Elemente Legate de Bioanorganica Fosforului

CUPRINS

INTRODUCERE

CAPITOLUL I. GENERALITĂȚI DESPRE FOSFOR

1.1 Descoperirea fosforului

1.2 Starea naturală

1.3. Obținerea fosforului

1.4 Alotropia fosforului

1.5 Proprietăți chimice

1.6. Proprietăți fiziologice

1.7 Recunoașterea și determinarea fosforului

1.8. Întrebuințările fosforului și a compușilor acestuia în natură

CAPITOLUL II. FOSFORUL ÎN PLANTE

2.1 Generalități

2.2 Fosforul în sol

2.3 Asimilarea și translocarea fosforului în plante

2.4 Implicarea fosforului în transferul genetic și transportul nutrienților în plante

2.5 Carența și excesul de fosfor la plante

CAPITOLUL III. FOSFORUL ÎN ORGANISMUL UMAN

3.1 Surse alimentare de fosfor

3.2 Metabolismul fosforului

3.3 Tulburări ale metabolismului fosforului

3.3.1 Hipofosfatemia

3.3.2 Hiperfosfatemia

3.4 Implicațiile fosforului în metabolismul osos

3.4.1 Metabolismul osos

3.4.2 Efectele fosforului alimentar asupra oaselor

CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

INTRODUCERE

Fosfor este unul dintre cele mai abundente minerale din organism. Împreună cu calciul, acești 2 nutrienți importanți se găsesc în hidroxiapatită, componentă esențială din structura osoasă. Aproximativ 85% din fosforul din organism poate fi găsit în oase și dinți, dar este, de asemenea prezent în celulele și țesuturile intregului organism.

Fosforul ajută la eliminarea toxinelor din rinichi și joacă un rol esențial în modul în care este folosită rezerva energetic din organism. De asemenea, ajută la reducerea durerilor musculare după un antrenament greu. Fosforul este necesar pentru creșterea, întreținerea și repararea tuturor țesuturilor și celulelor, precum și pentru sinteza ADN-ului și ARN-ului. Fosforul este de asemenea necesar pentru a ajuta la echilibru și în utilizarea altor vitamine si minerale, inclusiv vitamina D, iod, magneziu sau zinc.

Lucrarea reprezintă un studiu bibliografic al literaturii de specialitate care prezintă elemente legate de bioanorganica fosforului.

Lucarea este structurată în trei capitole. În primul capitol sunt detaliate câteva generalități în ceea ce privește descoperirea fosforului, starea naturală, obținerea fosforului, alotropia fosforului, proprietăți chimice, proprietăți fiziologice, recunoașterea și determinarea fosforului și întrebuințările fosforului și a compușilor acestuia în natură .

Capitolul doi tratează speciația fosforului în sol, asimilarea și translocarea fosforului în plante, implicarea fosforului în transferul genetic și transportul nutrienților în regnul vegetal precum și carența și excesul de fosfor la plante.

Ultimul capitol se axează pe prezența și implicațiile fosforului în organismul uman, sursele alimentare de fosfor, metabolismul fosforului, tulburări ale metabolismului fosforului (hipofosfatemia și hiperfosfatemia), implicațiile fosforului în metabolismul osos .

Lucrarea se încheie cu concluziile finale și bibliografia.

CAPITOLUL I. GENERALITĂȚI DESPRE FOSFOR

1.1 Descoperirea fosforului

Descoperirea fosforului a fost realizată în mod accidental de către un alchimist din Hamburg pe nume Hennig Brand, în anul 1669, în timp ce încerca să extragă piatra filozofală din urină (Figura 1). Distila urina într-o retortă și calcina reziduul în lipsa aerului, folosind nisipul, astfel H. Brand a obținut o substanță albă ce emana lumină în întuneric, numind-o ,,foc rece”.

Acest procedeu a fost redescoperit mai târziu (1770) de către J. Kunckel în Germania și de J. G. Gahn în Anglia, iar K.W. Scheele a stabilit o nouă metodă de obținere, care a fost îmbunătățită de L.N Vanquelin și A.Fr. Fourcroy. Substanța obținută a fost numită fosfor (purtător de lumină). Fosforul a fost considerat ca element pentru prima dată de către A.L. Lavoisier.

Figura 1. Alchimistul Hennig Brand facând experimentul pe urină, Hamburg, 1669

1.2 Starea naturală

Fosforul nu poate exista singur în natură deoarece are o afinitate pentru oxigen, astfel că se găsește sub formă de fosfați. Fosforitul, înainte considerat un difosfat tricalcic Ca3(PO4)2, prezintă o combinație între hidroxiapatită 3Ca3(PO4)2∙Ca(OH)2 și carbonato-apatită 3Ca(PO4)2∙Ca(HCO3)OH. Este caracterizat printr-o culoare cenușie, gălbuie sau uneori neagră ce se poate datora prezenței substanțelor bituminoase.

Apatita – 3Ca(PO4)2∙Ca(F,Cl)2 este cel mai important mineral. În rețeaua cristalină fluorul este substituit de Cl-, Br-, OH- , ½ CO3 2- . Fosforul este substituit de către arseniu si vanadiu. În funcție de elementul care predomină, compusul se poate numi cloroapatită sau fluoroapatită.

Fosfații de magneziu sunt Mg(PO4)3∙MgF2 (wagnerita) și NH4MgPO4∙6H2O (struvita), cei de aluminiu sunt 4AlPO4∙2Al(OH)3∙9H2O(wawelita) și LiAlPO4F(amblygonita), iar fosfații de fier sunt Fe2(OH)3PO4 (dufrenita). Xenomita YPO4 și monazite (La,Ce)PO4 sunt fosfați ai pamânturilor rare. În natură se întâlnesc și fosfați uraniferi precum turcuoaza Cu Al6(PO4)3(OH)8∙5H2O și turbeonita Cu(UO2)2(PO4)2∙12H2O. Fosfatul de plumb numit phyromophit 3Pb3(PO4)2PbCl2 este izomorf cu apatite și mimetezita 3Pb3(AsO4)2∙PbCl2 și 3Pb3(VO4)2∙PbCl2.

În Suedia, Norvegia, Austria, Ungaria, Belgia, Franța, Spania, Rusia, SUA, Peru, Algeria, Tunisia, Maroc și Oceania se găsesc un număr mare de zăcăminte calcaroase și fosforice. În Africa de Nord fosfații conțin câteva grame de uraniu la tonă.

Fosfații naturali se împart în 3 grupe: fosforiți, fosfații impuri de origine animal, care au compoziție apropiată de cea a apatitei, guanoul ce provine din putrefacțiile dejecțiilor și a cadavrelor păsărilor marine, care au în structural lor atât fosfat de calciu și magneziu cât și acid oxalic și ultima grupă este repzentată de caprolite, ce provin din excrementele unor reptile.

Pământul arabil nu conține acid fosforic. Recoltele successive sărăcesc solul. Fosforul din plante poate trece la animale și om. Acidul fosforic se găsește în roci într-o cantitate mică.

În nordul Suediei minereurile de fier conțin fosfați. Fosforul, pus în libertate în cuptoarele înalte, poate modifica proprietățile produselor. Prin procedeul Thomas se elimină fosforul sub formă de zgură care se poate folosi în agricultură. Făina Thomas este Ca4P2O9 ce se poate scrie și ca fosfat basic de calciu Ca(PO4)2∙CaO. Fosforul se mai poate găsi în cărbuni, petrol, apa de mare și grindină. În păr, unghii, dinți și oasele vertebratelor conțin fosfor sub formă de hidroxiapatită și carbonato- apatită. În urină și sânge se găsește ca fosfați sau materii organice. În urină, fosfatul este în cantitate de 2-3 g/l, exceptând cazurile patologice. Lecitina și nucleina din creier, de asemenea, conțin o cantitate însemnată de fosfor.

1.3. Obținerea fosforului

Fosforul se poate obține numai industrial din oasele animalelor sau din fosfații minerali. Oasele conțin 25-30% oseină, 52-68 % Ca3(PO4)2, 0-2% Mg3(PO4)2, 2-10% CaCO3 și alte săruri până la 2 %.

Procedee de obținere a fosforului:

a. Procedeul K.W. Scheele sau a lui J.Pelletier. Prin acest procedeu se distruge oseina arzând oasele la roșu viu. Cenușa se culege apoi se pulverizează. Ea conține circa 40 % P2O5 și alți oxizi de Ca, Fe, Al, etc. Cenușa se amestecă cu apă caldă, se tratează cu acid sulfuric în cantitate calculată și apoi se filtrează sulfatul de calciu:

Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = 2CaSO4 + CaH4(PO4)3

Lichidul evaporat la consistență siropoasă este amestecat cu cărbune și calcinat moderat pentru a transforma difosfatul tetrahidrocalcic în dimetafosfat de calciu:

CaH4(PO4)2 = Ca(PO3)2 + 2H2O

care este redus la roșu. Distilarea fosforului începe la 750º C și se termină la 1200º C:

3Ca(PO3)2 + 10C = P4 + Ca3(PO4)2 + 10CO

2Ca(PO3)2 + 5C = P2 + Ca2P2O7 + 5CO

Vaporii se condensează în apă.

b. Procedeul Coignet(1900) Oasele degresate se tratează cu acid clorhidric diluat. Oseina nu este atacată. Fosfatul trece în sare monocalcică și se precipită cu hidroxid de calciu(II) ca difosfat de dihidrigen și dicalciu Ca2H2(PO4)2:

Ca3(PO4)2 + 4 HCl = 2CaCl2 + CaH4(PO4)2

CAH4(PO4) + Ca(OH)2 = Ca2H2(PO4)2 + 2H2O

Fosfatul dicalcic se tratează cu acid sulfuric formându-se sulfat de calciu insolubil, care se filtrează și acid sulfuric care se concentrează la 60ºBé, se amestecă cu cărbune de lemn și se încălzește ușor. Acidul fosforic se transformă în acid metafosforic și apoi printr-o nouă ridicare a temperaturii acesta se reduce la fosfor:

Ca2H2(PO4)2 + 2H2SO4 = 2CaSO4 + 2H3PO4

H3PO4 = HPO3 + H2O

4HPO3 + 12C = P4 +2H2 + 12CO

Întrucât acidul clorhidric alterează oseina, aceasta se poate extrage în majoritate cu apă, sub presiune. Reziduul se tratează apoi prin prima metodă.

c.Procedul Fr.Wöhler(1829). Principiul constă în încălzirea în cuptor electric a unui amestec de fosfat, dioxid de siliciu(30%) și cărbune (10%). Dioxidul de siliciu deplasează acidul fosforic, care este redus de cărbune la 1300- 1450ºC. Numai în prezența cărbunelui, reducerea are loc la 1500ºC.

2Ca2(PO4)2 + 6CaSiO3 + 2P2O5 ΔH = 2∙132 kcal

2P2O5 + 10C = 10CO + P4 ΔH = 2∙233 kcal

Difosfatul de tricalciu poate fi redus direct prin încălzire ușoară de cărbune la P2Ca3, care cu apa furnizează fosfină sau la 1500ºC direct la fosfor (H.Moissan- 1899)

Ca3(PO4)3 + 14C = 2P + 8CO + 3CaC2

Cuptorul de reducere conține un anod format din cocs și un catod format din cărbune, suspendat în încărcătura cuptorului la fundul căruia se adun zgura. Cuptorul este construit din oțel și căptușit cu cărămizi refractare. Fosforul și oxidul de carbon rezultați în reacția de mai sus trec prin camere de praf. Fosforul se condensează cu apa din vasul de congelare depunându-se ca fosfor topit la fund. Cuptorul este acoperit pentru a evita oxidarea cu ajutorul oxidului de carbon. Întrucât o parte din vaporii de fosfor nu se condensează,amestecul de vapori și oxid de carbon, se trece printr-o baterie de turnuri verticale unite la părțile superioare și inferioare prin tuburi colectoare înclinate, în care se adună fosforul topit la 50ºC. Pe la partea superioară se elimină oxidul de carbon care este ars. Ultimele urme de fosfor se rețin într-o soluție de sulfat de cupru care curge într-un turn în contracurent cu gazele. Arzând oxidul de carbon se recuperează o parte din căldură.

Zgura este folosită ca neutralizant sau corectiv al terenurilor agricole sau ca aglomerant, singură sau amestecată cu ciment. Folosind în locul silicei o parte de alumină se obține un silicat alumino-calcic direct utilizabil ca ciment. Prezența fierului în minerale dăunează deoarece se formează fosfură de fier care produce pierderi de curent și corodează vasul. În vasul de congelare se depune fosfor topit galben și deasupra un nămol de fosfor care conține circa 10 % fosfor și din care se poate recupera fosforul.

