Кальций фосфат: Кальция фосфат — инструкция по применению, дозы, побочные действия, противопоказания, цена, где купить

Содержание

Список препаратов с КАЛЬЦИЯ ФОСФАТ

Многокомпонентые препараты

торговые наименования многокомпонентых препаратов, в состав которых входит активное вещество КАЛЬЦИЯ ФОСФАТ

Глутамевит

Таб., покр. оболочкой: 30 или 60 шт.

рег. №: Р N002227/01 от 24.12.08
Кальцинова

Таб. фруктовые: 27 шт.

рег. №: П N015024/01 от 11.01.09
Компливит®

Таб., покр. оболочкой: 30 или 60 шт.

рег. №: Р N000832/01 от 08.09.08 Дата перерегистрации: 23.04.18
Компливит® Актив жевательный

Таб. жевательные (банановые, вишневые, крем-брюле, молочно-шоколадные): банки 30 или 60 шт.

рег. №: ЛСР-006459/09 от 23.08.13
Максамин Форте

Таб., покр. оболочкой: 100 шт.

рег. №: П N014644/01-2002 от 29.01.09
Олиговит

Драже: 30 шт.

рег. №: П N014434/01-2003 от 20.06.08
Селмевит®

Таб., покр. оболочкой: 30, 60 или 100 шт.

рег. №: ЛС-002231 от 07.06.10 Дата перерегистрации: 26.06.17
Супрадин®

Таб. шипучие: 10 или 20 шт.

рег. №: П N015220/01 от 24.04.08 Дата перерегистрации: 12.01.17

Таб., покр. оболочкой: 30 или 60 шт.

рег. №: П N016098/01 от 16.10.09 Дата перерегистрации: 04.07.16
Элевит® Пронаталь

Таб., покр. пленочной оболочкой: 30 или 100 шт.

рег. №: П N015935/01 от 14.07.09 Дата перерегистрации: 03.12.18

Фосфаты кальция — больше, чем просто наполнитель

Кальциевые соли используются в фармацевтической технологии на протяжении многих лет.  Они обладают определенными физико-химическими свойствами, что делает их идеальными вспомогательными веществами при производстве твердых лекарственных форм. Преимущественно соли кальция используются в качестве наполнителя при разработке лекарственных рецептур, однако, функциональные возможности фосфатов кальция выходят далеко за рамки использования его как просто наполнителя. Грамотное применение данного вспомогательного ингредиента позволяет достигать поставленные перед разработчиками цели.

Соли кальция – неорганические вещества минерального происхождения, в связи с чем они характеризуются высокой химической стабильностью. По той же самой причине, они совместимы с большинством известных активных фармацевтических субстанций, за исключением некоторых антибиотиков — индометацина и тетрациклина, которые с ионами кальция образуют трудно абсорбируемые комплексы. Трехосновный кальция фосфат (USP) несовместим с токоферилацетатом, который связывает большое количество гидроксильных групп на поверхности вещества.

Кальциевые соли ортофосфорной кислоты не взаимодействуют с водой, вследствие чего могут успешно использоваться в любых технологиях с применением воды в качестве полностью инертного уплотнителя. Из-за высокого содержания кальция и фосфора соли часто используются в качестве пищевых добавок. В особенности, широкое применение в данной отрасли находят гидроксиапатиты, благодаря соотношению кальция и фосфора, которое также характерно для костей человека.

Вспомогательные вещества на основе фосфатов кальция – идеальные наполнители для прямого прессования благодаря присущей им многофункциональности. Подходящие размер и форма частиц обеспечивают фосфатам кальция превосходную текучесть. Кроме того, с их помощью можно регулировать текучесть плохо сыпучих порошков, что позволяет относительно легко получать массу для таблетирования, не прибегая к дополнительному этапу грануляции. Высокая плотность солей кальция позволяет использовать большее количество вспомогательных веществ без увеличения размера лекарственной формы, а также, при необходимости, уменьшать размер конечного продукта без изменения количества вспомогательных веществ в составе.

Двухосновные фосфаты кальция представляют собой твердые неорганические соединения, которые при сжатии подвергаются преимущественно хрупкому разрушению. Данное свойство обеспечивает высокую текучесть материала, таким образом, таблетки получаются достаточно твердыми.  В дополнение к этому, таблетки, содержащие в своем составе фосфаты кальция, не подвержены расширению после выталкивания их из матрицы пресс-инструмента. Данное явление обычно наблюдается после декомпрессии упругих или пластично-упругих материалов. Другой важной особенностью фосфатов кальция является их низкая чувствительность к лубрикантам. Увеличение количества лубрикантов или длительное время перемешивания не оказывают существенного влияния на прессуемость порошковых смесей, содержащих в своем составе фосфаты кальция.

На сегодняшний день на фармацевтическом рынке представлен широкий выбор различных сортов фосфатов кальция. Сорта, содержащие крупные частицы, используют в основном для прямого прессования, а сорта, состоящие из мелких частиц, подходят для процессов грануляции.  В данной статье представлены наиболее важные свойства различных сортов фосфатов кальция для прямого прессования:

  • Двухосновный кальция фосфат безводный DI-CAFOS® A150 и DI-CAFOS® A60;
  • Двухосновный кальция фосфат дигидрат DI-CAFOS® D160;
  • Трехосновный кальция фосфат TRI-CAFOS® 500

Перечисленные выше сорта производит немецкая компания «Chemische Fabrik Budenheim» (далее «Budenheim»), и они предназначены для метода прямого прессования. В статье также представлены свойства таблеток, полученных при помощи данных веществ. Таким образом, данная статья позволяет получить представление о том, каких целей можно достичь при использовании фосфатов кальция в разработке лекарственных рецептур.

За дополнительной информацией о фосфатах производства Chemische Fabrik Budenheim обращайтесь в ЗАО ФПК «ФармВИЛАР» по электронной почте: [email protected] или по телефону: +7 (499) 372 13 23

Функциональные свойства фосфатов кальция

Частицы двухосновного фосфата кальция (DI-CAFOS® A150, DI-CAFOS® A60 и DI-CAFOS® D160) представляют собой агрегаты мелких частиц различной формы и размеров. На снимках под микроскопом можно увидеть практически сферическую форму частиц фосфата кальция (рис.1-3). В то же время поверхность частиц шероховатая, хорошо сформированная, что улучшает однородность смеси при перемешивании с другими ингредиентами.

Поверхность трехосновного фосфата кальция (TRI-CAFOS® 500) широкая, а ее структура напоминает губку (рис.4). Благодаря данной специфичной структуре, во время смешивания мелкие частицы других ингредиентов, включая АФИ, могут легко прилипать к более крупным частицам фосфата кальция, таким образом эффективность перемешивания повышается.

Фосфаты кальция характеризуются высокой объемной плотностью, что вкупе с подходящей формой частиц обеспечивает отличную сыпучесть. Кроме того, такой уровень плотности материала позволяет значительно уменьшить размер таблетки или капсулы без изменения их массы. Если же необходимо использовать большее количество вспомогательного вещества, например, с целью улучшения текучести и/или прессуемости смеси с трудным АФИ, этого также можно достичь благодаря высокой плотности фосфатов кальция без изменения размера лекарственной формы.

Очень важным аспектом является поведение фосфатов кальция в водной среде, поскольку это может повлиять на эффективность лекарственного препарата. Как правило, данные вещества не растворимы в водных средах при нейтральном или щелочном рН. Однако они растворимы в разбавленных кислотах, например, в 0,1М соляной кислоте. Это означает, что в кислой среде желудка они полностью растворяются, не препятствуя высвобождению препарата. Следовательно, исключены риски при растворении и всасывании препарата в ЖКТ. Также при контакте с водой или водными растворами фосфаты кальция не набухают и не образуют гидрогели. Они не распадаются сами по себе, однако, применение небольших количеств популярных дезинтегрантов (например, кроскармеллозы натрия или поперечно сшитого поливинилпирролидона) позволяет получать быстрораспадающиеся таблетки (рис.6).

Двухосновные фосфаты кальция не гигроскопичны и в условиях, обычно применяемых в лаборатории и при производстве, являются физически и химически стабильными. Прочность таблеток с данными веществами в составе не меняется при хранении в надлежащих условиях.

Известна тенденция безводных органических веществ к образованию гидратов при контакте даже с небольшим количеством водяного пара, присутствующего в воздухе. При использовании фосфатов кальция такого эффекта не наблюдается. Следует также отметить, что безводный двухосновный фосфат кальция (DI-CAFOS® A60 и DI-CAFOS® A150) не образует гидраты даже при перемешивании с водой в течение длительного времени.

Таблетируемость сортов кальция фосфата для прямого прессования

Двухосновные фосфаты кальция при сжатии подвергаются хрупкому разрушению. Благодаря такому механизму деформации удельная площадь поверхности частиц увеличивается и образуется большее количество потенциальных участков связывания. Улучшенная способность склеивания частиц позволяет производить таблетки с высокой прочностью даже при относительно низкой силе прессования. В отличие от двухосновного, трехосновный фосфат кальция (TRI-CAFOS® 500) претерпевает в основном пластические деформации при сжатии. Его высокая способность к связыванию обусловлена высокой удельной площадью поверхности и, следовательно, большим количеством участков связывания.

На рис.5-7 показано сравнение некоторых физических свойств таблеток, полученных с использованием четырех сортов фосфата кальция для прямого прессования, произведенных компанией «Budenheim» – прочность таблетки (сила разлома), пористость и размер, выраженный в виде объема таблетки. Таблетки содержали 99,5 % кальция фосфата и 0,5 % лубриканта (магния стеарат). Порошковые смеси прессовали в таблетки с использованием роторного таблеточного пресса «Fette», 102i («Fette Compacting», Шварценбек, Германия) при трех силах прессования: 10, 20 и 30 кН. Результаты на рис.5 показывают, что и безводный двухосновный фосфат кальция (DI-CAFOS® A150) и двухосновный фосфат кальция дигидрат (DI-CAFOS® D160) отлично таблетируются. Даже при относительно низком усилии прессования могут быть получены таблетки с высокой прочностью. Но следует отметить, что в случае DI-CAFOS® A150 сила прессования значительно влияет на прочность таблетки.

DI-CAFOS® A60 – вещество исключительно высокой плотности и низкой пористости. Эти свойства могут быть полезны при получении таблеток или капсул меньшего размера (рис.6). Лекарственные формы меньшего размера легче принимать, таким образом, пациенту проще соблюдать режим лечения. Это особенно актуально в педиатрической и гериатрической практике. Кроме того, DI-CAFOS® A60 может использоваться для создания лекарственных форм с высокой плотностью, превышающей плотность желудочного сока. Такая лекарственная форма оседает в нижней части антрального отдела желудка и влияет на время прохождения пищевого комка через желудок. Однако следует учитывать, что низкая удельная площадь поверхности DI-CAFOS® A60 требует более высоких усилий прессования для получения таблеток достаточной прочности.

TRI-CAFOS® 500 редко используется в качестве единственного наполнителя в составах для прямого прессования. Он успешно применяется в качестве дополнения к стандартным наполнителям. При использовании от 10 до 30 % TRI-CAFOS® 500 в рецептуре таблеток его большая удельная площадь поверхности способствует лучшему связыванию порошковых смесей. Таким образом, одновременно увеличивается прочность и пористость таблетки (рис.8-9). Помимо фосфатов кальция (DI-CAFOS® A150 и TRI-CAFOS® 500), таблетки в своем составе содержат 2 % кроскармеллозы натрия в качестве дезинтегранта и 0,5 % лубриканта (магния стеарата). Следует также отметить, что помимо увеличения прочности таблетки, добавление TRI-CAFOS® 500 может увеличить пористость таблетки и, как следствие, значительно сократить время дезинтеграции (рис.10).

Резюме

Многие свойства фосфатов кальция, такие как отличная сыпучесть или высокая прессуемость, делают их идеальными наполнителями для прямого прессования. Поскольку основным механизмом деформации при сжатии фосфатов кальция является хрупкое разрушение, данные вещества менее чувствительны к особенностям производственного оборудования, скорости таблетирования или лубрикантам. Такие преимущества могут быть полезны при масштабировании производства. Хотя данная статья посвящена функциональным особенностям фосфатов кальция при прямом прессовании, следует отметить, что сорта, содержащие в своем составе крупные частицы, также могут быть успешно применены в процессах влажной и сухой грануляции. Преимущество их использования – простота в обращении. Помимо высокой насыпной плотности они содержат мало мелких частиц. Таким образом, пылеобразование в процессах взвешивания и просеивания минимально. До недавнего времени вспомогательные вещества рассматривались исключительно как неактивные ингредиенты, используемые только в качестве порошков для наполнения и их дальнейшей переработки, но сейчас доподлинно известно, что они также могут оказывать влияние на эффективность и стабильность лекарственных препаратов.

