Фосфо-калциевият метаболизъм

калций и фосфор са съществени елементи за правилното функциониране на човешкото тяло.

костен той е основният резервоар, а хидроксиапатитът е основната форма на съхранение. хидроксиапатит (Ca10 (PO4) 6) в костите и зъбите съдържа съответно до около 98% от калция в тялото и 85% от фосфора в тялото.
Бъбреците са най-бързият начин за регулиране на серумния калций и фосфор.
Паратиреоиден хормон е най-важният регулатор на фосфо-калциевия метаболизъм. Той причинява увеличаване на калция и намаляване на фосфора. Витамин D увеличава чревната абсорбция на калций.

Метаболизмът на калция и фосфора се изучава заедно, тъй като основните механизми на регулация (паратиреоиден хормон и витамин D) и съхранение (хидроксиапатит) са общи за двата елемента.

Разпределение на калций и фосфор в организма

калций

В зависимост от възрастта, калций съхранявани в кости може да достигне до 98-99% от общия калций в организма (около 1000 g). Съхранява се в две форми: една, която лесно се мобилизира - бързо се използва от действието на паращитовидния хормон в случай на намаляване на калция в кръвта; друг труден за мобилизация, съхраняван на нивото на костния компакт от костната повърхност.

калций на кръв (около 1g) се предлага в три форми:

йонизирана, свободна форма (50%) - може да дифузира през мембраните; той е най-важният, тъй като е активната форма на калция, която изпълнява функционалните характеристики (представени по-долу) и преобръщане на костите; (4)
свободна, нейонизирана форма - калций, комбиниран с неорганични съединения (например фосфат);
комбинираната форма със серумни протеини - 41% (така че свързаната, нейонизирана форма); основният серумен протеин, с който се свързва калцият, е албуминът; определянето на общия калций в кръвта трябва да се интерпретира в контекста на протеинемия (нисък общ белтък; общият калций също намалява, но йонизираната, свободна форма може да е нормална и пациентът асимптоматичен); логичното следствие би било директното определяне на йонния калций (само че той е наистина активен), но методите за неговото определяне са по-трудни в сравнение с определянето на общия калций, така че ако общите протеини са в нормални граници, се определя общият калций, ако протеините общо имат модифицирани стойности (пример - увеличение на множествения миелом) се определя йонният калций. (5)

Трябва да се отбележи, че нивото на йонния калций е много тясно регулирано, като диапазонът на вариране на стойностите на калция е много тесен. Това ниво не зависи от приема на храна, но се регулира чрез мобилизиране на резерви.

Нормални нива на калций варират в зависимост от възрастта и пола. Счита се, че възрастен на възраст над 22 години трябва да има серумни стойности на калций (общ калций) между 8. 9-10. 1 mg/dl, а йонният калций между 4, 8-5. 7 mg/dl. (13)

фосфор

Подобно на калция, фосфорът се намира най-вече (приблизително 85%) в костите като хидроксиапатит.
Около 10% от общия фосфор в организма се състои от органични фосфати от нуклеотиди, фосфолипиди и фосфопротеини.

Серумният фосфор (5%) се намира под формата на следните фосфатни йони (неорганични): HPO4– и H2PO4-. Определянето на серумния фосфор обхваща всички форми, в които се намира. Тя варира в зависимост от серумното рН, тъй като фосфатът действа като буферна система. Стойностите, принадлежащи към диапазона 2 5-4, се считат за нормални при възрастен. 5 mg/dl. (14)

Ролите на калция и фосфора в организма

калций

Калцият е основен елемент в човешкото тяло. Неговото значение е в многото процеси в организма, които изискват калций и не могат да протичат при негово отсъствие.

Функционална роля
На клетъчно ниво калцият играе роля в:

Структурна роля
Чрез хидроксиапатит калцият и фосфорът са структурни елементи на костите и зъбите.

фосфор

Фосфорът участва в образуването на основни за човешкото тяло съединения. Ролята му е двойна, както структурно, така и функционално.

Структурна роля
Чрез фосфолипидите фосфорът влиза в състава на клетъчните мембрани; заедно с калций образува хидроксиапатит - Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 от костите и зъбите.