Prin reducerea fosfaților metalelor alcalino-pământoase numai cu cărbune se formează fosfură de (L. Hackspill și A.Boyer-1950):

Ca3(PO4)2 + 8C = Ca3P2 + 8CO

Hidrogenul reduce ușor fosfații metalelor care nu se combină cu fosforul la o temperatură joasă (P. Jolibois). Fosforul alb se mai poate obține și se pe baza reacțiiei:

6NaPO3 + 10 Al + 3SiO3 = 6P + 5Al2O3 + 3Na2SiO3

Purificarea fosforului

Procedeul F.Wöhler furnizează fosforul cel mai pur. Fosforul brut conține atât fosfor roșu, carbon, cât și compuși ai siliciului și arseniului din acidul sulfuric.

Fosforul se purifică întâi prin metode fizice, adică se filtrează în stare topită pe negru animal și apoi prin piele de căprioară la o anumită presiune. Apoi se distilă cu vapori de apă în atmosferă de oxid de carbon sau vid.

Prin metode chimice se poate trata cu un amestec sulfocromic sau cu hipobromit de sodiu care nu atacă decât fosforul sticlos și dizolvă arsenul. O purificare înaintată nu se face decât pentru cercetări științifice. Fosforul alb se toarnă în forme cilindrice care se introduc în cutii de oțel, albe, închise ermetic și umplute cu apă. combină cu fosforul la o temperatură joasă (P. Jolibois). Fosforul alb se mai poate obține și se pe baza reacțiiei:

6NaPO3 + 10 Al + 3SiO3 = 6P + 5Al2O3 + 3Na2SiO3

Purificarea fosforului

Procedeul F.Wöhler furnizează fosforul cel mai pur. Fosforul brut conține atât fosfor roșu, carbon, cât și compuși ai siliciului și arseniului din acidul sulfuric.

Fosforul se purifică întâi prin metode fizice, adică se filtrează în stare topită pe negru animal și apoi prin piele de căprioară la o anumită presiune. Apoi se distilă cu vapori de apă în atmosferă de oxid de carbon sau vid.

Prin metode chimice se poate trata cu un amestec sulfocromic sau cu hipobromit de sodiu care nu atacă decât fosforul sticlos și dizolvă arsenul. O purificare înaintată nu se face decât pentru cercetări științifice. Fosforul alb se toarnă în forme cilindrice care se introduc în cutii de oțel, albe, închise ermetic și umplute cu apă. Dacă cutiile cu fosfor se răcesc puternic se adaugă puțin alcool pentru a scădea temperatura de congelare a apei.

Fosforul roșu

Fosforul roșu se obține din fosfor alb, sub acțiunea căldurii, luminii, radiațiilor radiului și a efluviilor electrice. Iodul catalizează transformarea fosforului alb dizolvat în disulfură de carbon sau tribromura de fosfor, în fosforul roșu. Seleniul, sulful și halogenurile de fosfor sunt catalizatori ai transformării fosforului alb dizolvat în difenilamină, în fosfor roșu. Mici cantități de iod (1 g la 400 g P) formează triiodura de fosfor, în care fosforul alb se dizolvă trecând repede în fosfor roșu cu degajare de căldură. Reacția:

Palb→Proșu ΔH = 4,22 kcal

Este greu de condus, deoarece trebuie evitată încălzirea masei la 280ºC, temperatura de fierbere a fosforului, când acesta se volatilizează.

Procedeul A.V. Schrötter (1848)

Se lucrează în autoclave de oțel la 1,5- 2,5 atm. Se încălzește fosforul alb încet la 200ºC. Apoi se ridică temperatura la 260ºC unde se menține circa 12 zile. În ultimele ore se poare ridica temperatura la 270ºC și chiar 280ºC. Toată operația durează două săptămâni. Masa obținută se pulverizează sub apă și se tratează cu o soluție diluată de hidroxid de sodiu care dizolvă fosforul alb netransformat. Produsul uscat, centrifugat, spălat și uscat în vid se împachetează în cutii de lemn sau de tablă.

Fosforul roșu a fost obținut de W. Hittorf, încălzind fosforul alb dizolvat în plumb topit într-un tub închis 8-10 ore. După răcirea topiturii și atacarea plumbului cu acid azotic se separă cristalele monoclinice. S-a obținut și condensând vaporii de fosfor pe un perete rece la o temperatură convenabilă(W.L Roth,T.W. de Witt și A.J.mith 1948).

Fosforul negru

Încălzind fosforul obișnuit la 200 ºC și sub presiune la 12000 kgf/cm2 sau la 25ºC și sub 35000 kgf/cm2. P.W. Bridgmann (1914-1917) a obținut o varietate neagră de fosfor(W. Ipatieff și W.Nicolaeff 1928).

Fosforul coloidal

Majorând fosfor roșu în apă și decantând, se obține fosfor coloidal care coagulează cu un electrolit. Se mai obține o soluție coloidală iluminând cu lumină ultravioletă o soluție de fosfor alb și disulfura de carbon. Iau naștere particule fine de fosfor roșu.

Proprietăți fizice. Pe baza interpretării mecanic-cuantice a datelor spectroscopice , atomul neutru de fosfor are următoarea configurație electronică: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3. În stare solidă fosforul este incolor și transparent, flexibil și moale. Sub influența luminii se transformă într-o masă albă și opacă. Prin sublimare din soluții de disulfură de carbon fosforul alb se depune în stare cristalină. Se obțin fie octaedri regulați, fie dodecaedri romboidali foarte refrigerenți. Unele proprietăți sunt prezentate în tabelul I.

Tabel I. Principalele proprietăți ale fosforului

Spectrele de raze X, de fluorescență, de absorbție și de difracție de electroni indică pentru molecula P4 (L.Pauling și M. Simonetta 1952). Energia de deformare a legăturii este de 22,8 kcal/mol pentru un unghi de 60ºC în molecula P4. Unghiul mic indică o puternică constrângere în molecula compatibilă cu reactivitatea sa.

Fosforul este aproape insolubil în apă și alcool, puțin solubil în glicerină, acid acetic, mai solubil în eter, clorură de sulf, triclorură de fosfor, tribromură de fosfor și foarte solubil în disulfură de carbon.

Încălzind fosforul alb la diferite temperaturi, P.W. Bridgmann (1914) a arătat că prezintă un punct de transformare. Cu raze X s-a confirmat faptul că la temperatura obișnuită el cristalizează în cel hexagonal.

Fosforul alb se topește între 44 și 44,2ºC și 1,485 la temperatura de fierbere. Temperatura de fierbere este de 280,5ºC.

În fosforul alb topit, molecula are tot o structură tetraedică. Chiar la temperatura camerei, presiunea de vapori este mare, motiv pentru care poate fi ușor distilat la 100ºC cu vapori de apă.

Presiunea de vapori corespunde formulei P4. La 800ºC începe scindarea în molecule P2. La 1200 ºC, 50% din moleculele P4 sânt disociate în P2 trec în atomi.

S-au izolat șase izotopi radioactivi ai fosforului (0,28s),(4,5s), (2,5 min), toți β+ radioactivi și (14,5 zile),(24,8 zile) și (12,4s) toți β- radioactivi. Izotopul 32 este utilizat în cercetări analitice și biologice. Se obțin din sau din fosforul roșu(J.M.Hollander,I.Perlman,G.T.Seaborg 1953).

Fosforul roșu a putut fi topit sub presiune în tub închis la circa 600ºC. El este foarte puțin volatil în raport cu cel alb. Vaporii emiși la 1000ºC corespund moleculelor P4 care se disociază ulterior . Fosforul roșu solid trebuie privit ca un polimer înalt. Structura sa cristalină este cea a fosforului negru ca distanțe interatomice totuși mai mari. Schema alăturată arată că fiecare atom de fosfor este legat prin două legături de doi atomi din același strat și prin a treia de atomi din straturi vecine (Figura 2).

Figura 2. Structura fosforului roșu

Între straturile duble paralele la distanța este 3,24Å(Forțe J.O. der Waals). Densitatea cristalelor monociclice este de 2,35 iar duritatea sa este 3,5 și temperatura de aprindere 430-440ºC.

Fosforul negru ca și fosforul roșu este insolubil în dizolvanții fosforului alb. Densitatea este 2,69. Conduce curentul electric. Se aprinde la 490ºC. Ca și fosforul roșu prezintă structură asemănătoare grafitului. Structura determinată cu raze X indică o reprezentare în straturi. În interiorul straturilor, legăturile sânt covalente iar între straturi există legături prin forțe van der Waals (figura 3)

Figura 3. Structura fosforului negru

Studiind căldura de reacție a fosforului cu bromul în disulfură de carbon se constată călduri de reacție pe atom de fosfor egale cu 36,6 kcal pentru fosforul negru , 42,2 kcal pentru cel roșu și 59,5 kcal pentru cel alb; deci fosforul negru este cel mai stabil.

Culoarea se intensifică de la alb la galben,roșu,violet la negru. Pe măsură ce se intensifică culoarea scade reactivitatea , solubilitatea, crește greutatea specifică, duritatea și stabilitatea.

1.4 Alotropia fosforului

Ca și element, fosforul se gasește , în general, în două forme alotrope principale: fosfor alb și fosfor roșu, însă, poate exista și ca fosfor violet și negru.

Fosforul alb. Această formă se obține prin condensarea vaporilor la temperatură normală. Se cunoaște o formă α cubică, solubilă în disulfură de carbon, benzen etc. forma β de fosfor alb cristalizează în sistemul hexagonal și este solubilă în disulfura de carbon. Răcind forma α sub – 76.9ºC aceasta se transformă în β. Transformarea este enantiotropă. Ambele varietăți au aceleași proprietăți chimice.

Fosforul roșu

Se obține din fosforul alb sub influența luminii sau temperaturii(250ºC). Este roșu-cărămiziu. Cristalizează în cristale mici romboedrice. Transformarea:

Pα →P roșu ΔH = – 4kcal

continuă până la 500ºC. Densitatea crește peste 2,1 și culoarea se închide. Fosforul alb este metastabil. Pornind de la fosforul roșu nu se obține fosfor alb decât trecând prin faza de vapori. Există aici o relație de monotropie. Fosforul roșu este mai puțin solubil în dizolvanți și mai puțin volatil. Se dizolvă în ulei de terebentină și disulfură de carbon. Fosforul roșu nu se topește ci sublimă la orice temperatură peste 280ºC. Pentru a-l lichefia trebuie încălzit la circa 600ºC și circa 50 atm, când se obține un lichid incolor. Variația culorii și a densității fosforului roșu cu temperatura s-a interpretat prin mărimea cristalelor sau prin existența a două forme de fosfor roșu.

Fosforul violet sau metalic α al lui W. Hittorf (1865), l-a obținut încălzind fosforul roșu la 530ºC și ținând partea superioară a tubului la 444ºC sau dizolvând fosforul în plumb topit și lăsându-l să cristalizeze. Se dizolvă apoi metalul în acid azotic sau se separă prin electroliză. Cristalizează în sistemul romboedric. Are densitatea 2,32. Constituie partea principală a fosforului roșu. Este izotip cu arsenul, antimoniul și bismutul, motiv pentru care se numește metalic.

Fosforul negru sau fosforul metalic β. A fost semnalat de P. W. Bridgmann (1914). Se formează la 200ºC sub presiune de 12 000 atm din fosfor alb. Se topește în tub inchis la 580ºC. la temperatura de 560ºC se transformă în fosfor roșu. după H. Krebs, H. Weitz și K.H. Worms(1955) se obține fosfor negru din fosfor ab la 220-370ºC în prezența mercurului la presiune ordinară, amorsând reacția cu germeni de fosfor negru. S-ar părea deci că fosforul negru este forma stabilă până la 560ºC. Fosforul negru are densitatea 2,69. S-a admis că la orice temperatură în fosforul alb există și roșu, în care se transformă cel alb pe măsura creșterii temperaturii. Fosforul roșu pare a fi un amestec compus din particule foarte mici rubinii care au adsorbit altele și mai mici. Existența a două forme de fosfor alb ca și de fosfor negru pare exact stabilită.

1.5 Proprietăți chimice

Spre deosebire de azot, fosforul are o reactivitate mai mare. El formează și compuși penta-octavalenți. Se deosebește de azot și prin stabilitatea oxizilor și forma oxiacizilor. Își exercită exclusiv funcțiunea nemetalică. Fosforul reacționând cu metalele și nemetalele formează patru tipuri de compuși:

1. Fosfine volatile sunt compuși de tip molecular

2. Fosfine ionice. Acest tip de fosfine se formează cu metalele alcaline , alcalino-pământoase și lantanidele. Ele hidrolizează cu apa.

3. Fosfine covalente

4. Fosfine de tip metalic. Acestea prezintă duritate, luciu metalic, insolubilitate în apă, conductibilitate electrică,feromagnetism (S. Rundqvist-1963).