Авторы статьи: Daniel Zakowiecki, Marek Lachmann и Tobias Heß
Перевод: Юлия Журавлева, ЗАО «ФПК ФармВИЛАР»

Список литературы

  1. Rowe CR, Sheskey PJ, Quinn ME. Handbook of Pharmaceutical Excipients (6th ed.). Pharmaceutical Press, London 2009.
  2. Khan MA, Reddy IK. Calcium phosphate in pharmaceutical product development. Calcium phosphates in biological and industrial systems (ed. Zahid Amjad). Kluwer Academic Publishers, Boston 1998, pp. 303–323.
  3. Marczynski Z. Tabletting technology of a dry extract from Solidago virgaurea L. with the use of silicified microcrystalline cellulose (Prosolv) and other selected auxiliary substances. Polim Med. 2009; 39 (4): 51–60.
  4. Zhang Y, Law Y, Chakrabarti S. Physical Properties and Compact Analysis of Commonly Used Direct Compression Binders. AAPS PharmSciTech. 2003; 4(4): 489–499.
  5. Kaushal AM, Vangala VR, Suryanarayanan R. Unusual effect of water vapor pressure on dehydration of dibasic calcium phosphate dihydrate. J Pharm Sci. 2011; 100 (4): 1456-1466.
  6. Bolhuis GK, Chowhan ZT. Materials for direct compaction. Pharmaceutical Powder Compaction Technology (ed. Alderborn G, Nyström C). Marcel Dekker Inc., New York 1996, pp. 419–478.
  7. Zebrowska W, Sawicki W. Excipients. The applied pharmacy (ed. Janicki S, Fiebig A, Sznitowska M). PZWL, Warsaw 2008, pp. 652 – 693.
  8. De Boer AH, Bolhuis GK, Lerk CF. Bonding characteristics by scanning electron microscopy of powders mixed with magnesium stearate. Powder Technol. 1978; 20 (1): 75-82.
  9. Bolhuis GK, Lerk CF, Zijlstra HT, De Boer AH. Film formation by magnesium stearate during mixing and its effect on tabletting. Pharm. Weekbl. 1975; 110: 317–325.
  10. Patel NK, Patel BR, Plakogiannis FM, Reier GE. An evaluation of tricalcium phosphate excipients particularly using instrumented rotary and single station tablet presses. Drug Dev. Ind. Pharm. 1987; 13: 2693-2718.
  11. Ahlneck C, Alderborn G. Moisture absorption and tableting II. The effect on tensile strength and air permeability of the relative humidity during storage of tablets of 3 crystalline materials. Int J Pharm 1989; 56: 143-150.
  12. Zakowiecki D, Emrich A, Lachmann M, Tiwari R, Hess T. Application of highly porous calcium phosphates in quickly disintegrating formulations. Poster presented at the 2nd European Conference on Pharmaceutics, 2017 April 3-4; Cracow, Poland.
  13. Zakowiecki D, Emrich A, Lachmann M, Hess T. The use of highly porous calcium phosphates in the development of a quickly disintegrating formulation: ibuprofen 250 mg / caffeine 50 mg tablets. Poster presented at the AAPS Annual Meeting and Exposition, 2017 November 12-15; San Diego, CA, US.

E341 – Фосфаты кальция | Добавкам.нет

Фосфат кальция (пищевая добавка Е341) — представляет собой неорганическое вещество, соль кальция и ортофосфорной кислоты. Из всех гидроксиапатитов (соединений фосфата кальция), ортофосфат кальция наиболее устойчив к воздействию внеклеточных жидкостей организма и выполняет важную роль в ряде физиологических процессов.

Фосфаты кальция содержатся в коровьем молоке. В организме человека кальций существует в основном в виде фосфатов кальция. Кости человека на семьдесят процентов состоят из фосфатов кальция. Зубная эмаль тоже большей частью состоит из гидроксиапатитов.

Существует несколько подвидов ортофосфатов кальция, используемых в пищевой промышленности:

  • Е341(i) — ортофосфат кальция однозамещенный с химической формулой: Ca[H2PO4]2;
  • Е341(ii) — ортофосфат кальция двузамещенный с химической формулой: CaHPO4;
  • Е341(iii) — ортофосфат кальция трехзамещенный, имеющий молекулярную формулу: Ca3O8P2.

Ортофосфат кальция получают из минералов, и химическим путем — взаимодействием ортофосфорной кислоты с оксидом кальция или известковым молоком и гидролизом гидроортофосфата кальция. Результат химической реакции представляет собой белый аморфный порошок, малорастворимый в воде, но растворяющийся в кислотах. В отличие от многих химических веществ растворимость фосфатов падает с увеличением температуры.

С 70-х годов прошлого века во всем мире проводятся разнообразные исследования, изучающие биологическое поведение ортофосфатов. Негативное воздействие добавки Е341 на организм пока научно не доказано, но в сети распространены слухи о том, что добавка Е341 вызывает заболевания желудочно-кишечного тракта и расстройство желудка.

Пищевая добавка Е341 используется в пищевой промышленности как стабилизатор, регулятор кислотности, разрыхлитель, фиксатор окраски. Кроме того ортофосфаты кальция применяются в качестве эмульгирующей соли в производстве плавленых сыров. В сухом молоке и сливках пищевая добавка Е341 используется, как разделяющий агент и антислеживатель. Также ортофосфаты кальция используются в качестве антикристаллизатора сгущенного молока и уплотнителя растительных тканей в производстве фруктовых и овощных консервов.

Наиболее часто добавка Е341 применяется в пищевой промышленности при производстве хлебобулочных изделий, специальных напитков (например, для спортсменов), концентрированного молока с высоким содержанием сухих веществ, сухого молока, сгущенного молока, мороженого, рыбных и мясных фаршей, ликероводочных изделий, сухих и травяных чаев, полуфабрикатов, сухих завтраков, продуктов быстрого приготовления, кондитерских изделий, разрыхлителей для выпечки, плавленых сыров, биологически активных добавок, консервированных фруктов и овощей.

Другие применения ортофосфатов кальция:

  • производство удобрений и минеральных подкормок для скота;
  • один из компонентов зубных паст и порошков;
  • используется в производстве керамики, стекол, мягких абразивов.

Фосфат-связывающие препараты для предотвращения осложнений хронической болезни почек

В чем суть проблемы?

У людей с хронической болезнью почек (ХБП) снижена способность почек удалять фосфаты из организма, поэтому уровни фосфатов в крови и в тканях тела повышаются по мере того, как снижается почечная функция. Это может привести к появлению депозитов, состоящих из кальция и фосфатов в кровеносных сосудах и других тканях, вместе с повреждением скелета, прогрессированием почечной недостаточности и повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний, боли в костях, переломов и смерти.

Фосфат-связывающие препараты часто назначают во время еды пациентам с заболеваниями почек, чтобы уменьшить всасывание пищевого фосфата из желудочно-кишечного тракта.

Что мы сделали?
Вопрос обзора касался того, влияют ли фосфат-связывающие препараты на повреждение кровеносных сосудов и мягких тканей, скелетные изменения, функции почек, и риски сердечно-сосудистых заболеваний, боли в костях, переломы и смерть, которые сопровождают ухудшение почечной недостаточности. Мы включили все клинические исследования, в которых пациенты с ХБП получали различные фосфат-связывающие препараты (рандомизированно), по меньшей мере, восемь недель. Мы также проверили качество информации в исследованиях, чтобы узнать, насколько мы можем быть уверены в результатах.

Что мы обнаружили?

Мы выявили 104 исследования фосфат-связывающих препаратов, которые включали 13 744 человека. В некоторых исследованиях лечение продолжалось только 8 недель, в некоторых — в течение 3 лет. Пациенты в исследованиях имели различную функцию почек, и многие из них были на диализе. В целом, мы не можем быть уверены в ряде важных исходов, потому что многие из включенных нами клинических исследований имели значимые недостатки в их дизайне.

Лечение севеламером, возможно, снижает смертность пациентов, принимавших это лекарство вместо кальция. Фосфат-связывающие препараты вероятно, вызывали запор, но мы не можем быть твердо уверены в рисках других побочных эффектов. Мы не очень уверены, вызывали ли фосфат-связывающие препараты снижение частоты сердечных осложнений, инсульта, боли в костях, или кальцификации кровеносных сосудов.

Выводы

В целом, мы не очень уверены в том, что определенные фосфат-связывающие препараты полезны для пациентов с ХБП. Существует вероятность того, что севеламер может предотвратить смерть, в отличие от связывающих соединений на основе кальция, но мы не знаем, может ли это быть вызвано повышенным риском связывающих препаратов на основе кальция, более низким риском лечения севеламером, или возможностью обоих эффектов. Пациентам необходимо знать, что нет определенности в том, помогают ли фосфат-связывающие препараты предотвратить осложнения заболеваний почек, но севеламер, возможно, предпочтительнее препаратов на основе кальция.

Мы не нашли различий в эффектах лечения для пациентов на диализе и не на диализе, хотя большинство исследований, оценивающих лечение препаратами на основе кальция, выполнены у пациентов на диализе, а сравнивавшие связывающие препараты с плацебо были выполнены у пациентов, не получавших диализ.

Трикальцийфосфат (кальция фосфат) — Бенефит-Хим

Структура и состав ТКФ

ТКФ — однородный порошок. Кормовые фосфаты имеют цветовую палитру, начиная от белого и светло-желтого и заканчивая серым и коричневым. Дело в том, что его получают из полезных ископаемых, меняющих свой оттенок в зависимости от места добычи, месторождения. Его содержание в чистом виде в конечной продукции составляет стандартные 93%. Ниже приведем таблицу, отражающую особенности и различия двух существующих разновидностей ТКФ: высшего и первого сортов.

Табл. 1
ИнгредиентыТКФ высший сортТКФ I сорт
Массовая доля Р2О5 в 0,4% р-ра соляной к-ты41 — 4228 — 29
Массовая доля кальция,%, не <3430
Массовая доля воды,%, не >11
Массовая доля фтора,%, не >0,20,2
Массовая доля мышьяка,%, не >0,00020,0002
Массовая доля золы, нерастворимой в соляной кислоте, %1025
Дозировки

Кормовой трикальцийфосфат необходимо вводить в рационы животных, начиная с небольшой дозы и доходя до рекомендованной суточной нормы на 5-й – 10-й день. Рекомендованная суточная норма, в гг. на голову, приведена в табл. 2.

Табл. 2
ЖивотныеТКФ высший сортТКФ I сорт
Коровы дойные75-13580-250
Коровы сухостойные60-10070-125
Быки производители50-10070-150
Молодняк крупного рогатого скота до года25-6530-70
Молодняк крупного рогатого скота старше года60-10070-125
Свиноматки40-10060-120
Подсвинки20-5030-60
Рабочие лошади50-10060-125
Кобылы подсосные50-10060-120
Жеребята25-3025-50
Овцематки5-108-20
Молодняк овец (ярки)5-77-15
Ягнята5-87-10
Куры взрослые5-87-10
Индейки5-86-10
Утки и гуси3-44-6

Как фосфаты из продуктов провоцируют снижение уровня кальция в организме

Андрей Мосов, Научный консультант Экспертного центра Союза Потребителей, Р.О.С.Контроль

В какие продукты добавляются фосфаты и зачем?

Различные соединения фосфора широко используются в пищевой промышленности в качестве регуляторов кислотности, стабилизаторов, влагоудерживающих агентов.

Технический регламент «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» разрешает добавлять фосфаты в:

К чему приведет увлечение готовыми продуктами

Если мы возьмем идеальный сбалансированный рацион питания (см., например, Приказ Миздравсоцразвития РФ от 02.08.2010 № 593н «Об утверждении рекомендаций по рациональным нормам потребления пищевых продуктов, отвечающим современным требованиям здорового питания») и просчитаем его пищевую ценность, то увидим следующие цифры.

Как фосфаты влияют на кальций

При избытке фосфора на фоне недостатка кальция, последний покидает депо — говоря упрощенно, «вымывается» из костей, вплоть до развития остеопороза, который, в свою очередь, определяет риск переломов даже при незначительных травмах. У пожилых людей такие переломы нередко приводят к фатальному исходу — кости долго не срастаются, а длительно прикованный к постели человек может умереть от гипостатической пневмонии.


