Физиологическая потребность в кальции
Уровень обновления кальция в костях скелета взрослого человека является объективным показателем физиологического минимума потребностей в этом элементе. Ионы кальция, необходимые для множества других функций клеток и тканей, заимствуются из более надежного костного депо, а не из пищеварительной системы, которая не может обеспечить равномерность всех обменных процессов. Остеокласты нормируют объем ионов кальция, которые отправляются из костей в кровь. В среднем это около 300 мг кальция, вырабатываемого в миллионах мельчайших углублений-лакун, расположенных на поверхности костей. Губчатые кости конечностей, таза и суставов теряют кальций быстрее, чем монолитные, защитные, такие как ребра и череп. Пища должна компенсировать компенсацию этих потерь. В ранних исследованиях баланса кальция (1951 – 1952 гг.) предполагалось, что равновесие достигается при потреблении около 300 мг кальция в день [2]. В то время механизм использования кальция костей для поддержания баланса еще не был известен. Кальций в форме ионов необходим для регуляции работы сердца, мозга, нервных волокон и гормональной системы. Этому физиологическому кальцию отдается приоритет, и поэтому необходимый уровень ионов кальция в крови обеспечивается постоянной активностью остеокластов, а не диетой. К 1970 г. были проведены десятки исследований баланса кальция улюдей разного возраста. Было установлено, что у младенцев кальций в костях полностью обновляется в течение одного года. У подростков ежегодно обновляется 20% костной ткани, у взрослых – 10, а у старых людей – 7% [3]. В тот период появилась тенденция рекомендовать более высокие дневные дозы кальция, до 800 мг. Но это был предел. При еще более высоких дозах в организме мог накапливаться лишний кальций, что создавало опасность выпадения осадков кальция в тканях и почечных канальцах.
Результаты одного из экспериментов по установлению баланса кальция, проведенного в США в 1987 г., целесообразно привести в форме таблицы [4]. В ней указан баланс кальция (в миллиграммах) у мужчин со средним возрастом 54 года.
Дополнительный кальций участники исследования получали в форме глюконата кальция, который легче усваивается в кишечнике. Результаты показывают, что дневная доза кальция в 250 мг не обеспечивает баланс у пожилых мужчин. Выделение его, в основном через желчеобразование, больше, чем поступление с пищей. В этом случае кости начинают терять свой кальций. При 820 мг не весь поступивший в организм кальций выделяется из него. 30 мг оказываются лишними и фиксируются в основном в костной ткани. Однако при потреблении 1 250 мг количество лишнего кальция увеличивается в три раза, и возможности костной ткани депонировать этот избыток могут оказаться ограниченными. Это не исключает возможности кальцификации мягких тканей, стенок сосудов и почечных канальцев. Увеличение доз кальция от 800 до 2 060 мг не приводило к большему его выделению через почки. Основной избыток кальция просто не усваивался или выводился с желчью. При дальнейшем увеличении кальция в диете нагрузка на почки становилась слишком большой, что могло вести к образованию почечных камней. Ежедневную задержку в организме лишнего кальция в количествах 100 – 160 мг нельзя считать безопасной.
Эксперименты такого типа с людьми разного возраста и пола привели в США к установлению рекомендуемой дневной дозы (РДД) кальция для мужчин и женщин старше 25 лет на уровне 800 мг в сутки. Для молодых людей 17 – 24 лет, у которых происходит процесс уплотнения костей, РДД была повышена до 1 200 мг. Такая же норма потребления кальция была рекомендована беременным и кормящим женщинам. Вскоре эти нормы были приняты ВОЗ и для других стран. Однако в Великобритании установили более низкие РДД: 700 мг для взрослых людей и 800 мг для молодых в возрасте активного роста (11 – 18 лет). Беременным и кормящим женщинам рекомендации ВОЗ сохранялись.
Поступление в организм 800 мг кальция в день обеспечивается средней нормальной диетой. Как видно из следующей таблицы, такое количество кальция содержится в 100 г сыра.
Содержание кальция в пищевых продуктах (мг на 100 г)
Таблица показывает, что нормальная диета легко обеспечивает человека необходимым количеством кальция, практически при любых комбинациях продуктов. Принимать кальций дополнительно как «биологическую добавку», или БАД, нет необходимости. Продаваемые капсулы с кальцием обычно содержат те же 800 мг каждая, иногда и больше. Тем не менее реклама сделала капсулы с кальцием наиболее популярным БАДом. В США в 2004 г. было продано кальциевых добавок к диете на 993 млн долларов [5]. В продажу, особенно через Интернет, поступает и просто карбонат кальция, то есть мел. Этот дополнительный кальций не снизил риск заболеваний костной ткани, но увеличил риски по сердечно-сосудистым болезням. Недавно был завершен обобщенный анализ пятнадцати клинических испытаний добавок кальция (calcium supplements) к диете, который проводился в течение десяти лет. Он показал, что у пожилых людей, принимавших капсулы с кальцием (500 мг в день), частота инфарктов увеличивалась на 30%. В то же время эти добавки, рекомендованные как средство, предупреждающее остеопороз, не повлияли заметно на риск переломов костей [6].
Почему болезни обмена кальция встречаются только у людей?
Все болезни обмена кальция, прежде всего рахит у детей, остеомаляция у взрослых, остеопороз у пожилых, характерны для человеческого общества. В природных популяциях животных они не встречаются. Рахит и остеомаляция (эквивалент рахита у взрослых людей) появились в человеческих сообществах лишь после того, как произошло расселение людей далеко за пределы своего первобытного ареала в Африке и Южной Азии. Рахит и остеомаляция, сопровождающиеся потерей скелетом кальция, развиваются при недостатке солнечного облучения, под действием которого в коже образуются витамин D и его гормональные производные. Жизнь в пещерах, юртах и других жилищах в районах с продолжительной зимой и полярными ночами и появление одежды, защищающей тело от холода, создали условия для аномалий обмена веществ в коже и подкожных тканях. Человек постепенно утрачивал часть волосяного покрова и меланиновую пигментацию кожи, характерную для южных рас.
На раскопках древних поселений людей ученые изучают историю болезней человека прежде всего по сохранившимся скелетам и костям. Специалисты-палеопатологи сумели датировать появление в истории человечества не только рахита и остеомаляции, но и кариеса зубов. После 40 тыс. лет периода охоты и собирательства растений переход к земледелию сопровождался сменой разнообразной диеты, богатой животными жирами и белками, относительно бедным рационом питания, основанным на злаках и корнеплодах. Количество кальция в диете могло при этом увеличиваться, но появился дефицит витамина D, который присутствует лишь в животных жирах или образуется в коже человека под действием солнечных лучей. В Европе рахит и остеомаляция появились у людей около 5 000 лет до н. э. Эти болезни стали исчезать, прежде всего в северных районах, с развитием пастбищного скотоводства и потребления молока и молочных продуктов. Добыча рыбы и морских животных в арктических зонах также избавляла людей от болезней костей. Начальные признаки остеопороза обнаруживались лишь как результат старения и мужчин, и женщин. Более явные признаки остеопороза были найдены при изучении скелетов во время раскопок древних поселений людей в Центральной Америке. Исследования показали, что такое заболевание костей сопутствовало переходу от охоты и собирательства к возделыванию кукурузы. Дефицит по витамину D осложнялся белковой недостаточностью [7].