Fosforul alb reacționează aproape cu toate nemetalele. Reacționează cu hidrogenul sub presiune sau sub influența descărcărilor electrice. Cu fluorul, clorul și bromul reacționează cu aprindere sau explozie iar cu iodul mai lent:

P4 + 6Cl2 = 4PCl3

P4 + 10Cl2 = 4PCl5

Deoarece se oxidează foarte ușor, fosforul se taie sub apă. Fosforul arde în oxigen lent sau aprinzându-se la circa 45ºC. În exces de oxigen se formează pentaoxid de difosfor:

2P + 5/2O2 = P2O5 ΔH=- 2∙183 kcal

Cu o cantitate mai mică de oxigen formează anhidridă fosforoasă. Fosforul alb se combină lent cu sulful la temperatura ordinară,violent la cald și exploziv la temperatură mai înaltă:

P4 + 6S =2P2S3

P4 + 10S= 2P2S5

Cu seleniul la cald se combină cu incandescență. în condiții speciale se combină chiar cu azotul și cu heliul. De asemenea se combină cu arsenul și cu borul (PB,P3B4).

Fosforul alb se combină cu majoritatea metalelor:

P4 + 6Mg = 2MgP2

P4 + 6Ca = 2Ca3P2

Încălzit pe o placă de platină o străpunge din cauza formării unor fosfuri fuzibile. Aurul și argintul absorb vaporii de fosfor sub punctul lor de topire și îi cedează la răcire producând fenomenul roșaj la solidificare. O baghetă de fosfor alb introdusă într-o soluție de sulfat de cupru(II) se acoperă rapid cu un strat roșu de cupru metalic:

2P + 5CuSO4 + 8H2O = 2H3PO4 + 5H2SO4 +5Cu

Fosforul reduce o soluție de azotat de argint:

P+ 5AgNO3+ 4H2O = H3PO4+5Ag+5HNO3

Cu acidul clorhidric la 200ºC formează, în tub uscat, hidrogenul fosforat, iar cu acizii bromhidric și iodhidric, săruri de fosfoniu:

5P + 8HI = 2PH4I + 3PI3

Fosforul în prezența apei formează cu acidul iodhidric, acid fosforic:

2P + HI + 3H2O = PH4I + H3PO4

Apa este descompusă de la 250ºC în sus cu formare de acid fosforic și hidrogen(A.V.Schrötter). Reacția s-a prelucrat industrial utilizând catalizatori

P + 4H2O = H3PO4 + 5/2H2

Aceasta evidențiază caracterul reducător al fosforului. Mono și dioxidul de carbon sânt reduși la roșu cu punerea în libertate a carbonului și degajare de căldură. Fosforul alb, dizolvat în amoniac lichid reacționează cu cesiu fosforul alb formează fosfuri.

Dată fiind afinitatea sa pentru pentru oxigen fosforul se comportă ca un reducător. În acest sens el reduce la cald acidul sulfuric la hidrogen sulfurat:

8P + 5H2SO4 + 12H2O = 5H2S + 8H3PO4

Acidul azotic oxidează fosforul cu atât mai violent cu cât este mai concentrat:

3P + 5HNO3 +2H2O = 3H3PO4 + 5NO

Acidul fosforic este redus la 200ºC cu formare de acid fosforos. Fosforul alb reacționează cu hidroxidul de calciu(II) cu formare de fosfură și fosfat la temperatură înaltă, iar cu hidroxizii alcalini hdrogen fosforat,fosfiți,fosfați și hipofosfiți:

4P + 3KOH + 3H2O = PH3 + 3KH2PO2

Fosforul reduce soluția de sulfat de cupru și soluțiile sărurilor metalelor prețioase. Fosforul luminează verzui, foarte slab în întuneric. Fenomenul a frapat pe H. Brandt și a fost ulterior numit fosforescență. C.L. Berthollet(1795) a admis că este vorba de un proces de oxidare fiind contrazis de J.J.Berzelius(1845).C.J.Joubert (1874)a arătat fosforul nu luminează în vid sau în gaze fără oxigen, că fenomenul depinde de presiune și este împiedicat de prezența unor gaze(Cl2,Br2,I2,H2S,SO2,NH3,PH3,CS2,CH4 etc.)E. și L Bloch(1903-1905) au observat că în curent de aer la viteză slabă , zona luminescentă este pe fosfor iar la viteză puternică se deplasează lăsând un spațiu liber între fosfor și zonă. E. Junngfleisch(1905-1907) a demonstrat că fenomenul se datorează în principal oxidării produșilor inferiori de oxidare ai fosforului. Anhidrida fosforoasă pură nu este fosforescentă. Lord Hayleigh J.W.(1921-1924) a arătat că este necesară prezența umidității. Deci fenomenul depinde de temperatura și presiunea oxigenului. Paralel apare ozon care se poate pune în evidență cu iodura de potasiu. Aerul se ionizează în contact cu fosforul. Pentru a explica fosforescența s-a propus următorul mecanism care este singurul:

P4 + H2O = 2(PH) +(P2O)

(P0) + O2 = (PO)+ (OH)

(OH) + (P2O) =(PH) + (PO2)

P2O3 + O2 = P2O5

Acțiunea promotorilor și a inhibitorilor indică o reacție în lanț(N:Semenov-1927) C.J.Smithells a obținut o flacără verde rece trecând un curent de dioxid de carbon anhidru peste fosforul alb bine uscat, amestecat cu vată de sticlă încălzit pe baia de apă. Proprietățile chimice ale fosforului roșu sânt cele mai atenuate. El se oxidează lent la rece n prezența umidității, fără a lumina în întuneric. Aprinderea sa are loc la peste 250ºC. Căldura de combustie este mai mică. Cu acidul azotic reacționează lent la cald formând acid fosforic. Fosforul roșu reacționează cu sulful mai puțin violent decât cel alb. Fosforul roșu se aprinde deasupra temperaturii de 400ºC . Reacționează cu halogenii la o temperatură mult mai înaltă decât fosforul alb. Este indiferent față de hidroxizi și nu precipită metalele nobile din soluțiile sărurilor lor. Se aprinde ușor în prezența unui oxidant energic, de exemplu prin majorarea unui amestec de fosfor roșu și colorat de potasiu. Fosforul negru este mai puțin rezistent decât cel roșu din punct de vedere chimic. Cu oxigenul umed poate fi aprins chiar cu un chibrit.

1.6. Proprietăți fiziologice

Fosforul alb este o otravă puternică. Aproximativ 0,05 mg/m3 aer reprezintă doza mortală a unui adult. Deoarece afinitatea acestuia pentru oxigen este mare poate determina dispariția acestuia din sânge. Ca antidot se recomandă oxidul de magneziu sau esența de terebentină, însă se mai poate utiliza și sulfatul de cupru(II) cu care formează fosfură de cupru inofensivă. Sulfatul de cupru(II) are totodată și efect vomitiv.

În caz de otrăvire, fosforul se poate recunoaște prin proba E. Mitscherilch, care constă în introducerea într-un balon prevăzut cu un refrigerent, a unei probă din substanță sau conținutul stomacal împreună cu apă și acid sulfuric și se distilă. Fosforul volatilizându-se este antrenat de vaporii de apă, iar în punctul de condensare al acestora în refrigerent se observă un inel fosforescent care se datorează contactului vaporilor de fosfor cu aerul. Se pot decela astfel 0,00001 g P. vaporii de fosfor se pot condensa într-o soluție de azotat de argint în care se formează precipitatul Ag+ Ag3P. Fiind volatil produce intoxicații lente. Varietățile de fosfor roșu și fosfor negru nu sânt toxice.

1.7 Recunoașterea și determinarea fosforului

Fosforul alb poate fi recunoscut prin miros. Fluorescența sa este foarte sensibilă. Se poate recunoaște fosforul, analog arsenului, reducând combinațiile respective cu hidrogen și aprinzând gazul care se degajă. Prezența fosforului se evidențiază prin apariția unei flăcări verzi și a unui spectru caracteristic. În soluție benzenică fosforul reduce o soluție amoniacală de azotat de argint, formând un precipitat sau o colorație brună.

1.8. Întrebuințările fosforului și a compușilor acestuia în natură

Până la începutul secolului XIX focul se aprindea cu cremene și amnar. În anul 1812 s-a folosit un amestec de zahăr cu clorat de potasiu peste care se adaugă acid sulfuric. Acidul cloric aprindea zahărul(pasta de pe gămălia de aprins).

În anul 1823, J.W. Döbereiner a construit un aprinzător din zinc și acid sulfuric. Hidrogenul care se dezvoltă se aprinde în prezența platinei. În deceniul al treilea al secolului XIX(1830) s-au fabricat chibriturile cu fosforul alb, azotat de sodiu, gumă arabică și miniu. Acestea au fost interzise la începutul secolului XX din cauza toxicității.

În prezent se fabrică chibrituri suedeze (prima producție industrială a avut loc pentru prima dată în Suedia). Vârful este format din trisulfură de diarsen, clorat de potasiu și clei. Pasta conține fosfor roșu, dioxid de mangan și sticlă pisată. Pentru a transmite ușor flacăra, bețele se îmbibă cu parafină, iar ca să nu ardă după ce au fost stinse se îmbibă cu fosfat de sodiu. Prin frecare se ia puțin fosfor roșu, care cu cloratul de potasiu aprinde bățul.

S-au preparat paste cu fosfor alb destinate distrugerii șoarecilor. Prin combustia fosforului se obține acid fosforic pur care servește la solubilizarea fosfaților naturali și la prepararea unor esteri organici. La prepararea unor derivați clorurați se consumă mult fosfor. Aceștia servesc drept agenți cloruranți în reacții organice sau la prepararea unor derivați organofosforici care sunt insecticide, anticriptogamici cât și ca medicamente, agenți de flotație, antioxidanți etc. Sulfurile fosforului servesc ca agenți de sulfurare.

Fosforul roșu se folosește la umplerea proiectilelor incendiare și fumigene. Fosforul este utilizat la prepararea halogenurilor de fosfor, a fosfaților, a acizilor bromhidric, iodhidric și a unor coloranți organici cât și la fabricarea bronzurilor cu fosfor (Cu,Sn și urme de fosfor), deoarece împiedică oxidarea la turnare și mărește tenacitatea. Aceste aliaje sunt folosite la angrenaje, cuzineți, supape etc. Transformat în acid fosforic și apoi fosfat de amoniu, fosforul poate servi ca îngrășământ., iar sub formă de glicerofosfați și alți compuși se folosește drept tonic al sistemului nervos.

CAPITOLUL II. FOSFORUL ÎN PLANTE

2.1 Generalități

Fosforul este unul din cele 17 elemente nutritive esențiale pentru creșterea plantelor. Funcțiile sale nu pot fi îndeplinite de nici un alt nutrient, iar un aport adecvat de fosfor este necesar pentru o creștere și o reproducere optimă. Fosforul este un macronutrient de ordin primar, ceea ce înseamnă că acesta este frecvent deficitar în producerea recoltelor și este necesar culturilor în cantități relativ mari. Concentrația totală de fosfor în culturile agricole în general variază de la 0,1 la 0,5%. Fosforul (P) este un element vital pentru creșterea plantelor și se găsește în fiecare celula vie a plantei. Este implicat într-o serie de funcții cheie ale plantei, inclusiv transferul de energie, fotosinteză, biosinteza zaharurilor și amidonului, transportul nutrienților în plantă cât și transferul caracteristicilor genetice de la o generație la alta, fiind component al acizilor nucleici- ADN și ARN. Toate plantele necesită fosfor în perioadele de creștere intensivă. Cele mai multe plante anuale necesită cantități mari de fosfor de când acestea încep să crească. Plantele cultivate în vreme rece, care au rădăcini limitate și o creștere rapidă, cum ar fi salata verde, sunt mari consumatori de fosfor. Leguminoasele necesită, de asemenea, cantități masive de fosfor.  Plantele cum ar fi copacii, arbuștii, și vița de vie, în special cele cultivate în zone cu climă caldă, cu veri lungi, necesită cantități mai mici de îngrășăminte de fosfor.

2.2 Fosforul în sol

Toate plantele necesită fosfor. Deși cantitatea totală de fosfor din sol poate fi mare, totuși, este adesea prezent în forme indisponibile sau în forme care sunt disponibile numai în afara rizosferei. Puține soluri nefertilizate pot suplini necesarul de fosfor în perioadele de creștere intensă a plantelor. În multe sisteme agricole aplicarea fosforului în sol este necesară pentru a asigura productivitatea plantelor, însă recuperarea fosforului de către culturile de plante în sezonul de creștere este foarte scăzută, deoarece în sol mai mult de 80% din fosfor devine imobil și indisponibil procesului de asimilare de către plante din cauza adsorbției, precipitării sau conversiei în forme organice. (Holford , 1997 ) . Microbii din sol realizează formele imobile ale fosforului în soluția solului și sunt de asemenea responsabili de imobilizarea fosforului. Este important să subliniem că 20% până la 80 % din fosfor se găsește în formă organică, din care acidul fitic (inozitol hexafosfat) este ,de obicei, componentul major (Richardson, 1994). Restul fracției este anorganică și conține 170 forme minerale ale fosforului. Plantele absorb cel mai adesea fosfor sub formă de ioni fosfat H2PO4 – și, uneori, ca HPO4 2-. (fig.1)

Figura 4. Speciația fosforului în plante

Acești ioni fosfat reacționează ușor cu solul și devin parte a particulelor solului prin procesul numit "fixare". Fixarea previne scurgerile de fosfor, însă îl schimbă într-o formă în care plantele nu îl pot folosi. 