В пищевой промышленности разрешены следующие соединения фосфора:

07 октября 2016

Реклама

Реклама

Комментарии

Кальций в суточной моче

Кальций – один из основных внутриклеточных катионов, содержащийся в основном в костной ткани. Физиологически он активен только в ионизированном виде, в котором в большом количестве присутствует в плазме крови.

Синонимы русские

Ионы кальция.

Синонимы английские

Urine Calcium (Ca), Quantitative (24-Hour), Urinary Ca 2+.

Метод исследования

Колориметрический фотометрический метод.

Единицы измерения

Ммоль/сут. (миллимоль в сутки).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Суточную мочу.

Как правильно подготовиться к исследованию?

  1. Исключить из рациона алкоголь за 24 часа до исследования.
  2. Не принимать мочегонные препараты в течение 48 часов до сбора мочи (по согласованию с врачом).

Общая информация об исследовании

Каждый день мы теряем часть кальция после его фильтрации почками и выделения с мочой. Данный анализ позволяет определить такие суточные потери кальция через почки.

Кальций – это катион, который всасывается в общий кровоток из пищи. Он участвует в формировании костей, в передаче нервного импульса, сокращении мышц и свертывании крови. Кальций находится в костях, циркулирует в крови, фильтруется почками и в большинстве своем всасывается обратно – при нормальном уровне в крови. При повышении концентрации сывороточного кальция почки замедляют процессы обратной реабсорбции, за счет этого уровень кальция в моче возрастает.

Баланс выделения и всасывания кальция тесно связан с фосфатом (фосфаты – соли фосфорной кислоты). При повышении концентрации кальция в крови уровень фосфата снижается, когда же содержание фосфата повышается – доля кальция снижается.

Механизмы фосфорно-кальциевого обмена:

  • паращитовидные железы при высоком содержании фосфата (при низком уровне кальция) выделяют паратгормон, стимулирующий остеокласты, которые разрушают костную ткань, тем самым увеличивая концентрацию кальция в крови;
  • при высоком уровне кальция в крови щитовидная железа выделяет кальцитонин, который вызывает перемещение кальция из крови в кости;
  • паращитовидные железы также активируют витамин D, увеличивая всасывание кальция в ЖКТ и обратное всасывание катиона в почках.

Анализ на кальций в моче нужен для оценки поступления кальция и/или баланса между всасыванием кальция, костной резорбцией и выделением кальция через почки.

Для чего используется исследование?

  • Для определения количества потребляемого кальция и его всасываемости в кишечнике.
  • Для поиска причин потерь кальция костями (остеопороза).
  • Для диагностики заболеваний почек.
  • Для оценки функций паращитовидных желез.

Когда назначается исследование?

  • Кальций в моче, в отличие от всех других показателей состава мочи, исследуется достаточно редко.
  • При диагностике заболеваний паращитовидных желез и семейной гипокальциурической гиперкальциемии (недостаточное выделение кальция с мочой из-за нарушения внутрипочечного механизма).
  • При симптомах мочекаменной болезни: резкой и острой боли в правой или левой поясничной области, распространении этой боли ниже и несколько к боковым областям живота, нарушении мочеиспускания, а также появлении крови в моче (уже одного этого симптома достаточно).
  • При диагностике нарушений пищеварения, которые могут касаться тонкого кишечника, где и происходит всасывание основных нутриентов (совместно с другими тестами).

Что означают результаты?

Референсные значения

Возраст

Референсные значения

8 — 12 мес.

1 — 4 года

4 — 5 лет

5 — 7лет

7 — 10 лет

10 — 12 лет

12 — 14 лет

> 14 лет

2,5 — 7,5 ммоль/сут

Причины повышенного уровня кальция в суточной моче:

  • метастазы многих новообразований (в сочетании с повышенной концентрацией кальция в крови), 
  • нефролитиаз или нефрокальциноз, особенно при гиперпротеинемии,
  • мочекаменная болезнь,
  • гиперпаратиреоз,
  • злокачественные новообразования с метастазами, множественная миелома (некоторыми опухолями выделяется вещество, сходное по эффекту с паратгормоном),
  • болезнь Педжета,
  • переизбыток витамина D,
  • идиопатическая гиперкальциурия (снижение обратного всасывания кальция в почках),
  • синдром Фанкони (снижение канальцевой реабсорбции кальция из-за дефекта развития канальцев),
  • саркоидоз.

Причины пониженного уровня кальция в суточной моче:

  • гипопаратиреоз, псевдогипопаратиреоз,
  • преэклампсия (заболевание беременных, сопровождающееся высоким артериальным давлением, отеками и повышенным выделением белка с мочой),
  • заболевания почек (нарушения фильтрации),
  • недостаток витамина D,
  • семейная гипокальциурическая гиперкальциемия,
  • нарушения пищеварения (целиакия, спру – нарушение всасывания пищи из-за заболевания тонкой кишки, – панкреатит, алкоголизм).

Что может влиять на результат?

  • Факторы, способные исказить результат данного анализа:
    • прием кальция или витамина D в любой форме перед сдачей мочи (препараты этих веществ, молоко),
    • сдача разовой порции мочи (должна быть взята порция из всей мочи, собранной за 24 часа, во избежание заведомо ложных низких результатов),
    • длительная иммобилизация (обездвиживание конечностей после переломов), долгий постельный режим,
    • высокий уровень фосфора в моче (может занизить результаты),
    • инсоляция (воздействие солнечного облучения).
  • Повышают концентрацию кальция в моче антациды, противоэпилептические средства, ингибиторы карбоангидразы, петлевые диуретики, амилорид, аспарагиназа, холестирамин, эргокальциферол, спиронолактон.
  • Понижают уровень кальция в моче глюкокортикоиды, тиазидные диуретики, оральные контрацептивы, эстрогены, ацетилсалициловая кислота, индометацин, анаболические стероиды, кальцитриол, холестирамин, витамины А, К, С, соли лития, неомицин.

Фосфат кальция: как это работает?

Фосфат кальция чаще всего используется для лечения дефицита кальция в вашем рационе. Однако есть несколько вещей, которые вам нужно знать, прежде чем добавлять эту добавку в свой ежедневный режим.

О добавках с фосфатом кальция

Кальций — важный минерал, который естественным образом содержится в продуктах питания. Он способствует здоровому развитию костей и имеет решающее значение от младенчества до взрослого возраста. Но кальций не просто укрепляет кости. Это также очень важно для здорового пищеварения.Кальций способствует метаболизму желчных кислот, выведению жирных кислот и здоровой микробиоте кишечника.

Кальций содержится в таких продуктах, как:

  • Молочные продукты, включая молоко, йогурт и сыр
  • Темно-зеленые листовые овощи, такие как брокколи и капуста
  • Рыба, такие как сардины и лосось
  • Продукты, обогащенные кальцием, например соя продукты, крупы, фруктовые соки и заменители молока

Когда следует увеличивать потребление кальция. Фосфат кальция — это добавка, которую вы можете принимать, если вы не получаете достаточного количества кальция в своем рационе с пищей.Причины, по которым вам может потребоваться добавка кальция, включают:

  • Соблюдение веганской диеты
  • Непереносимость лактозы, ограничивающая потребление молочных продуктов
  • Потребление большого количества белка или натрия, оба из которых могут препятствовать всасыванию кальция
  • Использование кортикостероидов как части долгосрочный план лечения
  • ВЗК или целиакия, которая мешает вашему организму правильно усваивать кальций

Как использовать фосфат кальция

Когда вы покупаете добавку фосфата кальция, принимайте ее точно так, как указано на этикетке.Обязательно прочтите все инструкции и предупреждения перед тем, как начать курс лечения. Не принимайте больше рекомендованного.

Если вас беспокоит недостаток кальция, вам может помочь врач. Посоветуйтесь со своим врачом, прежде чем добавлять добавки в свой рацион. Если врач проинструктирует вас, когда принимать добавки, ничего страшного, если вы забудете принять дозу. Не принимайте дополнительные добавки фосфата кальция, чтобы восполнить пропущенную дозу. Вместо этого продолжайте при следующей дозировке с вашим обычным количеством.

Возьми с собой. Имейте в виду, что кальций усваивается наиболее эффективно, если принимать его во время еды или перекуса. Это потому, что ваш желудок вырабатывает кислоту для расщепления пищи. Если вы принимаете добавку натощак, может не хватить желудочной кислоты для надлежащего усвоения.

Питьевая вода. Когда вы принимаете добавку фосфата кальция, выпивайте полный стакан воды. Сохранение гидратации важно для вашего пищеварения, а также способствует усвоению питательных веществ.

Хранить правильно. Ваша добавка должна храниться при комнатной температуре, вдали от влаги и тепла. Если не хранить в соответствии с рекомендациями, ваши добавки могут измениться по консистенции или активности.

Помните о витамине D. Кальций важен для здоровья костей, но ваше тело не усваивает его должным образом без достаточного количества витамина D. Кроме того, витамин D способствует метаболизму костей, что способствует их ремоделированию и росту костей.

Другие аспекты фосфата кальция

Риски добавок фосфата кальция. Вы всегда должны проконсультироваться со своим врачом, прежде чем добавлять добавку в свой рацион. Это особенно важно, если вы:

  • Имеете в анамнезе камни в почках
  • У вас заболевание паращитовидных желез
  • Вы беременны или кормите грудью

Возможные побочные эффекты приема слишком большого количества фосфата кальция включают:

  • Чувство тошноты или рвоты
  • Отсутствие аппетита
  • Запор
  • Сухость во рту или сильная жажда
  • Учащение мочеиспускания

Фосфат кальция может взаимодействовать с другими лекарствами или снижать их эффективность.Обратитесь к врачу, если вы принимаете:

  • Дигоксин
  • Антациды или любые другие кальциевые добавки
  • Кальцитриол
  • Добавки витамина D
  • Доксициклин, миноциклин или тетрациклин

Камни в почках. Если у вас образовались камни в почках, состоящие из фосфата кальция, возможно, вам придется изменить свой рацион. Вы можете подумать, что добавки с фосфатом кальция вызывают камни в почках, но это неправда.

Фактически, кальций помогает организму блокировать попадание потенциально вредных веществ в пищеварительный тракт и образование камней в почках.

Слишком много натрия может привести к превращению фосфата кальция в камни в почках. В дополнение к ограничению натрия в вашем рационе ограничьте животный белок, в том числе:

  • Говядину, курицу и свинину, особенно мясо внутренних органов
  • Яйца
  • Рыба, включая моллюсков
  • Молочные продукты, включая молоко, сыр и йогурт

Фосфат кальция — обзор

Гомеостаз кальция и фосфата

Цитозольные концентрации внутриклеточного кальция, фосфора и магния заметно различаются, как было рассмотрено ранее, и их физиологическая роль в клетках разнообразна и в значительной степени не связана (см. Рис.29.1). Напротив, концентрации этих минеральных ионов во внеклеточной жидкости вполне сопоставимы (например, 1-2 ммоль / л), и именно здесь они оказывают важные взаимодействия, как с клетками, так и друг с другом, которые имеют решающее значение для минерализации костей. , нервно-мышечная функция и нормальный гомеостаз минеральных ионов. Внеклеточный кальций и фосфат, в частности, существуют настолько близко к пределам их взаимной растворимости, что требуется строгое регулирование их концентраций, чтобы избежать диффузного осаждения кристаллов фосфата кальция в тканях.

Концентрации в сыворотке и общий баланс минеральных ионов в организме поддерживаются в узких пределах с помощью мощных интерактивных гомеостатических механизмов. ПТГ, 1,25 (OH) 2 D и FGF23 регулируют уровни минеральных ионов; уровни минеральных ионов, в свою очередь, регулируют секрецию ПТГ, 1,25 (OH) 2 D и FGF23; и эти гормоны могут регулировать выработку друг друга. Датчики кальция в паращитовидных железах контролируют секрецию ПТГ, отслеживая концентрацию ионизированного кальция в крови, а датчики в почках регулируют канальцевую реабсорбцию кальция независимо от ПТГ или 1,25 (ОН) 2 D.Напротив, механизмы чувствительности к фосфату, необходимые для нормального гомеостаза, не изучены. Действие этих гомеостатических механизмов можно оценить, рассмотрев следующие примеры того, как организм адаптируется к изменениям кальциевой нагрузки (рис. 29.18).