Функционална роля
Образуването на нуклеотиди има роля в енергийния метаболизъм - чрез аденозин трифосфат (АТФ) и в съхранението и предаването на клетъчен генетичен материал, чрез образуването на нуклеинови киселини - дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) и рибонуклеинова киселина (РНК); той също играе роля в междуклетъчната сигнализация (например цикличен аденозин монофосфат - сАМР е пратеник от втори ред, който се формира, за да стимулира рецептор, свързан с алфа-G-субединичен протеин, който активира аденилат циклаза, която превръща АТФ в сАМР). Чрез фосфорилиране или дефосфорилиране на някои ензими става тяхното активиране, съответно инактивиране.

Абсорбция на калций и фосфор

Концентрацията на калций и фосфор в кръвта не зависи, през първата фаза, от техния хранителен прием. Обяснението би било, че чревната абсорбция е процес, който протича постепенно и зависи от много фактори, а внезапното намаляване трябва да се коригира бързо, за да се предотвратят тежките последици от дефицита на тези важни за организма елементи, това се прави в бъбреците и костите.

Абсорбцията на калций в червата се извършва главно от активен транспорт (контролиран механизъм на 1,25 - дихидроксивитамин D), но също и от проста дифузия. Когато погълнатото количество калций е по-малко от 1 g, около 30% от калция се абсорбира. За да се абсорбира, калцият трябва да бъде в разтворима форма; Разтварянето на калция от неговите соли се извършва при ниско рН, така че стомашната киселинност е от съществено значение за усвояването на калция. Както в случая с калция, абсорбцията на фосфор в червата се осъществява чрез активен механизъм регулирани от витамин D и един пасивен, в зависимост от количеството фосфор, присъстващо в червата. Около 60-80% от погълнатия фосфор се абсорбира.

Регулиране на нивата на калций и фосфор в организма

Калций и фосфор имат общи механизми за настройка, но задействането на тези механизми е различно за двата елемента. По този начин нивото на калций се регулира много точно, леко понижаване предизвиква поредица от промени в тялото, поради прякото участие на калция в много физиологични процеси, описани по-долу.

От друга страна, нивото на фосфор може внезапно да падне до два пъти под нормалното ниво, без пациентът да усети това.

равновесие между нивото на калций и фосфор в кръвта е важно, тъй като когато и двата елемента имат високи нива, се образуват фосфо-калциеви соли, които се утаяват в меките тъкани или бъбреците. По този начин се разбира, че едновременното увеличаване на двата елемента води до намаляване на йонния (активен) калций чрез консумацията му до образуването на фосфо-калциеви соли и вследствие на това се появяват клинични прояви на хипокалциемия.

Регулирането на фосфо-калциевия метаболизъм се постига чрез агенти, които действат върху определени органи. Следват факторите (агентите), които наблюдават фосфо-калциевата хомеостаза, а именно паратиреоидният хормон, витамин D и други хормони с по-ниско участие, от които калцитонинът е представителен, заедно с целевите органи, върху които действа. Тези цели са бъбреците (които реагират най-бързо на промените в нивото на двата елемента в тялото), костите (резервоара) и червата (където калцият и фосфорът се абсорбират под действието на витамин D).

Паратиреоиден хормон (PTH)

Това е полипептиден хормон, синтезиран от основните клетки на паращитовидните жлези. Неговата роля е да повишава нивата на калций и да намалява нивата на фосфор.

Регулиране на секрецията
Основният регулатор на секрецията на PTH е калцият. Намаленият калций стимулира секрецията и синтеза на PTH (чрез стимулиране на калциевите рецептори в основните клетки, молекулите PTH, съхранявани на това ниво, се освобождават в циркулацията и след това започва синтезът на нови молекули); действието продължава до достигане на нормални нива на калций, над които калцият инхибира освобождаването на PTH (отрицателна обратна връзка). (6)

Фосфорът влияе върху секрецията на PTH в обратна посока на калция: увеличеният фосфор стимулира секрецията на паратиреоиден хормон.

Витамин D (показан по-долу), чиято активна форма се произвежда след PTH стимулация, също има отрицателна обратна връзка.

Ефектът на магнезия върху секрецията на PTH е подобен на калция, но способността му да стимулира секрецията е по-ниска; по този начин намаляването на магнезия стимулира освобождаването на PTH с едно изключение: масивното намаляване на магнезия инхибира освобождаването на паратиреоиден хормон, с последователна хипокалциемия.