Geometria și morfologia rădăcinilor sunt importante pentru maximizarea absorbției fosforului, deoarece sistemele rădăcinilor care au un raport mai mare suprafață-volum vor fi mult mai eficiente ,explorând un volum mai mare de sol.(Lynch,1995) Din acest motiv micoriza este ,de asemenea, importantă pentru absorbția fosforului, deoarece hifele fungice măresc volumul solului pe care planta îl poate explora. (Smith and Read, 1997)

Figura 5. Rădăcina plantei în asociere cu hifele unei ciuperci și rădăcina fără ciupercă

Anumite specii de plante au rădăcini „proteoid” (grupuri de rădăcini laterale scurte aflate la distanțe mici ce sporesc absorbția nutrienților astfel putând crește și în soluri sărace în elemente nutritive – figura 6.

Figura 6. Rădăcini ’’proteoid’’ la sp.Lupinus albus cu fosfați(A) și fără(B)

Aceste rădăcini specializate emană cantități mari de acizi organici(de până la 23% din fotosinteză), care acidifică solul și ionii metalici chelați în jurul rădăcinilor, rezultând mobilizarea fosforului și a unor micronutrienți. (Marschner, 1995).(fig.4)

Absorbția fosforului reprezintă o problemă pentru plante, deoarece concentrația acestui mineral în soluția solului este scăzută, iar necesitățile plantei sunt mari. Forma mai ușor absorbită de către plante este cea de fosfat (Pi), concentrația căruia rareori depășește 10 μM în soluțiile. De aceea, plantele trebuie sa aibă transportori specializați la interfața rădăcină / sol pentru extracția Pi din soluții de concentrații micromolare, precum și alte mecanisme pentru transportarea Pi prin membrane între compartimentele intracelulare, în care concentrațiile Pi pot fi 1000 de ori mai mari decât în soluția externă. (Bieleski, 1973). Trebuie să existe, de asemenea, sisteme de eflux, care joacă un rol în redistribuirea acestei resurse prețioase când fosforul din sol nu mai este disponibil sau adecvat. Forma în care fosfatul există se schimbă în funcție de pH. pKs pentru disocierea H3PO4 în H2PO4 2- sunt 2,1 și respectiv 7,2. Prin urmare, sub pH= 6, cel mai abundent va fi fosfatul sub forma H2PO4 2- , în timp ce H3PO4 și HPO42- vor fi prezenți în proporții mici.

Figura 7. Absorbția fosforului din sol de către plante

2.3 Asimilarea și translocarea fosforului în plante

Odată ajuns în interiorul rădăcinii plantelor, fosforul poate fi stocat în rădăcina sau transportat în porțiunile superioare ale plantei. Prin diverse reacții chimice, este încorporat în compuși organici, inclusiv în acizi nucleici (ADN și ARN), fosfoproteine, fosfolipide, enzime și compuși fosfați bogați în energie ,de exemplu, adenozin trifosfat (ATP). Este prezent în aceste forme organice, precum și sub formă de ion fosfat anorganic, sub care este transportat în întreaga plantă, unde este disponibil pentru alte reacții.

La plantele cu o cantitate suficientă de fosfor, majoritatea fosfatului absorbit de către rădăcini e transportat prin xilem către frunzele tinere. Concentrația fosfatului în xilem este cuprinsă în intervalul 1 mM până la 7mM. (Mimura et al., 1996) Există, de asemenea, o retranslocare semnificativă a fosfatului prin floem de la frunze mature către lăstarii în creștere și apoi către rădăcini.

La plantele cu deficit de fosfat se realizează o aprovizionare limitată la rădăcinile tinere prin xilem, acesta este suplinit prin mobilizarea crescută a fosforului stocat în frunzele mari și retranslocarea atât către frunzele tinere cât și către rădăcinile în creștere. Acest proces implică atât epuizarea fosforului din rezervă cât și defalcarea fosforului organic în frunzele mari.

O trăsătură interesantă a plantelor cu deficit de fosfor este că aproximativ jumătate din fosfatul translocat din muguri la rădăcini prin floem este apoi transferat la xilem și reciclat înapoi la muguri. (Jeschke et al., 1997) În xilem este transportat aproape exclusiv ca și fosfat, iar cantități semnificative de fosfor organic se găsesc în floem. Au fost identificate o serie de mutanți care arată acumularea alterată a fosfatului în frunze.

Fosforul joacă un rol vital în practic fiecare proces din plante care implică transferul de energie. Fosfatul de înaltă de energie, care face parte din structura chimică a adenozin difosfatului (ADP) și a adenozin trifosfatului (ATP), reprezintă sursa de energie care conduce o multitudine de reacții chimice din plante.

Cea mai importantă reacție chimică din natură este fotosinteza. Aceasta constă în utilizarea energiei solare în prezența clorofilei pentru a combina dioxidul de carbon și apa cu formare de zaharuri simple, cu ajutorul energiei capturate sub formă de ATP. Plantele folosesc două molecule de energie superioară pentru a produce glucoză, acestea fiind ATP și NADPH. Pentru formarea acestor molecule este necesară lumina, care transformă ADP și NADP în ATP și NADPH. ATP-ul este folosit și ca sursă de energie pentru multe alte reacții care apar în plante, acesta apare în procesul de fosforilare ce prezintă o etapă importantă în multe procese esențiale, iar zaharurile sunt folosite ca blocuri pentru a produce alte celule structurale și componente de stocare.

clorofila

Fotosinteza = dioxid de carbon + apă lumină oxigen + carbohidrați

energie fosfat

Figura 8. Fotosinteza la spirulină

2.4 Implicarea fosforului în transferul genetic și transportul nutrienților în plante

Fosforul este o componentă vitală a substanțelor care construiesc blocuri de gene și cromozomi. Deci, este o parte esențială a procesului de transfer al codului genetic de la o generație la alta, furnizând un "plan" pentru toate aspectele legate de creșterea și dezvoltarea plantelor. O aprovizionare adecvată de fosfor este esențială pentru dezvoltarea de noi celule și la transferul de codul genetic de la o celula la altă celulă nou formată.

Cantități mari de fosfor se găsesc în semințe și fructe în care se consideră a fi esențial pentru formarea și dezvoltarea acestora. Fosforul este, de asemenea, o componentă a fitinei,o formă de stocare majoră de fosfor în seminte. Aproximativ 50 % din fosforul total prezent în semințele leguminoase și 60-70 % din boabele de cereale este stocat ca fitină sau legat de compuși.

Alimentarea inadecvata de fosfor poate reduce dimensiunea semințelor, numărul și viabilitatea acestora.

Un alt proces în care fosforul este implicat este cel de transport al substanțelor nutritive. Celulele plantelor pot acumula substanțe nutritive la concentrații mult mai mari decât sunt prezente în soluția solului care le înconjoară. Acest lucru permite rădăcinii de a extrage nutrienții din soluția solului în cazul în care aceștia sunt prezenți în concentrații foarte mici.

Transportul nutrienților în plante depinde în mare măsură de transportul prin membranele celulare, care necesită energie pentru a se opune forțelor de osmoza. Aici din nou, ATP-ul și alți compuși ai fosforului bogați în energie pot oferi energia necesară.

2.5 Carența și excesul de fosfor la plante

Conținutul suficient de fosfor permite ca procesele descrise anterior să funcționeze la nivel optim, iar creșterea și dezvoltarea plantelor de a continua în ritm normal.

În cazul în care există un deficit de fosfor, efectele cele mai vizibile sunt reducerea mărimii și suprafaței frunzei, precum și a numărului de frunze. Creșterea lăstarilor este mai mult afectată decât creșterea rădăcinii, ceea ce determină o scădere a raportului de greutate uscată între lăstari și rădăcină. Cu toate acestea, dezvoltarea rădăcinii este, de asemenea, încetinită de deficitul de fosfor, ceea ce conduce la scădere a masei rădăcinii care ajunge la apă și substanțe nutritive. În general, deficitul de fosfor încetinește procesele de utilizare a glucidelor, în timp ce producția de glucide prin fotosinteza continuă. Acest lucru duce la o acumulare de glucide și formarea unei culori verzi închise a frunzei . În unele plante, frunzele cu deficit de fosfor dezvoltă o culoare violet, tomatele și porumbul fiind două exemple (figura 9). Însă, o colorație violetă nu reprezintă neapărat o deficiență de fosfor. Unii hibrizi pot avea o carență de fosfați și totuși să nu prezinte aceste simptome.

Figura 9. Deficiența de fosfor la porumb și tomate

Deoarece fosforul este ușor mobilizat din plante, atunci când o apare o deficiență, acesta este translocat din țesuturile bătrâne la țesuturi active, meristematice, rezultând simptome ale deficienței foliare care apar pe porțiunea îmbatrânită (inferioară)a plantei. Alte efecte ale deficienței de fosfor asupra creșterii plantelor includ maturitatea întârziată, calitatea redusă a furajerelor, fructelor, legumelor, și culturilor de cereale cât și rezistența scăzută la boli (figura 10).

Figura 10. Efectele deficitului de fosfor la plante

Pe de altă parte, excesul de fosfor este, de asemenea, nefavorabil în creșterea și dezvoltarea plantelor. Acumularea fosforului în peluze, grădini, pășuni și terenuri cultivate poate provoca o creștere scăzută a plantelor sau chiar moartea acestora. Excesul de fosfor din sol reduce capacitatea plantei de a prelua micronutrienții necesari, în special fier, zinc, chiar atunci când testele din sol arată ca există cantități adecvate în sol. Acumularea fosforului este cauzată de utilizarea excesivă a îngrășămintelor organice sau folosirea gunoiului de grajd bogat în fosfor. Fosforul poate deveni solubil în apă și mobil, pătrunzând în apele de suprafață și cauzând dezvoltarea algelor și a altor plante nedorite. Aceasta reduce calitatea apei, a peștelui și plantelor acvatice.

Rădăcinile superficiale ale plantelor perene și anuale au frecvent deficit de fier și zinc datorată unui exces de fosfor. De asemenea , plantele iubitoare de soluri acide fiind cultivate pe soluri alcaline prezintă simptome de deficiențe. Îngălbenirea între venele frunzelor este datorată unei insuficiențe de fier, iar albirea țesutului este caracteristică deficitului de zinc. Atât deficiența de fier cât și de zinc apar în țesuturile mai tinere și pot să apară în același timp făcând dificilă identificarea problemei reale. Iarba gazonului, cum ar fi Sf. Augustin, este deosebit de sensibilă la deficiențele de fier și zinc deoarece ierburile au nevoie de un nivel ridicat de fier și au sisteme de rădăcini de mică adâncime. Multe plante anuale de decor cât și arbuștii pereni nou plantați,de asemenea, pot prezenta astfel de simptome. Plantele iubitoare de sol acid ca azalee și afine, ce cresc în soluri neutre și ușor alcaline, pot fi omorâte dacă se aplică cantități excesive de fosfor. Cele mai multe probleme cauzate de excesul de fosfor pot fi evitate prin efectuarea testelor de sol și folosirea raționala a îngrășămintelor. Gunoiul de grajd și de compost ar trebui aplicate judicios.

CAPITOLUL III. FOSFORUL ÎN ORGANISMUL UMAN

3.1 Surse alimentare de fosfor

Fosforul (P) este frecvent întâlnit în numeroase surse alimentare, unele alimente pot conține atât fosfor natural cât și fosfați aditivi. Alimentele bogate în proteine conțin, de asemenea, cantități mari de fosfor natural. Principalele surse alimentare de fosfor sunt lactatele, cerealele și produsele din carne. Fosforul conținut în produsele alimentare variază între 0 și 1579 mg/100 g de produs(Institutul Național de Sănătate și Bunăstare 2009) (Tabelul II).

În unele țări, suplimentele alimentare pot, de asemenea, conține fosfor sub formă de fosfați. Batoanele proteice și produsele folosite pentru creșterea masei musculare pot avea un conținut ridicat de fosfor.

Tabelul II. Conținutul de fosfor în alimente

Datorită utilizării sporite a fosfaților în industria alimentară și a consumului ridicat de alimente procesate, autorii din Finlanda și USA au raportat că aportul de fosfor din fosfații alimentari a crescut în ultimele decenii. În România ,consumul de fosfați alimentari este reglementată prin decizia Ministerul Sănătății și Familiei, iar în cadrul UE, sub incidența Parlamentului european, respectiv a Consiliului European al Codex Alimentarius, prin care utilizarea aditivilor fosfați este restricționată de o serie de valori maxime și interzicerea utilizării lor în anumite alimente. Consumatorii pot recunoaște aditivii fosfați sub formă de E-coduri prezentați pe ambalajele produselor alimentare (tabel II)

Tabel II. Codurile celor mai utilizați aditivi pe baza ionului fosfat

Sursa: Elintarvikkeiden lisäaineiden E-koodiavain, Autoritatea finlandeză pentru siguranța alimentară.