Ограничение кальция в пище, например, сопровождается увеличением эффективности всасывания кальция в кишечнике. Эта повышенная эффективность является результатом последовательности гомеостатических реакций, в которых пониженный уровень ионизированного кальция в крови активирует секрецию ПТГ, ПТГ увеличивает синтез 1,25 (ОН) 2 D 3 проксимальными канальцами почек и 1,25 (OH) 2 D 3 затем действует непосредственно на энтероциты, увеличивая активный трансцеллюлярный транспорт кальция.Повышенное всасывание кальция в кишечнике является в количественном отношении наиболее важным ответом на недостаток кальция, но также происходит ряд других гомеостатических событий, ограничивающих воздействие этого стресса. Почечная канальцевая реабсорбция кальция увеличивается с помощью ПТГ, эффект, который усиливается за счет увеличения 1,25 (OH) 2 D 3 -стимулированной экспрессии кальбиндина-D28K в дистальных канальцах. Реабсорбция кальция также напрямую усиливается любой тенденцией к гипокальциемии, которая обнаруживается с помощью CaSR в петле Генле (и, возможно, также в дистальном нефроне), которые контролируют трансэпителиальные движения кальция независимо от ПТГ или 1,25 (OH) 2 D 3 .

Влияние диетической депривации кальция снижается примерно на 15% за счет высвобождения кальция из костей в ответ на ПТГ и 1,25 (ОН) 2 D 3 . Сопутствующее увеличение чистой резорбции кости вызывает высвобождение фосфата, а также кальция во внеклеточную жидкость. Абсорбция фосфатов в кишечнике также увеличивается на 1,25 (OH) 2 D 3 . Эти фосфатные нагрузки являются проблематичными, поскольку фосфат непосредственно снижает уровень ионизированного кальция во внеклеточной жидкости, подавляет почечный синтез 1,25 (OH) 2 D 3 и напрямую ингибирует резорбцию кости.Эти потенциально негативные эффекты фосфата устраняются мощным фосфатурическим действием ПТГ и FGF23, секреции которого способствует фосфат, кальций и 1,25 (OH) 2 D.

Фосфат кальция — обзор

7.2 Раннее использование фосфата кальция в качестве биоматериала

Материалы фосфата кальция были впервые успешно использованы для восстановления костей человека Олби (1920). Олби определил это соединение фосфата кальция как TCP. В начале 1970-х годов также была исследована возможность использования материалов из фосфата кальция в стоматологии (Nery et al., 1975). Левитт и др. и Monroe et al. (LeGeros, 1988) предложил метод производства фторапатита кальция, который входил в группу соединений фосфата кальция, и рекомендовал использовать этот тип апатитовой керамики в качестве материала имплантата для стоматологии и медицинских целей (Schwarz et al., 2006). Дальнейшие исследования химических, физических и механических свойств, помимо разработки новой керамики из фосфата кальция, сделали их более подходящими материалами для клинического применения (Gibson et al., 1996). В настоящее время кальций-фосфатные биоматериалы исключительной формы (цементы, гранулы, блоки, имплантаты и покрытия) широко используются для различных типов роста, восстановления и замены костей (LeGeros and LeGeros, 2006; Liang et al., 2010; Welch and Gutt, 1961). Сообщалось о нескольких применениях фосфатов кальция, таких как замена зубов, синус-лифтинг, увеличение альвеолярного отростка и восстановление массивных костных дефектов, которые вызваны опухолями внутри живого тела (Jarcho, 1981; Metsger and Driskell, 1982; Arinzeh и другие., 2005; Bouler et al., 1996; Яшима и др., 2003; Мэтью, 1976; Schwarz et al., 2006).

Параллельная разработка и изобретение искусственных биоматериалов для ТЕ-приложений было важным фактором в раннем развитии медицинских приложений. Терапия искусственной кожи людей, страдающих ожогами, была внедрена в середине 1960-х годов. Позже искусственные волокна стали использоваться в качестве синтетических кожных трансплантатов для ожоговой терапии (Hall et al., 1967). Ранние усилия TE были связаны с терапией ожогов кожи, позже она была модернизирована, чтобы включить в нее ряд процедур для лечения органов и тканей.

Кальция фосфат, трехосновное применение, побочные эффекты и предупреждения

Общее название: фосфат кальция, трехосновный (трикальцийфосфат) (KAL см. Судьба FOSS, tri BAY, больной)
Фирменное наименование: Поза
Лекарственные формы: таблетка для приема внутрь (600 мг)
Класс лекарств : Минералы и электролиты

Проведено медицинское освидетельствование на сайте Drugs.com 6 июля 2021 г. Автор: Cerner Multum.

Что такое фосфат кальция?

Фосфат кальция (трикальцийфосфат) — это минерал, который используется в качестве добавки для людей, которые не получают достаточного количества кальция с пищей.

Фосфат кальция используется для лечения дефицита кальция, который может быть связан с низким содержанием кальция в крови, заболеванием паращитовидных желез, остеопорозом и другими состояниями костей.

Фосфат кальция также может использоваться для целей, не указанных в данном руководстве.

Предупреждения

Следуйте всем указаниям на этикетке и упаковке. Используйте точно так, как указано.

Перед приемом этого лекарства

Спросите врача или фармацевта, безопасен ли трехосновный фосфат кальция, если вы когда-либо принимали его:

  • высокий уровень кальция в крови;

  • болезни почек, камни в почках;

  • заболевание легких, называемое саркоидозом;

  • заболевание поджелудочной железы;

  • пониженная кислотность желудка; или

  • любое состояние, при котором вашему организму трудно усваивать питательные вещества из пищи (мальабсорбция).

Проконсультируйтесь с врачом перед применением этого лекарства, если вы беременны или кормите грудью.

Не давайте это лекарство ребенку без консультации с врачом.

Как мне взять фосфат кальция?

Используйте точно так, как указано на этикетке, или в соответствии с предписаниями врача.

Возьмите с собой.

Если вы приняли более 1 таблетки, распределите дозы равномерно в разное время дня.

Вам могут потребоваться медицинские анализы.

Возможно, вам потребуется соблюдать специальную диету или принимать добавки витамина D. Следуйте всем инструкциям врача или диетолога. Узнайте о продуктах, которые вам следует есть или избегать.

Хранить при комнатной температуре вдали от влаги и тепла.

Что произойдет, если я пропущу дозу?

Примите лекарство как можно скорее, но пропустите пропущенную дозу, если уже почти пора принимать следующую дозу. Не принимайте две дозы за один раз.

Что произойдет, если я передозирую?

Обратитесь за неотложной медицинской помощью или позвоните в справочную службу Poison по телефону 1-800-222-1222.

Передозировка может вызвать тошноту, рвоту, потерю аппетита, слабость или усталость, головную боль или изменения настроения.

Чего следует избегать при приеме фосфата кальция?

Проконсультируйтесь с врачом перед применением антацида и используйте только тот тип, который рекомендует врач.

Побочные эффекты фосфата кальция

Получите неотложную медицинскую помощь при появлении признаков аллергической реакции : крапивница; затрудненное дыхание; отек лица, губ, языка или горла.

Прекратите использование фосфата кальция и сразу же обратитесь к врачу, если у вас есть:

  • сильная тошнота, рвота или запор; или

  • высокий уровень кальция в крови — спутанность сознания, усталость, потеря аппетита, повышенная жажда или мочеиспускание, потеря веса; или

  • симптома камня в почках — сильная боль в боку или пояснице, кровь в моче, болезненное мочеиспускание.

Менее серьезные побочные эффекты могут включать:

Это не полный список побочных эффектов, которые могут возникнуть.Спросите у своего доктора о побочных эффектах. Вы можете сообщить о побочных эффектах в FDA по телефону 1-800-FDA-1088.

Кальция фосфат, трехосновная информация дозирования

Обычная доза для взрослых для гипокальциемии:

1-2 таблетки перорально один раз в день.

Обычная доза для взрослых для остеомаляции:

1-2 таблетки перорально один раз в день.

Обычная доза для взрослых при остеопорозе:

1-2 таблетки перорально один раз в день.

Обычная доза для взрослых для псевдогипопаратиреоза:

1-2 таблетки перорально один раз в день.

Обычная доза для взрослых для гипопаратиреоза:

1-2 таблетки перорально один раз в день.

Дисконтная карта Free Drugs.com

  • Сэкономьте до 80% на рецептах.
  • Принимается более чем в 65 000 аптек.

Какие другие препараты будут влиять на фосфат кальция?

Перед применением фосфата кальция с другими лекарствами проконсультируйтесь с врачом или фармацевтом, особенно с

.
  • антацид;

  • антибиотик; или

  • другая форма кальция.

Этот список не полный. Другие препараты могут влиять на фосфат кальция, включая лекарства, отпускаемые по рецепту и без рецепта, витамины и растительные продукты. Здесь перечислены не все возможные лекарственные взаимодействия.

Подробнее о фосфате кальция трехосновном

Ресурсы для пациентов

Другие бренды
Осанка

Сопутствующие лечебные руководства

Дополнительная информация

Помните, храните это и все другие лекарства в недоступном для детей месте, никогда не передавайте свои лекарства другим и используйте это лекарство только по назначению.

Всегда консультируйтесь со своим врачом, чтобы убедиться, что информация, отображаемая на этой странице, применима к вашим личным обстоятельствам.

Заявление об отказе от ответственности

Авторские права 1996-2022 Cerner Multum, Inc. Версия: 5.01.

Фосфат кальция: использование, взаимодействие, механизм действия

9038 трехосновный (0.5 г / 100 г) Детский ремонт Dental CarEDO 90sphate, Calcium двухосновная (0,07 г / 100 г) + алклокса (0,06 г / 100 г) + аминокапроновая кислота (0,06 г / 100 г) + карбонат кальция (36 г / 100 г)
Зуб для ухода за деснами 28tak Двухосновный фосфат кальция (0,12 г / 120 г) + алклокса (0,12 г / 120 г) + аминокапроновая кислота (0,12 г / 120 г) + кальций карбонат (36.0 г / 120 г) Паста, средство для ухода за зубами Oral Elmeditec Co., Ltd 2018-07-01 Неприменимо US
CAREDO Professional Зубные пасты для лечения полостей Кальций 0,5 г / 100 г) Паста, средство для ухода за зубами Dental Hong Kong Prosthodontics Medicine Limited 2018-07-03 Не применимо US
CAREDO Professional Cavities Treatment, Зубные пасты Паста, средство для ухода за зубами Dental Hong Kong Prosthodontics Medicine Limited 2018-07-03 2018-09-19 US
CAREDO Ремонт кариеса зубов у детей 50 г Фосфат кальция (0,25 г / 50 г) Паста, средство для ухода за зубами Dental Hong Kong Prosthodontics Medicine Limited 2018-07-03 Неприменимо US
Зубные пасты 50 г Фосфат кальция, трехосновный (0.25 г / 50 г) Паста, средство для ухода за зубами Dental Hong Kong Prosthodontics Medicine Limited 2018-07-03 2018-09-19 US
Clean Breath Tooth паста, средство для ухода за зубами Dental K.Boeun Pharmaceutical Co., ООО 2021-01-01 Не применимо US
Чистый зуб для дыхания Двухосновный фосфат кальция (0.07 г / 100 г) + алклокса (0,06 г / 100 г) + аминокапроновая кислота (0,06 г / 100 г) + карбонат кальция (36 г / 100 г) паста, средство для ухода за зубами Dental K.Boeun Pharmaceutical Co., Ltd. 2021-05-01 Не применимо US
Clean Breath Tooth Двухосновный фосфат кальция (0,07 г / 100 г) + алклокса (0,06 г / 100 г) + аминокапроновая кислота (0,06 г / 100 г) ) + Карбонат кальция (36 г / 100 г) Паста, средство для ухода за зубами Dental K.Boeun Pharmaceutical Co., Ltd. 2021-11-30 Не применимо US
DIO Enamel Coating Pen Pro Tooth Трехосновный фосфат кальция (20 г / 120 г) + альфа-токоферола ацетат (0,2 г / 120 г) Паста, средство для ухода за зубами Dental Dio 2016-05-01 2016-10-01 US
DIO Enamel Coating Pen Pro Tooth Фосфат кальция, трехосновный (20 г / 100 г) Диоксид кремния (6 г / 100 г) + ацетат альфа-токоферола (0.2 г / 100 г) Паста, средство для ухода за зубами Dental Dio 2016-05-01 Неприменимо US

Кинетическое исследование осаждения фосфата кальция в системе h4PO4 2-h3O при 30 ° C

Кинетика осаждения фосфатов кальция, а именно гидроксиапатита (HAP), дигидрата дикальцийфосфата (DCPD), безводного дикальцийфосфата (DCPA) и моногидрата монокальцийфосфата (MCPM), была изучена при 30 ° C. C путем смешивания гидроксида кальция, воды и фосфорной кислоты.Исследуемая смесь была выбрана в соответствии с областью стабильности различных фосфатов кальция, обращаясь к фазовой диаграмме тройной системы H 3 PO 4 -Ca (OH) 2 -H 2 O при 30 ° С. За реакцией осаждения следили, отслеживая изменения проводимости, pH и концентрации кальция. Твердые фазы, образовавшиеся на разных стадиях этого осаждения, охарактеризованы методом рентгеновской дифракции.

