Fosfor | Phosphorus

1.1. Historia i pochodzenie

Fosfor (P) to pierwiastek chemiczny z grupy niemetali. Został odkryty w roku 1669 przez niemieckiego alchemika Henninga Branda. Nazwa tego minerału pochodzi od greckiego słowa “phosphoros” i w dosłownym tłumaczeniu oznacza “zwiastun światła”, co odnosi się do zjawiska emisji słabego światła pojawiającego się po wystawieniu fosforu na działanie tlenu.

Fosfor występuje w organizmie człowieka (w ilości od 700 – 900 g, głównie w kościach, jako fosforan wapnia) dokąd dostarczany jest z żywnością (m.in. w formie fosforanów, fosfolipidów i fosfoprotein). Fosfor organiczny w przewodzie pokarmowym ulega rozkładowi (hydrolizie) do postaci nieorganicznej i głównie w takiej formie jest wchłaniany z układu trawiennego. Mechanizm ten zachodzi przede wszystkim w jelicie cienkim (jelicie czczym, krętym i dwunastnicy), na zasadzie transportu aktywnego. Natomiast przyswajalność fosforu organicznego mieści się w granicach od 30% do 60% i zależy od biodostępności tego pierwiastka, stopnia aktywacji witaminy D oraz od występowania substancji, które mogą związać P (np. aluminium, kwas nikotynowy i wapń).

Z uwagi na fakt, iż fosfor jest pierwiastkiem powszechnie występującym w produktach spożywczych, a jego podaż jest zwykle wyższa niż dzienne zapotrzebowanie na ten składnik, niedobór tego minerału występuje niezwykle rzadko. Jednak istnieje kilka przypadków, w których zawartość fosforu w organizmie jest niewystarczająca. Mowa o osobach nadużywających alkoholu, stosujących leki neutralizujące nadmiar kwasu solnego w żołądku oraz żywionych pozajelitowo. Są one szczególnie narażone na niedobór fosforu (hipofosfatemię), która objawia się:

• osłabieniem siły mięśniowej
• brakiem odporności
• osteomalacją
• hemolizą
• hiperkalciurią (zwiększonym wydalaniem wapnia wraz z moczem)
• hipermagnezemią (zbyt wysokim stężeniem magnezu)

1.2. Klasyfikacja

Fosfor to niemetal należący do makroelementów. Jest on niezbędny do prawidłowego funkcjonowania organizmu. Bierze udział w licznych procesach kluczowych dla utrzymania dobrej kondycji zdrowotnej. Wspomaga przyswajanie składników odżywczych z pokarmu i przyspiesza przemianę materii. Reguluje także gospodarkę hormonalną oraz stymuluje usuwanie szkodliwych substancji wraz z moczem. Dodatkowo wspomaga pracę układu nerwowego, co wpływa korzystnie na zdolności poznawcze.

1.3. Występowanie

Fosfor występuje powszechnie, zwykle w tych samych produktach co wapń. Bogatymi źródłami fosforu są produkty zbożowe (25 – 35%), mleku i przetworach mlecznych (20 – 30%), jak również mięsie i wędlinach (20 – 25%). Zawartość fosforu w diecie przeciętnej osoby dorosłej jest wysoka, ponieważ związki tego niemetalu znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym, jako substancje klarujące, stabilizujące, emulgatory i zagęszczacze, dzięki czemu odpowiadają m.in. za barwę, smak, trwałość, strukturę i konsystencję produktu (są oznaczone symbolami E338-E341, E450-E451, E460 – E469). Fosfor naturalnie występujący w surowcach (mięsie, rybach, mleku, strączkach) jest istotnie mniej wchłaniany w przewodzie pokarmowym, niż fosforany nieorganiczne, stosowane jako dodatki do żywności, ponieważ znacznie łatwiej ulegają hydrolizie. Obecnie szacuje się, że zawartość tych drugich w przeciętnej diecie może sięgać nawet do 1000 mg/dzień.

Najcenniejszym źródłem fosforu organicznego w diecie są wysokoproteinowe produkty pochodzenia zwierzęcego, ponieważ minerał ten występuje w nich w formie związanej z białkami i innymi cząsteczkami, zawierającymi atomy węgla, dzięki czemu przyswajalność fosforu z tego rodzaju żywności jest wyższa. Natomiast w produktach pochodzenia roślinnego pierwiastek ten występuje głównie w postaci kwasu fitynowego i fitynianów. Aby taki fosfor mógł zostać zaabsorbowany w układzie trawiennym, fityna musi zostać rozłożona przez fitazy (enzymy pochodzące z roślin). Z uwagi na fakt, iż synteza tych enzymów nie zachodzi w sposób naturalny w organizmie człowieka, biodostępność P w produktach pochodzenia roślinnego jest relatywnie niska (mieści się w granicach od 10 – 30%). Dlatego pomimo, że w np. pełnych ziarnach zbóż i orzechach, zawartość fosforu jest wysoka, ich spożycie ma istotnie mniejszy wpływ na stężenie tego pierwiastka we krwi. W tabeli 1 zestawiono zawartość fosforu w wybranych produktach spożywczych.