Fosfații aditivi, care sunt fie acidul fosforic, fie diferite săruri fosfat, sunt utilizați pentru a sechestra ioni metalici, acționând ca sisteme tampon, pentru a crește apa, a ajusta pH-ul, a servi ca agent antiaglomerant, a forma punți ionice, pentru a forma punți ionice, a interacționa cu proteinele și alte încărcate hidrocoloizi și pentru a preveni pierderea de carbonatare cauzată de metalele grele și acidifierea în băuturi. Alte surse importante de aditivi fosfați sunt produsele de cofetarie dospite cu praf de copt , băuturi cu extract din plante ( de exemplu, băuturi, coca-cola ), cârnați și alte produse din carne și cele mai procesate alimente. Datorită ratei crescute a consumului de cârnați și alte produse din carne, alimentelor procesate și produselor de panificație, aceste alimente sunt surse importante de aditivi fosfați în România cât și în alte țări.

Aportul recomandat de fosfor pentru adulți este de 700 mg / zi . Pentru persoane fizice cu vârsta cuprinsă între 9-18 ani, aportul este sugerat să fie un pic mai mare (1250 mg/zi) , corespunzând recomadării Societății de nutriție din România. Recomandările făcute de Food and Nutrition Board (1997) din SUA privind necesarul zilnic de fosfor se bazează pe menținerea concentrației serice de fosfat (S-Pi) în limitele normale la adulți. În ceea ce privește grupurile de vârstă mai tinere, se ia în considerare acumularea fosforului în oase și țesuturile moi. În 1993, Comitetul științific pentru Alimente din Europa a sugerat că pentru adulți necesarul zilnic de fosforul este de 400 mg, aportul de referință a populației este de 550 mg și cel mai mic prag al aportului de fosfor este de 300 mg.

În recomandările nutriționale finlandeze, 5g/zi reprezintă limita inferioară de apariție a efectelor adverse ale fosforului, având în vedere că Institutul de Medicină a stabilit limita superioară de referință de 4 g/zi pentru absorbția fosforului la adulți (Food and Nutrition Board 1997). În timp ce Autoritatea Europeană pentru Siguranța Alimentară (EFSA) nu a stabilit o limită superioară de aport al fosforului(EFSA 2005), totuși au ajuns la concuzia, în raportul lor, că în baza cunoștințelor existente, persoanele sănătoase pot tolera un aport de fosfor de pâna la 3 g/zi. Cu toate acestea, unele persoane pot fi mai vulnerabile la un consum ridicat de fosfor, efectele dăunătoare fiind evidențiate prin simptome gastrointestinale. În 1975, Oficiul de Cercetare și Știință a Vieții din SUA a evaluat riscurile fosfaților aditivi asupra sănătății consumatorilor americani și au enumerat o serie de aditivi fosfați pentru a fi siguri de folosirea acestora în prelucrarea produselor alimentare la nivelurile utilizate în anii 1970(LSRO 1975). De atunci consumul alimentelor procesate a crescut semnificativ, astfel că a crescut și aportul de fosfor din fosfații aditivi, însă recomandările făcute în 1975 nu au fost actualizate.

Unele persoane au un aport excesiv de fosfor, acesta fiind de câteva grame pe zi. Deși fosforul este disponibil pe scară largă în toate alimentele, aportul de fosfor din lactate, cereale și produse din carne acoperă aproximativ 75% din necesarul zilnic de fosfor (tabel III).

Tabel III. Contribuția (%) a unor grupuri de alimente în necesarul zilnic de fosfor la persoanele finlandeze cu vârsta cuprinsă între 25 și 64 ani

Sursa: Studiul Național FINDIET 2007 (Paturi et al.2008)

Însă, aportul de fosfor din aditivii fosfați nu este inclus în aceste tabele, deci consumul total de fosfor este subestimat(Oenning et al. 2008). În SUA, în anul 1990 aportul zilnic de fosfor din aditivi fosfați era estimat la 470 mg/zi de persoană( Calvo 1993). Într-un studiu realizat prin anii ’70 se estima că aditivii fosfați contribuie cu 20-30 % la consumul zilnic total de fosfor(~320 mg/zi)(Bell et al. 1977,Greger and Krystofiak 1982). Cu toate acestea, deja în anii 1970 Bell (Bell et al.1977) calcula că dacă o persoană continuă să consume alimente bogate în fosfor, aportul de fosfor va crește la 1 g/zi.

3.2 Metabolismul fosforului

După oxigen,hidrogen,carbon,azot și calciu,fosforul este al șaselea dintre cele mai abundente elemente în corpul uman. (Figura 11)

Figura 11. Procentul celor mai abundente elemente din organismul uman

În corpul unui bărbat cu o greutate de 70 kg este prezent aproximativ 700 g de fosfor. În jur de 80-85% este localizat în schelet sub formă de hidroxiapatită (Ca10(PO4)6(OH)2). Restul este localizat în fluidele extracelulare și țesuturi moi, dar mai ales este parte componentă a proteinelor, fosfolipidelor, nucleotidelor și acizilor nucleici (figura 12).

Pe lângă faptul că este un nutrient esențial în mineralizarea osoasă, fosforul are o serie de funcții vitale în organismul uman: este implicat în metabolismul energetic, semnalizarea celulară prin fosforilare și de asemenea face parte din structura fosfolipidelor, nucleotidelor și acizilor nucleici. Fosfatul intracelular este prezent într-o varietate de compuși fosforilați ca adenozin trifosfat (ATP) și guanozin trifosfat (GTP), care sunt foarte importanți în metabolismul energetic și activarea enzimatică. Fosforul, de asemenea, servește ca tampon extra- și intracelular prin interconversia HPO4 2-și H2PO4- , aceasta ajută la menținerea unui pH normal.

Figura 12. Distribuția fosforului în organismul uman (modificată după Berner și Shike 1988)

În țesuturile vii, fosforul este prezent sub formă de fosfat (PO3-). Cele mai mari cantități de fosfor din sânge se găsesc în fosfolipidele din celule roșii ale sângelui și lipoproteinele plasmatice și doar 1 mmol/l este prezent ca fosfat anorganic, care poate fi în diferite forme, cea mai comună fiind HPO4 2-(Fig.2). Această moleculă realizează schimbul între organele ce conțin fosfor (intestin,oase,rinichi și celule), reglând homeostazia fosforului.

Principalele căi de reglare ale homeostaziei fosforului sunt tractul gastrointestinal (organ de absorbtie), rinichi (organ de excreție ) și os (organ de depozitare). Cea mai importantă reglare are loc la nivelul rinichiului, homeostazia realizeazîndu-se prin excreția fosforului în urina. La un om sănătos cu un consum alimentar normal de fosfor rinichii filtrează zilnic în jur de 6-7 g. Mai mult de 80% din fosfor este reabsorbit prin tubul proximal, ~10% în tubul distal și ~10% este excretat în urină. Principalii reglatori ai reabsorbției fosfatului la nivelul tubului renal sunt fosforul alimentar și concentrația serică a hormonului paratiroidian. Fosforul în corpul uman este în echilibru atunci când excreția (fosforul pierdut prin urină, materii fecale și transpirație) este egală cu cantitatea de fosfor absorbită (absorbție intestinală), figura 13.

Concentrația serica a fosfatului este menținută în limite normale de către hormonul paratiroid(PTH) și de 1α,25(OH)2D3. Când fosfatul seric scade ,concentrația 1α,25(OH)2D3 din sânge crește,ceea ce determină o creștere a absorbției fosforului în intestin și eliberarea acestuia din os. Concentrația serică crescută a PTH-ului determină creșterea excreției urinare a fosfatului și eliberarea fosforului din oase. Efectul 1α,25(OH)2D3 asupra asupra excreției urinare de fosfat este indirect, o creștere a concentrației de calciu în sânge, care este mediată de 1α,25(OH)2D3 , suprimă secreția PTH-ului care la rândul său îmbunătățește absorbția fosfatului. Concentrația acestor hormoni este reglată de fosfor într-un mod în care să conducă la menținerea echilibrului normal de fosfat. În plus,există o serie de alte substanțe cum ar fi hormonul de creștere și insulina ca și factor numărul 1, modifică balanța fosforului deși concentrațiile lor nu sunt direct controlate de concentrația fosforului. S-a descoperit recent noi căi de semnalizare implicate în reglarea fosforului, un rol cheie îl are co-transportori sodiu-fosfat(NPTs), care se găsesc în diferite țesuturi. Tipul 1 și 2 proteine NPT au fost observate în rinichi. Un aport ridicat de fosfor va scădea numărul NPT2a în tubul proximal ,acesta din urmă determinând creșterea excreției fosfatului în urină.

Figura 13. Homeostazia și balanța fosforului la un adult sănătos (modificat după Strain și Cashman 2005)

3.3 Tulburări ale metabolismului fosforului

Anormalitățile în orice determinări majore ale fosfatului seric poate duce la hipo- sau hiperfosfatemii. Un deficit de fosfor indus de aportul alimentar scăzut este foarte puțin probabil deoarece fosforul este disponibil în diverse alimente. În schimb, hipofosfatemia poate apare din proasta gestionare a nutriției parenterale, cetoacidozei diabetice sau datorită altor boli grave. Când concentrația fosfatului seric este <0.32 mmol/l pot fi observate simptomele hipofosfatemiei (spre exemplu disfuncții și slăbiciuni musculare, tulburări ale sistemului nervos central). În hiperfosfatemie clinică, insuficiență renală este de obicei cea mai frecventă cauză. Când funcția renală este alterată, excreția urinară a fosfatului scade și o cantitate însemnată de fosfor este reținută în organism, ceea ce duce la hiperfosfatemie

3.3.1 Hipofosfatemia

Hipofosfatemia este definită prin concentrația mai mică de 2,5 mg/dl. În funcție de valoarea concentrației aceasta poate fi: ușoară (2,0-2,5 mg/dl), medie (1,0-1,9 mg/dl) și severă (<1 mg/dl). Fiziologic semnificativ și simptomatic, hipofosfatemia apare atunci când concentrația serică a fosfaților este sub 1 mg/dl.

Cauzele hipofosfatemiei

Există trei mecanisme majore implicate în apariția hipofosfatemiei și anume scăderea absorbției intestinale, creșterea excreției renale și redistribuirea fosfatului anorganic. (figura 14).

Figura 14. Cele trei mecanisme implicate în apariția hipofosfatemiei

Aportul alimentar inadecvat, rareori, este singur responsabil de apariția hipofosfatemiei profunde, mai ales că organismul uman compensează prin adaptarea rapidă scăzând excreția urinară de fosfat în astfel de situații. Acest mecanism este semnificativ doar în cazuri grave de malnutriție, în care lipsa fosfatului este severă și prelungită.

Redistribuirea fosfatului din spațiul extracelular în spațiul intracelular (redistribuire internă) este cea mai comună cauză a hipofosfatemiei la pacienții UTI(Unitatea terapie intensivă). Alimentarea cu glucide la pacienții malnutriți stimulează eliberarea endogenă a insulinei, care are ca rezultat producerea glicolizei și formarea de compuși carbohidrați fosforilați în ficat și mușchi scheletici. Sursa acestui fosfat fiind fosfatul anorganic din fluide extracelulare, astfel, concentrația fosfatului seric va scădea rapid.

Acidoza metabolică produsă în urma tratamentul cu insulină stimulează metabolismul glucidic în timpul căruia fosfatul este transportat în celule împreună cu glucoza, rezultând, de asemenea, o scădere a nivelului de fosfați din spațiul extracelular. Alcaloza respiratorie la pacienții cu hiperventilație severă, datorată anxietății, durerii, septicemiei sau ventilației mecanice, poate duce la o scădere a presiunii parțială a dioxidului de carbon și o creștere a pH-ului intracelular. Creșterea pH-ului intracelualar stimulează fosfofructokinaza și glicoliza. Pacienții alcoolici cu alcaloză respiratorie care primesc concomitent perfuzii cu glucoză sunt deosebit de vulnerabili.

Sindromul oaselor flămânde este o altă cauză a hipofosfatemiei care se poate dezvolta la pacienții care au suferit o paratiroidectomie după o lungă stare de hiperparatiroidism. Acest lucru se datorează unei masive depuneri de calciu și fosfor în osul osteopenic în perioada postoperatorie.

Excreția urinară a fosfaților realizată de rinichi joacă un rol foarte important în balanța fosforului, iar reglarea transportului fosfaților depinde de concentrația fosfaților, hormonul paratiroid și fosfatoninei. Sindroamele renale de pierdere primară sau izolată a fosfaților sunt caracterizate de niveluri normale ale hormonului paratiroid și un nivel scăzut sau normal al calcitriolului(1,25(OH)2D3). Printre acestea se numără osteomalacia indusă de tumori, rahitism hipofosfatemic X-linkat și rahitismul hipofosfatemic autosomal dominant.

O altă cauză este utilizarea unor medicamente ce au ca efect scăderea nivelului de fosfat, printre acestea se enumără antineoplazicele, bifosfonații, antibioticele aminoglicozidice, diureticele, glucocorticoizii ș.a.

