Физиология обмена кальция

Значение ионов кальция
Участвует в процессах сокращения и расслабления мышц
Регулирует нервно-мышечную возбудимость
Участвует в секреции экзо- и эндокринных желез
Выступает в качестве второго посредника при передаче сигналов (как гуморальных, так и нервных)
Участвует в процессах гемостаза
Является основным элементом скелета

Пути метаболизма кальция
неизбежные
потери
Кальций плазмы
Свободный
Связанный
Кость
Трудно мобилизуемая
часть
Легко мобилизуемая
часть
Кишечник
Почки
Внутренняя петля
Внешняя петля

Фракции кальция в крови

Факторы, влияющие на концентрацию свободного кальция

Внешняя петля – поступление кальция
Через ЖКТ с пищей и водой
Желудок – расщепление трудноусвояемых соединений кальция
Двенадцатиперстная и проксимальные отделы тонкой кишки – всасывание кальция
<2 л – >50%
2-10л. – 25-30%
10-12 л. – 30-45%
12-16 л. – 45-50%
взрослые – 30-40%

Факторы, влияющие на всасывание кальция

Внешняя петля – экскреция кальция
Почки: фильтрация 100%
реабсорбция >95%
Суточная экскреция Са с мочой 0,5-4 мг/кг
Кишечник
Неизбежные потери

Костная ткань
Специализированная соединительная ткань, которая представлена клеточными элементами, межклеточным веществом (матрикс) и минеральными компонентами.
Клеточные элементы костной ткани: остеобласты, остеоциты и остеокласты.
Остеобласты - клетки мезенхимального происхождения, основной функцией которых является синтез и выделение белков органического матрикса, затем они же обеспечивают минерализацию межклеточного вещества посредством выделения солей кальция. Постепенно, выделяя межклеточное вещество, они как бы замуровываются и превращаются в остеоциты.
Основная функция остеоцитов – поддержание обмена веществ между клетками и межклеточным веществом, обеспечение целостности костного матрикса.
Остеокласты – гигантские многоядерные клетки макрофагального ряда, функция которых – резорбция костной ткани.

Костная ткань
Органический матрикс костной ткани на 90% состоит из коллагеновых волокон, обладающих высокой ионосвязывающей способностью. К неколлагеновым белкам костного матрикса относятся остеокальцин, остеопонтин, фибронектин и другие протеины. Основное вещество состоит из гликозаминогликанов и протеогликанов.

Костная ткань – минеральные компоненты

Внутренняя петля: направления обмена
Поступление кальция в кость – фиксация
в участках костной ткани, новообразован- ной вследствие активности остеобластов
Выход кальция из костной ткани – мобилизация за счет функции остеоклас- тов

Потребность в элементарном кальции
Взрослые - 8-10 мг/кг
Дети старше года - 25-30 мг/кг
1-ый год жизни - 50-55 мг/кг
Доношенные
новорожденные - 70-75 мг/кг
Недоношенные
менее 1 кг - 180-225 мг/кг

Регуляция обмена кальция
Основные регуляторы:
Паратгормон
1,25-дигидроксихолекальциферол (кальцитриол)
Кальцитонин
Другие гормоны: паратгормонподобный пептид, ГР, ИФРI, тиреоидные, половые, инсулин, глюкокортикоиды

ПАРАТГОРМОН
Белок, состоящий из 84 аминокислотных остатков. Биологическая активность опре-деляется N-концевым фрагментом, состо-ящим из 34 аминокислот
Продукт главных клеток околощитовидных желез

Синтез паратгормона
Препропаратгормон (115 ак) – 11р15.3
сек.
Пропаратгормон (90 ак)
20 мин
Паратгормон (84 ак)
N-концевой фрагмент
Секреция (20%) Распад (80%) С-концевой фрагмент
срединный фрагмент

Механизм действия паратгормона
Связывается со специфическими мембран-ными рецепторами (3р21.1-22)
Второй посредник – ц-АМФ с вовлечением G-белка

Биологические эффекты паратгормона
Результирующий эффект – повышение концентрации Са2+ в плазме крови

Биологические эффекты паратгормона
Почки:
Увеличивает реабсорбцию Са
Снижает реабсорбцию РО43-, НСО3-, воды, Na+
Cтимулирует образование 1,25(ОН)2D3

Биологические эффекты паратгормона
Желудочно-кишечный тракт:
В желудке усиливает секрецию НСl и пепсина
В кишечнике прямо на транспорт Са не влияет

Биологические эффекты паратгормона
Костная ткань: регулятор перестройки кости
Рецепторы к паратгормону имеются на остеобластах, остеоцитах, незрелых предшественниках остеобластов и остеокластов и отсутствуют на остеокластах. Действие паратгормона на кость характеризуется двумя фазами. В быструю фазу происходит активация остеобластов и остеоцитов, и остеоциты выделяют кальций из костной жидкости во внеклеточную жидкость. В медленную фазу, длящуюся в течение нескольких дней, происходит активация и пролиферация остеокластов, которая, как считается, стимулируется цитокинами, высвобождаемыми активированными остеобластами и остеоцитами. Кроме того, паратгормон вызывает дифференцировку незрелых предшественников остеокластов

