Analiza składu ciała może pokazać Ci zawartość substancji mineralnych w Twoim organizmie. To one budują kości, które razem z chrząstkami tworzą układ szkieletowy. Stanowi on mechaniczną podporę ciała i ochrania ważne narządy. Jest także swego rodzaju „bankiem” minerałów, z którego organizm w zależności od potrzeb fizjologicznych pozyskuje wapń i fosfor albo w którym odkłada te pierwiastki. Chociaż trudno nam to sobie wyobrazić nasze kości ciągle „pracują” – konkretne składniki są usuwane i zastępowane nowymi.

Na początek trochę biologii…Szkielet człowieka zbudowany jest z dwóch rodzajów tkanki łącznej: kostnej oraz chrzęstnej. Tkankę kostną tworzą dojrzałe komórki kostne (osteocyty), komórki kościotwórcze (osteoblasty) oraz komórki kościogubne (osteoklasty), a także substancja międzykomórkowa zawierająca włókna kolagenowe nadające naszym kościom sprężystość. Osteocyty odpowiadają przede wszystkim za wymianę substancji odżywczych oraz metabolitów. Przy czym warto podkreślić, że przekazywanie substancji między osteocytami zachodzi najintensywniej w młodej tkance kostnej, natomiast z wiekiem spada nasilenie tych procesów. Komórki kościotwórcze, czyli osteoblasy odpowiedzialne są za produkcję składników macierzy pozakomórkowej tkanki kostnej: kolagenu typu I i proteoglikanów. Wytwarzają również białka: osteonektyne, osteokalcynę, a także kolagenazę niezbędne w procesie mineralizacji kości. Ich działanie regulują hormony takie jak parathormon, hormon wzrostu, hormon tarczycy oraz witamina D₃. Zadaniem ostatnich z komórek tkanki kostnej – osteoklastów – jest rozpuszczanie i resorpcja tkanki kostnej. Mają szczególne znaczenie dla prawidłowego kształtowania się kości, w procesach zrostu po złamaniach, a także w chorobach kości jak osteoporoza. Są rodzajem makrofagów, a ich powstawanie i działanie regulowane jest głównie przez witaminę D₃ oraz parathormon. Co ważne, w nadmiernej ilości prowadzą do osteoporozy.

Tkanka chrzęstna z kolei zbudowana jest z komórek chrzęstnych (chondrocytów) oraz z substancji międzykomórkowej składającej się z macierzy tworzonej przez kwas hialuronowy i proteoglikany oraz dużej ilości włókien kolagenowych. W porównaniu do tkanki kostnej, tkanka chrzęstna jest słabiej zmineralizowana co nadaje jej sprężystość i elastyczność. Nie zawiera naczyń krwionośnych oraz limfatycznych. Nie jest również unerwiona.

Rozwój układu kostnego człowieka zależy w dużym stopniu od prawidłowego żywienia. Na gęstość mineralną kości wpływają również w istotny sposób predyspozycje genetyczne, a także hormony, palenie papierosów i ogólny stan zdrowia. Większość z nas na pytanie jakie substancje są niezbędne do prawidłowego stanu kości odpowie wapń oraz witamina D. Być może część wspomni również o fosforze. Ale czy wystarczą tylko te składniki, żeby nasze kości były mocne i wytrzymałe? To pytanie na pewno by nie padło gdyby właśnie tak było. Prawdą jest, że wapń, witamina D i fosfor są głównymi składnikami wpływającymi na nasz układ kostny. Jednak istotną rolę odgrywają także witamina C, witamina K, witamina A, cynk, magnez, miedź oraz mangan. Postaramy się przybliżyć w zrozumiały sposób ich rolę w prawidłowym funkcjonowaniu naszych kości.