Manifestări clinice ale hipofosfatemiei

Nivelurile serice ale fosfaților nu reflectă cu exacticitate rezervele totale de fosfor din organism, deci gradul hipofosfatemiei nu se corelează întotdeauna cu prezența simptomelor. Deși cei mai mulți pacienți nu dezvoltă simptome, totuși au fost descrise complicații severe datorate scăderii fosfatemiei. Afectarea metabolismului energetic poate duce la disfuncții celulare în multiple sisteme ale organelor.

La nivel aparatului respirator , hipofosfatemia este asociată cu disfuncția mușchilor respiratori, ce poate determina o insuficiență respiratorie acută. Mecanismul e considerat a fi scăderea disponibilității de fosfat, ce reprezintă sursa de energie. Alte simptome respiratorii evidențiate în hipofosfatemie sunt incapacitatea de a renunța la ventilația mecanică și scăderea livrării oxigenului către țesuturi.

La nivel cardiac, hipofosfatemia poate duce la disfuncții miocardice și aritmii. Insuficiența fosfatului afectează metabolismul energetic în miocard, ceea ce duce la scăderea contractilității. Insuficiența acută cardiacă severă a fost descrisă ,în mai multe în studii de caz, în prezența unei hipofosfatemii severe. Hipofosfatemia apărută dupa intervenția chirurgicală a impus un suport inotrop mai mare. Corectarea hipofosfatemiei determină o îmbunătățire a debitului cardiac. Nivelul scăzut al fosfatemiei poate prezice tahicardia ventriculară după un infarct miocardic, iar la pacienții cu septicemie a fost corelat cu aritmii. În timp, fosfatul poate precipita cu calciul cauzând apariția hipocalcemiei, astfel că și hipocalcemia poate influența în mod negativ funcția cardiacă.

Alte simptome ale hipofosfatemiei sunt cele hematologice, și anume, hemoliză,disfuncție leucocitară, cele endocrine ce includ rezistența la insulină și simptome neuromusculare descrise prin slăbiciune musculaturii scheletice, rabdomioliză, polineuropatie, convulsii, encefalopatie, ș.a.

Tratamentul hipofosfatemiei

La pacienții în stare critică cu prevalență înaltă a hipofosfatemiei, precum și cu susceptibilitate la simptome ce le pun viața în pericol, se recomandă monitorizarea frecventă a analizelor de laborator, mai ales la grupurile de risc menționate anterior. În general se recomandă să se corecteze nivelurile scăzute ale fosfatului seric la pacienții cu simptome asociate. Cu toate acestea, nu există studii controlate randomizate care să indice faptul că corectarea hipofosfatemiei la pacienții aparent asimptomatici determină o îmbunătățire a rezultatelor. Deci, luând în considerare acest lucru, monitorizarea cât și tratamentul rămân discutabile.

Corectarea hipofosfatemiei se poate realiza atât prin intermediul căii orale cât și celei intravenoase. Administrarea intravenoasă de fosfat poate determina complicații. Fosfatul poate precipita cu calciul. Dozele mari de fosfat administrat intravenos poate produce hiperfosfatemie, hipomagnezemie, hipocalcemie și hipotensiune. Este necesar, neapărat, să se cunoască cazurile care necesită terapia intravenoasă și, de asemenea, cât de mult și cât de repede ar trebui administrat fosfatul. În general, terapia intravenoasă este indicată în hipofosfatemia simptomatică cu un nivel seric al fosfatului mai mic de 0,32 mmol/l. Hiperkalemia poate fi prevenită prin folosirea fosfatului de sodiu în locul fosfatului de potasiu la pacienții cu nivelul de potasiu mai mare de 4 mmol/l.

Hipofosfatemia moderată se poate trata prin suplimentarea orală cu fosfat. Ar trebui să se țină cont că este necesară vitamina D pentru absorbția fosfatului la nivel intestinal. Administrarea orală se face în cantități de 2,5 până la 3,5 g pe zi divizate în 2-3 doze. Pacienții care primesc hrană după o perioadă de înfometare au rezervele de fosfor epuizate, de aceea este indicat să se adauge fosfor suplimentar în preparatele nutritive. Cantitatea totală de fosfor necesară nu poate fi stabilită pe baza nivelurilor fosfatului seric, deoarece se realizează schimbul de fosfat între mai multe compartimente ale organismului.

3.3.2 Hiperfosfatemia

O concentrație serică a fosfaților mai mare de 5 mg/dl este considerată hiperfosfatemie. În această situație, organismul uman induce o down-reglare a fosfaților din sânge prin reducerea absorbției intestinale și scăderea reabsorbției fosfaților din filtrare glomerulară. Dacă nu există o tulburare semnificativă a funcției renale, homeostazia fosfaților este menținută de către PTH, vitamina D3 și factorul de creștere a fibroblastelor(FGF-23).

Cauzele hiperfosfatemiei

Principalele cauze ce duc la apariția hiperfosfatemimiei sunt insuficiența renală, nivelul plasmatic crescut al FGF-23, efluxul fosfaților intracelulari și creșterea aportului alimentar de fosfor.

La pacienții cu boală renală cronică dezvoltarea hiperfosfatemiei este cauzată de scăderea RFG (rata filtrării glomerulare), creșterea nivelului de calcitriol(vitamina D3) și hiperparatiroidism secundar. Anumite studii au sugerat faptul că modificările post-translaționale defecte ale FGF-23 ar putea fi responsabile de reabsorbția crescută a fosfaților din intestin și creșterea reabsorbției tubulare prin filtrare glomerulară rezultând hiperfosfatemia, care determină apariția hiperparatiroidis- mului secundar.

Alte cauze ale scăderii excreției de fosfați includ disfuncția paratiroidiană evidențiată în pseudohipoparatiroidism, nivelul plasmatic crescut al PTH, excesul de calciu, calcinoza pseudotumorală și terapia cu bifosfați.

Creșterea aportului alimentar de fosfor reprezintă un alt factor ce determină apariția hiperfosfatemiei. Fosfatul este absorbit la nivelul intestinului subțire, chiar dacă acest proces este reglat de PTH și de FGF-23, se ajunge greu la un nivel de saturație, absorbția fosfaților fiind proporțională cu fosfatul alimentar disponibil. O creștere temporară a absorbției de fosfat este gestionată de eliberarea factorului FGF-23. PTH reglează creșterea persistentă a fosfaților absorbiți. Fosfații anorganici din aditivii alimentari și produsele alimentare sunt absorbiți ducând la o creștere considerabilă a fosfatemiei, în special la pacienții cu boală renală cronică. Aportul alimentar crescut de fosfați la oamenii sănătoși rareori determină hiperfosfatemie.

Un alt mecanism ce poate crește concentrația serică a fosfaților este efluxul fosfaților intracelulari, care poate apărea în sindromul de liză tumorală, rabdomiolize, hipertermie malignă, leucemie, cât și în tulburări acido-bazice precum acidoza organică, acidoza lactică, acidoza respiratorie, alcaloza respiratorie cronică. Această creștere tranzitorie a fosfatemiei, dacă este lăsată netratată, poate duce la afectarea tubulointerstițială și insuficiență renală acută. Alți factori ce determină efluxul fosfaților intracelulari sunt modificarea pH-ului, creșterea nivelului de dopamină și a activității adrenergice.

Manifestări clinice ale hiperfosfatemiei

Deși mulți dintre pacienții cu hipefosfatemie sunt asimptomatici, totuși, ocazional au fost raportate o serie de simptome ce sunt datorate în mare parte scăderii calcemiei. Printre acestea se enumeră tetaniile, iritabilitatea neuromusculară, amorțeală, crampe musculare, furnicături periorale, hipotensiune. Alte simptome sunt calcifierea țesuturilor moi și periarticulare,calcifierea vasculară și oculară, tulburări de conducere și prurit. (figura 15).

Figura 15. Calcifierea țesuturilor ca urmare a hiperfosfatemiei

Tratamentul hiperfosfatemiei

Deși restricția de fosfor alimentar și dializa joacă un rol important în ceea ce privește gestionarea hiperfosfatemiei, totuși este nevoie de terapii suplimentare. Administrarea orală sau intravenoasă de metaboliți ai vitaminei D poate corecta hiperparatiroidismul secundar, însă poate duce la o creștere a absorbției a calciului și fosfor la nivel intestinal contribuind indirect la calcifierea vasculară.

Alte opțiuni de tratament ar fi administrarea unor agenți chelatori de fosfat care vor reduce absorbția intestinală a fosfaților. Acești chelanți conțin aluminiu sau, mai atipic, calciu, însă utilizarea lor este limitată de toxicitate în cazul agenților care conțin aluminiu, sau de potențialul de creștere a calciului și calcifierea țesuturilor moi în cazul agenților care conțin calciu.

Se mai pot folosi agenți chelatori fără metal și calciu precum sevelamerul (Renagel). Acesta conține multiple amine separate printr-un carbon de polimerul de bază. Aminele se protonează parțial la nivelul intestinului și reacționează cu fosfații legând fosfatul în tractul gastro-intestinal. Renagelul este indicat la pacienții cu hiperfosfatemie care fac hemodializă sau dializă perito-neală.

Figura 16. Imagini histologice de depozite de calciu în dierse organe ale corpului uman

3.4 Implicațiile fosforului în metabolismul osos

Există două tipuri de țesuturi osoase: osul cortical(compact) care este principala formă de țesut osos și os trabecular(spongios). Osul trabecular este metabolic mai activ. El are un ciclu de remodelare mai scurt (3 luni), în timp ce la osul cortical dureaza 4 luni. Componentele țesutul osos includ matrice organice, celule și minerale, care sunt în mare parte sub formă de hidroxiapatită (Ca10(PO4)6(OH)2). Osul conține trei tipuri de celule: celule formatoare de os(osteoblaste), celule de resorbție osoasă (osteoclaste) și osteocite.În scheletul adult, 90-95% din celulele osoase sunt osteocite, 4-6% osteoblaste și osteoclaste 1-2%. Matricea organică osoasă conține aproximativ 90% colagen de tip I și 10% proteine diferite de bază non-colagen.

Cunoaștere exactă a proprietăților fizice, chimice și mecanice ale osului uman natural este esențială pentru dezvoltarea unor materiale cu o structură asemanatoare. Apatitele biologice (componenta minerală a osului uman) au fost investigate timp îndelungat, compoziția lor chimică și structura fiind la ora actuală bine înțeleasă.

Pentru a înțelege proprietățile mecanice ale materialului osos, este important să se cunoască relația structurală dintre componentele osoase aflate la diferite niveluri ierarhice de organizare structurală.

Astfel, oasele sunt cele 206 organe individuale care alcătuiesc scheletul uman. Ca și alte țesuturi conjunctive, oasele sunt alcătuite din celule, fibre și substanță fundamentală, dar spre deosebire de altele, componentele lor extracelulare sunt calcificate, determinându-le duritatea și oferindu-le funcția de suport și protecție în schelet.

Osul oferă fundația suportului intern al corpului și al atașării mușchilor și tendoanelor. Servesc drept pârghii rigide pentru mușchi în vederea susținerii poziției verticale a corpului, fiind astfel esențiale pentru locomoție, protejează organele vitale din cutia craniană și toracică și în interiorul cavităților proprii găzduiesc și protejează măduva hematoformatoare. În cele din urmă osul are un rol metabolic important în stocarea ionilor, în special calciu și fosfați, cu rol în homeostazia organismului.

Reglarea structurii și masei osoase este guvernată în mare măsură de necesitățile mecanice atribuite țesutului osos. Scopul biologic aparent este acela de a menține o structură minimă corespunzătoare în care limita de siguranță dintre cerințele mecanice normale și fractură este contrabalansată de masa osoasă crescută în raport cu mobilitatea.

Structura macroscopică a osului

Scheletul este împărțit în 2 regiuni: scheletul axial, ce include craniul, vertebrele, coastele, sternul și hioidul, și scheletul periferic ce include scheletul membrelor și pelvisul. Oasele pot fi clasificate în funcție de forma lor în oase lungi, scurte, plate și neregulate. Totuși, această clasificare tradițională nu are merite importante. Oasele trebuie studiate individual și în raport cu cerințele funcționale exercitate asupra lor .

La nivelul osului se disting 2 tipuri de țesut osos – osul compact care este situat de obicei în corticala osului matur (os cortical) și os spongios, care formează regiunile centrale ale oaselor.

Osul cortical apare ca o masă continuă solidă, în care spațiile pot fi vizualizate numai cu ajutorul microscopului. Osul spongios este alcătuit din trabecule subțiri (spiculi osoși) dispuse într-o matrice tridimensională. Mărimea și grosimea corticalei și arhitectura matricei spongioase sunt dispuse astfel încât să corespundă tipului și direcției forțelor la care trebuie să reziste osul.

Astfel osul nu poate fi considerat un țesut izotropic, factor ce trebuie luat în considerare la efectuarea măsurătorilor histomorfometrice. Pentru a obține măsurători corecte asupra unor țesuturi înalt anizotrope cum ar fi țesutul spongios trebuiesc imaginate proceduri speciale de obținere și tăiere a mostrelor .