Ролите на паращитовидния хормон
В случай на хипокалциемия, първото действие на PTH е върху бъбреците. (8) Той стимулира във възходящия клон на веригата на Хенле и в дисталната контратръба реабсорбцията на калций (йонен калций и калций, свързан с неорганични съединения) в кръвта. Върху фосфора ефектът е обърнат: той насърчава блокирането на реабсорбцията и следователно увеличаването на екскрецията.

Действието на PTH върху костта е сложно, стимулиращо както остеолизата, така и остеогенезата, като ефектът варира в зависимост от начина на отглеждане на хормона. Костта е съединителна тъкан, изградена от клетки и костен матрикс. От функционална гледна точка различаваме два вида костни клетки: остеоформери (остеобласти и остеоцити) и деструктивни клетки или остеокласти. Ако нивото на PTH се повиши внезапно, за кратки периоди от време, нетният ефект е да стимулира производството на костен матрикс чрез двоен механизъм:

1. активира калциевите канали в остеоцитите, които чрез процеса на остеолиза, извършен от остеоцитите, прехвърлят калций в остеобласти, които осифицират костната матрица;
2. стимулира остеобластите, които активират остеокластите и причиняват костна резорбция, но тази стимулация определя и синтеза на стимулиращи фактори на остеогенезата, който се задейства косвено.

Хроничната секреция на PTH предизвиква остеолиза, с последващо повишаване на серумния калций. Механизмът е непряк, чрез стимулиране на остеобласти (костообразуващи клетки), тъй като остеокластите нямат рецептори за PTH. Остеокластите се стимулират от цитокини, секретирани от остеобласти и витамин D. След като настъпи остеолиза, нивата на калций и фосфат в кръвта се повишават.

Паратиреоидният хормон действа индиректно и върху чревната абсорбция на калций и фосфор, като стимулира производството на 1,25-дихидроксивитамин D в бъбреците. Това увеличава усвояването на елементите, споменати от механизмите, представени по-долу.

Витамин D

Механизмът на производство
Витамин D е мастноразтворим витамин, при липса на който се появява заболяване, наречено рахит. Предлага се в две форми:

D2 ергокалциферол - който не може да се синтезира в организма, като основният източник са зеленчуците;
D3 колекалциферол - синтезиран на нивото на кожата под действието на ултравиолетови лъчи върху 7-дехидрохолестерол, произведен от кожни клетки или получен чрез прием на черен дроб на треска, яйца.

В тялото се съхранява под формата на отлагания в мастната тъкан.

За да упражни своя ефект в рамките на фосфо-калциевия метаболизъм, витамин D претърпява още две модификации: първата, на нивото на черния дроб, където хидроксилирането се извършва на ниво 25; второ, на бъбречно ниво, където под действието на ензима 1-алфа хидроксилаза се осъществява трансформацията на витамин D 25-хидрокси във витамин D-1,25-дихидрокси, формата с максимална витаминна активност. Активността на 1-алфа хидроксилазата е тясно регулирана от повишаващата PTH ензимна и фосфатна активност и 1,25-дихидроксивитамин D, намалявайки производството на активен витамин D.

върху червата: основното действие на витамин D се осъществява в тънките черва, където увеличава абсорбцията на калций и фосфор, както директно чрез насърчаване на синтеза на протеини, участващи в усвояването на двата елемента, така и индиректно чрез стимулиране на растежа на ентероцитите. абсорбция);
върху бъбреците: ефектът на витамин D е по-нисък в сравнение с този на PTH; той насърчава реабсорбцията на калций (точно като PTH), но също така повишава нивото на реабсорбираните фосфати (за разлика от PTH);
върху костта: ролята на витамин D върху костта е напълно известна, той действа както в смисъл на увеличаване на костния матрикс, така и в този на стимулиране на остеолизата; трудно е да се направи граница между двата ефекта, тъй като витамин D увеличава калция, така че осигурява субстрат за остеосинтеза, но има и директна стимулация на остеокластите (които за разлика от PTH имат рецептори за витамин D) със съпътстваща остеолиза; като цяло можем да кажем, че витамин D увеличава обновяването на костната тъкан.