Wapń

            Wapń jest głównym składnikiem naszych kości i zębów. Organizm człowieka zawiera około 1200 g wapnia. Odpowiada to około 1,5 % masy ciała człowieka, przy czym 99% wapnia znajduje się w kościach i zębach, głównie w postaci fosforanów wapnia. Pozostała ilość obecna jest w płynie śródkomórkowym i pozakomórkowym w postaci zjonizowanej. Wapń pełni w organizmie człowieka wiele funkcji. Poza utrzymaniem właściwej mineralizacji kości i zębów bierze również udział w aktywacji i wydzielaniu hormonów oraz neurotransmiterów, regulacji skurczów mięśni gładkich i szkieletowych, przewodnictwie neuronalnym, a także uczestniczy w zachowaniu homeostazy organizmu poprzez regulację procesów zapalnych, utrzymanie przepuszczalności błon komórkowych oraz prawidłowy przebieg procesu krzepnięcia.

Niezwykle ważna jest odpowiednia podaż wapnia w okresie wzrastania, co pozwala na uzyskanie właściwej mineralizacji kości, a tym samym osiągnięcie prawidłowej szczytowej masy kostnej. W tym czasie przyswajalność tego pierwiastka jest największa i wynosi około 400 mg na dobę. Niestety ilość ta maleje wraz z wiekiem – w dorosłym wieku spada do około 20 mg/d. W związku z tym pokrycie zapotrzebowania organizmu na wapń jest niezwykle ważne – w młodym wieku w połączeniu z aktywnością fizyczną pozwala na osiągnięcie zadowalającej szczytowej masy kostnej, natomiast u osób starszych zapewnia utrzymanie dostatecznie dużej masy kostnej i ochronę przed osteoporozą.

Gdzie znajdziemy wapń i co wpływa na jego przyswajanie?

Głównym źródłem wapnia w naszej diecie są produkty zwierzęce, takie jak: mleko i przetwory mleczne, konserwy rybne zawierające kościec (sardynki, szproty) oraz jaja. Zawartość wapnia w 100 ml mleka wynosi około 120 mg, co daje około 300 mg na szklankę mleka. Podobne ilości tego pierwiastka zawierają również jogurty – 130 mg/100 g i kefiry – 100mg/100g. Będą więc dobrym rozwiązaniem dla osób nie tolerujących laktozy. Wśród produktów roślinnych dobrym źródłem wapnia będą produkty zbożowe gruboziarniste jak pieczywo, mąki, kasze gruboziarniste, a także suche nasiona roślin strączkowych, warzywa liściaste jak szpinak, jarmuż, szczaw, rabarbar, seler, boćwina, orzechy, migdały i nasiona (m.in. sezam, nasiona chia) oraz kakao.

Wspominając o produktach będących źródłem wapnia warto też wiedzieć o składnikach ułatwiających i utrudniających jego wchłanianie w przewodzie pokarmowym.

            Absorpcja wapnia, czyli jego wchłanianie zależy od obecności w przewodzie pokarmowym innych składników pokarmowych, od poziomu wapnia w organizmie, od formy w jakiej został przyjęty oraz od poziomu witaminy D₃ w organizmie. Ponadto wpływ na wchłanianie tego makroelementu mają również różne stany fizjologiczne jak wiek, ciąża czy laktacja.

Zacznijmy od stanów fizjologicznych. W ciąży oraz podczas laktacji znacznie wzrasta wchłanianie wapnia, z kolei wraz z wiekiem ilość ta ulega zmniejszeniu. Z czym to jest związane? U kobiet w ciąży organizm przystosowuje się do zwiększonego zapotrzebowania w związku z tym wydajność procesu absorpcji wapnia wzrasta, jak udowodniono nawet o 340% w porównaniu do okresu sprzed ciąży. Następnie podczas laktacji wchłanianie stopniowo spada do wcześniejszego poziomu. Podobnie podczas niedoboru wapnia w organizmie – organizm stara się zrekompensować jego braki i dochodzi do zwiększenia absorpcji tego pierwiastka w przewodzie pokarmowym. Główną rolę odgrywa tu transport aktywny zależny od witaminy D. Osoby starsze z kolei, a zwłaszcza kobiety po menopauzie charakteryzują się zmniejszonym wchłanianiem wapnia. Bullamore i współpracownicy wykazali widoczny spadek absorpcji wapnia u mężczyzn i kobiet po ukończeniu 60 roku życia. W grupie 70-79-latków absorpcja została zmniejszona o jedną trzecią w porównaniu do grupy 20-59-latków. Co więcej, udowodniono, iż podczas zastosowania diety bogatej w wapń osoby starsze absorbują średnio o 35% mniej wapnia niż osoby młode. Jak widać starszy wiek nie sprzyja zachowaniu mocnych kości.