 Zawartość fosforu w wybranych produktach spożywczych pochodzenia zwierzęcego:

• Parmezan 810 mg/100g
• Sery żółte 400 – 600 mg/100g
• Żółtko jaja 590 mg/100g
• Sery typu camembert, brie 310 – 38 0mg/100g
• Sardynka, mintaj, śledź 270 – 340 mg/100g
• Mleko w proszku, mleko zagęszczone 210 – 270 mg/100g
• Ryby 180 – 270 mg/100g
• Mięso, wędliny 100 – 250 mg/100g
• Jaja 240 mg/100g
• Sery twarogowe 170 – 240 mg/100g
• Jogurt naturalny, mleko kozie/owcze 120 – 160 mg/100g
• Mleko, napoje mleczne, śmietana 80 – 100 mg/100g

Zawartość fosforu w wybranych produktach spożywczych pochodzenia roślinnego:

• Kasza gryczana, płatki owsiane, otręby pszenne 410 – 1280 mg/100 mg
• Orzechy, nasiona, pestki 330 – 780 mg/100 mg
• Kiełki i suche nasiona roślin strączkowych 150 – 740 mg/100 mg
• Kasza, ryż, makaron 100 – 380 mg/100 mg
• Chleb żytni, pumpernikiel 200 – 330 mg/100 mg
• Czekolada 190 – 270 mg/100 mg
• Pieczywo 120 – 200 mg/100 mg
• Suszone owoce, czarne porzeczki 50 – 130 mg/100 mg
• Warzywa 20 – 120 mg/100 mg
• Płatki kukurydziane, kasza manna 30 – 100 mg/100 mg
• Owoce 10 – 40 mg/100 mg
• Cebula, burak, rzodkiewka 15 – 20 mg/100 mg

Fosfor działa głównie jako składnik strukturalny kości i zębów, kwasów nukleinowych (DNA, RNA), błon komórkowych (fosfolipidy), mózgu, związków wysokoenergetycznych (ATP, ADP, AMP) i koenzymów. Bierze czynny udział w szlakach produkcji oraz magazynowania energii w wiązaniach fosforanowych (ATP) i krwi buforowej (przez co uczestniczy w utrzymaniu prawidłowego pH krwi). Kontroluje także transkrypcję genów, stanowi kofaktor niezliczonych systemów enzymatycznych niezbędnych w metabolizmie węglowodanów, lipidów i białek. P uczestniczy w aktywacji enzymatycznej, poprzez fosforylację katalityczną, co stanowi ważny etap w procesie przetwarzania bodźców hormonalnych w komórkach docelowych w specyficzny efekt czynnościowy. Ponadto fosfor indukuje transdukcję sygnałów (proces wprowadzenia nowego genu do komórki), przez co wpływa na różne funkcje narządów, od wydalania przez nerki po odpowiedź układu odpornościowego. Występując w postaci wysokoenergetycznych związków fosforanowych pierwiastek ten przyczynia się do potencjału metabolicznego. Fosfor jest także niezbędnym składnikiem układu buforu kwasowo-zasadowego, ponieważ jego jon odgrywa kluczową rolę w równowadze kwasowo – zasadowej. Stężenie fosforu w organizmie jest regulowane w dużej mierze przez parathormon (PTH), który promuje uwalnianie tego minerału z kości i jego wydalanie przez nerki poprzez zmniejszenie resorpcji w kanalikach nerkowych.

2.1. Wpływ na układ nerwowy

Około 20% fosforu w organizmie dorosłego człowieka uczestniczy w przewodzeniu bodźców nerwowych, bądź stanowi budulec błon komórkowych tkanek miękkich, w tym mózgu, przez co pierwiastek ten jest niezbędny do prawidłowego rozwoju i funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego. Związki fosforu biorą czynny udział w aktywowaniu komórek nerwowych oraz w syntezie neuroprzekaźników. Ponadto są one źródłem energetycznym dla neuronów i stanowią element ich błony komórkowej. Udowodniono, że w wyniku znacznych nieprawidłowości stężenia fosforu we krwi, w organizmie mogą wystąpić objawy neurologiczne – zaburzenia poznawcze lub zmiany neurodegeneracyjne. W wyniku hipofosfatemii (niedoboru fosforu) dochodzi do istotnych zaburzeń funkcji poznawczych, objawów czuciowych i nerwowo-mięśniowych, które w przypadku bardzo dużych niedoborów tego pierwiastka mogą być znacznie nasilone. Początkowym objawem są parestezje skóry wokół ust, kolejno obserwuje się opadanie powieki, utrudnienia w przełykaniu oraz osłabienie kończyn, które może narastać nawet do całkowitego porażenia.