1. Введение

Фосфаты кальция из-за их фундаментальной и прикладной важности широко изучались многими исследователями и для различных интересов, поскольку они задействованы в различных областях: химия, биология, агрономия, пищевая промышленность и т. Д.Однако осаждение фосфатов кальция очень сложное, и образующиеся соединения фосфата кальция существенно зависят от рабочих условий [1]. Осаждение фосфатов кальция изучали несколько авторов в разных условиях [2–6]. В предыдущей работе изотерма квазитройной системы Ca (OH) 2 -H 3 PO 4 -H 2 O была установлена ​​при 30 ° C [7]. Поля кристаллизации CaHPO 4 . 2H 2 O, CaHPO 4 и Ca (H 2 PO 4 ) 2 .H 2 O. Области сосуществования твердое и жидкое (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 -жидкость, CaHPO 4 .2H 2 O-жидкость, CaHPO 4 — жидкость и Ca (H 2 PO 4 ) 2 . H 2 O-жидкость), а также два твердых вещества-жидкость (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH ) 2 плюс CaHPO 4 . 2H 2 O-жидкость и CaHPO 4 плюс Ca (H 2 PO 4 ) 2 .H 2 O-жидкость).

Ferreira et al. [5] исследовали осаждение дигидрата дикальцийфосфата в закрытой системе при 25 ° C путем смешивания суспензии гидроксида кальция и раствора фосфорной кислоты в эквимолярных количествах. Концентрация гидроксида кальция и фосфорной кислоты перед смешиванием колеблется от 50 до 300 ммоль / дм 3 . Это исследование показало, что процесс осаждения брушита можно разделить на пять стадий. Осажденная первая фаза представляет собой гидроксиапатит (Ca 10 (PO 4 ) 6 OH) 2 , а устойчивой фазой является брушит (DCPD).Chaair et al. [8] обнаружили, что во время осаждения гидроксиапатита (Ca / P = 1,667) наблюдается несколько стадий, особенно в течение первых двух часов осаждения. Результаты, полученные в течение первых минут осаждения, показывают, что аморфное твердое вещество образуется и превращается в фазу апатита. Ca / P увеличивается с течением времени, пока не стабилизируется на значении 1,667, соответствующем стехиометрическому гидроксиапатиту. Джурани и Боунахмиди [9] изучали спонтанное осаждение фосфата кальция в условиях очистки тростникового сока.Они показали, что выпадение осадков происходит в два этапа. Первая стадия очень быстрая и соответствует образованию аморфного фосфата кальция и дигидрата дикальцийфосфата, тогда как вторая стадия происходит с превращением образовавшихся в первую очередь осадков в гидроксиапатит. Напротив, Рабаджиева и др. [10] показали, что получение выпадающих в осадок фосфатов кальция сильно зависит от pH среды. Таблица 1 показывает эти различные фосфаты кальция с их диапазонами стабилизации pH [11–14].

9038 M 9038 M

Аббревиатура Химическая формула Ca / P Условия приготовления

Ca (H 2 PO 4 ) 2 . H 2 O 0,5 0–2
DCPD CaHPO 4 .2H 2 O 1 2–6
HAP Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 1,67 9

Другая работа [15] была посвящена получению синтетического порошка гидроксиапатита реакцией между Ca (OH) 2 и H 3 PO 4 по методике влажного осаждения. и учитывая несколько параметров, а именно температуру реакции (30 ° C, 50 ° C и 85 ° C), скорость добавления кислоты (медленная и быстрая скорость добавления кислоты) и температуру термообработки (950 ° C и 1250 ° C). C).Это исследование показало, что свойства конечного продукта могут изменяться в зависимости от влияния параметров процесса.

В более поздней работе [16] Rabadjieva et al. показали, что соосаждение дигидрата дикальцийфосфата (DCPD) и гидроксиапатита (HA) происходит при рН 4, а при рН> 4 стабильной фазой является DCPD. Эта работа также показала, что превращение дикальцийфосфата в гидроксиапатит сильно зависит от времени пребывания осадка в исходном растворе.

В этом контексте и после работы, выполненной в нашей лаборатории, в которой изотерма тройной системы Ca (OH) 2 -H 3 PO 4 -H 2 O при 30 ° C [ 7], цель этого исследования — провести кинетическое исследование в той же системе и проследить этапы осаждения до получения стабильной фазы, ожидаемой диаграммой фазового равновесия. Это позволит нам выделить промежуточные фазы и лучше понять формирование наиболее стабильной фазы в соответствии с рабочими условиями.

2. Материалы и методы

Экспериментальная установка, использованная в данном исследовании, состоит из реактора с рубашкой и магнитной мешалкой, термостатической бани для контроля температуры, а также кондуктометра и pH-метра для измерения проводимости и pH соответственно. Реакцию осаждения фосфата кальция проводили путем смешивания четко определенных количеств гидроксида кальция, фосфорной кислоты и дистиллированной воды. Эксперименты проводились при 30 ° C. Согласно тройной диаграмме H 3 PO 4 -Ca (OH) 2 -H 2 O и области стабильности HAP, DCPD и HAP, DCPD, DCPA и MCPM соответственно (см. На рис.1) выбран состав исследуемых смесей: M 1, M 2, M 3, M 4, M 5 общей массой 50 г (таблица 2).


2 O50 3 60,00

Смесь Состав исходной смеси (%)
Квазитройная система H 3 PO 2 -C H 2 O Тройная система CaO-P 2 O 5 -H 2 O
Ca (OH) 2 H 3 PO 4 CaO P 2 O 5 H 2 O

M 1 5,00 87,50 5,68 3,62 90,70
M 2 10,00 10,20 79,807 79,807 79,807 7,50 10,00 82,50 5,68 7,24 87,08
M 4 10.00 30,00 60,00 7,57 21,72 70,71
M 5 10,00 30,00 30,00 30,00 30,00

Для изучения кинетики этого осаждения гидроксид кальция быстро добавляли к раствору фосфорной кислоты. В течение этого времени контролировали pH и проводимость смеси.Изменение концентрации кальция как функция времени было определено путем отбора образцов и измерения их концентрации кальция после их фильтрации в вакууме с помощью комплексометрии с использованием ЭДТА. Образовавшиеся твердые частицы удаляли через различные интервалы времени, сушили и идентифицировали с помощью дифракции рентгеновских лучей.

3. Результаты и обсуждение
3.1. Область стабильности гидроксиапатита (смесь
M 1)

Изменение pH, проводимости и концентрации Ca 2+ как функция времени, связанное со смесью M 1 (таблица 2), показано на рисунке 2. (а).Чтобы лучше визуализировать эволюцию осадков в первые моменты времени, на рисунке 2 (b) показано изменение проводимости, pH и концентрации Ca 2+ в течение первых 100 минут.

Как видно на Рисунке 2 (b), концентрация Ca 2+ и pH увеличиваются в течение первых восьми минут после растворения извести. Однако проводимость раствора снижается, обнаруживая осаждение фосфата кальция. Затем эта проводимость увеличивается до определенного значения и немного уменьшается, а затем увеличивается до незначительного снижения.В этот промежуток времени концентрация кальция изменяется так же, как и проводимость, но pH остается практически постоянным.

Твердые образцы были охарактеризованы дифракцией рентгеновских лучей через 5, 10, 20, 40 и 2160 мин (36 ч) (см. Рисунок 3). Диаграмма дифракции рентгеновских лучей твердых тел, сделанных через 5 (рис. 3 (a)), 10 (рис. 3 (b)) и 20 мин (рис. 3 (c)), показывает наличие DCPD, HAP и Ca (OH ) 2 . Диаграмма дифракции рентгеновских лучей твердого вещества, удаленного через 40 мин (рис. 3 (d)), показывает присутствие DCPD и HAP.Однако мы обнаружили, что твердое вещество, образовавшееся при 2160 мин, представляет собой ГАП (рис. 3 (е)).


На основании этих данных можно сделать вывод, что первая стадия осаждения — это образование DCPD и зарождение HAP в присутствии Ca (OH) 2 , который еще не диссоциировал.

Действительно, в первые 8 минут pH среды находится в диапазоне 3–6, что соответствует области стабильности DCPD [11–14]. Напротив, по мнению Рабаджиевой и соавт. [16], соосаждение ДКПД и ГАП происходит при рН 4.Увеличение проводимости между 8 и 15 мин объясняется непрерывным растворением гидроксида кальция и растворением брушита, поскольку pH превышает диапазон стабильности DCPD (pH> 7). Это приводит к увеличению концентрации кальция, и, следовательно, образование HAP продолжается. Вот почему мы видим снижение проводимости и концентрации кальция между 15 и 25 мин. Затем DCPD по мере продвижения трансформируется в HAP [16]. Присутствие карбоната кальция в ГАП, вероятно, связано с загрязнением атмосферным CO 2 во время разделения.

3.2. Область стабильности DCPD и HAP (смесь
M 2)

На рис. 4 представлена ​​зависимость pH, проводимости и концентрации Ca 2+ от времени относительно смеси M 2. Проводимость относительно смеси M 2 (см. Рисунок 4), соответствующий области стабильности DCPD и HAP (см. Рисунок 1), резко уменьшается между 0 и 60 минутами, затем быстро увеличивается и уменьшается примерно через 100 минут, а затем стабилизируется.pH быстро увеличивается с первых моментов до максимума, затем снижается между 100 и 300 минутами, а затем медленно уменьшается. Концентрация кальция изменяется параллельно с изменением pH.


Чтобы объяснить эти различия, образцы были взяты через 5, 100 и 1200 минут и отфильтрованы. Твердые фазы анализировали методом дифракции рентгеновских лучей.

На рисунке 5 (а) показана диаграмма рентгеновских лучей твердого тела, полученных через 5 мин. Эта диаграмма показывает наличие DCPD и Ca (OH) 2 .


Рентгеновская диаграмма твердого тела, полученная через 100 мин (рис. 5 (b)), показывает наличие DCPD с низкой долей HAP.

Рентгеновская диаграмма твердого тела, сделанная через 1200 мин (рис. 5 (c)), показывает присутствие смеси DCPD и HAP.

На первом этапе (0–60 мин) DCPD формируется в соответствии со следующим уравнением [5]. Это объясняет снижение проводимости.

Это вполне нормально, потому что на этом этапе pH среды составляет от 5 до 6, что соответствует диапазону стабильности DCPD (2

В начале второго этапа (через 60 мин) pH выше 9, что соответствует области образования HAP (рис. 5 (b)), и, поскольку DCPD нестабилен при этом pH, он имеет диссоциированный. Это объясняет увеличение проводимости и концентрации Ca 2+ и снижение pH. Затем HAP продолжает формироваться, чтобы в конце получить смесь DCPD и HAP для pH от 7 до 8 (рис. 5 (c)).

3.3. Область стабильности DCPD (смесь
M 3)

Кривые зависимости pH, проводимости и концентрации Ca 2+ от времени, относящиеся к смеси M 3, показаны на рисунке 6. На этом рисунке показаны уменьшение проводимости с последующим ее увеличением, причем последняя снова начинает уменьшаться до достижения равновесия; Показано, что pH увеличивается до максимального значения, а затем медленно уменьшается, а затем резко падает до достижения равновесия.Концентрация Ca 2+ изменяется параллельно с изменением pH.


Для объяснения этих шагов были взяты и отфильтрованы пробы через 5, 15, 200 и 630 минут, а твердые частицы проанализированы методом дифракции рентгеновских лучей. Соответствующие диаграммы приведены на Рисунке 7.


