Кальций

Кальций является наиболее распространенным минеральным веществом организма. Содержание кальция в организме составляет 1-1,5 кг. Кальций – это внеклеточный катион: в плазме крови содержание кальция – 2-2,8 ммоль/л. 99% кальция локализовано в костях и зубах, где вместе с фосфатом он образует кристаллы гидроксиапатита, составляющие структурный компонент скелета. Остеобласты – клетки, отвечающие за формирование костной ткани, остеокласты – за деминерализацию. Большая часть кальция кости не может свободно обмениваться с кальцием внеклеточной жидкости. Около 1% кальция скелета составляет легкообменивающийся пул, еще 1% находится в периостальном пространстве (надкостнице) и эти два источника образуют мобильную фракцию Са²⁺.

Функции кальция:1) построение костной ткани; 2) мышечное сокращение; 3) свертывание крови; 4)передача нервного импульса; 5) активатор ферментов; 6) внутриклеточный посредник в действии гормонов; 7) поддержание целостности мембран и транспорт через мембраны; 8) активатор ферментов; 9) высвобождение гормонов; 10) секреторные процессы (экзоцитоз, эндоцитоз); 11) межклеточное взаимодействие.

Суточная потребность – 800 мг, женщины во время беременности и лактации – 1,5 г. Источники – молоко, молочные продукты, бобовые, рыба, яйца, капуста, зеленые части овощей.

В крови Са²⁺ присутствует в трех формах: 1) в комплексе с органическими и неорганическими кислотами; 2) в связанной с белками форме и 3) в ионизированном виде. В комплексы с цитратом, фосфатом и другими анионами вовлечено около 6% общего кальция. Остальное количество Са²⁺ распределяется почти поровну между связанной с белками и ионизированной (несвязанной) формой. Ионизированный кальций (Ca²⁺), концентрация которого у большинства млекопитающих, птиц и пресноводных рыб поддерживается в пределах 1,1-1,3 ммоль/л – это биологически активная фракция.

Организм обладает очень малой толерантностью к значительным отклонениям уровня Са²⁺ от указанных границ. В случае снижения уровня кальция у животных нарастают явления повышенной возбудимости (вплоть до возникновения тетанических судорог). Заметное повышение ионизированного кальция в плазме может привести к смерти из-за паралича мышц и комы.

Ион Са²⁺ и парный ему ион фосфата присутствуют в плазме крови в концентрациях, близких к пределу растворимости их соли. Поэтому связывание Са²⁺ с белками предупреждает возможность образования осадка и эктопической кальцификации. При изменении концентрации белков плазмы (альбуминов) изменяется уровень общего Са²⁺ в плазме крови.

Экскреция: Са²⁺ выводится из организма через почки и кишечник.

Фосфор

Содержание фосфора в организме около 1 кг. Более 80% фосфора находится в комплексе с ионами Са²⁺ в костях и зубах, около 10% - в мышцах и крови в комплексе с белками, липидами и углеводами, остальные 10% - в составе других органических компонентах.

Функции: 1) компонент костей; 2) образование важнейших органическихсоединений (АТФ, ГТФ, креатинфосфат, фосфолипиды, фосфопротеины, нуклеиновые кислоты, коферменты – НАДФ⁺, пиридоксальфосфат и др.); 3) участие в регуляции активности молекул путем фосфорилирования; 4) образование фосфатной буферной системы.

Суточная потребность определяется поступлением кальция. Оптимальное соотношение Са:Р 1:1 (т.е. 800 мг/день) у взрослых и 2:1 у детей.

Источники: молоко, злаки, зеленые части овощей, яйца, мясо.

Всасывание фосфора происходит в тонком кишечнике. Всасывание кальция и фосфора оптимально, если их соотношение в пище 1:2 - 2:1.

В сыворотке крови фосфат существует в виде свободного иона (40%), в виде комплексов с катионами Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺ (50%), около 10% связано с белками.

Экскреция: фосфор выводится из организма с мочой.

Регуляция обмена кальция и фосфора

В механизм, поддерживающий концентрацию кальция вовлечены 3 гормона: паратгормон, кальцитриол и кальцитонин, которые действуют на три органа – кости, почки и кишечник.

Паратгормон – пептид, состоящий из 84 аминокислот (мол. масса 9500 Да). Синтезируется в паращитовидных железах. Синтез и секреция ПТГ увеличивается при снижении концентрации Са²⁺ в крови. В паращитовидных железах мало накопительных гранул и количества гормона в них может обеспечить максимальную секрецию лишь в течение 1,5 ч. Концентрация гормона в крови подвержена суточным ритмам. Около 2 часов дня отмечается увеличение концентрации гормона в крови на 50%, в 9 часов вечера отмечается снижение на 50% концентрации гормона в крови.

Механизм действия. Паратгормон – гормон, непроникающий в клетку. В тканях-мишенях гормон связывается с рецепторами на поверхности мембран, что приводит к активации аденилатциклазы и увеличению концентрации цАМФ и фосфолипазы С (продукция инозитол-3-фосфата) с последующей мобилизацией кальция из внутриклеточного депо.

Различают 3 органа-мишени: кости, почки и кишечник.

В костной ткани паратгормон стимулирует остеокласты и усиливает деструкцию кости, сопровождающуюся высвобождением кальция, фосфора и органического матрикса.

В почках ПТГ оказывает прямое влияние на реабсорбцию ионов и опосредованное через стимуляцию образования активной формы витамина Д – кальцитриола. В нормальных условиях свыше 90% Са²⁺, содержащегося в клубочковом фильтрате, подвергается реабсорбции. Паратгормон увеличиваетэту величину до 98% и более. Паратгормон тормозит реабсорбцию фосфора и транспорт натрия, калия и бикарбонатов.

ПТГ не оказывает прямого влияния на слизистую кишечника, но стимулирует всасывание Са²⁺ через образование активной формы витамина Д в почках.

Конечный эффект действия ПТГ – повышение концентрации Са²⁺ в крови.

Кальцитриол – активная форма витамина Д. Образуется из 7-дигидрохолестерина в коже или поступает с пищей. В печени подвергается гидроксилированию с образованием 25-гидроксихолекальциферола, а затем в почках по 1-му углеродному атому с образованием 1,25 дигидроксихолекальциферола или кальцитриола.

Основная биологическая роль кальцитриола – стимуляция всасывания кальция и фосфата в кишечнике. Кальцитриол – единственный гормон, способствующий транспорту кальция против концентрационного градиента, существующего на мембране клеток кишечника. Кальцитриол усиливает: 1) захват и перенос кальция и фосфора через мембрану щеточной каемки и микроворсинок; 2) транспорт через мембрану клеток слизистой и 3) выведение через базальную мембрану во внеклеточную жидкость. В результате концентрация кальция в сыворотке крови повышается.

В почках кальцитриол способен усиливать действие партгормона на реабсорбцию кальция в почках.

В костях кальцитриол способствует захвату кальция остеобластами и кальцификации костной ткани.

Кальцитонин – пептид, состоящий из 32 аминокислот. Синтезируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы и реже – паращитовидной железой или тимусом. Секреция кальцитонина возрастает при значительном увеличении концентрации кальция в крови. Является антагонистом паратгормона.

Органы-мишени: кости, в меньшей степени кишечник и почки.

Кальцитонин действует на кости, тормозит резорбцию матрикса и снижает высвобождение кальция и фосфата. Кальцитонин увеличивает концентрацию цАМФ и влияет, вероятно, на те клетки, которые не являются мишенями для ПТГ.

Кальцитонин снижает реабсорбцию и повышает экскрецию кальция с мочой.