Diafiza osului lung, cum ar fi tibia sau femurul este reprezentată de un cilindru cu pereți groși de os cortical cu o cavitate medulară centrală (figura 1.1).

Forma tubulară este ideală pentru a rezista forțelor de torsiune și de îndoire la care este supus osul, având în vedere că un cilindru gol este mai puternic decât unul solid. Spre metafiză și epifiză, osul compact devine progresiv mai subțire și spațiul intern este ocupat de os spongios. Aici osul este destinat susținerii și distribuției forțelor predominant de compresie apărute în cursul mișcărilor articulare.

Osul cortical reprezintă aproximativ 80% din masa scheletului, iar osul spongios aproximativ 20%. Proporțiile relative între osul cortical și spongios diferă considerabil în diferite părți ale scheletului. Oasele vertebrale și iliace, des studiate la om ca și la modele experimentale animale, sunt compuse în principal din os spongios cu o teacă relativ subțire de os cortical. Această teacă de os cortical are totuși o influență majoră asupra tăriei osului. Odată cu vârsta s-a oservat scăderea grosimii osului cortical la ambele sexe la nivelul scheletului axial și apendicular. Diametrul osului cortical crește în timpul vieții dar în același timp are loc o lărgire și mai mare a cavității medulare ce duce la subțierea corticalei. Rezistența oaselor tubulare la torsiune și îndoire este influențată de geometria osului și forma cea mai eficientă a osului este aceea în care țesutul osos este distribuit centrifug de axa neutră (centrul cavității medulare) .

Figura 17. Secțiune longitudinală prin tibie

Creșterea diametrului osos poate astfel, până la un punct să compenseze pierderea osoasă cauzată de subțierea corticalei.

Cantitatea de os spongios scade de asemenea cu vârsta, dar pierderea volumului osos este însoțită de modificări structurale ce pot reduce tăria osului într-o mai mare măsură decât ar părea să sugereze reducerea cantitativă a osului.

La vertebre, masa osoasă exprimată prin densitatea cenușie scade de la vârsta de 20 de ani la 50-55%, în timp ce stresul compresiv vertical al osului spongios scade la 20-25% și stresul compresiv orizontal cu numai 5-10% din valoarea, de la 20 de ani. Bărbații și femeile pierd țesut osos spongios în diferite moduri.

Femeile se pare că pierd țesut spongios predominant prin perforație trabeculară cu pierderea întregului element structural, în timp ce bărbații pierd os spongios predominant prin subțiere trabeculară.

Această pierdere a arhitecturii osului spongios cu vârsta și odelul diferit de pierdere la bărbați și femei poate explica creșterea frecvenței fracturilor cu vârsta mai bine observate la femei în zonele dominate de țesut osos spongios.

Structura microscopică a osului (mezostructura și microstructura osului)

La nivel microscopic oasele pot fi împărțite în 2 tipuri distincte: os lamelar și os fibros.

La osul fibros sau imatur, fibrele colagene sunt aranjate la întâmplare. În osul lamelar fibrele colagene sunt așezate în foițe și fusuri paralele, iar orientarea lor altenează între lamele succesive. Aceasta explică variația de benzi luminoase și întuecate observată în lumină polarizată.

Numărul de osteocite pe unitatea de volum în osul fibros este mai mare decât în osul lamelar și sunt distribuite inegal. Osul fibros este format în timpul fomării osoase rapide, cum se întâmplă în cursul dezvoltării și vindecări fracturilor, sau în tumori și unele afecțiuni metabolice osoase. Dezorientarea fibrelor colagene oferă țesutului osos fibros caracteristicile sale mecanice izotrope.

La testarea țesutului osos fibros, comportamentul mecanic este similar idiferent de orientarea forțelor aplicate în contrast cu osul lamelar ce prezintă cea mai mare rezistență când forțele sunt direcționate paralel cu axa logitudinală a fibrelor colagene. După vârsta de 4 ani, majoritatea țesutului osos este lamelar , fie aranjat în osteoni, fie în țesut osos interstițial.

Elementul principal, atât al osului cortical cât și al osului spongios este osteonul. Denumirea corectă este de osteon secundar, utilizată pentru a-l deosebi de osteonul primar format în timpul generării inițiale a osului.

Aproximativ 2/3 din volumul cortical este format din osteoni secundari intacți. Restul este reprezentat de os interstițial ce este rămășița generațiilor anterioare de osteoni secundari, și un strat continuu de câteva lamele la suprafață, denumite lamele circumferențiale subperiostale și subendostale.

Arhitectura 3D a osteonului secundar cortical este aceea a unor coloane cilindrice ramificate cu o medie de 2,5 mm între punctele de ramificare. Această distanță s-a convenit a fi lungimea medie a osteonului cortical secundar. Diametrul osteonului secundar în creasta iliacă este de aproximativ 150 microni cu un canal central vascular de aproape 40 de microni (canalul Havers) .

Canalele Havers sunt interconectate și comunică cu periostul și cavitatea medulară prin canale oblice și transversale denumite canale Volkmann. Vasele sanguine din canalele Volkmann sunt adeseori mai mari decât cele ale canalelor Havers (figura 1.2).

Osteonii corticali secundari sunt de obicei orientați în lungul axei osului tubular. În centrul osteonului secundar cortical este canalul Havers cu unul sau două capilare delimitate de un endoteliu fenestrat înconjurat de o membrană bazală. De obicei se găsesc și câteva fibre nervoase nemielinizate sau ocazioal mielinizate. Lamelele concentrice sunt centrate în jurul acestui canal.

La periferie osteonul secundar este bine demarcat de țesutul osos încojurător prin linia de cement, care este o regiune de mineralizare redusă conținând mucosubstanțe sulfatate și probabil puține fibre colagene. Linia de ciment poate fi interpretată și ca linia ce marchează extinderea resorbției osoase ce precede formarea osului.

Osteocitele sunt de regulă dispersate în osteon cu axul lung al celulei paralel cu lamelele. Osteocitele sut localizate în lacune, interconectate prin canaliculi. Osteocitul este considerat cea mai matură sau cea mai diferențiată celulă a liniei osteoblastice. Prin intermediul prelungirilor citoplasmatice în interiorul canaliculelor, celulele se hrănesc și mențin contactul cu alte osteocite sau cu celulele de la suprafața osului .

Osteonii spongioși secundari au aceeași construcție de bază ca osteonii corticali secundari dar au formă diferită. Osteonii se asemănă cu benzi largi alcătuite din lamele paralele mărginite pe de o parte de măduva osoasă și de partea cealaltă de o linie de cement neregulată. Grosimea medie este mai scăzută decât dimensiunea medie în alte direcții (raportul este mai mic de 0,2).

Un singur osteon 3D poate deci da naștere unui număr variat de aspecte într-o secțiune aleatorie bidimesională. Ca și în osul cortical, osul interstițial se află printre osteoni secundari reprezentând rămășițele generațiilor anterioare de osteoni spongioși secundari.

Figura 18. Mezostructura și microstructura osului

Adaptata după Elaine N. Marieb, Katja Hoehn, Human anatomy & physiology. [electronic resource] – 7th ed, San Francisco, Pearson Benjamin Cummings, 2004.

Nanostructura osului

Constituenții fundamentali ai osului sunt celulele și matricea extracelulară mineralizată (ECM). Numai 10-20% din masa matricei osoase este apă. 65% din greutatea uscată este alcătuită din săruri minerale anorganice (în principal hidroxiapatită), 30-40% este colagen, și restul (aproape 5%) sunt proteine necolagenice (NCP) și carbohidrați. Raportul colagen la NCP este unic pentru os, proteinele colagene reprezentând 90% din matricea organică comparativ cu 10-20% în alte țesuturi (figura 19).

Sărurile osului formează constituenții anorganici ai matricei osoase și transformă matricea organică moale într-o structură rigidă oferind țesutului osos tăria mecanică.

Hidroxiapatita este principalul component, dar mineralul osos conține numeroase impurități. Ionul de fluor poate substitui ionul hidroxil și cantitatea depinde în special de conținutul în fluor al apei de băut, sau chiar de folosirea în exces a pastei de dinți (care conține CaF2).

Alte impurități sunt reprezentate de citrat, carbonat, magneziu și sodiu. Hidroxiapatita formează nuclee cristaline de aproximativ 40 nanometri în lungime și 1,5-3 nanometri grosime. Cristalele sunt aliniate de-a lungul axei fibrei colagene la intervele regulate de 60-70 nanometri.

Figura 19. Structura nanometrică a osului

Din punct de vedere al greutatii, tesutul osos este compus din 25% apa, 43% minerale, 29% colagen si 3% molecule organice non-colagenice (figura 20). Osul inmagazineaza 99% din calciul total, în timp ce restul de 1%, circulă în sânge.

ȚESUTUL OSOS

Osteocite 1. Apatita biologica 1. Colagen

Osteblaste 2.Componente

Osteoclaste extraceluare AscuCitiți fonetic

Figura 20. Compartimentele țesutului osos

Tabel IV. Compoziția fazei minerale a osului uman

Componentul Formula chimică Smalț Os

mineral

Constituenti

(procente de masa, wt%)

Calciu Ca2+ 36.00 24.5

Fosfor P 17.70 11.5

Procentul molar Ca/P 1.62 1.65

Carbonat CO32- 3.20 5.80

Sodiu Na+ 0.50 0.70

Magnez Mg2+ 0.44 0.55

Potasiu K+ 0.08 0.03

Clor Cl- 0.30 0.10

Fluor F- 0.01 0.02

Total faza anorganica (minerala) 97.00 65.00

Total faza organica 1.00 1.50

Apa absorbita 1.50 9.70

Elemente in urme Sr2+, Pb2+, Zn2+, Cu2+, Fe3+

3.4.1 Metabolismul osos

Ca și țesut viu, osul se reînnoiește continuu. Pe scurt, în cadrul procesului de remodelare, osteoclastele elimină osul vechi iar osteoblastele formează osul nou.26 O serie de substanțe nutritive prezintă importanță în metabolismul osos. Ca, P și Mg sunt necesare pentru formarea matricei osoase , în timp ce o cantitate suficientă de vitamina D asigură absorbția Ca în intestin . Proteinele ​​și unele minerale sunt necesare pentru sinteza de colagen.

Remodelarea osoasă este reglată de hormoni și factori locali .Cei mai importanți hormoni care reglează remodelarea sunt PTH și 1,25 (OH) 2D. La adulții sănătoși, există un echilibru între funcțiile osteoclastelor și cele ale osteoblastelor pentru a asigura întreținerea și integritatea scheletului. În menopauză, la femei, turnover-ul osos crește din cauza deficitului de estrogeni, iar pierderea osoasă se accelerează datorită unei creșteri a remodelării osoase; astfel osul este mai mult resorbit decât înnoit. Hiperparatiroidismul secundar apare atât la femei cât și la bărbații în vârstă. Din cauza absorbției reduse a calciului nivelul calcemiei scade , astfel că, PTH este secretat în cantități anormal de mari pentru a compensa și menține concentrația serică a calciului.

3.4.2 Efectele fosforului alimentar asupra oaselor

Potrivit mai multor studii pe animale cât și a intervențiilor asupra omului, un aport ridicat de fosfor afectează metabolismul osos prin alterarea Ca, PTH și metabolismul calcitriolului.

În principal, efectele fosforului asupra metabolismului osos sunt mediate prin secreția crescută a PTH. La adulții sănătoși, o concentrație serică crescută a PTH determină o resorbție osoasă mai mare și eliberarea calciului și fosforului din oase, în timp ce administrarea intermitentă a PTH are efecte opuse. De fapt, teriparatidul, fragmentul (1-34) N-terminal al PTH uman recombinant, este utilizat pentru a trata osteoporoza. Prin urmare, în vivo, efectul combinat al P și PTH asupra metabolismului osos este complex și poate varia de la o situație acută la una pe termen lung .Cu toate acestea, atunci când funcția renală este afectată, consumul în exces de P are efecte dăunătoare asupra oaselor, deoarece boala renală cronică ar putea duce la o tulburare osoasă multifactorială, CKD-MBD (figura 17).

Figura 21. Consecințele bolii renale cronice și a tulburărilor minerale și osoase ( CKD – MBD ) la pacienții cu insuficiență renală cronică ( adaptat de Komaba et al . 2008) .

Anterior, Lundquist (2007) a raportat că în vitro mineralizarea osoasă prin fosfor este dependentă de transportatorii NPT2 ai osteoblastelor. Osteoblastele sunt exprimate prin NPT2a și NPT2b, care sunt responsabili în mare parte de absorbția fosforului de către osteoblaste.