Рентгеновские диаграммы твердых тел, сделанные через 5 и 15 минут (Рисунки 7 (a) и 7 (b)), показывают наличие смеси DCPD, HAP, и Са (ОН) 2 . Однако рентгеновская диаграмма твердого тела, полученная через 200 мин (рис. 7 (c)), и диаграмма твердого вещества, снятая через 630 мин (рис. 7 (d)), показывают наличие только DCPD.

Следует отметить, что DCPD и HAP образуются на этапе 1, когда pH среды составляет от 3 до 5 [11–14, 16], при наличии Ca (OH) 2 , который еще не полностью диссоциировал . Это объясняет снижение проводимости на этом этапе. Однако повышение pH и концентрации кальция происходит из-за растворения гидроксида кальция, что вызывает растворение части DCPD, которая нестабильна при этом pH. Это объясняет увеличение проводимости в конце этого шага.Затем образование DCPD продолжается на втором этапе, что снижает проводимость, pH и концентрацию кальция и, следовательно, приводит к превращению HAP, образованного в DCPD.

3.4. Область стабильности DCPA (смесь
M 4)

Изменение pH, проводимости и концентрации Ca 2+ как функция времени относительно смеси M 4 показано на рисунке 8. Как может быть Как видно на этом рисунке, проводимость уменьшается от исходного значения и достигает плато после 500 мин.pH быстро снижается с первых мгновений и остается постоянным на уровне 2,5; это значение pH, при котором DCPA более стабилен. Концентрация Ca 2+ увеличивается до максимального значения, а затем медленно уменьшается. Это показывает, что это осаждение происходит за один этап. На рентгеновской диаграмме (рис. 9) показано образование DCPA без существования другой фазы.



3.5. Область стабильности MCPM (смесь
M 5)

Изменение pH, проводимости и концентрации Ca 2+ как функция времени относительно смеси M 5 показано на рисунке 10.Анализ этих кривых показывает, что pH и проводимость быстро снижаются в течение первых нескольких минут. Затем проводимость очень незначительно снижается, в то время как pH остается постоянным (pH <2 - это диапазон стабильности MCPM). Концентрация Ca 2+ быстро увеличивается после растворения Ca (OH) 2 , пока не достигает максимального значения примерно через 30 минут, а затем медленно уменьшается. Это подтверждает, что осаждение происходит за один этап.


Чтобы идентифицировать появившуюся твердую фазу, в различные моменты времени было взято несколько проб и отфильтровано.Твердые фазы анализировали методом дифракции рентгеновских лучей. Рентгенограммы твердых образцов, снятые в различные моменты времени, показывают, что образовавшаяся фаза соответствует МКПМ. Типичный пример этих диаграмм показан на Рисунке 11.


4. Заключение

В этой статье стадии осаждения фосфатов кальция были кинетически исследованы для различных смесей, ссылаясь на фазовую диаграмму твердое тело-жидкость тройная система H 3 PO 4 -Ca (OH) 2 -H 2 O при 30 ° C [7].Результаты показывают, что в поле гидроксиапатита осаждение происходит в два этапа: первый состоит из образования DCPD и HAP, а второй — из превращения DCPD в HAP. В доменах DCPD и HAP на первом этапе формируется DCPD, а на втором этапе HAP формируется за счет части DCPD; затем мы обнаруживаем в конце осаждения смесь DCPD и HAP. Результаты также показывают, что осаждение брушита проходит в две стадии: первая характеризуется образованием гидроксиапатита и DCPD, тогда как вторая HAP превращается в DCPD.Осаждение безводного дикальцийфосфата (DCPA) и осаждение моногидрата монокальцийфосфата (MCPM) проходит в одну стадию.

Можно сделать вывод, что наиболее термодинамически стабильная фаза не обязательно появляется первой и что изученные фосфаты кальция образуются при четко определенном pH, как показано в Таблице 3.


Аббревиатура Химическая формула Ca / P Условия приготовления

Осадки pH

MCPM .H 2 O 0,5 0-1
DCPA CaHPO 4 1 5-6
DCPD CaHPO. 2H 2 O 1 ≈2,4
HAP Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 1,671239 + DCPD 7-8

Доступность данных

В статью включены данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Превращение аморфного фосфата кальция в костеподобный апатит

Минерализация ACP внутри ограниченных полимерных доменов

Минерализация ACP и его превращение в нанокристаллы апатита проводились в ограниченных нанодоменах гексагонально упорядоченного полимеризованного лиотропного жидкого кристалла (PLLC). ) матрица.PLLC представляет собой мезоупорядоченную мягкую полимерную матрицу, состоящую из наноразмерных мицеллярных фибрилл (NMF) диаметром 7–10 нм, организованных в гексагональную решетку на субмикронном масштабе. Этот тип жидкокристаллической структуры получается посредством молекулярной самосборки диакрилат-модифицированных неионных амфифильных блок-сополимеров и водных предшественников фосфата кальция (см. Экспериментальный раздел в ссылке 21 ). Наши предыдущие работы продемонстрировали, что NMF имитируют наноструктуру кости двумя важными способами; (i) NMFs обладают дальним порядком с ограниченными наноразмерными доменами или зонами (≈10–15 нм), которые похожи на ограниченные домены (зоны зазора ≈40 нм) в коллагене, и (ii) апатит может селективно минерализоваться в situ, внутри нанодоменов между NMF, посредством чего образование происходит через фазу ACP и превращается в карбонизированный HAp с костоподобной структурой и химическим составом 21,22,23,24 .За исключением ограничивающих эффектов NMF, нет никаких химических или электростатических взаимодействий между полимерной матрицей и частицами фосфата кальция (CaP), что помогает в независимом изучении процесса минерализации и кристаллизации. Минерализация инициируется внутри PLLC за счет увеличения pH в водных доменах; тем самым осаждение наночастиц ACP с образованием композитного материала PLLC-ACP (см. Методы). Микроструктурная эволюция минералов CaP внутри PLLC аналогична кости в отношении начальной и конечной структуры и морфологии; первые сформированные частицы представляют собой сферические ACP в диапазоне размеров 50–100 нм в диаметре (как показано на ПЭМ-изображении в светлом поле (BF) на рис.1b), которые в процессе старения превращаются в пластинки апатита. Старение относится к хранению образцов композита PLLC-ACP во влажной среде при 37 ° C в течение определенного периода времени (см. Методы). Хотя размер частиц значительно больше, чем размер водных доменов, расположенных между NMFs, фибриллы деформируются и вмещают растущие наносферы ACP (рис. 1a). Важно отметить, что размер ACP, наблюдаемый в настоящей системе, представляет собой агрегацию ACP, наблюдаемую во время формирования кости Mahamid et al. 7 .В своей окончательной морфологии кристаллы апатита вытянуты вдоль оси c и демонстрируют морфологию пластинок неправильной формы.

Рис. 1

Морфология композита. — изображение SEM, показывающее сформированные частицы ACP между ограниченными доменами NMF в матрице PLLC (стрелки). Кажется, что NMF искажены, чтобы вместить большие частицы ACP. Масштабная шкала, 100 нм. b BF ПЭМ-изображение свежеобразованных частиц ACP.Масштабная шкала, 50 нм. c BF TEM изображение частиц, которые отклоняются от сферической морфологии, когда они начинают сливаться. Стрелками обозначены электронно-плотные области на частицах. Масштабная шкала, 50 нм. d HRTEM изображение аналогичных областей, обозначенных позицией c , которые соответствуют первым участкам зарождения кристаллов кристаллической фазы. Стрелками обозначены ребра ступеней, параллельные плоскостям \ (\ left ({3 \ bar 301} \ right) \) и \ (\ left ({\ overline {11} 20} \ right) \). Шкала, 2 нм

ТЕМ-характеристика частиц CaP в композитах

После минерализации композит PLLC-ACP выдерживался при 37 ° C в течение максимум 3 недель во влажной камере, после чего все частицы ACP преобразовались в апатит .Перед визуализацией композит вручную измельчали ​​в присутствии этанола для получения дисперсии. Несколько капель этой дисперсии были использованы для приготовления образца ПЭМ на сетке из Cu с покрытием C (см. Методы). Даже для свежеприготовленных образцов (т.е. старение менее 1 дня) есть области, в которых частицы начинают агрегировать и отклоняться от сферической морфологии, что указывает на то, что структурное преобразование началось. Изображение BF TEM на рис. 1c показывает такую ​​частицу в середине, которая кажется слегка вытянутой в одном направлении.Стрелки вокруг этой и соседних частиц указывают электронно-плотные (темные) области. Эти электронно-плотные области присутствуют во всех свежих образцах и сосуществуют с первоначально сформированными аморфными частицами (такими, как на рис. 1b), что означает, что процедура старения происходит с различной скоростью по всему образцу. В то же время эта разница в скорости роста позволяет наблюдать разные стадии старения в одном и том же образце.

HRTEM использовался для определения природы электронно-плотных областей, расположенных на периферии частиц ACP.Первоначально предполагалось, что темные области размером ~ 5 нм представляют собой скопления ионных кластеров, которые непрерывно растворяются из ACP во влажных условиях процедуры старения. Считалось, что кластеры соответствуют первым кристаллическим единицам, которые способствуют превращению в апатит посредством перегруппировки строительных блоков CaP, аналогично тем, которые наблюдались Habraken et al., Поскольку мы наблюдали аналогичное расположение в наших образцах (дополнительный рисунок 1) 14 . Однако наблюдения HRTEM дали несколько иной результат.Эти области действительно соответствуют начальным точкам кристаллизации, как показано на изображении HRTEM на фиг. 1d, но вместо растворенного материала, образованного вокруг (вне) частиц, они образуются из аморфной матрицы на поверхности частиц ACP. Эти нанокристаллиты обладают двумя основными характеристиками: (i) они всегда сначала образуются на краях аморфных частиц, что указывает на то, что преобразование в кристаллическую структуру начинается с поверхности внутрь, и (ii) они демонстрируют ступенчатую морфологию (пурпурные стрелки на рис.1г). Наряду со ступенями общей чертой, наблюдаемой в большинстве кристаллитов, было наличие направления \ ([11 \ bar 20] \) либо в плоскости, либо в качестве направления обзора кристаллита. В случае, когда \ ([11 \ bar 20] \) является направлением в плоскости, измерения, касающиеся высоты и ширины ступеньки, были разделены на измерения, параллельные и перпендикулярные этому направлению. Размеры всех ступеней, наблюдаемых на множестве кристаллитов, представлены на дополнительном рисунке 2.

Вдоль направления \ ([11 \ bar 20] \) ступени являются кристаллографическими и соответствуют интервалу d \ (\ left \ {01 \ bar 10} \ right \} \) плоскости ГАП (~ 0.8 нм, ~ 1,6 нм или кратное 0,8 нм). Ступени имеют края в направлениях [0001] и \ (\ left [{1 \ bar 100} \ right] \) и соответствуют высоте ступенек, наблюдаемых Onuma и др. 15 . Это продемонстрировано на изображениях HRTEM на рис. 2 частично кристаллизованной частицы ACP. Эти микрофотографии были записаны с интервалом 2 минуты, чтобы минимизировать повреждение пучка и индуцированный пучком рост кристаллов. На рис. 2а частица ACP в основном аморфная с небольшими кристаллическими доменами, как показано пурпурными стрелками.Эти домены также расположены по периферии частиц, что согласуется с нашими более ранними наблюдениями на рис. 1в. Через 2 мин фронт кристаллизации, наблюдаемый в частице, показанной на рис. 2а, продвинулся дальше, где на верхней стороне кристаллита появляются ступени h ≈ 0,8 нм (желтые стрелки на рис. 2b). Голубые стрелки обозначают зону толщиной 1,5 нм на самой левой периферии кристаллита, которая, по-видимому, демонстрирует диффузную аморфоподобную структуру.Изображения, сделанные в последний момент времени, показывают продолжающийся рост кристаллитов внутри частицы (область, обозначенная цифрой 1), где появляется вторичный кристаллический домен (область, отмеченная цифрой 2, если смотреть вдоль оси зоны \ ([10 \ overline {11}] \). ) также наблюдается, как показано на изображении HRTEM на рис. 2c. Помимо двух крупных кристаллитов, с левой стороны частицы можно наблюдать меньший кристаллический домен, как показано зеленой стрелкой. Появление этого небольшого кристаллита могло бы объяснить поликристаллическую природу поверхности частицы.Изменение формы частицы, как показано на изображениях HRTEM, создает впечатление, что частица вытягивается в одном направлении (которое соответствует направлению оси c кристаллической области, изображенной на рис. 2b, и почти выровнено. с «шириной» частицы). Что интересно с этим изменением формы, так это то, что ширина остается той же (~ 62 нм), а высота частицы уменьшается с ~ 57 нм до 47 нм. Это указывает на то, что частица сжимается перпендикулярно оси c из-за разницы плотностей между аморфной и кристаллической фазами CaP.Кроме того, частица может увеличиваться в толщине вдоль оси обзора, которая в этой области является \ ([11 \ bar 20] \). Поскольку микрофотографии ПЭМ представляют собой двумерные проекции трехмерных структур, трудно интерпретировать, какой из двух сценариев лучше всего объясняет морфологические изменения. Однако очевидно, что окончательная ориентация и морфология еще не достигнуты, поскольку имеется второй, быстрорастущий кристаллический домен (область 2 на фиг. 2c) с другим направлением оси c .

