Кальций самый распространенный минерал в теле человека. Метаболические функции кальция связаны со всеми обменными процессами: углеводным, липидным, азотистым, обменом гормонов и нейротрансмиттеров. Кальций участвует в функциях любых клеток. Главное депо кальция – кости. Если недостаточно кальция в крови, то организм черпает его из костей.
Фосфат (ортофосфат, пирофосфат) и кальций в обменных процессах часто связаны между собой. Фосфат является составной частью нуклеиновых кислот, нуклеотидов, коферментов, фосфолипидов. Фосфат имеет большое значение как буфер. Протеинкиназы и липидкиназы фосфорилируют белки и липиды, меняя их активность. Активация гексоз, глицерина, креатина путем присоединения фосфата от АТФ – необходимый этап метаболизма этих веществ.
Концентрация ионов кальция в плазме и межклеточной жидкости составляет 10 -3 М, а в цитозоле в состоянии покоя 10 -7М. Таким образом, имеется концентрационный градиент, который регулируется с помощью нескольких механизмов, в том числе и многими гормонами. Имеется внутриклеточное депо ионов кальция, это ретикулум. В нем концентрация ионов кальция составляет 3·10 –5 М. После проведения сигнала с помощью ионов кальция, в течение нескольких секунд он откачивается из цитозоля с участием Са 2+ - АТФаз. Кроме того, существует обмен ионами кальция между цитозолем и ядром, между цитозолем и митохондриями. Ингибиторы (блокаторы) медленных кальциевых каналов используют как лекарства при гипертонии, ИБС, нарушениях мозгового кровообращения. Это гипотензивные, вазодилататоры, антиаритмики, антиагрегаторы(фело-, нитрен-, амлодипин).
В регуляции обмена кальция и фосфата участвуют 3 гормона: кальцитриол, паратирин, кальцитонин. Кальцитриол образуется из витамина D3 – холекальциферола, либо из витамина D2 – эргокальциферола. Эти витамины образуются из холестерина, либо эргостерина под воздействием ультрафиолетовых лучей. У человека витамин D3 может образоваться в коже из холестерина, а также витамины D он получает с пищей. Витамины D в большом количестве содержатся в печени и жире глубоководных рыб (палтус, тунец), Процесс образования витамина D в коже снижается с возрастом, при кахексии, при гиперкератозе из-за недостатка витамина А.
Витамины попадают в кровь, там связываются с транспортным белком и переносятся в печень. В печени происходит гидроксилирование по С25 и образуется 25-ОН D – кальцидиол. Кальцидиол кровью переносится в почки, где повторно гидроксилируется митохондриальной a1–гидроксилазой по С1и превращается в1,25-(ОН)2 -или кальцитриол. Нарушение переваривания и всасывания липидов (стеаторея) приводят к вторичному гиповитаминозу D. При заболеваниях печени, желчевыводящих путей, хронической почечной недостаточности нарушается гидроксилирование, что способствует возникновению дефицита активных форм витамина.
Главные органы – мишени кальцитриола: кишечник, почка, кость. В клетках кишечника кальцитриол увеличивает проницаемость для кальция и фосфата, обеспечивает транспорт кальция в митохондрии, индуцирует синтез кальций-связывающего белка. В почках кальцитриол усиливает реабсорбцию кальция и фосфата в дистальных канальцах. В костях кальцитриол активирует остеокласты, обеспечивает минерализацию молодой кости, отложение солей кальция во вновь сформированный органический матрикс костной ткани. Кальцитриол способствует поддерживанию тонуса мышц, нормальному иммунитету, снижает воспаление (образуется в макрофагах). Снижает пролиферацию и увеличивает дифференцировку некоторых клеток.
Недостаток витамина D у детей вызывает рахит. При рахите из-за нехватки активного витамина D понижается всасывание кальция и его освобождение из костей. Гипокальциемия может вызывать вторичный гиперпаратиреоз. Кальций вымывается из костей, фосфат теряется с мочой, минерализация кости становится невозможной, формируется рахитическая структура костей. Размягчаются кости черепа, уплощается затылок, возникают утолщения эпифизов длинных трубчатых костей и «рахитические чётки» на грудных концах рёбер. У ребёнка, начинающего ходить, происходят искривления нижних конечностей, плоскостопие, нарушается формирование позвоночника. Для профилактики и лечения рахита детям в регионах с недостатком солнечного света назначают препараты витамина D и УФЛ. Витамин-D-зависимый наследственный рахит – заболевание, при котором имеется дефект почечной a1-гидроксилазы. Заболевание проявляется задержкой физического развития, имеются рахитические изменения скелета, гипокальцифосфатемия. Лечение – альфакальцидол (оксидевит – 1-ОН-D), кальцитриол, то есть активные формы витамина. Патология почек вызывает симптомы рахита у детей и остеопороза у взрослых. Коррекция нарушений проводится теми же препаратами. Третья форма рахита – дефект рецепторов кальцитриола не поддаётся лечению вышеназванными препаратами.
Если рост костей в длину к моменту развития гиповитаминоза уже завершён, формируется остеомаляция. Часто поражает пожилых, особенно лежачих больных, остеомаляция возможна у беременных и кормящих женщин. При остеомаляции остеоид вырабатывается, но не минерализуется. При остеопорозе снижается и образование остеоида и его минерализация.
Паратирин (ПТГ) синтезируется паращитовидными железами. Секретируется в кровь при снижении уровня кальция в плазме крови. Паратирин активирует гидроксилирование витамина D в печени, и кальцидиола в почках и таким образом участвует в образовании кальцитриола. Основные органы-мишени паратирина – кости и почки. В костях паратирин вызывает активацию остеокластов и освобождение кальция из костей. В почках увеличивает реабсорбцию кальция и экскрецию фосфата. Гиперпаратиреоз характеризуется гиперкальциемией, увеличением риска переломов, кальциноза сосудов, камней в почках. Гипопаратиреоз сопровождается гипокальциемией. Могут наблюдаться мышечная слабость, плохая свертываемость крови, нарушения зрения, судороги, патология сердечно-сосудистой системы.
Кальцитонин синтезируется С-клетками щитовидной и паращитовидных желез. Секрецию кальцитонина вызывает повышение уровня кальция в крови. У женщин вырабатывается меньше, чем у мужчин. Скорость секреции кальцитонина у женщин зависит от уровня эстрогенов, при их недостатке снижается. Кальцитонин тормозит активность остеокластов и, следовательно, поступление кальция и фосфата в кровь, в результате увеличивает прочность костей. В почках кальцитонин подавляет реабсорбцию кальция и фосфата в кровь. Так кальцитонин понижает уровень кальция и фосфата крови.
Нарушение фосфорно-кальциевого обмена, приводящее к остеопорозу, наблюдается при многих заболеваниях и состояниях. Например, сложные переломы, с длительной иммобилизацией, ситуации, способствующие длительному обездвижению – гипокинезии. Кроме того, почечная недостаточность, климакс у женщин, алкоголизм, эндокринные патологии: избыточное образование паратирина, глюкокортикостероидов (длительное лечение ими), избыток йодтиронинов приводят к остеопорозу. Терапия проводится препаратами кальция в сочетании с гормонами. Кальцитонин лосося (миокальцик) в 30-40 раз активнее кальцитонина человека.Бисфосфонаты это синтетические органические аналоги молекулы пирофосфата, обладающие большей стабильностью и устойчивостью к энзиматическому гидролизу остеокластами. Бисфосфонаты предназначены для лечения различных заболеваний костной системы и нарушений метаболизма кальция. Могут применяться парентерально.
