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.

Избыточная активность паращитовидных желез вызывает быстрое вымывание солей кальция из костей с последующим развитием гиперкальциемии во внеклеточной жидкости; напротив, гипофункция паращитовидных желез приводит к гипокальциемиии, часто — с развитием тетании.

Функциональная анатомия паращитовидных желез. В норме у человека существуют четыре паращитовидные железы. Они расположены сразу после щитовидной железы, попарно у верхнего и нижнего ее полюсов. Каждая паращитовидная железа является образованием около 6 мм длиной, 3 мм шириной и 2 мм высотой.

Макроскопически паращитовидные железы выглядят как темный бурый жир, определить их местонахождение во время операции на щитовидной железе затруднительно, т.к. они часто выглядят, как дополнительная доля щитовидной железы. Именно поэтому до момента, когда была установлена важность этих желез, тотальная или субтотальная тиреоидэктомия заканчивалась одновременным удалением паращитовидных желез.

Удаление половины околощитовидных желез не вызывает серьезных физиологических нарушений, удаление трех или всех четырех желез приводит к транзиторному гипопаратиреоидизму. Но даже небольшое количество оставшейся ткани паращитовидной железы способно за счет гиперплазии обеспечить нормальную функцию паращитовидных желез.

Паратиреоидные железы взрослого человека состоят преимущественно из главных клеток и из большего или меньшего количества оксифильных клеток, которые отсутствуют у многих животных и у молодых людей. Главные клетки предположительно секретируют большее, если не все количество паратгормона, а у оксифильных клеток — свое предназначение.

Считается, что они являются модификацией или исчерпавшей свой ресурс формой главных клеток, которые больше не синтезируют гормон.

Химическая структура паратгормона. ПТГ выделен в очищенном виде. Первоначально он синтезируется на рибосомах в виде препрогормона, полипептидной цепочки из ПО аминокислотных остатков. Затем расщепляется до прогормона, состоящего из 90 аминокислотных остатков, потом — до стадии гормона, который включает 84 аминокислотных остатка. Процесс этот осуществляется в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи.

В итоге гормон упаковывается в секреторные гранулы в цитоплазме клеток. Окончательная форма гормона имеет молекулярную массу 9500; более мелкие соединения, состоящие из 34 аминокислотных остатков, примыкающие к N-концу молекулы паратгормона, также выделенные из паращитовидных желез, обладают активностью ПТГ в полной мере. Установлено, что почки полностью выводят форму гормона, состоящую из 84 аминокислотных остатков, очень быстро, в течение нескольких минут, в то время как оставшиеся многочисленные фрагменты длительное время обеспечивают поддержание высокой степени гормональной активности.

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.