Важно е да споменем по-малко известния ефект на витамин D, този на профилактично средство за различни заболявания, от мускулно-скелетни до сърдечни или автоимунни. (9)

Други агенти, участващи в метаболизма на фосфо-калция

калцитонин е пептиден хормон, синтезиран от парафоликуларни клетки (наричани още С-клетки) на щитовидната жлеза. Участието на калцитонин в калциевата и фосфорната хомеостаза е напълно известно. Първоначално се смяташе, че ролята на калцитонин е да инхибира остолизата и да намали калция. Неговата секреция се стимулира от излишния серумен калций. Впоследствие тази роля беше поставена под въпрос, тъй като при пациенти, подложени на тиреоидектомия, калцият остава на нормални нива; Също така, при пациенти с медуларен карцином на щитовидната жлеза (рак на С-клетките), въпреки че имат повишени нива на калцитонин, калцият има нормални стойности. (10)
Механизмът на действие е чрез инхибиране на активността на остеокластите, следователно използването му при болестта на Paget, при която възниква прекомерна остеолиза. На бъбречно ниво увеличава елиминирането на фосфати, калций и натрий. Тези ефекти са с ниска интензивност и преходни. (11)

Соматотропен хормон (STH) стимулира чревната абсорбция на калций при липса на витамин D. Вероятно механизмът се медиира от IGF-1 (инсулиноподобен растежен фактор 1).

Полови хормони, Тестостеронът и естрадиолът подобряват качеството на костите, като стимулират отлагането на калций. Намаленият естрадиол е отговорен за постменопаузалната остеопороза при жените.

Глюкокортикоиди имат отрицателен ефект върху здравето на костите. Механизмът на действие се основава на стимулиране на активността на остеокластите (увеличаване на експресията на RANK лиганда и намаляване на остеопротегерина) и блокиране на пролиферацията на остеобласти. (11)

Нарушения на фосфо-калциевия метаболизъм

Призовава се промяната в концентрацията на калций и фосфор хиперкалциемия, съответно хиперфосфатемия, когато има увеличение в него и хипокалциемия, съответно фосфатът когато намалява.

калций

хипокалциемия представлява намаляване на серумния калций под 8,9 mg/dl, когато протеините имат нормални стойности или йонен калций под 4,8 mg/dl.

Кост - всяко заболяване, което намалява мобилизацията на калций в костите (хипопаратиреоидизъм, тежка хипомагнезиемия).
Бъбреци. При бъбречна недостатъчност хипокалциемията възниква чрез намалена реабсорбция на калций и намалено елиминиране на фосфат (намалява йонния калций чрез образуването на фосфо-калциеви соли), намалява синтеза на алфа 1-хидроксилаза (намалява активността на витамин D).
Черво. Слаб дефицит на витамин D поради намален прием, ниска абсорбция (липидна малабсорбция), недостатъчно активиране на витамин D, причинено от намалено излагане на ултравиолетова радиация или бъбречно заболяване.
Хипокалциемия чрез свързване на йонния калций с фосфати, свободни мастни киселини (напр. При панкреатит) или плазмени протеини (в случай на намаляване на рН на кръвта).

фосфор

Представлява увеличение на плазмения фосфор над 4,5 mg/dl. Причините могат да бъдат многобройни: повишен прием, повишена абсорбция (при хипервитаминоза D), извънклетъчна миграция (при ускорено разрушаване на клетките, травматично или нетравматично), намалено бъбречно елиминиране (хипопаратиреоидизъм, бъбречни заболявания).

Представлява намаляване на фосфора в плазмата под 2,5 mg/dl. Инкриминираните причини могат да бъдат: намален прием на храни, богати на фосфор, намалена абсорбция (или чрез дефицит на витамин D, или чрез прилагане на лаксативи - увеличаване на екскрецията с фекалиите - или антиациди - образуват фосфорни комплекси и се елиминират във фекалиите), проникване прекомерно вътреклетъчно (фосфорът е от съществено значение за вътреклетъчния метаболизъм на глюкозата, така че прекомерният прием на въглехидрати или пост-инсулиновото приложение при хипергликемични състояния изисква масивно вътреклетъчно проникване на фосфор), повишено бъбречно елиминиране (хиперпаратиреоидизъм, диуретици).