Метаболізм фосфо-кальцію Анатомія та фізіологія

кальцію і фосфор є важливими елементами для нормального функціонування людського організму.

кістка це головне водосховище, а гідроксиапатит - основна форма зберігання. гідроксиапатит (Ca10 (PO4) 6) у кістках та зубах містить приблизно до 98% кальцію в організмі та 85% фосфору в організмі, відповідно.
Нирки - це найшвидший спосіб регулювати вміст кальцію та фосфору в сироватці крові.
Паратиреоїдний гормон є найважливішим регулятором фосфо-кальцієвого обміну. Це призводить до збільшення кальцію та зменшення фосфору. Вітамін D збільшує всмоктування кальцію в кишечнику.

Метаболізм кальцію та фосфору вивчається разом, оскільки основні механізми регуляції (паратиреоїдний гормон та вітамін D) та зберігання (гідроксиапатит) є спільними для двох елементів.

Розподіл кальцію та фосфору в організмі

кальцію

Залежно від віку, кальцій зберігається в кістці може досягати до 98-99% загальної кількості кальцію в організмі (близько 1000 г). Зберігається у двох формах: одна, яку можна легко мобілізувати - швидко застосовується під дією паратгормону у разі зниження кальцію в крові; інший важко мобілізується, зберігається на рівні кісткового компакту від поверхні кістки.

кальцію крові (близько 1 г) поставляється у трьох формах:

іонізована, вільна форма (50%) - може дифундувати через мембрани; це найважливіше, оскільки активна форма кальцію виконує функціональні характеристики (представлені нижче) та перелом кістки; (4)
вільна, неіонізована форма - кальцій у поєднанні з неорганічними сполуками (наприклад, фосфатом);
комбінована форма з сироватковими білками - 41% (тобто зв’язана, неіонізована форма); основний білок сироватки, з яким зв’язується кальцій, - це альбумін; визначення загального вмісту кальцію в крові потрібно інтерпретувати в контексті протеїнемії (низький загальний білок; загальний кальцій також зменшується, але іонізована вільна форма може бути нормальною, а пацієнт - безсимптомною); логічним наслідком буде безпосереднє визначення іонного кальцію (тільки він дійсно активний), але методи його визначення складніші порівняно з визначенням загального кальцію, так що якщо загальний вміст білків знаходиться в межах норми, визначається загальний кальцій, якщо білки У цілому мають модифіковані значення (приклад - збільшення множинної мієломи) визначається іонний кальцій. (5)

Слід зазначити, що рівень іонного кальцію дуже тісно регулюється, діапазон коливань значень кальцію дуже вузький. Цей рівень не залежить від споживання їжі, а регулюється мобілізуючими резервами.

Нормальний рівень кальцію варіюються залежно від віку та статі. Вважається, що доросла людина старше 22 років повинна мати показники кальцію в сироватці крові (загальний вміст кальцію) між 8 і 9-10. 1 мг/дл, а іонний кальцій між 4, 8-5. 7 мг/дл. (13)

фосфор

Як і кальцій, фосфор міститься переважно (приблизно 85%) у кістці у вигляді гідроксиапатиту.
Близько 10% загального фосфору в організмі складається з органічних фосфатів з нуклеотидів, фосфоліпідів і фосфопротеїдів.

Фосфор у сироватці крові (5%) міститься у формі таких фосфатних іонів (неорганічних): HPO4– та H2PO4-. Визначення сироваткового фосфору охоплює всі форми, в яких він знаходиться. Він змінюється залежно від рН сироватки крові, оскільки фосфат діє як буферна система. Значення, що належать до діапазону 2 5-4, вважаються нормальними для дорослої людини. 5 мг/дл. (14)

Роль кальцію та фосфору в організмі

кальцію

Кальцій є важливим елементом в організмі людини. Його важливість полягає в багатьох процесах в організмі, які потребують кальцію і не можуть відбуватися за його відсутності.

Функціональна роль
На клітинному рівні кальцій відіграє роль у:

Структурна роль
Через гідроксиапатит кальцій і фосфор є структурними елементами кісток і зубів.

фосфор

Фосфор бере участь в утворенні необхідних для людського організму сполук. Його роль подвійна, як структурно, так і функціонально.

Структурна роль
Через фосфоліпіди фосфор потрапляє до складу клітинних мембран; разом з кальцієм утворює з кісток і зубів гідроксиапатит - Ca10 (PO4) 6 (OH) 2.