Фиг.2

Превращение частично кристаллизованной частицы ACP. — изображение HRTEM частицы ACP (стрелки обозначают кристаллизованные домены). b Та же частица через 2 мин. Кристаллическая область на левой стороне продвинулась вперед, и рост происходит посредством послойного механизма, включающего ступеньки (желтые стрелки). Голубые стрелки обозначают зону толщиной 1,5 нм по краям частицы. c Через 4 мин наблюдается вторая кристаллическая область. Вставки соответствуют дифрактограммам БПФ от каждой области.Голубая стрелка обозначает небольшой кристаллит. Время выдержки образца составило 3 недели. Масштаб на всех изображениях, 10 нм

На заключительном этапе кристалл достиг почти единой ориентации, как это видно на дополнительном рисунке 3b, а на дополнительном рисунке 3a показано изображение HRTEM на рисунке 3c. Изображения были наложены на карты деформации решетки, полученные с помощью геометрического фазового анализа (GPA) 25,26 . На дополнительном рисунке 3а желтая стрелка указывает на небольшой кристаллит, прилегающий к частице, который следует ориентации кристаллической области области 1.

Рис. 3

Формирование ступени на фронте роста. изображение HRTEM небольшого кристаллита, рассматриваемого вдоль \ ([1 \ bar 100] \). Z.a. показывает ступеньку (пурпурная стрелка). Края кристаллита размыты. b , d Тот же кристаллит (расположенный внутри и снизу ( a )), в котором образовалась дополнительная ступенька. c , e Были сформированы три ступени. Пунктирные линии служат ориентиром для глаза, принимая в качестве ориентира разницу в высоте и ширине ступеньки исходного кристаллита.Видна разница в высоте ~ 1-2 ML, а также увеличение ширины (обозначено желтой стрелкой). Голубые стрелки обозначают соседние кристаллиты, которые также выросли. f Микрофотографии БПФ справа налево, полученные из нанокристаллов, показанных в ( a , b и c ), соответственно. g отфильтрованные по Брэггу изображения, полученные из соответствующих микрофотографий HRTEM в ( a , b и c ) с использованием g = \ (\ overline {22} 40 \) и g = 0002 с соответствующими Карты деформации решетки GPA накладываются друг на друга, делая границы кристаллита более очевидными.Время выдержки образца составило 3 недели. Масштаб на всех изображениях, 2 нм

Исследование присутствия октакальцийфосфата

Следует подчеркнуть, что промежуточных фаз CaP во время кристаллизации не наблюдалось. Это, однако, не может подтвердить отсутствие какой-либо метастабильной фазы до образования начальных кристаллических доменов на краях частицы ACP. Несмотря на то, что октакальцийфосфат (OCP) был широко предложен как временная метастабильная фаза при минерализации, его присутствие очень трудно идентифицировать с помощью ПЭМ из-за его большого сходства с апатитом 14,27 .Две фазы CaP различаются только межплоскостным расстоянием между (100) OCP / \ (\ left ({10 \ bar 10} \ right) \) плоскостями апатита. По нашим наблюдениям, материал превращается из аморфного в частично кристаллизованный в полностью кристаллизованный, и даже в начальных кристаллических областях разрешаются уникальные для апатита плоскости \ (\ left ({10 \ bar 10} \ right) \), с указанием отсутствия ОСР. Для дальнейшего изучения возможного образования ОКП перед апатитом мы провели измерения дифракции рентгеновских лучей (XRD) на свежеприготовленных композитах (не состаренных) и контролировали их до 5 дней старения во влажной среде при 37 ° C.Как видно на дифрактограммах XRD на дополнительном рисунке 4, самые сильные пики ОСР, то есть (100) и (010) при 2 Theta 4,747 ° и 9,744 °, соответственно, отсутствуют, что подтверждает наблюдения ПЭМ, что ACP непосредственно преобразуется в апатит.

HRTEM: наблюдение ступенчатого роста кристаллитов апатита

Чтобы четко отобразить ступенчатый рост кристалла, изображения HRTEM были получены в другой поликристаллической области подготовленного образца ПЭМ. Небольшой кристаллит, показанный на рис.3а расположен на фронте кристаллизации большой площади образца (~ 1 мкм), где частицы сформировались вокруг соседних НМП. Изображения были получены последовательно (с интервалом ~ 2 мин). На изображении HRTEM на рис. 3a края кристаллита нечетко очерчены; они кажутся диффузными, а не атомарно плоскими. Кристаллит имеет только одну ступеньку высотой 1,9 нм, которая обозначена пурпурной стрелкой. Пунктирные линии на рис. 3a – c расположены на нижней и верхней поверхности начальной ступени, чтобы служить ориентиром для любых морфологических изменений.Во второй момент времени (рис. 3b) образовалась новая ступенька (2,4 нм × 0,48 нм) (пурпурная стрелка), и края кристаллита стали более четкими и четко очерченными. В конечный момент времени (рис. 3c) несколько ступеней сформировались на \ (\ left ({\ overline {22} 40} \ right) \) краю начального шага. Здесь важно отметить увеличение высоты (обозначенной верхней пунктирной линией) на 0,4 нм, что означает, что кристаллит вырос вдоль оси c , и его края теперь кажутся атомарно плоскими.Остающиеся кристаллы (голубые стрелки) также выросли примерно на 1-2 нм.

Формируемые ступеньки имеют края в направлениях [0001] и \ ([11 \ bar 20] \), и их направление становится очевидным при сравнении изображений по вертикали (Рис. 3a, d, e), где пунктирные линии теперь нарисованы вертикально в качестве ориентира для направления шага, при этом ширина нижнего края первого шага берется за основу. Становится более очевидным, что ступеньки продвигаются в направлении \ ([\ overline {11} 20] \), что хорошо показано на рис.3д. Это подтверждает вывод о том, что все шаги следуют в одном направлении. Похоже, что параллельно наблюдаемому увеличению высоты кристаллит также вырос в направлении \ ([\ overline {11} 20] \). Хотя левая сторона кристаллита четко не определена на рис. 3а, пунктирная линия была проведена там, где кристаллит, кажется, перестает перекрываться с соседним слева, что указывает на окончание кристаллита (область, обозначенная голубой стрелкой ). На рис.3a, рис. 3e, наблюдается увеличение ширины кристалла на 1–1,4 нм вместе с возможным изменением толщины, так как кристалл, кажется, перекрывается с кристаллитом, обозначенным желтой стрелкой на рис. 3e. Увеличение размера кристалла, а также границы, которые определяют кристалл, хорошо проиллюстрированы на рис. 3g, на котором изображены карты деформации решетки GPA, наложенные на отфильтрованные по Брэггу изображения, полученные из микрофотографий HRTEM. На микрофотографиях с быстрым преобразованием Фурье (БПФ), показанных на рис.3f (соответствует изображениям HRTEM на рис. 3a – c), пространственные частоты, используемые для карт деформации решетки, обозначены белыми кружками. Кроме того, на рис. 3c плоскости (0002) разрешены, а плоскости \ (\ left ({\ overline {22} 40} \ right) \) менее интенсивны, как показано на третьей микрофотографии БПФ на рис. 3f. . Это изменение может указывать на увеличение толщины, однако это неясно, так как такое изменение может также быть результатом вращения всей площади образца (имеется повышенная чувствительность стабильности из-за присутствия полимерных фибрилл поблизости, которые нестабильны под слоем электронный луч).Здесь стоит отметить, что когда мы измеряем ступенчатую область (ограниченную нижней горизонтальной и левой перпендикулярной штриховой линиями), она остается практически неизменной (~ 10,5 нм 2 ), предполагая постоянную толщину кристалла. Это указывает на то, что даже если к этому моменту нет изменения толщины, рост кристалла по ширине происходит.

От ACP к апатиту: предлагаемый механизм роста

Согласно наблюдениям ПЭМ, могут возникнуть следующие механизмы, включающие этапы, для преобразования кристаллитов апатита в нашей костно-миметической системе.Во-первых, образующиеся кристаллы апатита существуют в очень кратковременной фазе CaP, состоящей из множества кристаллических доменов с различной ориентацией, которые перестраиваются посредством миграции ионных кластеров через ступенчатый поток. Этот механизм переходит к быстрорастущим граням и / или к тромбоцитарной морфологии. Вышеупомянутая постоянная площадь поверхности в ступенчатой ​​части кристаллита убедительно свидетельствует о миграции материала в виде кластеров в направлении основного направления роста кристаллов апатита ( c -ось).Хотя такой механизм может иметь место путем переориентации внутренней кристаллической структуры 12 , он не может быть единственным механизмом, поскольку большая разница во включенных объемах, от сферической формы до пластинчатой ​​морфологии, убедительно указывает на то, что механизм растворения также происходит в присутствии воды (средний диаметр сферической частицы: ~ 60 нм; средний размер пластинок апатита: 4 × 20 × 50 нм 3 ). Частично это изменение объема является результатом разницы в плотности между двумя фазами, но обычно считается, что при превращении апатита имеет место механизм растворения-повторного осаждения, когда сам материал действует как затравка для дальнейшего роста, но также было показано in situ, что такой механизм происходит одновременно со ступенчатым спиральным ростом 19 .Хотя во время наших экспериментов ex situ у нас не может быть процесса растворения без присутствия растворителя (воды), механизм растворения-повторного осаждения может быть параллельным механизмом трансформации в водной среде.

Увеличение ширины кристаллита, изображенного на рис. 3, может быть связано с тем, что кристаллит поглощает и накапливает материал из соседних кристаллитов, подобно тому, что происходит на месте. Высота ступенек, особенно на рис. 2, хорошо соответствует тому, что описано в литературе для ступеней \ (\ {01 \ bar 10 \} \) и размера кластеров Познера 12 .В то время как другое измерение шага (нормальное к \ (\ {01 \ bar 10 \} \)), наблюдаемое в этой работе, больше нигде не сообщалось, предполагается, что объем шага также может соответствовать объему отдельного кластера Познера. Иногда длинные террасы \ (\ {01 \ bar 10 \} \) между ступенями могут указывать на то, что рост происходит путем послойного роста с добавлением плоскостей \ (\ {01 \ bar 10 \} \). Однако из рис. 2b также очевидно, что новые слои начинают формироваться до полного роста первого слоя, что не очень согласуется с классическим механизмом послойного роста в эпитаксии.Это показатель того, что новый кластер накапливается поверх предыдущего уровня, а не включение нового кластера на краю шага 28 . Подобные результаты были продемонстрированы Onuma et al. в экспериментах АСМ на крупных кристаллах синтетического апатита 28 . Они наблюдали скопление единиц роста на террасах между ступенями, которые затем диффундировали к фронту ступеньки кристалла, где рост происходил посредством поверхностной диффузии. Далее они сообщают, что когда степень пересыщения системы достаточно высока, чтобы вызвать двумерный рост, это сначала произойдет между ступенями, а не на краях.

Сравнивая размеры ступеней на рис. 1d и рис. 3 с указанными в литературе, можно заметить различия в размерах ступеней, причем размеры варьируются в широком диапазоне, что может быть связано с разницей в представленных осях обзора. в этой работе. Однако возможно, что текущие наблюдения являются проекцией кластеров, о которых сообщалось ранее. В то же время размеры ступеней аналогичны или находятся в диапазоне размеров кластеров до зародышеобразования, которые наблюдались в нескольких исследованиях in vitro 14,15 , когда ось обзора одинакова, т.е.е. вдоль \ ([11 \ bar 20] \).