Na wchłanianie wapnia wpływają także różne stany chorobowe jak celiakia, zespoły złego wchłaniania czy marskość wątroby, a także schorzenia, które ingerują w metabolizm witaminy D, między innymi przewlekła niewydolność nerek.

Jeśli chodzi o składniki pokarmowe, to wchłanianie wapnia ułatwiać będą: laktoza i kazeina zawarte w mleku i produktach mlecznych, a także witamina D. W związku z tym mleko poza tym, że jest bardzo dobrym źródłem wapnia, zawiera również związki ułatwiające jego wchłanianie. Sery żółte również są dobrym źródłem wapnia, jednak nie zaleca się ich częstego spożywania ze względu na znaczną zawartość tłuszczu i cholesterolu. W literaturze wspomina się również o witaminie C, jednak jej wpływ na wchłanianie wapnia nie jest do końca potwierdzony. W badaniu z 2011 roku wykazano, że dodatek 25 mg kwasu askorbinowego do diety zawierającej 336 mg wapnia/dzień spowodował zwiększenie absorpcji wapnia z 50 do 100 mg/dzień. Jednak z drugiej strony wydalanie wapnia z moczem również uległo zwiększeniu, co spowodowało, że całkowity dobowy bilans wapnia pozostał bez zmian. Natomiast składniki odżywcze, które wśród składników odżywczych utrudniających przyswajanie wymienia się: szczawiany i fosforany (tworzące z wapniem trudno wchłaniające się związki), alkohol, nadmiar błonnika i białka w diecie.

Fosfor

            Wraz z wapniem fosfor jest głównym składnikiem kości i zębów. W organizmie około 90 % fosforu występuje w postaci fosforanów wapnia. Niezwykle ważne jest zachowanie równowagi fosforanowo-wapniowej ustroju, co zależy w znacznej mierze od odpowiedniego stosunku wapnia do fosforu w pożywieniu. U osób dorosłych stosunek ten powinien wynosić 1:1, co umożliwia właściwe wchłanianie wapnia i prawidłowy przebieg procesu wbudowywania hydoksyapatytów (minerały zbudowane z hydroksyfosforanu wapnia) do kości. Na utrzymanie optymalnego poziomu fosforu w organizmie wpływ mają parathormon oraz witamina D. W przypadku nadmiaru dochodzi do wzrostu wydalania fosforanów z moczem, zmniejsza się również synteza kalcytriolu (aktywnej formy witaminy D), a to z kolei upośledza wchłanianie i wykorzystanie wapnia. Zwiększa się także wydzielanie parathormonu (PTH), co prowadzi do pobudzenia komórek kościogubnych – wiąże się to  z niszczeniem tkanki kostnej. Z kolei zbyt niski poziom fosforu nasila syntezę kalcytriolu, który pobudza wchłanianie tego pierwiastka z przewodu pokarmowego. Fosfor jest szeroko rozpowszechniony w żywności, dlatego niedobór w diecie jest mało prawdopodobny. Jego źródłem będą te same produkty, które stanowią źródło wapnia, a także mięso, ryby, drób oraz substancje dodawane do żywności jak fosforany i polifosforany. Stanowią one około 1/3 całodziennego spożycia tego pierwiastka. Możemy je znaleźć w żywności przetworzonej: serach topionych, produktach typu instant jak zupy w proszku, słodyczach, przetworach mięsnych oraz napojach gazowanych – na przykład znana wszystkim coca cola. Bardzo trudno jest zachować odpowiedni stosunek wapnia do fosforu w codziennej diecie, dlatego powinniśmy starać się ograniczyć fosfor, szczególnie poprzez rezygnację z produktów wysoko przetworzonych.

