Регуляция обмена кальция и фосфора. Роль паратгормона и тиреокальцитонина. Витамин д. Роль 1,25-дигидроксикальциферола в регуляции кальция и фосфатов. Рахит.
Концентрация кальция во внеклеточной жидкости в норме поддерживается на строго постоянном уровне, редко повышаясь или снижаясь на несколько процентов относительно нормальных величин, составляющих 9,4 мг/дл, что эквивалентно 2,4 ммоль кальция на литр. Такой строгий контроль очень важен в связи с основной ролью кальция во многих физиологических процессах, включая сокращение скелетных, сердечной и гладких мышц, свертывание крови, передачу нервных импульсов. Возбудимые ткани, в том числе нервная, очень чувствительны к изменениям концентрации кальция, и увеличение концентрации ионов кальция по сравнению с нормой (гипсркальциемия) вызывает нарастающее поражение нервной системы; напротив, снижение концентрации кальция (гипокальциемия) повышает возбудимость нервной системы.
Важная особенность регуляции концентрации внеклеточного кальция: только около 0,1% общего количества кальция организма присутствует во внеклеточной жидкости, около 1 % — находится внутри клеток, а остальное количество хранится в костях, поэтому кости могут рассматриваться в качестве большого хранилища кальция, выделяющего его во внеклеточное пространство, если концентрация кальция там снижается, и, напротив, забирающего избыток кальция на хранение.
Приблизительно 85% фосфатов организма хранится в костях, от 14 до 15% — в клетках, и только менее 1% присутствует во внеклеточной жидкости. Концентрация фосфатов во внеклеточной жидкости не так строго регулируется, как концентрация кальция, хотя они выполняют разнообразные важные функции, контролируя многие процессы совместно с кальцием.
Всасывание кальция и фосфатов в кишечнике и их экскреция с калом. Обычная скорость поступления кальция и фосфатов составляет приблизительно 1000 мг/сут, что соответствует количеству, извлекаемому из 1 л молока. Обычно двухвалентные катионы, такие как ионизированный кальций, плохо абсорбируются в кишечнике. Однако, как обсуждается далее, витамин D способствует всасыванию кальция в кишечнике, и почти 35% (около 350 мг/сут) потребленного кальция абсорбируется. Оставшийся в кишечнике кальций попадает в каловые массы и удаляется из организма. Дополнительно около 250 мг/сут кальция попадает в кишечник в составе пищеварительных соков и слущивающихся клеток. Таким образом, около 90% (900 мг/сут) из ежесуточного поступления кальция выводится с калом.
Гипокальциемия вызывает возбуждение нервной системы и тетанию. Если концентрация ионов кальция во внеклеточной жидкости падает ниже нормальных значений, нервная система постепенно становится все более возбудимой, т.к. это изменение приводит к повышению проницаемости для ионов натрия, облегчая генерацию потенциала действия. В случае падения концентрации ионов кальция до уровня, составляющего 50% нормы, возбудимость периферических нервных волокон становится так велика, что они начинают спонтанно разряжаться.
Гиперкальциемия понижает возбудимость нервной системы и мышечную активность. Если концентрация кальция в жидких средах организма превышает норму, возбудимость нервной системы снижается, что сопровождается замедлением рефлекторных ответов. Увеличение концентрации кальция приводит к снижению интервала QT на электрокардиограмме, снижению аппетита и запорам, возможно, вследствие снижения контрактильной активности мышечной стенки гастроинтестинального тракта.
Эти депрессивные эффекты начинают проявляться, когда уровень кальция поднимается выше 12 мг/дл, и становятся заметными, когда уровень кальция превышает 15 мг/дл.
Формирующиеся нервные импульсы достигают скелетных мышц, вызывая тетанические сокращения. Следовательно, гипокальциемия вызывает тетанию, иногда она провоцирует эпилептиформные приступы, поскольку гипокальциемия повышает возбудимость мозга.
Всасывание фосфатов в кишечнике осуществляется легко. Кроме тех количеств фосфатов, которые выводятся с калом в виде солей кальция, почти все содержащиеся в дневном рационе фосфаты всасываются из кишечника в кровь и затем экскретируются с мочой.
Экскреция кальция и фосфатов почкой. Приблизительно 10% (100 мг/сут) поступившего в организм кальция экскретируются с мочой, около 41% кальция в плазме связано с белками и поэтому не фильтруется из гломерулярных капилляров. Оставшееся количество объединяется с анионами, например с фосфатами (9%), или ионизируется (50%) и фильтруется клубочками в почечные канальцы.
В норме в канальцах почки реабсорбируется 99% отфильтрованного кальция, поэтому в сутки экскретируются с мочой почти 100 мг кальция. Приблизительно 90% кальция, содержащегося в гломерулярном фильтрате, реабсорбируется в проксимальных канальцах, петле Генле и в начале дистальных канальцев. Затем в конце дистальных канальцев и в начале собирательных протоков реабсорбируются оставшиеся 10% кальция. Реабсорбция становится высокоизбирательной и зависит от концентрации кальция в крови.
Если концентрация кальция в крови низка, реабсорбция возрастает, в итоге кальций почти не теряется с мочой. Напротив, когда концентрация кальция в крови незначительно превышает нормальные значения, экскреция кальция значительно увеличивается. Наиболее важным фактором, контролирующим реабсорбцию кальция в дистальных отделах нефрона и, следовательно, регулирующим уровень экскреции кальция, является паратгормон.
Почечная экскреция фосфатов регулируется механизмом обильного потока. Это означает, что когда концентрация фосфатов в плазме снижается ниже критического значения (около 1 ммоль/л), все фосфаты из гломеруляр-ного фильтрата реабсорбируются и перестают выводиться с мочой. Но если концентрация фосфатов превышает значение нормы, потери его с мочой прямо пропорциональны дополнительному увеличению его концентрации. Почки регулируют концентрацию фосфатов в экстрацеллюлярном пространстве, изменяя скорость экскреции фосфатов соответственно их концентрации в плазме и скорости фильтрации фосфатов в почке.
Однако, как мы увидим далее, паратгормон может существенно увеличить экскрецию фосфатов почками, поэтому он играет важную роль в регуляции концентрации фосфатов в плазме наряду с контролем концентрации кальция. Паратгормон является мощным регулятором концентрации кальция и фосфатов, осуществляющим свои влияния, управляя процессами реабсорбции в кишечнике, экскрецией в почке и обменом этих ионов между внеклеточной жидкостью и костью.
Тиреокальцитонин — гормон, вырабатываемый у млекопитающих и у человека парафолликулярными клетками щитовидной железой, паращитовидной железой и вилочковой железой. У многих животных, например, рыб, аналогичный по функциям гормон производится не в щитовидной железе (хотя она есть у всех позвоночных животных), а в ултимобранхиальных тельцах и потому называется просто кальцитонином. Тиреокальцитонин принимает участие в регуляции фосфорно-кальциевого обмена в организме, а также баланса активности остеокластов и остеобластов, функциональный антагонист паратгормона. Тиреокальцитонин понижает содержание кальция и фосфата в плазме крови за счёт усиления захвата кальция и фосфата остеобластами. Он также стимулирует размножение и функциональную активность остеобластов. Одновременно тиреокальцитонин тормозит размножение и функциональную активность остеокластов и процессы резорбции кости. Тиреокальцитонин является белково-пептидным гормоном, с молекулярной массой3600. Усиливает отложение фосфорно-кальциевых солей на коллагеновую матрицу костей. Тиреокальцитонин, как и паратгормон, усиливает фосфатурию.
