Кальций/фосфорный обмен. Баланс и метаболические функции ионов кальция, фосфата в биологических процессах в организме.

 

Функции кальция в организме:

1. Неорганический компонент костей и зубов (гидроксиаппатит);
2. Внутриклеточный посредник ряда гормонов (инозитолтрифосфатная система);
3. Участвует в генерации потенциалов действия в нервах и мышцах;
4. Участвует в свертывании крови;
5. Запускает мышечное сокращение, фагоцитоз, секрецию гормонов, нейромедиаторов и т.д.;
6. Участвует в митозе, апоптозе и некробиозе;
7. Увеличивает проницаемость мембраны клеток для ионов калия, влияет на натриевую проводимость клеток, на работу ионных насосов;
8. Кофермент некоторых ферментов;

Функции фосфата в организме:

1. Неорганический компонент костей и зубов (гидроксиаппатит);
2. Входит в состав липидов (фосфолипиды, сфинголипиды);
3. Входит в состав нуклеотидов (ДНК, РНК, АТФ, ГТФ, ФМН, НАД, НАДФ и т.д.);
4. Обеспечивает энергетический обмен т.к. образует макроэргические связи (АТФ, креатинфосфат);
5. Входит в состав белков (фосфопротеины);
6. Входит в состав углеводов (глюкозо-6ф, фруктозо-6ф и т.д.);
7. Регулирует активность ферментов (реакции фосфорилирования / дефосфорилирования ферментов, входит в состав инозитолтрифосфата – компонента инозитолтрифосфатной системы);
8. Участвует в катаболизме веществ (реакция фосфоролиза);
9. Регулирует КОС т.к. образует фосфатный буфер. Нейтрализует и выводит протоны с мочой.

У взрослого человека содержится в среднем 1000г кальция:

1. Кости и зубы содержат 99% кальция. В костях 99% кальция находится в виде малорастворимого гидроксиапатита [Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂Н₂О], а 1% - в виде растворимых фосфатов;
2. Внеклеточная жидкость 1%. Кальций плазмы крови представлен в виде: а). свободных ионов Са²⁺ (около 50%); б). ионов Са²⁺ соединённых с белками, главным образом, с альбумином (45%); в) недиссоциирующих комплексов кальция с цитратом, сульфатом, фосфатом и карбонатом (5%). В плазме крови концентрация общего кальция составляет 2, 2—2,75 ммоль/л, а ионизированного - 1,0-1,15 ммоль/л;
3. Внутриклеточная жидкость содержит кальция в 10000-100000 раз меньше чем внеклеточной жидкости.

Во взрослом организме содержится в около 1кг фосфора:

1. Кости и зубы содержат 85% фосфора;
2. Внеклеточная жидкость – 1% фосфора. В сыворотке крови концентрация неорганического фосфора – 0,81-1,55 ммоль/л, фосфора фосфолипидов 1,5-2г/л;
3. Внутриклеточная жидкость – 14% фосфора.

Обмен кальция и фосфатов в организме

С пищей в сутки должно поступать кальция - 0,7-0,8г, магния - 0,22-0,26г, фосфора – 0,7-0,8г. Кальций всасывается плохо на 30-50%, фосфор хорошо – на 90%.

Помимо ЖКТ, кальций, магний и фосфор поступают в плазму крови из костной ткани, в процессе ее резорбции. Обмен между плазмой крови и костной тканью по кальцию составляет 0,25-0,5г/сут, по фосфору – 0,15-0,3г/сут.

Выводится кальций, магний и фосфор из организма через почки с мочой, через ЖКТ с калом и через кожу с потом.

Регуляция обмена

Основными регуляторами обмена кальция, и фосфора являются паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.

Паратгормон

Паратгормон (ПТГ) — полипептид, из 84 АК (около 9,5 кД), синтезируется в паращитовидных железах.

Секрецию паратгормона стимулирует низкая концентрация Са²⁺, Mg²⁺ и высокая концентрация фосфатов, ингибирует витамин Д₃.

Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са²⁺ и увеличивается, если концентрация Са²⁺ высока.

Паратгормон действует на кости и почки. Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного фактора роста 1 и цитокинов, которые повышают метаболическую активность остеокластов. В остеокластах ускоряется образование щелочной фосфатазы и коллагеназы, которые вызывают распад костного матрикса, в результате чего происходит мобилизация Са²⁺ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость.