Witamina D

Witamina D ma budowę podobną do hormonów steroidowych i wykazuje działanie hormonopodobne. Oddziałuje na komórki docelowe poprzez połączenie z receptorem jądrowym VDR. Co ciekawe, receptor ten jest obecny nie tylko w komórkach kostnych, nabłonku jelit i kanalikach nerkowych, ale w wielu innych komórkach organizmu jak serce, ściany naczyń krwionośnych, mózg, gruczoł krokowy, gruczoł sutkowy, jelito cienkie, jelito grube, nadnercza, komórki β trzustki, przytarczyce, limofocyty czy komórki nowotworowe. W związku z tym działanie witaminy D na organizm jest wielokierunkowe. Skupmy się jednak na jej działaniu na układ kostny. Witamina D reguluje gospodarkę wapniowo-fosforanową i wpływa na mineralizację kości. W jaki sposób to robi? W jelitach wpływa na wchłanianie wapnia poprzez stymulację syntezy białka, które wiąże wapń (tzw. białko CaBP). Zwiększa również wchłanianie zwrotne wapnia w kanalikach nerkowych oraz reguluje absorpcję fosforu. Pozwala tym samym na zachowanie równowagi wapniowo-fosforanowej. Jest ponadto niezbędna do pobudzania aktywności osteoblastów (komórek kościotwórczych). W okresie rozwojowym ma istotne znaczenie w kształtowaniu kości oraz zębów – niedobór w dzieciństwie prowadzi do krzywicy.

Zapotrzebowanie na witaminę D zdrowej osoby dorosłej wynosi 15 µg cholekalcyferolu na dobę. Ze względu na niedostateczną ilość słońca w naszej strefie zalecana jest suplementacja w miesiącach od września do maja w ilości 20-50 µg witaminy D na dobę w zależności od masy ciała, spożycia witaminy D z dietą i jej zawartości w osoczu. W pozostałych miesiącach zapotrzebowanie jest z reguły pokrywane przez syntezę skórną. Jednak bardzo ważne jest odsłonięcie co najmniej 10% naszego ciała (odkryte nogi oraz przedramiona), a także nie stosowanie filtrów UV, gdyż zmniejszają one syntezę witaminy D w skórze. Na niedobory narażone są zwłaszcza osoby starsze. W procesie starzenia spada zawartość 7-dehydrocholekalcyferolu w skórze, co przyczynia się do zmniejszenia syntezy witaminy D nawet o około 60 % w stosunku do młodych osób dorosłych.

Witamina C

Witamina C jest ważnym antyoksydantem w naszej diecie. Niszczy wolne rodniki, zapobiega powstawaniu rakotwórczych nitrozoamin w żołądku, wpływa na naszą odporność, gojenie się ran, uszczelnia naczynia krwionośne, bierze również udział w syntezie kolagenu. Kolagen to główne białko tkanki łącznej. Występuje w skórze, zębach, kościach, ścięgnach, chrząstce i rogówce oka. Wykazuje dużą odporność na rozciąganie. Stanowi on według różnych źródeł od 25 do 40% ogólnej ilości białka w organizmie. Kolagen zbudowany jest przed wszystkim z glicyny, proliny, a także hydroksyproliny i hydroksylizyny. Witamina C jest niezbędna do powstania dwóch ostatnich wymienionych aminokwasów z proliny i lizyny. Stanowi ona kofaktor dla enzymów – hydroksylazy prolilu i lizylu – odpowiedzialnych za krzyżowanie i stabilizację włókien kolagenowych, czyli krótko mówiąc jest niezbędna do właściwego działania tychże enzymów. Kwas askorbinowy może również wpływać bezpośrednio na proces syntezy kolagenu poprzez aktywację transkrypcji tego białka oraz stabilizowanie mRNA prokolagenu. W konsekwencji dochodzi do przekształcenia prokolagenu we właściwy kolagen.

