou atomová absorpční spektrometrie (metoda první volby) a
fotometrie (arzenazo III, xylidinová modř, tj. magon, calmagit, magneson). Lze stanovit i enzymovou
metodou s izocitrátdehydrogenázou.
 Volné magnesium se stanovuje iontově selektivní elektrodou.
11.4.3. Fosfor
 Fosfor se v organismu vyskytuje ve formě anorganických a organických fosforečnanů. Převážná
většina se nachází v kostře, zbytek v měkkých tkáních.
 Fosfor je hlavní součástí hydroxylapatitu v kostech. Většina fosfátů v měkkých tkáních se nachází
uvnitř buněk, je to hlavní intracelulární anion. Většinou jsou to organické fosfáty v nukleových
kyselinách, fosfolipidech, fosfoproteinech a makroergických sloučeninách (ATP, GTP apod.).
Organické i anorganické fosfáty tvoří součást pufračního systému krve.
 Plazmatický fosfor je vázán na bílkovin, část je v komplexech s Na, Ca a Mg a asi polovina
celkového množství je volný (free) fosfor (fosfáty).
 Hyperfosfatémie se vyskytuje při hojení zlomenin, v období růstu, při snížení funkce příštítných
tělísek, chronickém poškození ledvin, nedostatečné činnosti nadledvinek, akromegalii, u
hypervitaminos vitaminem D, diabetické ketoacidózy a laktátacidózy.
 Hypofosfatémie se nachází jako následek léčby, u zvýšené funkce štítné žlázy a příštítných tělísek,
tubulárního defektu resorpce fosfátů, bakteriální sepse, akutní otravy alkoholem, fenylketonurie,
familiární hypolipidémie, nedostatku vitamínu A, snížené funkce hypofýzy, hyperinsulinismu, rychle
proliferujících tumorů aj.
 Metody stanovení fosforečnanů jsou fotometrické, reakce fosfátů s molybdenanem amonným,
indikace reakce při 340 nm (kineticky) nebo po redukci na molybdenovou modř při 650 nm, reakce
fosfátů s vanadičnanem amonným, fotometrie žlutého komplexu, enzymové metody.
Klinická biochemie Kapitola 11. Vápník, hořčík a fosfor
11-14
OBSAH:
Kapitola 11 Vápník, hořčík a fosfor.............................................................................................................. 11-1
11.1. Vápník ............................................................................................................................................ 11-1
11.1.1. Úloha vápníku v organismu .................................................................................................... 11-1
11.1.2. Klinické poznámky .................................................................................................................. 11-2
11.1.3. Metody stanovení.................................................................................................................... 11-3
11.2. Hořčík ............................................................................................................................................. 11-6
11.2.1. Úloha magnesia v organismu ................................................................................................. 11-6
11.2.2. Klinické poznámky .................................................................................................................. 11-7
11.2.3. Metody stanovení hořčíku....................................................................................................... 11-8
11.3. Fosfor ........................................................................................................................................... 11-10
11.3.1. Význam fosforu v těle ........................................................................................................... 11-10
11.3.2. Klinické poznámky ................................................................................................................ 11-11
11.3.3. Metody stanovení fosforečnanů............................................................................................ 11-11
11.4. Stručné shrnutí kapitoly................................................................................................................ 11-12
11.4.1. Vápník ................................................................................................................................... 11-12
11.4.2. Hořčík.................................................................................................................................... 11-12
11.4.3. Fosfor .................................................................................................................................... 11-13