2.2. Wpływ na układ kostny

Głównymi składnikami mineralnymi kości są wapń i fosfor, które występują w postaci kryształów hydroksyapatytu (tzw. uwodnionego fosforanu wapnia) osadzonych w matrycy kolagenu, a P dodatkowo występuje w formie fosfoprotein tkanki podporowej kości. Aby mineralizacja kośćca mogła odbywać się prawidłowo, tworzące tę tkankę jony mineralne (w tym kationy fosforu) muszą być obecne w stężeniach fizjologicznych w płynach zewnątrzkomórkowych. Fosfor odpowiada więc za utrzymanie kości w dobrym stanie, zwiększa ich wytrzymałość i twardość. Podobnie wpływa na poprawę zdrowia zębów. Udowodniono, że stosunek wapnia do fosforu w diecie wpływa na gęstość kości. Spożywanie pokarmów o niskiej zawartości wapnia i wysokiej zawartości fosforu, zwłaszcza żywności z dodatkiem fosforanów, dodatkowo pogarsza obrót kostny.

Z przeprowadzonych badań wynika, że nadmierne spożywanie fosforanów używanych jako dodatki do żywności ma szkodliwy wpływ na metabolizm kości oraz minerałów zarówno u ludzi, jak i u zwierząt. Zaobserwowano zależne od dawki zmniejszenie powierzchni i objętości beleczek kostnych, zmniejszenie liczby komórek kościotwórczych (osteoblastów) a zwiększenie kościogubnych (osteoklastów). Wysoka podaż fosforu nieorganicznego (pochodzącego z żywności przetworzonej) jest szkodliwa dla struktury kości, ponieważ pierwiastek ten, występujący w formie syntetycznych związków – fosforanów, zwiększa wydzielanie parathormonu, co niekorzystnie zwiększa obrót kostny (hiperfosfatemia pobudza sekrecję PTH a hipofosfatemia hamuje). W przeciwieństwie do ciągłego nadmiernego wytwarzania PTH, jego przerywana aktywność, możliwa podczas spożywania optymalnych ilości fosforu organicznego, stymuluje tworzenie struktury kości i zwiększa masę beleczek kostnych.

2.3. Wpływ na układ pokarmowy

Fosfor stanowi kofaktor wielu systemów enzymatycznych niezbędnych w metabolizmie węglowodanów, lipidów i białek, dzięki czemu normalizuje pracę układu pokarmowego. Wpływa na wytwarzanie PTH, co pozwala na utrzymanie stężenia wapnia w zakresie normy poprzez zwiększenie jego absorpcji z układu trawiennego. Spadek stężenia fosforanów w surowicy stanowi bezpośredni stymulator syntezy kalcytriolu (1,25-dihydroksycholekalciferolu, czyli aktywnej biologicznie formy witaminy D). Zwiększa on resorpcję związków fosforanowych w jelitach, a gdy brakuje PTH – zwiększa wchłanianie fosforanów w kłębuszkach nerkowych. Fosforany również regulują stężenie 1,25-dihydroksycholekalciferolu i gdy w surowicy ma miejsce ich wzrost, wówczas wytwarzanie kalcytriolu maleje, co prowadzi do obniżenia jelitowej wchłanialności wapnia.

Fosfor odpowiada za wzrost wchłanialności niektórych składników pokarmowych i witamin. Np. absorpcja ryboflawiny (witaminy B2) w jelitach następuje równocześnie z fosforylacją w komórkach błony jelitowej, w wyniku czego powstaje fosforan ryboflawiny, który jest również nazywany flawinomononukleotydem (FMN). Co więcej, fosfor organiczny wprowadzany do organizmu z pożywieniem w odpowiedniej ilości stymuluje metabolizm, co zapobiega przybieraniu na wadze i ułatwia kontrolę masy ciała.

2.4. Wpływ na układ wydalniczy

Proces wydalania fosforu przez nerki wraz z moczem to główny mechanizm regulacji jego stężenia we krwi – w ten sposób z organizmu usuwane jest ponad 65% tego pierwiastka. Udowodniono, że zaburzenia metabolizmu fosforu są niezależnymi czynnikami warunkującymi wzrost ryzyka wystąpienia przewlekłej choroby nerek (PChN lub CKD, ang. chronic kidney disease). Narządy te biorą udział w regulacji stężenia fosforu w ustroju poprzez kontrolę ilości osocza przefiltrowanego przez kłębuszki nerkowe do postaci moczu pierwotnego, dzięki czemu poziom fosforanów jest wskaźnikiem czynności nerek. Zaleca się ograniczenie spożywania fosforu nieorganicznego w terapii przeciwko PChN. Za homeostazę fosforu odpowiedzialne są trzy główne hormony: PTH, czynnik wzrostu fibroblastów 23 (FGF23) i 1,25-dihydroksywitamina D (1,25D). Przejściowe zwiększenie stężenia fosforanów w surowicy powoduje zwiększone wytwarzanie PTH, co intensyfikuje konwersję 25-hydroksywitaminy D do 1,25D przez nerkowy enzym CYP27B1 (1α-hydroksylazę). PTH i FGF23 indukują wydalanie P z moczem poprzez hamowanie kotransporterów nerkowo-fosforanowych. Ponadto fosfor wspomaga odfiltrowywanie i usuwanie z organizmu zbędnych produktów przemiany materii, a także metabolitów leków i innych szkodliwych toksyn.