Witamina K

            Wyróżniamy 3 postacie witaminy K: K1 (filochinon) syntetyzowana wyłącznie przez rośliny, K2 (menachinon) – wytwarzana przez bakterie w jelitach, znajduje się także w produktach pochodzenia zwierzęcego oraz produktach fermentacji soi. Ostatnia postać – witamina K3 (menadion) – syntetyczny analog witaminy K, pełniący funkcję prowitaminy. Pierwszą odkrytą funkcją witaminy K był jej wpływ na proces krzepnięcia. Bierze ona bowiem udział w powstawaniu VII, IX, X czynnika krzepnięcia. Jej niedobór prowadzi do krwotoków i krwawień nawet przy niewielkich urazach oraz do skazy krwotocznej. Witamina K wpływa jednak w istotny sposób również na układ kostny. Dotychczas poznano 4  białka występujące w tkance kostnej, które do uzyskania właściwej struktury chemicznej wymagają udziału witaminy K: osteokalcyna, zwana też białkiem kostnym Gla (BGP), białko Gla macierzy kostnej (MGP), periostyna oraz białko bogate w grupy Gla (GRP). Witamina K uczestniczy w procesie karboksylacji niektórych reszt kwasu glutaminowego tworzących łańcuchy polipeptydowe tych białek. W wyniku karboksylacji białek Gla ostekalcyny dochodzi do wzrostu mineralizacji kości. Z kolei poprzez hamowanie aktywności osteoklastów (k.kościogubnych) zmniejsza się resorpcja tkanki kostnej. W 2007 roku przeprowadzono badanie kliniczne trwające 3 lata na grupie 325 zdrowych kobiet w okresie postmenopauzalnym. Co wykazano? U kobiet suplementujących witaminę K2 w dawce 45 mg/dziennie nastąpił istotny wzrost szerokości szyjki kości udowej o 1,5 % w porównaniu do grupy placebo. Dodatkowo, w ostatnich latach wykryto również, iż witamina K2 wpływa na ekspresję wielu ważnych genów kodujących białka macierzy pozakomórkowej w tkance kostnej ze względu na jej antagonistyczne działanie w stosunku do receprota SXR  (steroid and xenobiotic receptor). Co ciekawe witamina K „współpracuje” z witaminą D, jednak mechanizm tej współpracy nie został dokładnie poznany. W badaniu Iwamoto i współpracowników zaobserwowano, że gęstość mineralna kręgów lędźwiowych była istotnie wyższa u pacjentów otrzymujących jednoczesną suplementację witaminą K i D w porównaniu do grupy otrzymującej samą witaminę K bądź samą witaminę D. Ponadto, niektóre badania donoszą, że pozytywne działanie witaminy K na układ kostny jest znacznie bardziej widoczne przy wyższym stężeniu witaminy D w surowicy.

Witamina A

Witamina A pełni w organizmie wiele funkcji, m.in.: odgrywa istotną rolę w procesie widzenia wchodząc w skład rodopsyny, chroni przed szkodliwym działaniem wolnych rodników czy wpływa na stan włosów, skóry i paznokci. Na kości natomiast wpływa zwłaszcza w okresie ich wzrostu oddziałując na rozwój i różnicowanie komórek kostnych. Niedobór w czasie ciąży może prowadzić do zniekształceń kości i twarzoczaszki u płodu.

