Обмен кальция и фосфора

В организме взрослого человека содержится около1,5 кг кальция и более 1 кг фосфора. Это 2 его главных минеральных компонента. Из данного количества 98% каль­ция и 85% фосфора связано в костях и зубах. Другой фонд - ионы кальция, растворенные в жидкостях или соединенные с белками жидкостей и тканей. Концентрация кальция внутри клеток зависит от его концентрации во внеклеточной жиидкости.

Пределы колебаний концентрации Са²⁺ в крови здоровых людей 2,12—2,6 ммоль/л (9—11 мг/дл). Многие процессы в организме регулируются кальцием, при участии специфически распознающих его белков (кальмодулина, кальэлектринов, кальпаинов и т.д.). От кальция зависит гене­рация потенциалов действия и электромеха­ническое сопряжение, передача гормональ­ного сигнала и клеточная локомоция. Каль­ций регулирует и скорость жизненно важных внеклеточных процессов — например, свёр­тывания крови. Избыток кальция может вызывать нарушение этих процессов, апоптоз или гибель клеток.

С пищей поступает от 0.6 до 1 г кальция (норма – не менее 0.6 г). Кальций плохо всасывается в ЖКТ, выводится почками (до 0.3 г в сутки) и потовыми железами (до 0.1 г в сутки). В плазме 40% кальция связано с альбумином (связанная форма), 15% - с кислыми органическими анионами. Остальное количество – свободная форма.

Уровень ионизированного кальция в плазме регулируется взаимодействующими гормонами паратиреокринином и кальцитонином, а также витамином D. Под их конт­ролем, приблизительно 0,5 г кальция в сутки у взрослого индивида обменивается между скелетом и плазмой крови.

Метаболизм кальция в организме тесно пе­реплетён с обменом фосфатов, связывающих большую часть внеклеточного кальция в виде кристаллов гидроксиапатита в ком­позитных минерализованных структурах — ко­стях.

Фосфор абсорби­руется в ЖКТ очень активно. С пищей, в среднем, в день поступает около 1,2 г фосфора. Для диагностики нарушений фосфорно-кальциевого обмена, концентра­ции фосфора в крови, следует определять на­тощак, так как, в отличие от уровня кальция, они растут после еды.

В тощей кишке всасывается до 90% суточ­ного потребления фосфатов. Почки экскретируют 15% фильтрующихся фосфатов с мо­чой, в равновесном с поступлением этих ионов режиме. Фосфат может активно секретироваться в канальцах. Реабсорбция фосфа­та происходит на 9/10 — в проксимальных канальцах, а на 1/10 — в более дистальных частях нефрона.

В дополнение к 85% фосфора, депони­рованным в ко­стях и зубах, мягкие ткани содержат суще­ственную часть связанного фосфора и фос­фат-аниона (до 14%). Всего 1% фосфора находится во внеклеточной жидкости. Макроэргические фосфатные соединения и фосфорилированные активные метаболиты в норме не могут свободно покидать клетки. Поэтому, только 12% фосфатов плазмы свя­зано с белками, остальные представлены сво­бодными фосфат-анионами. Уровень фос­фора в плазме зависит от факторов, регули­рующих обмен кальция.

Процессы депонирования кальция и фосфора в костях и их абсорбции/экскре­ции в кишечнике и почках взаимно сбалан­сированы так, что концентрация этих ионов в крови изменяется в весьма узких пределах. 1

Концентрация Са²⁺ в плазме регулируется с вы­сокой точностью; изменение ее всего на 1% приво­дит в действие гомеостатические механизмы, вос­станавливающие равновесие. Основными регуляторами обмена Са²⁺ в крови являютсяпаратгормон, кальцитриол и кальцитонин (рис.6,7,8).