Функціональна роль
Утворення нуклеотидів відіграє певну роль в енергетичному обміні - через аденозинтрифосфат (АТФ) та у зберіганні та передачі клітинного генетичного матеріалу, через утворення нуклеїнових кислот - дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) та рибонуклеїнової кислоти (РНК); він також відіграє роль у міжклітинній передачі сигналів (наприклад, циклічний аденозинмонофосфат - цАМФ - це месенджер другого порядку, який формується для стимулювання рецептора в поєднанні з білком альфа-G-субодиниці, який активує аденилатциклазу, що перетворює АТФ в цАМФ). Шляхом фосфорилювання або дефосфорилювання деяких ферментів відбувається їх активація, відповідно інактивація.

Поглинання кальцію та фосфору

Концентрація кальцію та фосфору в крові, в першу фазу, не залежить від їх дієтичного споживання. Поясненням буде те, що кишкова абсорбція - це процес, який відбувається поступово і залежить від багатьох факторів, і раптове зниження потрібно швидко скорегувати, щоб запобігти важким наслідкам дефіциту цих важливих для організму елементів, це робиться нирками та кістками.

Всмоктування кальцію в кишечнику здійснюється головним чином активний транспорт (контрольований механізм 1:25 - дигідроксивітамін D), але також за проста дифузія. Коли кількість споживаного кальцію менше 1 г, засвоюється близько 30% кальцію. Для засвоєння кальцій повинен бути у розчинній формі; Розчинення кальцію з його солей відбувається за низького рН, тому шлункова кислотність є важливою для засвоєння кальцію. Як і у випадку з кальцієм, всмоктування фосфору в кишечнику здійснюється шляхом активний механізм регулюється вітаміном D і одним пасивний, залежно від кількості фосфору, присутнього в кишечнику. Близько 60-80% фосфору, що потрапляє всередину, поглинається.

Регулювання рівня кальцію та фосфору в організмі

Кальцій і фосфор мають загальні механізми регулювання, але спрацьовування цих механізмів різне для двох елементів. Таким чином, рівень кальцію дуже точно регулюється, незначне його зниження викликає низку змін в організмі через безпосередню участь кальцію в багатьох фізіологічних процесах, описаних нижче.

З іншого боку, рівень фосфору може раптово впасти вдвічі нижче норми, не відчуваючи цього пацієнтом.

рівновагу між рівнем кальцію та фосфору в крові є важливим, оскільки, коли обидва елементи мають високий рівень, утворюються солі фосфо-кальцію, які осідають у м’яких тканинах або нирках. Таким чином, розуміється, що одночасне збільшення двох елементів призводить до зменшення іонного (активного) кальцію через його споживання до утворення фосфо-кальцієвих солей і, як наслідок, з’являються клінічні прояви гіпокальціємії.

Регуляція метаболізму фосфо-кальцію досягається завдяки агентам, які діють на певні органи. Нижче наведені фактори (агенти), які стежать за фосфо-кальцієвим гомеостазом, а саме паратиреоїдний гормон, вітамін D та інші гормони з меншою участю, серед яких кальцитонін є репрезентативним разом з органами-мішенями, на які він діє. Ці цілі - це нирки (які найшвидше реагують на зміни рівня двох елементів в організмі), кістки (резервуар) та кишечник (де кальцій та фосфор поглинаються під дією вітаміну D).

Паратгормон (ПТГ)

Це поліпептидний гормон, синтезований основними клітинами паращитовидних залоз. Його роль полягає у підвищенні рівня кальцію та зниженні рівня фосфору.

Регулювання секреції
Основним регулятором секреції ПТГ є кальцій. Знижений вміст кальцію стимулює секрецію і синтез ПТГ (стимулюючи рецептори кальцію в основних клітинах, молекули ПТГ, що зберігаються на цьому рівні, вивільняються в кровообіг, а потім починається синтез нових молекул); дія триває до досягнення нормального рівня кальцію, вище якого кальцій пригнічує вивільнення ПТГ (негативні відгуки). (6)

Фосфор впливає на секрецію ПТГ у зворотному напрямку до кальцію: підвищений фосфор стимулює секрецію паратиреоїдного гормону.

Вітамін D (показано нижче), активна форма якого виробляється після стимуляції ПТГ, також має негативні відгуки.