Cynk, Miedź, Mangan, Potas

Cynk, miedź i mangan są składnikami enzymów, które biorą udział w syntezie macierzy kostnej. Cynk wchodzi w skład ponad 200 metaloenzymów w organizmie. Ma duży wpływ na wzrost układu kostnego – warunkuje prawidłową mineralizację oraz prawidłowe funkcjonowanie osteoblastów. Stwierdzono, że stężenie cynku jest niższe w surowicy krwi u starszych kobiet z osteoporozą. Nie wyklucza się jednak wpływu hormonalnej terapii zastępczej, różnych leków, a także infekcji. Gdy dojdzie do jego niedoboru w czasie ciąży może spowodować zaburzenia wzrostu płodu. Natomiast w okresie wzrostu dzieci i młodzieży niedobór przyczynia się do patologii w dojrzewaniu układu kostnego. Miedź i mangan z kolei działają synergistycznie z wapniem. Dowiedziono, że przyjmowanie suplementów wapnia łącznie z preparatami zawierającymi cynk i miedź może znacznie spowolnić tempo ubytku masy kostnej. Podkreśla się także rolę potasu – poprawia on bilans wapniowy poprzez zmniejszenie wydzielania wapnia z moczem, dzięki czemu może spowolnić resorpcję (uwalnianie) wapnia z kości. Głównym źródłem potasu będą warzywa i owoce, z kolei miedzi, manganu i cynku – przede wszystkim orzechy, nasiona, rośliny strączkowe, produkty zbożowe z grubego przemiału. Dobrym źródłem cynku będzie również mięso.

PODSUMOWANIE

            Jak widać dieta odgrywa istotną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu układu kostnego. W dzieciństwie, w wieku dojrzewania oraz w pierwszych latach wieku dojrzałego, w miarę jak szkielet się rozwija, w kościach gromadzą się duże ilości wapnia i innych minerałów (takich jak magnez, cynk i fosfor), które powodują ich wzmocnienie. Szczególnie krytycznym okresem jest dojrzewanie, kiedy to akumuluje się około 40% szczytowej masy kości (ang. peak bone mass – PBM). W wieku 20 lat masa kości osiąga 90-95% PBM, jej maksymalizacja z kolei następuje w wieku 30-35 lat. Niezwykle ważne jest, aby zadbać zwłaszcza w tym okresie o odpowiednią zawartość wapnia, witaminy D, magnezu, a także witaminy C, K, cynku, manganu i miedzi w naszej diecie. Zagwarantuje to nam osiągnięcie odpowiedniej szczytowej masy kostnej, a także zmniejszenie ryzyka osteoporozy w wieku starszym. Potem z roku na rok masa kości zaczyna się niestety zmniejszać. Dodatkowo utrata masy kostnej wzrasta u kobiet w okresie menopauzy. Wówczas gwałtownie obniża się poziom estrogenu – hormonu „konserwującego” kości. Jednak poprzez odpowiednią dietę i aktywność fizyczną wciąż mamy wpływ na stan naszego układu kostnego, a tym samym możemy zapobiegać postępującemu wraz z wiekiem spadkowi gęstości mineralnej kości.

• Grzymisławski M., Gawęcki J., Żywienie człowieka zdrowego i chorego 2. Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2010
• Włodarek D., Lande E, Kozłowska L., Głąbska D., Dietoterapia. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2014
• Dżygadło B., Wolska J. Zastosowanie niektórych substancji mających wpływ na obrót kostny. Medycyna Ogólna i Nauki o Zdrowiu 2012, Tom 18, Nr 2, 125-130
• Janda K., Kasprzak M., Wolska J., Witamina C – budowa, właściwości, funkcje iwystę Pomeranian Journal of Life Sciences 2015, 61, 4, 419–425
• https://edraurban.pl/ssl/book-sample-file/kosmeceutyki-seria-dermatologia-kosmetyczna-ii-wydanie/pdf/k2.pdf
• Szeleszczuk Ł., Kuras M., Znaczenie wapnia w metabolizmie człowieka i czynniki wpływające na jego biodostępność w diecie. Biul. Wydz. Farm. WUM, 2014, 3, 16-22
• Kupisz-Urbańska M., Galus K., Epidemiologia niedoboru witaminy D u osób w podeszłym wieku — wybrane zagadnienia. Gerontol. Pol. 2011; 19, 1: 1–6
• Karmańska A., Karwowski B., Rola witaminy K w metabolizmie koś Bromat. Chem. Toksykol. – XLVIII, 2015, 1, str. 106 – 115

***

Autor – Ewa Olechno – studentka Dietetyki Żywienia Klinicznego na Wydziale Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku, opiekun Koła Naukowego „Dietetyk” – mgr Joanna Smarkusz