В почках паратгормон стимулирует реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ в дистальных извитых канальцах и уменьшает реабсорбцию фосфатов.

Паратгормон индуцирует синтез кальцитриола (1,25(OH)₂D₃).

В результате паратгормон в плазме крови повышает концентрацию Са²⁺ и Mg²⁺, и снижает концентрацию фосфатов.

Гиперпаратиреоз

При первичном гиперпаратиреозе (1:1000) нарушается механизм подавления секреции паратгормона в ответ на гиперкальциемию. Причинами могут быть опухоль (80%), диффузная гиперплазия или рак (менее 2%) паращитовидной железы.

Гиперпаратиреоз вызывает:

1. разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов. Увеличивается риск переломов позвоночника, бедренных костей и костей предплечья;

2. гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной возбудимости и мышечной гипотонии. У больных появляются общая и мышечная слабость, быстрая утомляемость и боли в отдельных группах мышц;

3. образования в почках камней при увеличение концентрации фосфата и Са²⁺ в почечных канальцах;

4. гиперфосфатурию и гипофосфатемию, при снижении реабсорбции фосфатов в почках;

Вторичный гиперпаратиреоз возникает при хронической почечной недостаточности и дефиците витамина D₃.

При почечной недостаточности угнетается образование кальцитриола, что нарушает всасывание кальция в кишечнике и приводит к гипокальциемии. Гиперпаратиреоз возникает в ответ на гипокальциемию, но паратгормон не способен нормализовать уровень кальция в плазме крови. Иногда возникает гиперфостатемия. В следствие повышения мобилизации кальция из костной ткани развивается остеопороз.

Гипопаратиреоз

Гипопаратиреоз обусловлен недостаточностью паращитовидных желёз и сопровождается гипокальциемией. Гипокальциемия вызывает повышение нервно-мышечной проводимости, приступы тонических судорог, судороги дыхательных мышц и диафрагмы, ларингоспазм.

Кальцитриол

 

1. В коже под влиянием УФ-излучения из 7-дегидрохолестерола образуется большая часть холекальциферола (витамина Д₃). Небольшое количество витамина Д₃ поступает с пищей. Холекальциферол связывается со специфическим витамин Д-связывающим белком (транскальциферином), поступает в кровь и переносится в печень.

2. В печени 25-гидроксилаза гидроксилирует холекальциферол в кальцидиол (25-гидроксихолекальциферол, 25(OH)Д₃). D-связывающий белок транспортирует кальцидиол в почки.

3. В почках митохондриальная 1α-гидроксилаза гидроксилирует кальцидиол в кальцитриол (1,25(OH)₂Д₃), активную форму витамина Д₃. Индуцирует 1α-гидроксилазу паратгормон.

Синтез кальцитриола стимулирует паратгормон, низкая концентрация фосфатов и Са²⁺ (через паратгормон) в крови.

Синтез кальцитриола ингибирует гиперкальциемия, она активирует 24α-гидроксилазу, которая превращает кальцидиол в неактивный метаболит 24,25(OH)₂Д₃, при этом соответственно активный кальцитриол не образуется.

Кальцитриол воздействует на тонкий кишечник, почки и кости.

Кальцитриол:

1. в клетках кишечника индуцирует синтез Са²⁺-переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

2. в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

3. при низком уровне Са²⁺ увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз;

4. при низком уровне паратгормона, стимулирует остеогенез.

В результате кальцитриол повышает в плазме крови концентрацию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов.

При дефиците кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции.

Кальцитонин

Кальцитонин — полипептид, состоит из 32 АК с одной дисульфидной связью, секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз.

Секрецию кальцитонина стимулирует высокая концентрация Са²⁺ и глюкагона, подавляет низкая концентрация Са²⁺.