În urma experimentelor pe șobolani, Katsumata(2005) și Huttunen (2006, 2007) au raportat că dietele bogate în fosfor au dus la hiperparatiroidism secundar și pierderea de masă osoasă. La oamenii sănătoși, nu există studii de monitorizare sau control cu privire la efectele diferitelor doze de fosfor asupra masei osoase, structură sau geometrie. Cu toate acestea, probele unui studiu transversal sugerează că mai multe prize de fosfor decât sunt recomandate au efect negativ și independent asociate cu cantități mai mici de masă osoasă la femeile tinere.

Sursele de fosfor pot avea, de asemenea, efecte diferite asupra oaselor, ca și în unele studii transversale anterioare, s-au evidențiat asociații nefavorabile ale acidului fosforic din băuturile răcoritoare cu sănătatea oaselor. În băuturi de tip cola, aditivii fosfați sunt prezenți sub formă de acid fosforic (H3PO4), în timp ce în alte alimente este întâlnit sub diferite forme de săruri fosfat, spre exemplu polifosfați de sodiu. Deși conținutul de fosfor în băuturi precum cola este redus și nu contribuie în mare măsura asupra cantității totale de fosfor absorbite în regim alimentar normal, totuși, atunci când băuturile cola sunt consumate în cantități mari, de exemplu, peste 1,5 l / zi, ar putea contribui la totalul consumului de fosfor. Nu este clar dacă este acidul fosforic sau un alt component din băuturi ce conțin acid fosforic, cel care poate afecta negativ sănătatea oaselor.

Potrivit unor studii realizate pe femei tinere sănătoase, aportul de fosfor în doze comparabile cu un aport alimentar normal și cu un nivel scăzut de aport de calciu a determinat creșterea concentrației serice a PTH, în dependență de doză. Mai mult de atât, un aport ridicat de fosfor a inhibat creșterea calcitriolului seric, ca răspuns a aportului scăzut de calciu, ceea ce înseamnă că relația normală dintre aportul și absorbția calciului este perturbată de dietele bogate în fosfor și sărace în calciu.

Consumul mare de fosfor afectează metabolismul osos prin scăderea formării osului cât și prin creșterea resorbției osoase, ceea ce duce la apariția osteoporozei. Aceasta este definită ca " o boală scheletică sistemică caracterizată prin masă osoasă scăzută și deteriorarea microarhitecturii țesutului osos, cu o creștere, în consecință, a fragilității osoase și susceptibilității a riscului de fractură. (figura 18). Riscul de fractură poate fi prezis prin măsurarea densității minerale osoase( DMO ), iar o valoare DMO de -2.5 deviații standard (DS) sau mai mică, în raport cu adulții tineri, este definită ca osteoporoză.

Cea mai severă fractură osteoporotică este fractura de șold ,care apare, de obicei, la persoanele în vârstă, în urma unor căderi. Atât la femei cât și la bărbați , îmbătrânirea și DMO scăzută sunt factorii majori de risc pentru fracturile osteoporotice . La femei este prezent un risc crescut de osteoporoză deoarece, au masa osoasă totală mai mică, iar pierderea de masă osoasă este mai mare, aproximativ 0,86-1,21%, crescând după instalarea menopauzei, în comparație cu bărbații la care este de 0,04-0,90%. Cu toate acestea, la bărbați este mai frecvent întâlnită osteoporoza secundară.

Figura 22. Țesutul osos normal și cel afectat de osteoporoză

CONCLUZII

Utilizarea preponderentă a fosforului este în îngrășăminte, fosfatul fiind un nutrient vital pentru vegetație, asesea existent în sol în cantități limitate. Fosforul, fiind un nutrient esential al plantelor, își găsește astfel un rol major ca element constitutiv al îngrășămintelor sub formă de 70% la 75% P2O5. Fosforul alb este utilizat în producția compușilor organofosforici compuși ce au o multitudine de aplicații, inclusiv în plastifianți, ignifuge, pesticide, agenți de extracție, și tratarea apei uzate.

Fosforul există în organism în formă ionică (majoritar fiind ionul fosfat) sau sub formă legată, în fosfoproteine și fosfolipide.

Cei mai mulți oameni asimilează fosfor în cantități suficiente prin dieta lor. Mineralul se găsește în lapte, cereale, și alimentele bogate in proteine. Anumite situații legate de condiția de sănătate a persoanei în cauză, cum ar fi bolnavii de diabet sau alcoolicii pot provoca o scădere drastică a concentrației de fosfor din organism. Același lucru este valabil și în boala celiacă sau boala Crohn maladii care care fac greu absorbabili nutrienții. Unele medicamente pot provoca niveluri scăzute de fosfor în organism, inclusiv unele antiacide și diuretice.

Simptomele deficitului de fosfor includ pierderea poftei de mâncare, anxietate, dureri osoase, oase fragile, articulatii rigide, oboseală, respirație neregulată, iritabilitate, senzație de amorțeală, slăbiciune, și schimbare în greutate. La copii, poate să apară și o dezvoltare precară a oaselor și dinților.

Excesul de fosfor în organism este mult mai des întâlnit și totodată și mai îngrijorător decât deficitul. Prea mult fosfor conduce la boli de rinichi sau hipocalcemie. Mai multe studii sugerează că dozele mari de fosfor sunt asociate cu un risc crescut de boli cardiovasculare. Deoarece cantitatea de fosfor introdus prin alimentație este în creștere, trebuie suplimentată și cantitatea de calciu din dietă. Echilibrul delicat dintre calciu si fosfor este necesar pentru a avea o densitate osoasa buna si pentru prevenirea osteoporozei.

Deși restricția de fosfor alimentar și dializa joacă un rol important în ceea ce privește gestionarea hiperfosfatemiei, totuși este nevoie de terapii suplimentare. Administrarea orală sau intravenoasă de metaboliți ai vitaminei D poate corecta hiperparatiroidismul secundar, însă poate duce la o creștere a absorbției a calciului și fosfor la nivel intestinal contribuind indirect la calcifierea vasculară.

BIBLIOGRAFIE

 Negoiu D, Tratat de chimie anorganică, Vol. I-II, Editura Tehnică, 1972.

Bieleski RL. Phosphate pools, phosphate transport, and phosphate availability. Annu Rev Plant Physiol. 1973; 24: 225–252.

Holford ICR. Soil phosphorus: its measurement, and its uptake by plants. Aust J Soil Res. 1997; 35: 227–239.

Jeschke W., Kirkby E., Peuke A., Pate J., Hartung W. Effects of P efficiency on assimilation and transport of nitrate and phosphate in intact plants of castor bean (Ricinus communis L.). J Exp Bot, 1997; 48: 75–91

EFSA 2005,Uribarri 2007

EFSA (European Food Safety Authority). Opinion of the Scientific Panel on Dietetic Products,

Nutrition and Allergies on a request from the Commission related to the Tolerable Upper 92 Intake Level of Phosphorus. EFSA Journal 2005;233:1-19. Available from: http://www.efsa.

europa.eu/EFSA/efsa_locale-1178620753812_ 1178620767179.ht

Suurseppä et al. 2001, Murphy-Gutekunst 2005, Karalis și Murphy-Gutekunst 2006

SCF (Scientific Committee on Food). Reports of the scientific committee of food (31st series).

Nutrient and energy intakes for European communities. Luxembourg: Commission of the

European Community; 1993. pp.177-189.

Berner YN, Shike M., Consequences of phosphate imbalance. Annu Rev Nutr, 1988; 8:121-148.

Murer H, Forster I, Hernando N, Lambnert G, Traebert M, Biber J. Posttranscriptional regulation of the proximal tubule NaPi-II transporter in response to PTH and dietary Pi. Am J Physiol. 1999; 46:F676-F684

Kumar R. Metabolism of 1,25-dihydroxyvitamin D3. Physiol Rev. 64:478 –504, 1984.

Crook M. Management of severe hypophosphatemia. Nutrition 2009; 25:368-369.

Weisinger JR, Bellorin-Font E. Electrolyte quintet:magnesium and phosphorus. Lancet

1998; 352:391-396.

Sullivan C, Sayre SS, Leon JB, Machekano R, Love TE, Porter D et al. Effect of food additives on hyperphosphatemia among patients with end-stage renal disease: a randomized controlled trial. JAMA 2009; 301:629-635.

Gaasbeek A, Meinders AE: Hypophosphatemia: an update on its etiology and treatment. Am J Med 2005; 118:1094-1101.

Amanzadeh J, Reilly RF Jr: Hypophosphatemia: an evidence-based approach to its clinical consequences and management. Nat Clin Pract Nephrol 2006; 2 :136-148.

Kim KM, Park JB, Bae KS, Kang SJ (2011) Hungry bone syndrome after parathyroidectomy of a minimally invasive parathyroid carcinoma. J Korean Surg Soc 81: 344-349.

Shimada T, Kakitani M, Yamazaki Y, Hasegawa H, Takeuchi Y, et al., Targeted ablation of Fgf23 demonstrates an essential physiological role of FGF23 in phosphate and vitamin D metabolism. J Clin Invest. 2004; 113: 561-568.

Murer H, Hernando N, Forster I, Biber J: Proximal tubular phosphate reabsorption: molecular mechanisms. Physiol R ev. 2000; 80 :1373-1409.

Cohen J, Kogan A, Sahar G, Lev S, Vidne B, Singer P: Hypophosphatemia following open heart surgery: incidence and consequences. Eur J. Cardiothorac Surg. 2004; 26 :306-310.

Charron T, Bernard F, Skrobik Y, Simoneau N, Gagnon N, Leblanc M, Intravenous phosphate in the intensive care unit: more aggressive repletion regimens for moderate and severe hypophosphatemia. Intensive Care M ed 2003; 29 :1273-1278.

Wagner CA., Novel insights into the regulation of systemic phosphate homeostasis and renal phosphate excretion. J Nephrol., 2007; 20: 130-134.

Ritz E, Hahn K, Ketteler M, Kuhlmann MK, Mann J Phosphate additives in food–a health risk. Dtsch Arztebl Int, 2012; 109: 49-55

Lameire N, Van Biesen W, Vanholder R Electrolyte disturbances and acute kidney injury in patients with cancer. Semin Nephrol., 2010; 30: 534-547

Krapf R, Jaeger P, Hulter HN., Chronic respiratory alkalosis induces renal PTH-resistance, hyperphosphatemia and hypocalcemia in humans. Kidney Int., 1992; 42: 727-734

http://emedicine.medscape.com/article/241185-clinical

Drüeke TB., Control of secondary hyperparathyroidism by vita-min D derivatives. Am J Kid Dis., 20013; 7[Suppl 2]: S58 –S61.

Kates DM, Andress DL, Control of hyperphosphatemia in renal failure: Role of aluminum. Semin Dial, 1996; 9: 310 –315.

Goodman WG, Goldin J, Kuizon BD, Yoon C, Gales B, Sider D,Wang Y, Chung J, Emerick A, Greaser L, Elashoff RM, SaluskyIB: Coronary-artery calcification in young adults with end-stage renal disease who are undergoing dialysis. N Engl J Med. 2000; 342:1478 –1483.

Dempster DW. Bone remodelling. In: Osteoporosis:etiology, diagnosis, and management. Riggs BL, Melton LJIII (eds.).2nd edition. Philadelphia, USA: Lippincott-Raven; 1995; 67-91.

Raisz LG. Pathogenesis of osteoporosis: concepts, conflicts and prospects. J Clin Invest 2005; 115:3318-3325.

Robey PG, Boskey AL. The composition of bone. In: Rosen CJ (ed.) Primer on the metabolic bone diseases and disorders of mineral metabolism. Washington DC: The American Society for

Bone and Mineral Research; 2008; 32-38.

Elaine N. Marieb, Katja Hoehn, Human anatomy & physiology. [electronic resource] – 7th ed, San Francisco, Pearson Benjamin Cummings, 2004.

Bonjour JP, Guéguen L, Palacios C, Shearer MJ, Weaver CM. Minerals and vitamins in bone health: the potential value of dietary enhancement. Br J Nutr 2009; 101: 1581-1596.

Seeman E. Pathogenesis of bone fragility in women and men. Lancet 2002; 359: 1841-1850.

Calvo MS, Park YK. Changing phosphorus content of the U.S. diet: potential for adverse effects on bone. J Nutr 1996; 126:1168S-1180S.

Leonard MB. A structural approach to skeletal fragility in chronic kidney disease. Semin Nephrol 2009; 29: 133-143.

Metz JA, Anderson JJ, Gallagher Jr PN. Intakes of calcium, phosphorus, and protein, and physical-activity level are related to radial bone mass in young adult women. Am J Clin Nutr 1993; 58: 537-542.

Tucker KL, Morita K, Qiao N, Hannan MT, Cupples LA, Kiel DP. Colas, but not other carbonated beverages, are associated with low bone mineral density in older women: The Framingham Osteoporosis Study. Am J Clin Nutr 2006; 84:936-942.

Anon. Consensus development conference: diagnosis, prophylaxis, and treatment of osteoporosis. Am J Med 1993; 94: 646-650.

Hannan M.T., Felson D.T., Dawson-Hughes B., et al. Risk factors for longitudinal bone loss in elderly men and women: the Framingham Osteoporosis Study. J Bone Miner Res 2000; 15:710-20