Регуляция секреции паратгормона

ВИТАМИН Д и его производные
Группа жирорастворимых БАВ:
Холекальциферол (Д3)
Эргокальциферол (Д2)
25-гидроксихолекальциферол (кальцидиол)
1α-гидроксихолекальциферол (альфакальцидол)
1,25-дигидроксихолекальциферол (кальцитриол)
24,25-дигидроксихолекальциферол (секакальцидиол)

Метаболизм витамина Д
Кожа: УФО
7-дегидрохолестерин D3
Кишечник:
Всасывание D2 и D3 из пищи
Кровь
Печень:
D3 → 25(ОН)D3
Кровь
Почки: 25(ОН)D3
1,25(ОН)2D3 24,25(ОН)2D3

Механизм действия 1,25(ОН)2D3
Связывается со специфическими цитоплазматическими рецепторами
Гормон-рецепторный комплекс проникает в ядро, связывается со специфическими участками ДНК
Изменяется процесс транскрипции

Биологические эффекты 1,25(ОН)2D3
Результирующий эффект – повышение концентрации Са2+ и РО43- в плазме крови

Биологические эффекты 1,25(ОН)2D3
Желудочно-кишечный тракт:
Повышает всасывание Са в кишечнике
Повышает всасывание РО43- в кишечнике

Биологические эффекты 1,25(ОН)2D3
Почки:
Повышает реабсорбцию Са
Повышает реабсорбцию РО43-
Тормозит образование 1,25(ОН)2D3

Биологические эффекты 1,25(ОН)2D3
Костная ткань:
Рецепторы 1,25(ОН)2Д3 обнаружены на остеобластах, предшественниках остеобластов, хондробластах и хондроцитах. Влияя на остеобласты, 1,25(ОН)2Д3 вызывает их активацию и синтез белков органического матрикса. Действие 1,25(ОН)2Д3 на предшественники остеобластов приводит к их дифференцировке. Благодаря своему гиперкальциемическому эффекту он поддерживает пассивное отложение кальция в костной ткани, а также повышает минерализацию костного матрикса за счет увеличения синтеза лимонной кислоты, образующей здесь нерастворимые соли с кальцием. Также 1,25(ОН)2Д3 стимулирует мобилизацию ионов кальция из костной ткани, так как способствует дифференцировке моноцитов и макрофагов в остеокласты.

Регуляция метаболизма витамина Д
D3
25-Г
25(ОН)D3 ↓ Са2+ ПТГ
↑ Са2+ 24-Г 1α-Г ↓РО43-
ИФРI
24,25(ОН)2 D3 1,25(ОН)2 D3

КАЛЬЦИТОНИН
Пептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков
Продукт парафолликулярных клеток (С-клеток) щитовидной железы, также синтезируется в ЦНС, кишечнике, у детей – в тимусе
Ген расположен 11р15.2

Механизм действия кальцитонина
Связывается со специфическими мембран-ными рецепторами
Второй посредник – ц-АМФ

Биологические эффекты кальцитонина
Результирующий эффект – снижение концентрации Са2+ в плазме крови

Биологические эффекты кальцитонина
Костная ткань:
Подавляет функцию тормозит
остеокластов → резорбцию
↓ число остеокластов кости
Влияние на костеобразование - ?

Биологические эффекты кальцитонина
Почки:
↓ реабсорбцию Са
↓ реабсорбцию РО43-

Биологические эффекты кальцитонина
Желудочно-кишечный тракт:
Тормозит секрецию гастрина
Тормозит всасывание Са - ?

Регуляция секреции кальцитонина

Другие гормоны
Паратгормонподобный пептид (12р12.1)
N-концевой фрагмент идентичен паратгормону
Связывается с рецепторами паратгормона

Другие гормоны
ГР и ИФРI:
Стимулируют костеобразование
ИФРI в почках ↑ синтез 1,25(ОН)2D3
ГР в почках ↑ реабсорбцию РО43-

Другие гормоны
Тиреоидные гормоны:
Стимулируют костеобразование
Стимулируют резорбцию кости

Другие гормоны
Инсулин:
Стимулирует костеобразование
↓ реабсорбцию Са в почках

Другие гормоны
Глюкокортикоиды:
↓ реабсорбцию Са в почках
↓ синтез 1,25(ОН)2D3
Тормозят костеобразование

Другие гормоны
Андрогены и эстрогены:
Стимулируют костеобразование
Тормозят резорбцию кости
↑ синтез 1,25(ОН)2D3

Методы исследования обмена кальция
Са в крови: общий и ионизированный
Суточная экскреция Са с мочой
Биологические эффекты Са2+:
- ЭКГ
- нервно-мышечная возбудимость
Исследования проводятся на фоне диеты, содержащей физиологическое количество Са и Р

Другие биохимические параметры
Неорганический фосфат
Мg
Белок (альбумин)
Кислотно-основное состояние

Определение гормонов, влияющих на обмен кальция
Паратгормон
Кальцитонин
Витамин Д3 и его производные
Паратгормонподобные пептиды

Функциональные тесты
Канальциевая реабсорбция фосфатов
Тест с паратгормоном (Эллсворта-Говарда)

Состояние костной ткани
Рентгенография
Денситометрия
а. изотопная
б. ультрасонографическая
в. двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия: плотность кости (BMD) г/см3
Z-критерий
Т-критерий