Кальцитонин:

1. подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости;

2. в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

3. тормозит пищеварение в ЖКТ,

 

 

88.Обмен кальция: биологические функции в организме человека, содержание в крови (общий, связанный, ионизированный), гормональная регуляция в норме

 

С пищей в сутки должно поступать кальция - 0,7-0,8г

Функции кальция в организме:

1. Неорганический компонент костей и зубов (гидроксиаппатит);
2. Внутриклеточный посредник ряда гормонов (инозитолтрифосфатная система);
3. Участвует в генерации потенциалов действия в нервах и мышцах;
4. Участвует в свертывании крови;
5. Запускает мышечное сокращение, фагоцитоз, секрецию гормонов, нейромедиаторов и т.д.;
6. Участвует в митозе, апоптозе и некробиозе;
7. Увеличивает проницаемость мембраны клеток для ионов калия, влияет на натриевую проводимость клеток, на работу ионных насосов;
8. Кофермент некоторых ферментов;
9. Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са²⁺ и увеличивается, если концентрация Са²⁺ высока.

Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са²⁺ и увеличивается, если концентрация Са²⁺ высока.

89.Витамин Д – этапы образования активных форм, их метаболические функции, механизм действия. Роль печени, почек в обмене витамина Д, патохимические причины развития рахита, показатели кальций-фосфорного обмена при рахите на разных стадиях болезни.

ВИТАМИН D (КАЛЬЦИФЕРОЛЫ)

Структура. Витамин D представлен кальциферолами (производным стеринов): эргокальциферолом (D₂), холекальциферолом (D₃) и кальцитриолом ( 1,25(OH)₂D₃ ).

Физико-химические свойства. Витамины D₂ и D₃ — белые кристаллы, жирные на ощупь, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жирах и органических растворителях.

Источники:

Эргокальциферол поступает в организм человека только с растительной пищей. Основные источники эргокальциферола — хлеб и молоко. В растениях эргокальциферол образуется из эргостерина под действием УФ-лучей.

Холекальциферол образуется в коже человека под действием УФ-лучей (длина 290-315нм) из 7-дегидрохолестерина (провитамин D₃) и поступает с пищей животного происхождения. Особенно его много в сливочном масле, желтке яиц (140-390МЕ/г), рыбьем жире.

Холекальциферол и эргокальциферол входят в состав многих витаминных препаратов. Их также добавляют к пищевым продуктам, в частности — к молоку и крупам.

Активация. Гормонально-активной формой витамина D является кальцитриол. Кальцитриол образуется в организме человека из холекальциферола и эргокальциферола.

1. Холекальциферол в комплексе с витамин-D-связывающим белком переноситься кровью из эпидермиса кожи или из кишечника в печень (витамин-D-связывающим белок переносит также и другие виды витамина D).
2. В печени под действием 25-гидроксилазы холекальциферол превращается в кальцидиол.
3. Кальцидиол переноситься витамин-D-связывающим белком из печени в клетки проксимальных извитых канальцев почек, где с участием митохондриальной 1α-гидроксилазы превращается в кальцитриол или с участием митохондриальной 24α-гидроксилазы превращается в гормонально-неактивную форму — 24,25(OH)₂D₃ (24,25-дигидроксивитамин D₃). Синтез кальцитриола через активацию 1α-гидроксилазы стимулирует парат-гормон.

Гормональная активность кальцитриола в 10—100 раз выше калцидиола.

1. Эргокальциферол, всосавшийся в кишечнике, переносится в печень витамин-D-связывающим белком.
2. в печени эргокальциферол под действием 25-гидроксилазы превращается в кальцидиол.
3. Кальцидиол переноситься витамин-D-связывающим белком из печени в почки, где с участием 1α-гидроксилазы превращается в кальцитриол.

Суточная потребность для детей 12-25 мкг (500-1000 ME), для взрослого человека потребность значительно меньше.

Биологическая роль

Кальциферолы выполняют в организме гормональную функцию. Рецепторы к холекальциферолу, кальцитриолу, и 24,25-дигидроксивитамину D₃ обнаружены в тонкой кишке, костях, почках, поджелудочной железе, скелетных мышцах, гладких мышцах сосудов, клетках костного мозга и лимфоцитах.

Кальцитриол воздействует на тонкий кишечник, почки и кости. Он:

5. в клетках кишечника индуцирует синтез Са²⁺-переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

6. в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

7. при низком уровне Са²⁺ увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз;

8. подавляет секрецию парат-гормона.

9. при низком уровне паратгормона и нормальном, стимулирует остеогенез.

В результате кальцитриол повышает в плазме крови концентрацию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов.