Вплив магнію на секрецію ПТГ подібний до кальцію, але його здатність стимулювати секрецію нижча; таким чином, зменшення магнію стимулює вивільнення ПТГ за одним винятком: масове зниження магнію гальмує вивільнення паратиреоїдного гормону при послідовній гіпокальціємії.

Ролі паратгормону
У разі гіпокальціємії перша дія ПТГ відбувається на нирки. (8) Він стимулює у висхідній гілці петлі Генле та в дистальній зустрічній трубці реабсорбцію кальцію (іонного кальцію та кальцію, зв’язаного з неорганічними сполуками) у крові. На фосфор ефект зворотний: він сприяє блокуванню реабсорбції і, як наслідок, збільшенню екскреції.

Дія ПТГ на кістку є складною, стимулюючи як остеоліз, так і остеогенез, ефект різний залежно від того, як вирощується гормон. Кістка - сполучна тканина, що складається з клітин та кісткового матриксу. З функціональної точки зору ми розрізняємо два типи кісткових клітин: остеоформери (остеобласти та остеоцити) та деструктивні клітини або остеокласти. Якщо рівень ПТГ раптово зростає протягом коротких періодів часу, то чистий ефект полягає в стимулюванні вироблення кісткового матриксу за допомогою подвійного механізму:

1. активує кальцієві канали в остеоцитах, які в процесі остеолізу, що здійснюється остеоцитами, переносять кальцій в остеобласти, які костеніють кістковий матрикс;
2. стимулює остеобласти, які активують остеокласти і викликають резорбцію кісток, але ця стимуляція також визначає синтез стимулюючих факторів остеогенезу, який ініціюється опосередковано.

Хронічна секреція ПТГ викликає остеоліз з подальшим підвищенням рівня кальцію в сироватці крові. Механізм є непрямий, стимулюючи остеобласти (кісткоутворюючі клітини), оскільки остеокласти не мають рецепторів до ПТГ. Остеокласти стимулюються цитокінами, що виділяються остеобластами та вітаміном D. Як тільки відбувається остеоліз, рівень кальцію та фосфатів у крові зростає.

Паратиреоїдний гормон також побічно діє на кишкове всмоктування кальцію та фосфору, стимулюючи вироблення 1,25-дигідроксивітаміну D в нирках. Це збільшує поглинання елементів, згаданих механізмами, представленими нижче.

Вітамін D

Механізм виробництва
Вітамін D - це жиророзчинний вітамін, при відсутності якого виникає захворювання, яке називається рахіт. Він поставляється у двох формах:

D2 ергокальциферол - який не може синтезуватися в організмі, основним джерелом є овочі;
D3 колекальциферол - синтезується на рівні шкіри під дією ультрафіолетових променів на 7-дегідрохолестерин, що виробляється клітинами шкіри або отримується при надходженні печінки тріски, яєць.

Він зберігається в організмі у вигляді відкладень у жировій тканині.

Для того, щоб здійснити свій вплив в межах фосфо-кальцієвого обміну, вітамін D зазнає ще двох модифікацій: перша - на рівні печінки, де гідроксилювання відбувається на рівні 25; по-друге, на нирковому рівні, де під дією ферменту 1-альфа-гідроксилази відбувається перетворення вітаміну D 25-гідрокси у вітамін D-1,25-дигідрокси, форму з максимальною вітамінною активністю. Активність 1-альфа-гідроксилази тісно регулюється активністю ферменту та фосфатів, що збільшує ПТГ, і 1,25-дигідроксивітаміном D, зменшуючи вироблення активного вітаміну D.

на кишечник: основна дія вітаміну D відбувається в тонкому кишечнику, де він збільшує всмоктування кальцію та фосфору, як безпосередньо сприяючи синтезу білків, що беруть участь у всмоктуванні двох елементів, так і опосередковано стимулюючи ріст ентероцитів. поглинання);
на нирки: ефект вітаміну D нижчий порівняно з дією ПТГ; він сприяє реабсорбції кальцію (так само, як і ПТГ), але також підвищує рівень реабсорбуються фосфатів (на відміну від ПТГ);
на кістці: роль вітаміну D в кістці відома не повністю, він діє як у значенні збільшення кісткового матриксу, так і в стимулюванні остеолізу; важко провести межу між двома ефектами, оскільки вітамін D підвищує кальцій, тому він забезпечує субстрат для остеосинтезу, але існує також пряма стимуляція остеокластів (які, на відміну від ПТГ, мають рецептори вітаміну D), з супутнім остеолізом; Загалом можна сказати, що вітамін D збільшує оновлення кісткової тканини.