Паратгормон (ПТГ) синтезируется в виде предше­ственника — препрогормона, содержащего 115 ами­нокислотных остатков. Во время переноса в секре­торные пузырьки (везикулы) препрогормон превращается в зрелый гормон, включающий 84 аминокислотных остатка. Интактный ПТГ может расщепляться на короткие пептиды. N-концевые пептиды, содержащие 34 аминокислотных остатка, обладают полной биологической активностью и секретируются железами наряду со зрелым ПТГ. Скорость распада гормона уменьшается при низкой кон­центрации ионов кальция и увеличивается, если концентрация ионов кальция высока.

Рисунок 6

Секреция ПТГ регулируется уровнем ионов каль­ция в плазме: гормон секретируется в ответ на сни­жение концентрации кальция в крови.

Органами-мишенями для ПТГ являются кости и почки, а также кишечник (опосредованное дей­ствие). В клетках почек и кости локализованы спе­цифические рецепторы, которые взаимодействуют с паратгормоном, в результате чего инициируется каскад событий, связанный с аденилатциклазой.

ПТГ восстанавливает нормальный уровень ионов кальция во внеклеточной жидкости путем какпрямо­го воздействия на кости (активация аденилатциклазы стимулирует метаболическую активность остеокла­стов, в результате чего происходит мобилизация Са²⁺ из кости (рис. 1) и поступление фосфатов в кровь и почки (стимулирует реабсорбцию Са²⁺ дистальными канальцами почек;, так иопосредо­ванного (через стимуляцию синтеза кальцитриола) воз­действия на слизистую оболочку кишечника, увеличивая в этом случае эффективность всасывания Са²⁺ в кишечнике. В почках ПТГ также уменьшает реабсорбцию фосфатов.

Рисунок 7

Эффекты действия ПТГ. 1 — ПТГ стимулирует мобилизацию кальция из кости; 2 -| стимулирует реабсорбцию ионов кальция в дистальных канальцах почек; 3 — ПТГ активирует образование 1,25(ОН) ₂ D₃ в почках, что приводит к стимуляции всасывания Са²⁺ в кишечнике МКЖ — межклеточная жидкость.

Кальцитриол, как и другие стероидные гормоны, синтезируется из холестерина. Непосредственным предшественником кальциферола является холекальциферол (витамин D₃). Небольшое количество витамина D₃ содержится в продуктах питания, но боль­шая часть витамина, используемого в синтезе кальцитриола, образуется в коже из 7-дегидрохолестерола в ходе неферментативной реакции под дей­ствием ультрафиолетового света. Образование кальцитриола начинается в печени и заканчивается в почках (рис. 7).

В печени холекальциферол гидроксилируется по 25 -му атому углерода с образованием 25-гидроксихолекальциферола.

Гидроксилирование, протекающее в почках, является скорость лимитирующей стадией. Именно 1,25(ОН) ₂ D₃ представляет собой активную форму витамина D_3. Эта реакция стимулируется низкой концентрацией ионов Са²⁺ в крови и паратгормоном. Повышение уровня кальцитриола тормозит 1a - гидроксилазу почек.

Рисунок 8

Кальцитриол, подобно другим стероидным гормонам, связываясь с внутриклеточным рецептором, взаимодействует с хроматином, изменяет скорость синтеза определенных белков. В результате стимулируются всасывание кальция и фосфатов в кишечнике и мобилизация кальция из кости.

Кальцитонин — полипептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков с одной дисульфидной связью. Гормон секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидной железы в виде высокомолекулярного белка- предшественника. Секреция кальцитонина возрастает при увеличении концентрации Са²⁺ и уменьшается при снижении концентрации Са²⁺ в крови. Кальцитонин ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости и стимулирует его экскрецию почками с мочой.

Недостаток кальцитриола у детей приводит к заболеванию рахитом, а у взрослых может вызвать нарушение обмена веществ в костной ткани. Отрицательный баланс между процессами отложения и вымывания кальция, особенно в пожилом возрасте, вызывает заболевание остеопорозом.