24,25-дигидроксивитамин D₃ участвует в перестройке кости. Его образование является основным путем катаболизма витамина D, поскольку он превращается в водорастворимую кальцитроевую кислоту, которая выделяется с мочой.

Нарушение обмена

Гиповитаминоз D.

Гиповитаминоз D возникает при:

· Дефиците в пище витамина D₃;

· При связывании витамина D₃ в кишечнике фетиновой кислотой и лигнином (много в злаках);

· Избыток фосфатов (много в молоке и овощах, особенно в картофеле) тормозят всасывание кальция. Оптимальное соотношение для всасывания Са:Р 1:1,5-2,0;

 

При дефиците кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в костной ткани, что приводит к развитию рахита у детей и остеомаляции у взрослых.

 

При рахите деформируются кости черепа, на рёбрах появляются «чётки», грудная клетка вместе с грудиной выступает вперёд, деформируются трубчатые кости (Х- или О-образная форма ног) и суставы рук и ног, происходит задержка прорезывания зубов, увеличивается и выпячивается живот, задерживается моторное развитие.

Вторичный гиперпаратиреоз возникает при хронической почечной недостаточности и дефиците витамина D₃.

При почечной недостаточности угнетается образование кальцитриола, что нарушает всасывание кальция в кишечнике и приводит к гипокальциемии. Гиперпаратиреоз возникает в ответ на гипокальциемию, но паратгормон не способен нормализовать уровень кальция в плазме крови. Иногда возникает гиперфостатемия. В следствие повышения мобилизации кальция из костной ткани развивается остеопороз

 

Паратиреоидный гормон (ПГ) и кальцитонин (КГ) – химическая природа, стимулы секреции, механизмы действия в регуляции обмена кальция и ремоделирования костной ткани, проявления гипо- и гипертиреоза

. Паратгормон (ПТГ) — полипептид, из 84 АК (около 9,5 кД), синтезируется в паращитовидных железах.

Секрецию паратгормона стимулирует низкая концентрация Са²⁺, Mg²⁺ и высокая концентрация фосфатов, ингибирует витамин Д₃.

Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са²⁺ и увеличивается, если концентрация Са²⁺ высока.

Паратгормон действует на кости и почки. Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного фактора роста 1 и цитокинов, которые повышают метаболическую активность остеокластов. В остеокластах ускоряется образование щелочной фосфатазы и коллагеназы, которые вызывают распад костного матрикса, в результате чего происходит мобилизация Са²⁺ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость.

В почках паратгормон стимулирует реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ в дистальных извитых канальцах и уменьшает реабсорбцию фосфатов.

Паратгормон индуцирует синтез кальцитриола (1,25(OH)₂D₃).

В результате паратгормон в плазме крови повышает концентрацию Са²⁺ и Mg²⁺, и снижает концентрацию фосфатов.

Кальцитонин

Кальцитонин — полипептид, состоит из 32 АК с одной дисульфидной связью, секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз.

Секрецию кальцитонина стимулирует высокая концентрация Са²⁺ и глюкагона, подавляет низкая концентрация Са²⁺.

Кальцитонин:

4. подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости;

5. в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

6. тормозит пищеварение в ЖКТ,

Гиперпаратиреоз

При первичном гиперпаратиреозе (1:1000) нарушается механизм подавления секреции паратгормона в ответ на гиперкальциемию. Причинами могут быть опухоль (80%), диффузная гиперплазия или рак (менее 2%) паращитовидной железы.

Гиперпаратиреоз вызывает:

5. разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов. Увеличивается риск переломов позвоночника, бедренных костей и костей предплечья;

6. гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной возбудимости и мышечной гипотонии. У больных появляются общая и мышечная слабость, быстрая утомляемость и боли в отдельных группах мышц;

7. образования в почках камней при увеличение концентрации фосфата и Са²⁺ в почечных канальцах;

8. гиперфосфатурию и гипофосфатемию, при снижении реабсорбции фосфатов в почках;

Вторичный гиперпаратиреоз возникает при хронической почечной недостаточности и дефиците витамина D₃.

Гипопаратиреоз

Гипопаратиреоз обусловлен недостаточностью паращитовидных желёз и сопровождается гипокальциемией. Гипокальциемия вызывает повышение нервно-мышечной проводимости, приступы тонических судорог, судороги дыхательных мышц и диафрагмы, ларингоспазм.