Важливо згадати про менш відомий ефект вітаміну D, тобто профілактичний засіб при різних захворюваннях, від опорно-рухового апарату до серцевих або аутоімунних. (9)

Інші агенти, що беруть участь у метаболізмі фосфо-кальцію

кальцитонін є пептидним гормоном, що синтезується парафолікулярними клітинами (також званими С-клітинами) щитовидної залози. Участь кальцитоніну в гомеостазі кальцію та фосфору невідома. Спочатку вважалося, що роль кальцитоніну полягає у пригніченні остолізу та зниженні кальцію. Його секреція стимулюється надлишком сироваткового кальцію. Згодом цю роль поставили під сумнів, оскільки у пацієнтів, які перенесли тиреоїдектомію, кальцій залишався на нормальному рівні; Також у пацієнтів з медулярною карциномою щитовидної залози (рак клітин С), хоча у них підвищений рівень кальцитоніну, кальцій має нормальні показники. (10)
Механізм дії полягає у пригніченні активності остеокластів, отже, його використання при хворобі Педжета, при якій відбувається надмірний остеоліз. На нирковому рівні він збільшує виведення фосфатів, кальцію та натрію. Ці ефекти мають низьку інтенсивність та тимчасові. (11)

Соматотропний гормон (STH) стимулює всмоктування кальцію в кишечнику за відсутності вітаміну D. Можливо, механізм опосередкований IGF-1 (інсуліноподібний фактор росту 1).

Статеві гормони, Тестостерон та естрадіол покращують якість кісток, стимулюючи відкладення кальцію. Знижений рівень естрадіолу відповідає за постменопаузальний остеопороз у жінок.

Глюкокортикоїди негативно впливають на здоров’я кісток. Механізм дії заснований на стимулюванні активності остеокластів (збільшення експресії ліганду RANK і зменшенні остеопротегерину) та блокуванні проліферації остеобластів. (11)

Порушення фосфо-кальцієвого обміну

Викликається зміна концентрації кальцію та фосфору гіперкальціємія, відповідно гіперфосфатемія, коли відбувається його збільшення і гіпокальціємія, відповідно фосфат коли вона зменшується.

кальцію

гіпокальціємія являє собою зниження рівня кальцію в сироватці нижче 8,9 мг/дл, коли білки мають нормальні показники або іонний кальцій нижче 4,8 мг/дл.

Кістка - будь-яке захворювання, яке зменшує мобілізацію кальцію в кістках (гіпопаратиреоз, важка гіпомагніємія).
Нирки. При нирковій недостатності гіпокальціємія виникає через знижену реабсорбцію кальцію та зменшення елімінації фосфату (зменшує іонний кальцій за рахунок утворення солей фосфо-кальцію), зменшує синтез альфа-1-гідроксилази (зменшує активність вітаміну D).
Кишечник. Поганий дефіцит вітаміну D через зменшене споживання, низьке всмоктування (мальабсорбція ліпідів), недостатня активація вітаміну D, спричинена зниженим впливом ультрафіолетового випромінювання або захворюваннями нирок.
Гіпокальціємія шляхом з'єднання іонного кальцію з фосфатами, вільними жирними кислотами (наприклад, при панкреатиті) або білками плазми (у разі зниження рН крові).

фосфор

Являє собою збільшення фосфору в плазмі крові вище 4,5 мг/дл. Причини можуть бути численні: збільшення споживання, посилене всмоктування (при гіпервітамінозі D), позаклітинна міграція (при прискореному руйнуванні клітин, травматичне або нетравматичне), зниження ниркової елімінації (гіпопаратиреоз, захворювання нирок).

Представляє зменшення фосфору в плазмі крові нижче 2,5 мг/дл. Інкримінованими причинами можуть бути: зменшення споживання продуктів, багатих фосфором, зниження всмоктування (або через дефіцит вітаміну D, або при застосуванні проносних засобів - збільшення виведення з калом - або антацидні засоби - утворюють фосфорні комплекси і виводяться з калом) надмірне внутрішньоклітинне (фосфор має важливе значення для внутрішньоклітинного метаболізму глюкози, тому надмірне споживання вуглеводів або введення після інсуліну в гіперглікемічних станах вимагає масового внутрішньоклітинного проникнення фосфору), посилена елімінація через нирки (гіперпаратиреоз, петльові діуретики),.