Основываясь на приведенных выше результатах, мы предлагаем комбинаторную модель роста кристаллитов апатита из ACP, которая включает классически-неклассический механизм, когда внутренняя миграция материала происходит в виде кластеров через ступенчатый поток, накопление материала из окружающей среды. и, наконец, процесс, эквивалентный классическому послойному росту. Здесь кластеры способствуют кристаллизации по оси c . После этого шага рост кристаллов может происходить послойно с присоединением адатомов, которые либо уже присутствуют в исходном растворе предшественника, либо получены из растворенных ионных кластеров во время старения.Структурно-морфологическое превращение ACP в апатит — сложный процесс. Ступенчатая миграция материала, как здесь наблюдается, может быть частью процесса трансформации в сочетании с дополнительными механизмами, такими как растворение и осаждение. В присутствии воды механизм растворения-повторного осаждения может происходить в координации с вышеуказанными этапами. Механизм роста кристаллов от ACP до апатита следует за термодинамически управляемым фазовым превращением, которое регулируется растворимостью фаз CaP 29 .Для этого преобразования необходимы влажная среда и условия окружающей среды, а ориентация и расположение кристаллов затрудняются пространственным ограничением полимерной сети.

Похоже, что во время превращения ACP в апатит задействованы множественные механизмы роста кристаллов, что может объяснить неправильную форму полностью преобразованных (состаренных) кристаллов, которые похожи на костный апатит 29 . Следы ступенек видны даже в полностью выращенных кристаллах, два из которых показаны на изображениях ПЭМВР на рис.4а, б. Оба кристалла рассматриваются вдоль оси зоны \ ([11 \ bar 20] \) (z.a.), и они имеют удлиненную морфологию вдоль оси c . Пурпурные стрелки обозначают ступеньки по бокам кристаллов на плоскостях \ (\ {01 \ bar 10 \} \). Последовательные шаги, особенно в кристалле, изображенном на рис. 4b, приводят к уменьшению толщины с 4,5 нм до 2,7 нм. Зона 1,5 нм, подобная той, что наблюдалась на рис. 2b, кажется, окружает кристалл с боков, но не на вершине, где кристалл кажется усеченным \ (\ {01 \ bar 11 \} \ ) грани, образующие ~ 40 ° с плоскостями (0002).Принимая во внимание предполагаемое растворение материала, причина того, почему эта зона выглядит диффузной, может заключаться в том факте, что боковые грани являются фронтами, подобными растворению. Это очень похоже на пятнистую морфологию фронта растворения в биокерамических имплантатах Si-HAp 30 . Точно так же неупорядоченные поверхностные слои были идентифицированы вокруг кристаллического ядра кальцифицированных биоминералов в различных природных материалах. Исследование Wang et. al. предполагает, что такой поверхностный слой обеспечивает интерфейс, через который молекулы воды могут ориентировать кристаллы апатита in vitro без присутствия какого-либо биологического компонента 31 .В наших экспериментах такой неупорядоченный поверхностный слой был идентифицирован на всех стадиях старения (индуцированный водой). Эти наблюдения вызывают необходимость переоценить точную роль биологических компонентов, присутствующих in vivo, которые, как было предложено, способствуют и направляют рост костного апатита 6,32 .

Рис. 4

Морфология состарившихся кристаллов. a , b HRTEM-изображения двух кристаллов апатита, просматриваемых вдоль \ ([\ overline {11} 20] \) z.a. Пурпурные стрелки обозначают ступеньки с краями в направлениях [0001] и \ ([1 \ bar 100] \).Окончание кристаллов апатита усечено и ограничено с одной стороны гранями \ (\ {01 \ bar 11 \} \). Голубые пунктирные линии в b обозначают диффузную область 1,5 нм вокруг кристалла. c Вид сбоку на кристалл апатита неправильной формы, ограниченный гранями разной ориентации. Масштаб на всех изображениях, 5 нм

Превращение ACP в апатит — процесс, который является общим как для синтетических, так и для биологических систем. Это ожидаемо, поскольку апатит является наиболее термодинамически стабильной фазой CaP в физиологических условиях.В нашем конкретном случае полученные кристаллы апатита похожи на апатит, обнаруженный в кости, как с точки зрения морфологии, так и с точки зрения кристалличности 29 .

Если смотреть вдоль направления \ ([11 \ bar 20] \), кажется, что грани, описывающие кристалл, четко определены; однако это не тот случай, когда кристаллы рассматриваются с других боковых граней. Пример показан на рис. 4c, где стороны кристалла образуют различные углы с плоскостями \ (\ {01 \ bar 10 \} \), что приводит к искажению кристалла, что затрудняет построение определенной морфологической модели для точного изображения морфология кристаллов (пурпурные пунктирные линии).Отклонение от идеальной морфологии монокристалла HAp очевидно, и это хорошо согласуется с кристаллами апатита, наблюдаемыми в биологии, которые также демонстрируют очень плохую кристалличность и неправильную кристаллическую структуру.

Чтобы объединить различные процессы, обсуждаемые в этой работе, на рис. 5 показана иллюстрация превращения ACP-апатит в ограниченных доменах NMF. При увеличении pH ионы кальция и фосфата в полимерной матрице осаждаются. с образованием сферических частиц ACP.За этим следует ступенчатый рост доменов нанометрового размера, в которых материал мигрирует по оси c в виде кластеров. Когда начинается кристаллизация, частица приобретает нестационарный поликристаллический характер, начиная с внешней части частицы по направлению к внутренней. Более быстрорастущие кристаллические области (которые быстро растут вдоль оси c ) могут поглощать, включать или заставлять более мелкие кристаллиты в их близости следовать основной ориентации, что приводит к начальному отклонению от сферической морфологии.Когда частица начинает следовать единственной ориентации, ступенчатый поток ионных кластеров к вершине кристаллов способствует росту вдоль оси c . Миграция материала со сторон кристалла приводит к уменьшению толщины, и когда рост прекращается, на гранях, ограничивающих стороны оси кристалла, видны следы ступенек.

Рис. 5

Схематическое изображение предложенного механизма роста апатита от АКП. a Образование частиц ACP со сферической морфологией, которые во время старения трансформируются в удлиненные пластинки апатита в пределах границ PLLC. b Подробная иллюстрация шагов роста, показанных на a . (i) Частица ACP начинает деформироваться, поскольку внутри частицы образуются несколько кристаллических ядер. (ii) ступеньки образуются в результате миграции кластера в частице, и кристалл начинает адаптировать единую ориентацию. Материал, который перемещается со сторон кристалла, действует как зародыши для дальнейшего роста вдоль оси c за счет механизма послойного или кластерного включения. (iii) Остались следы ступенек, что привело к образованию кристаллов неоднородной толщины

Наши наблюдения за превращением АЦП-апатит хорошо коррелируют с исследованиями, выполненными на монокристаллах синтетического ГАП, которые указывают на наличие предварительных зародышевых кластеров и Формирование ступеней размеров, аналогичных кластеру Познера, является важным этапом в процессе преобразования ACP-апатита 15,16,17 .

Релевантность к минерализации костей

С биологической точки зрения наши наблюдения подтверждают более ранние гипотезы о том, что стабилизация костного апатита из предшественников ACP после отложения минералов может быть чисто результатом термодинамики только с помощью воды 31,33 . В то же время биологические компоненты, такие как коллаген, неколлагеновые белки, гликозаминогликаны, внутри- и внеклеточные везикулы, имеют решающее значение для транспорта, отложения и связывания компонентов ACP.Однако возможно, что фактическое превращение аморфного предшественника в костный апатит и его последующий рост могут не потребовать каких-либо химических взаимодействий между органическими компонентами и фазой CaP. Гипотезы основаны на наблюдениях нашей костно-миметической модели, которая подходит из-за ее соответствия естественным системам, исходя из следующего; (i) частицы ACP, сформированные в нашей системе, очень напоминают аморфные гранулы по размеру и форме, как это наблюдалось во внутриклеточных везикулах и минерализующих коллагеновых фибриллах в многочисленных исследованиях in vivo 7,8,9 , (ii) окончательный кристалл апатита напоминает кость апатит по размеру, кристалличности, составу и нерегулярной пластинчатой ​​геометрии 21,22 , (iii) осаждение ACP, его рост и превращение в апатит происходит в ограниченных доменах матрицы PLLC, аналогично видимым зонам зазора в кости, и (iv) ранее мы продемонстрировали образование фаз CaP в ограниченных доменах и при высоких пересыщениях выборочно образует частицы ACP, которые превращаются в костеподобный апатит.Важно отметить, что межфибриллярное расстояние матрицы PLLC составляет ~ 10 нм, где частицы CaP зарождаются в частицы ACP, а затем превращаются в апатит. В коллагене начальное отложение минералов (ACP) происходит в зонах промежутков длиной 40 нм фибрилл коллагена, за которыми следует рост и созревание тромбоцитов апатита, что приводит к его проникновению в пространство фибрилл размером 1,5 нм. Несмотря на то, что окончательное расстояние между фибриллами PLLC и коллагеном различается, необходимо подчеркнуть, что это сходство в локализации начального отложения минералов (т.е.е. ACP и его последующая трансформация), что является основной основой для сравнения PLLC этой работы и коллагеновых систем in vivo. Хотя возможно, что промежутки 1,5 нм между фибриллами коллагена могут способствовать толщине костного апатита 2 нм, примечательно, что фактическая толщина кристаллов костного апатита находится в диапазоне 2–6 нм 1 . В этой работе толщина пластинок апатита, сформированных внутри PLLC, также находится в аналогичном диапазоне (≈4 нм). Следовательно, матрица PLLC обеспечивает ограниченный домен определенного размера, который важен для получения конечных частиц апатита, подобных тем, которые наблюдаются в кости.Более того, мы ранее показали, что размер ограничений PLLC играет важную роль в контроле типа образующегося CaP. Ограничения, превышающие 10 нм, приводят к смеси фаз CaP, в то время как частицы CaP менее 10 нм чисто напоминают костные пластинки апатита 23 . Более того, ограничение также ограничивает рост кристаллитов в диапазоне 30-40 нм в длину, в то время как в отсутствие ограничений матрицы PLLC, кристаллиты могут превышать длину 200 нм 22 .Таким образом, очевидно, что 10 нм ограничения нашей системы PLLC могут быть выбраны для ACP, ограничивают размер за счет упругой деформации и способствуют росту кристаллитов апатита с толщиной, подобной костному апатиту, и с их осью c , выровненной вдоль длина мицеллярных фибрилл.

На основании вышеизложенного мы предполагаем, что рост апатита внутри коллагеновых фибрилл происходит ступенчато. Несмотря на сходство нашей системы с костью, очевидно, что биологическая среда также может играть важную роль во время минерализации кости.Было показано, что коллаген и неколлагеновые белки играют решающую роль в минерализации костей, обеспечивая ограниченное пространство для проникновения и зарождения предшественников, которые способствуют росту и ориентации апатита в зонах разрыва коллагеновой матрицы 34,35,36 . Более того, моделирование молекулярной динамики (МД) показало, что полиморф апатита CaP обеспечивает наиболее энергетически выгодное взаимодействие с коллагеном, что подтверждается наблюдениями с помощью ПЭМ 37 . Кроме того, коллаген также может быть ответственным за гексагональное «нарушение симметрии», которое приводит к образованию кристаллов с морфологией тромбоцитов 37 .

Предложенный нами механизм кристаллизации дает ценную информацию об отсутствующем звене на принятых в настоящее время стадиях минерализации кости, как показано на рис. 6. После осаждения гранул ACP пузырьками фазы ACP могут преобразоваться в апатит в соответствии с механизмом роста. представлены в данной работе. Следствием нашей гипотезы является возможное объяснение эволюционного происхождения наноструктуры кости, в которой фосфаты кальция, по-видимому, являются лучшим выбором в качестве неорганической фазы из-за их термодинамического свойства превращаться в нанопластинки апатита из легко доступных и транспортируемых аморфная фаза.Десятилетия исследований костей доказали, что именно наноразмерная структура и неправильная морфология тромбоцитов определяют тесный контакт между коллагеном и апатитом, что напрямую влияет на прочную механику и устойчивость к трещинам в кости 38,39 .

Рис. 6

Диаграмма, описывающая возможный механизм минерализации кости. Начиная с (i), везикулы внутриклеточного матрикса отпочковываются от остеобластов и транспортируют предшественники ACP в виде гранул неправильной или сферической формы в зоны разрыва коллагенового матрикса (одна из наиболее принятых теорий).(ii) Везикулы, содержащие ACP, проникают в коллагеновый матрикс и откладывают гранулы ACP в зонах разрыва.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *