Роль кальция и фосфора в минерализации костной ткани и ткани зуба

Опубликовано: 30.04.2024

В кости содержится большое количество цитрата. В скелете сосредоточено примерно 90% все лимонной кислоты организма. Накапливается за счет цитратсинтазы одонтобластов. Важное свойство цитрата - вывсокая комплекеообразующая активность с ионами Са. Цитрат активирует кислые лизосомальные гидролазы Участвуют в процессах отложения солей Са и Р).

Минерализации кости предшествует синтез белков, гпикозаминогликанов, различных ферментов, макроэргов и др. Кости в отличии от твердых тканей зуба обладают способностью к минерализации. Полагали что кальцификация - простой процесс осаждения минеральных солей подчиняющихся законам

классической физической химии, при этом считали, что основным условием являются соответствущие концентрации

ионов Са и Р. Но кальцификация является сложным процессом в который вовлекается целый ряд соединений в том

числе белки и ферменты. В дальнейшем появились ферментативные теории осеофикиции.

1923 г.. Ведущую роль в процессе осеофикации принадлежит щелочной фосфотазе, т.е. под действием щелочной

фосфотазы происходит разрушение органических фосфосодержащих субстратов(глицерофосфат) и в результате

создается высокая концентрация ионов явление перенасыщения и последующее образование костной соли. Слабость теории: костная ткань содержит мало органических фосфатов, многие ткани содержат щелочную фосфатазу, но однако не все минерализуются.

Угнетение ферментов гликолиза и щикогенолиза сопровождается угнетением кальцнфнкации. была доказана необходимость АТФ для минерализации, поэтому появились другие теории сотяасно которым кристаллизацию инициируют компоненты органического матрикса обызвествляемых тканях. 1 Изучение функции коллагена в процессах минерализации позволило показать, что коллаген может инициировать нуклеацию апатитовых кристаллов на макромолекулах коллагеновых фибрилл, т.е. способен вызывать образование центров кристаллизации апатитов из

растворов фосфатов Са.

2 Свободный или связанный с белками хондроитинсульфат. Они интенсивно секретируются наряду с гликозаминогликанами, а затем подвергаются расщеплению лизосомальными гидролазами в образованием высокоактивных анионов. Предполагают, что биохимич., основу образования зародышевых кристаллов гидроксиапатита составляет реакция образования комплекса между коллагеном, АТФ, Са и хондроитинсульфатов Начало процесса минерализации объясняют в настоящее время усилением в остеобластах процессов распада гликогена и поступлением ацетилКоА в цикл Кребса, что приводит к выделению в окружающую среду цитрата и малата. Они способствуют растворению аморфоного фосфата Са. Во-вторых они создают оптимальную среду для деятельности кислых гидролаз выделяемых из лизосом остеобластов. Лизосомальные ферменты перестраивают органический матрикс кости.

80. Органические и минеральные компоненты эмали зуба. Особенности обменных процессов органического и минерального компонентов эмали зуба.

Органические вещества эмали (1,6%) представлены в основном белками, кроме них в эмали содержаться лилиды, углеводы, лактат, цитрат и свободные аминокислоты. Белки органического матрикса эмали по аминокислотному составу преимущественно относятся к кератиноподобным белкам, но в отличие от кератина они богаты серином в основном в виде серин-фосфата и имеют небольшой молекулярный вес. Коллаген в эмали обнаружен в виде следов.

Сравнительно недавно в структуре эмали доказано наличие гликопротеидов, а так же небольшое количество Са-связывающего белка эмали (гаммокарбоксиглутоматный белок), этот белок с достаточно высокой емкостью и склонностью агрегации до тетрамеров в нейтральной среде. Содержание белков в эмали составляет 1,3%.

Углеводный состав эмали и дентина представлен в основном гликогеном. Из углеводных компонентов в эмали обнаружили глюкозу, маннозу, фруктозу, ксилозу и рамнозу. Обычно они связаны с белками, т.е. входят в состав гликопротеидов эмали, частично в свободном виде. В поверхности эмали содержится в 10 раз больше углеводов чем в глубоких слоях это говорит о том, что приток идет за счет ротовой жидкости. Гликопротенды играют существенную роль и особенно в дентине, где их больше в динамической устойчивости твердых тканей зуба, поскольку именно гликопротеиды осуществляют химическую связь с белками, углеводами, и минеральными компонентами твердых тканей зуба, все это имеет значение в реминерализации.

Липиды эмали. 0,2% так же участвуют в процессах минерализации и ременирализации. Считают, что реминералгоация эмали в том числе при кариесе возможна только при сохранившейся структуре органического матрикса. Среди химических компонентов эмали и дентина в сравнительно большом количестве обнаружен цитрат. В эмали его примерно 0,1% в дентине 0,9%. Обнаружен лактат. Оба принимают участие в процессах минерализации.

Прочность и высокая плотность эмали объясняется высоким содержанием в ней минеральных компонентов примерно 95% на сухой вес. Минеральный компонент эмали представлен кристаллами гидроксиапатитов, карбонатапатитов, хлорапатитов, фторапатитов, цитратапатитов - кристаллиты. Из них превалируют более 70% гидроксиапатитов. Каждая кристаллическая решетка состоит из 18 ионов. Кристаллы гидрогсиапатита в эмали

В эмали так же содержится около 2% неапатнтных кристаллов - октокльцийфосфат, дикальнийфосфат, фосфат кальция Белки эмали

О наличии белков в составе эмали и дентина было известно уже более 100 лет назад, однако аминокислотный состав белков расшифрован лишь в последние два десятилетия с появлением соответствующих методов исследования. Важнейшей составной частью белка является коллаген. Благодаря проведению тончайшего аминокислотного анализа стало возможным определить структуру коллагена зубов. Гидролизат коллагена содержит 18 аминокислот, в том числе 26% глицина, 15% пролина и 14% гидроксипролина. Различия в структуре коллагена определенных тканей заключаются в пропорциональном соотношении лизина и гидроксилизина, хотя количество этих аминокислот остается постоянным (3 4%). Коллаген принадлежит к группе волокнистых белков, его молекула построена из цепочек аминокислот (две цепочки одинаковые, а третья отличается по составу аминокислот).

Тем не менее основной состав органического вещества эмали изучен. М. Stack (1954), работы которого стали классическими, показал, что в эмали существует кислоторастворимая фаза органических веществ (белки и пептиды) и кислотонерастворимая. Обе фазы содержат углеводные группы (галактоза, глюкоза, манноза, глюкуроновая кислота со следами фукозы и ксилозы), которые выявляют методом хроматографни.

Комплексный анализ основных витаминов и микроэлементов, необходимых для поддержания здоровья костной ткани.

Микронутриенты для здоровья костной ткани.

Синонимы английские

Vitamins and trace elements for bone health.

Высокоэффективная жидкостная хроматография.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Как правильно подготовиться к исследованию?

Не принимать пищу в течение 8 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Костная ткань состоит из кристаллов гидроксиапатита ((Ca)₁₀(PO₄)₆(OH)₂), других ионов и коллагеновых волокон, заключенных в основное вещество из гликопротеинов и протеогликанов. Для нормального формирования кости требуется энергия, аминокислоты, микроэлементы и витамины. Дефицит этих компонентов приводит к замедлению роста кости, деформациям, остеопорозу и переломам.

Основная роль в поддержании здоровья костной системы принадлежит кальцию, фосфору и витамину D. Кальций Ca – это основной минерал кости. Скелет взрослого человека включает около 1 кг кальция. Во многих исследованиях было доказано, что именно кальций определяет, каким будет пик костной массы в молодости и как быстро будет происходить резорбция костной ткани в процессе старения. Также известно, что назначение препаратов кальция в постменопаузе улучшает состояние костей и позволяет снизить риск патологических переломов.

Фосфор P в виде фосфата необходим для формирования гидроксиапатита, а его дефицит может приводить к торможению роста и минерализации кости. С другой стороны, избыток фосфора, особенно в сочетании с дефицитом кальция, может вызывать вторичный гиперпаратиреоз и таким образом усиливать резорбцию кости.

Главная роль в регуляции уровня кальция и фосфора принадлежит витамину D. Этот жирорастворимый витамин усиливает всасывание кальция и фосфата в кишечнике и реабсорбцию этих ионов в почечных канальцах. Дефицит витамина Dв детстве приводит к развитию рахита, а во взрослом состоянии – остеомаляции. Назначение витамина Dвместе с кальцием является стандартной мерой профилактики остеопороза.

Кроме кальция, фосфора и витамина D, в поддержании здоровья костной системы также участвуют:

Калий. Калий регулирует реабсорбцию кальция в почечных канальцах. Диета с низким содержанием калия увеличивает потерю кальция с мочой, и наоборот. Потребление калия в высокой дозе связано с повышенной минеральной плотностью костной ткани (МПКТ).

Магний. В нескольких исследованиях показано, что потребление магния в высокой дозе связано с повышенной МПКТ у пожилых женщин и мужчин.

Кремний. Кремний участвует в регуляции синтеза и/или стабилизации коллагена. Было показано, что назначение препаратов кремния связано с повышенной МПКТ.

Цинк. Дефицит цинка сопровождается задержкой роста скелета. Характерным симптомом редкого наследственного нарушения метаболизма цинка – энтеропатического акродерматита – является остановка роста.

Медь – это кофактор лизилоксидазы, участвующей в синтезе коллагена. Тяжелый дефицит меди оказывает отрицательный эффект на процесс формирования кости.

Железо. В нескольких исследованиях было показано, что назначение препаратов железа в повышенной дозе связано с повышенной МПКТ.

Витамин К – это жирорастворимый витамин, выступающий в роли кофактора ферментов, обеспечивающих синтез факторов свертывания крови, и, по-видимому, также необходимый для синтеза некоторых белков скелета. Считается, что витамин К способствует γ-карбоксилированию остеокальцина и препятствует экскреции кальция с мочой. В некоторых исследованиях показано, что уровень витамина К в крови коррелирует с МПКТ.

Несмотря на то что диетологами разработаны оптимальные значения витаминов и микроэлементов для разных возрастных групп и полов, следует помнить, что индивидуальные потребности организма могут несколько отклоняться от общепринятых норм. В связи с этим результат этого комплексного анализа, а также последующие диетологические рекомендации следует оценивать комплексе с анамнестическими, клиническими и другими лабораторными данными.

Полный состав исследования:

Для чего используется исследование?

Для оценки баланса витаминов и микроэлементов, необходимых для здоровья костной системы.

Когда назначается исследование?

При профилактическом осмотре пациентов, особенно в возрасте 65 лет и старше.
При наличии патологических переломов и/или существенного уменьшения роста.
При обследовании пациентов с факторами риска дефицита витаминов и микроэлементов, необходимых для здоровья костной системы: заболевания пищеварительного тракта (хронический панкреатит, воспалительные заболевания кишечника), прием некоторых лекарственных средств (холестирамин, варфарин), особенности диеты, заболевания почек.

Что означают результаты?

Витамин D, 25-гидрокси (кальциферол): 3 - 49,6 нг/мл.

Витамин К (филлохинон): 0,1 - 2,2 нг/мл.

Витамин B9 (фолиевая кислота): 2,5 - 15 нг/мл.

Витамин В12 (цианокобаламин): 189 - 833 пг/мл.

Магний в сыворотке: 12,15 - 31,59 мг/л.

Железо в сыворотке: 270 - 2930 мкг/л.

Кальций в сыворотке: 86 - 102 мг/л.

Кремний в сыворотке: 0 - 500 мкг/л.

Калий в сыворотке: 132,6 - 195 мг/л.

Сера в крови: 100 - 500 мкг/мл.

Фосфор в сыворотке: 22 - 517,1 мг/л.

Медь в сыворотке: 575 - 1725 мкг/л.

Цинк в сыворотке: 650 - 2910 мкг/л.

алиментарный дефицит (вегетарианские и веганские диеты, голодание);
период активного роста (подростки), беременность, лактация;
заболевания кишечника, препятствующие нормальному всасыванию витаминов/микроэлементов (целиакия, болезнь Крона);
хронический алкоголизм;
аутоиммунный гастрит;
прием некоторых лекарственных препаратов (фенитоин, пероральные контрацептивы, метотрексат, варфарин и другие);
наследственные нарушения метаболизма (например, энтеропатический акродерматит).

Причины повышения клинического значения не имеют, за исключением:

гемохроматоз (избыток железа);
гепатолентикулярная дегенерация (болезнь Вильсона – Коновалова – избыток меди);
гипервитаминоз витаминов D и K;
хроническая почечная недостаточность (гиперфосфатемия);
первичный гиперпаратиреоз, саркоидоз, злокачественные опухоли, метастазы в кость (гиперкальциемия).

Что может влиять на результат?

Возраст;
пол;
характер питания;
физиологическое состояние организма (беременность, лактация, реконвалесценция, интенсивные физические нагрузки);
прием лекарственных препаратов;
наличие сопутствующих заболеваний, в том числе заболеваний почек.

Результат комплексного исследования следует интерпретировать с учетом всех необходимых анамнестических, клинических и дополнительных лабораторных данных;
для получения точного результата необходимо следовать рекомендациям по подготовке к тесту.

Кто назначает исследование?

Терапевт, врач общей практики, педиатр, гинеколог-эндокринолог, травматолог.

Литература

Nieves JW. Osteoporosis: the role of micronutrients. Am J Clin Nutr. 2005 May;81(5):1232S-1239S. Review.
Cashman KD. Diet, nutrition, and bone health. J Nutr. 2007 Nov;137(11 Suppl):2507S-2512S.
Jugdaohsingh R. Silicon and bone health. J Nutr Health Aging. 2007 Mar-Apr;11(2):99-110.

Метаболические особенности костной ткани (обмен кальция и фосфора)

Кальций относится к макроэлементам, общее его количество в организме составляет около 2% массы тела, т.е. примерно 25-30 моль или около 1 кг, из которых 99% содержится в костной ткани, дентине и эмали зубов и 1 % — во внеклеточной жидкости и мягких тканях. Около 1% скелетного кальция свободно обменивается с экстрацеллюлярной жидкостью, причем большая часть является быстро обновляемой, медленный обменный пул составляет всего 7,5 ммоль/сутки.

Суточная потребность в кальции у здорового человека составляет ориентировочно 15-25 ммоль (0,6-1,0 г). Кальций плохо всасывается в кишечнике — чистая кишечная его абсорбция составляет 125-200 мг/сут, т.е. не более 20% потребленного кальция. Основное количество кальция теряется с каловыми массами (-20 ммоль/сут), потовыми железами (

2 ммоль/сут) и почками. В почках кальций фильтруется в количестве 240-250 ммоль/сут и почти полностью (98%) реабсорбируется в канальцах. Суточная экскреция кальция сильно зависит от количества кальция, поступившего с пищей, и уровня всасывания в кишечнике, поэтому диагностическая ценность этого показателя невелика — разброс физиологических колебаний на свободной кальциевой диете весьма велик — от 1,6 до 8 ммоль (50-250 мг).

В сыворотке крови кальций находится в трех фракциях: ионизированный (

50% общего количества), связанный с белками (-40%) и соединенный с цитратом, фосфатом, лактатом и др. анионами (-10%). Около 90% белковосвязанного кальция связано с альбуминами и 10% — с глобулинами.

Изменения концентрации сывороточного альбумина могут влиять на достоверность результатов при измерении концентрации общего кальция. При pH 7,4 один грамм альбумина связывает 0,8 мг кальция. Кальций прочно соединяется с карбоксильной группой альбумина, причем кальцийсвязывающая способность белка находится в зависимости от pH. У здоровых людей концентрация общего кальция колеблется в пределах 2,25-2,75 ммоль/л. При остром алкалозе способность альбумина связывать кальций возрастает, в результате чего концентрация ионизированного кальция в плазме уменьшается и могут развиваться признаки гипокальциемии, хотя концентрация общего Са не меняется. Острый ацидоз уменьшает связывание кальция с альбумином и фракция ионизированного кальция возрастает.

Концентрация ионизированного кальция в норме изменяется от 1,0 до 1,35 ммоль/л (по другим данным — 0,98-1,13 ммоль/л). Именно эта фракция Са 2+ является биологически активной. Даже незначительные флуктуации содержания Са 2+ сопровождаются быстрой реакцией организма, направленной на сохранение его стабильной концентрации.

Уровень Са 2+ жестко контролируется тремя гормонами: кальцитонином, паратгормоном и кальцитриолом. Снижение уровня ионизированного кальция в крови по механизму отрицательной обратной связи стимулирует секрецию ПТГ, который увеличивает выход кальция из костного депо, усиливает реабсорбцию кальция в почках, а также, активируя 1 а-гидроксилазу в почках, повышает превращение транспортной формы витамина D — кальцидиола — в его активный метаболит — кальцитриол. Последний стимулирует всасывание кальция в кишечнике. При повышении концентрации Са 2+ в крови запускается описанный механизм, но в обратном направлении, через угнетение секреции ПТГ, помимо этого, стимулируется секреция КТ, основным механизмом действия которого является подавление выхода кальция из кости за счет первичного ингибирования остеолиза. В результате у отдельного индивида суточные колебания Са составляют не более 3%.

В основном веществе костной ткани соли кальция присутствуют в форме кристаллов и аморфной фазы. Преобладающим компонентом минера- лов кости является гидроксиапатит.

Обмен фосфора тесно связан с обменом кальция. В организме взрослого человека содержание фосфора составляет около 1% массы тела (22-23 моля или 700-800 г), 85% которого депонировано в скелете в виде кристаллов гидроксиапатита — эта часть служит резервуаром фосфора. 15% фосфора распределено во внеклеточной жидкости в форме ионов неорганического фосфата и в клетках в виде сложных эфиров.

Сывороточный неорганический фосфат так же, как и кальций, содержится в крови в виде трех основных фракций: ионизированной, связанной с белками и связанной с натрием, кальцием и магнием. Белковое связывание не столь значимо для фосфата и составляет 5-10%, 35% связано с различными ионами, остальное — ионизированная фракция. Основной формой фосфата в сыворотке крови при pH 7,4 является анион НР0₄. Уровень фосфата в сыворотке крови изменяется в широких пределах от 0,75 до 1,65 ммоль/л и зависит от возраста, пола, диеты и др. Адекватная концентрация Р в крови необходима для нормальной минерализации.

Ведущая роль в регуляции системного гомеостаза Р принадлежит почкам, что тесно связано с канальцевым фосфорным порогом или максимальной тубулярной реабсорбцией фосфата. Гипофосфатемия ведет к стимуляции синтеза кальцитриола в почках, мобилизации кальция и фосфора из кости и увеличению тубулярной реабсорбции фосфата. Нарастание концентрации кальцитриола усиливает абсорбцию кальция и фосфора из кишечника и способствует их дополнительной мобилизации из кости. Увеличенный приток кальция и фосфора замедляет секрецию ПТГ, что направляет системный отток кальция в мочу, в дальнейшем усиливается тубулярная реабсорбция фосфата. Итогом этих событий является возврат концентрации фосфата к норме без изменений уровня кальция. Гиперфосфатемия ведет к включению обратной цепи описанных выше механизмов. Главным гуморальным фактором, проти во действующим гиперфосфатемии, является ПТГ.

В среднем здоровый человек с пищей потребляет 40 ммоль фосфора (1240 мг/сут). Чистая кишечная абсорбция фосфора — приблизительно 25 ммоль/сут (775 мг) или 60% от потребленного с пищей количества. Почки экскретируют с мочой почти такое же количество фосфора. Почечная экскреция Р напрямую связана с его потреблением и поэтому колеблется в широком диапазоне от 2 до 8 ммоль/сут (62-2480 мг). Поэтому определение суточной экскреции фосфора обычно мало информативно.

Приглашаем подписаться на наш канал в Яндекс Дзен

Микронутриенты для здоровья костной ткани.

Синонимы английские

Vitamins and trace elements for bone health.

Высокоэффективная жидкостная хроматография.

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Как правильно подготовиться к исследованию?

Не принимать пищу в течение 8 часов до исследования, можно пить чистую негазированную воду.
Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Кроме кальция, фосфора и витамина D, в поддержании здоровья костной системы также участвуют:

Полный состав исследования:

Для чего используется исследование?

Для оценки баланса витаминов и микроэлементов, необходимых для здоровья костной системы.

Когда назначается исследование?

При профилактическом осмотре пациентов, особенно в возрасте 65 лет и старше.
При наличии патологических переломов и/или существенного уменьшения роста.
При обследовании пациентов с факторами риска дефицита витаминов и микроэлементов, необходимых для здоровья костной системы: заболевания пищеварительного тракта (хронический панкреатит, воспалительные заболевания кишечника), прием некоторых лекарственных средств (холестирамин, варфарин), особенности диеты, заболевания почек.

Что означают результаты?

Витамин D, 25-гидрокси (кальциферол): 3 - 49,6 нг/мл.

Витамин К (филлохинон): 0,1 - 2,2 нг/мл.

Витамин B9 (фолиевая кислота): 2,5 - 15 нг/мл.

Витамин В12 (цианокобаламин): 189 - 833 пг/мл.

Магний в сыворотке: 12,15 - 31,59 мг/л.

Железо в сыворотке: 270 - 2930 мкг/л.

Кальций в сыворотке: 86 - 102 мг/л.

Кремний в сыворотке: 0 - 500 мкг/л.

Калий в сыворотке: 132,6 - 195 мг/л.

Сера в крови: 100 - 500 мкг/мл.

Фосфор в сыворотке: 22 - 517,1 мг/л.

Медь в сыворотке: 575 - 1725 мкг/л.

Цинк в сыворотке: 650 - 2910 мкг/л.

алиментарный дефицит (вегетарианские и веганские диеты, голодание);
период активного роста (подростки), беременность, лактация;
заболевания кишечника, препятствующие нормальному всасыванию витаминов/микроэлементов (целиакия, болезнь Крона);
хронический алкоголизм;
аутоиммунный гастрит;
прием некоторых лекарственных препаратов (фенитоин, пероральные контрацептивы, метотрексат, варфарин и другие);
наследственные нарушения метаболизма (например, энтеропатический акродерматит).

Причины повышения клинического значения не имеют, за исключением:

гемохроматоз (избыток железа);
гепатолентикулярная дегенерация (болезнь Вильсона – Коновалова – избыток меди);
гипервитаминоз витаминов D и K;
хроническая почечная недостаточность (гиперфосфатемия);
первичный гиперпаратиреоз, саркоидоз, злокачественные опухоли, метастазы в кость (гиперкальциемия).

Что может влиять на результат?

Возраст;
пол;
характер питания;
физиологическое состояние организма (беременность, лактация, реконвалесценция, интенсивные физические нагрузки);
прием лекарственных препаратов;
наличие сопутствующих заболеваний, в том числе заболеваний почек.

Результат комплексного исследования следует интерпретировать с учетом всех необходимых анамнестических, клинических и дополнительных лабораторных данных;
для получения точного результата необходимо следовать рекомендациям по подготовке к тесту.

Кто назначает исследование?

Терапевт, врач общей практики, педиатр, гинеколог-эндокринолог, травматолог.

Литература

Nieves JW. Osteoporosis: the role of micronutrients. Am J Clin Nutr. 2005 May;81(5):1232S-1239S. Review.
Cashman KD. Diet, nutrition, and bone health. J Nutr. 2007 Nov;137(11 Suppl):2507S-2512S.
Jugdaohsingh R. Silicon and bone health. J Nutr Health Aging. 2007 Mar-Apr;11(2):99-110.

Физиология паратгормона настолько сильно связана с витамином D и метаболизмом костной ткани, что рассматривать эти вопросы по отдельности, не потеряв их сути, невозможно. Графически взаимоотношения представлена на рисунке ниже. Паратгормон в первую очередь регулирует содержание ионов кальция в межклеточном пространстве. Витамин D контролирует всасывание кальция из пищи, а также косвенно отвечает за минерализацию костной ткани, которая содержит в себе 99% всего кальция организма.

«Можно ли считать кость органом?» Да! Поскольку костная ткань проявляется очень высокую метаболическую активность, а также содержит большие запасы кальция, она напрямую включена в процессы регуляции содержания кальция в межклеточном пространстве и плазме крови. Нормальная концентрация кальция в межклеточном пространстве необходима для выполнения множества клеточных функций, среди которых передача сигнала между клетками, секреция гормонов, нормальная работа мышц и нервов, поэтому необходимо строгое ее сохранение в определенных пределах.

Гипокальциемия ведет к нервно-мышечной гипервозбудимости; умеренное снижение уровня кальция проявляется гиперестезиями с положительными симптомами Хвостека и Труссо; тяжелая гипокальциемия ведет к развитию тетании, судорог и смерти. Гиперкальциемия проявляется летаргией, слабостью, комой и, наконец, смертью. Около 50% внеклеточного кальция находится в ионизированной форме, но точное соотношение зависит от pH. Содержание кальция внутри клеток на порядки меньше, чем вне ее, но некоторые органеллы, например, митохондрии, содержат в себе повышенные концентрации кальция. Колебания уровня внеклеточного ионизированного кальция обычно не превышают ± 10%.

а) Физиология обмена паратгормона. Паратгормон (паратиреоидный гормон, ПТГ, РТН) по химическому строению является 84-аминокислотным полипептидом; было выяснено, что за биологическую активность гормона ответственны первые 34 аминокислотных остатка паратгормона, именно они используются в клинической практике, например, в лечении остеопороза. Определение последовательности классического рецептора ПТГ показало его связь с G-белком и наличие семи трансмембранных сегментов, проявляющих одинаковое сродство как с паратгормоном, так и с ПТГ-родственным пептидом (ПТГ-рП).

Но ПТГ-рП не обладает таким же активирующим действием на 1-гидроксилазы почек, как сам ПТГ.

Наибольшее количество рецепторов к ПТГ находится в костной ткани и в почках, хотя в других органах они также присутствуют в меньших количествах. Недавно был обнаружен новый подвид ПТГ-рецептора, который связывается с карбоксильным остатком паратгормона. Ранее считалось, что данные рецепторы находятся в неактивном состоянии. Этот недавно обнаруженный рецептор не связывается с ПТГ-рП. Неизвестно, играет ли он какую-либо роль в метаболизме костной ткани или имеет какие-либо другие функции.

Клетки паращитовидных желез также экспрессируют рецепторы, чувствительные к кальцию. И они являются рецепторами, связанными с G-белками, и имеют в своем составе семь трансмембранных доменов. Данные рецепторы могут соединяться с различными катионами, но физиологически подходящими для них являются только двухвалентные катионы кальция и магния. Снижение уровня ионизированного кальция ведет к повышению секреции ПТГ, повышение уровня ионизированного кальция ведет к снижению секреции ПТГ.

Таким образом, и концентрация ионизированного кальция, и концентрация ПТГ в плазме крови колеблются лишь в узких пределах. Были описаны различные мутации данных рецепторов, некоторые из них приводят к повышению их активности, другие — к понижению. Данные мутации являются ключом к пониманию семейной гипокальциурической гиперкальциемии и некоторых гипокальциемических синдромов, например, семейного гипопаратиреоидизма.

Паратгормон (ПТГ) повышает резорбцию кальция в почках, усиливает резорбцию костной ткани, повышает активность D1-гидроксилазы почек. Эти механизмы помогают восстановить уровень кальция в плазме крови.

Пути метаболизма витамина D, паратгормона и костной ткани.
Предшественники витамина D синтезируются в коже под действием ультрафиолета. Превращение 25-ОН витамина D, депонированной формы витамина, в активную форму,
т.е. 1,25-(ОН)2 витамин D, регулируется паратгормоном. 1,25-(ОН)2 витамин D повышает всасывание кальция в желудочно-кишечном тракте.
Кальций и фосфор плазмы крови регулируют содержание паратгормона крови, а также участвуют в минерализации новообразованного костного матрикса.
При повышении уровня паратгормона усиливается резорбция костной ткани, поскольку это необходимо для поддержания необходимого уровня кальция в плазме,
а также стимулируется синтез 1,25-(ОН)2 витамина D почками.

б) Физиология обмена витамина Д. Синтез провитамина D (холекальциферола) происходит в коже из 7-дегидрохолестерола в результате фотокатализа под действием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 290-315 нм. Ультрафиолетовые лучи именно с такой длиной волны могут преодолеть атмосферу, поэтому у жителей возвышенностей синтез провитамина D подвержен сезонным колебаниям. Синтез предшественников провитамина D тоже зависит от воздействия солнечных лучей, поэтому избыточное пребывание на солнце не приводит к гипервитаминозу.

Следовательно, скорость продукции провитамина D в долгосрочной перспективе не зависит от пигментации кожи; но она может снижаться у темнокожих лиц, которые мало подвергаются воздействию солнечных лучей. Провитамин D связывается с транскальциферином (витамин - D - связывающим белком) и транспортируется в печень, где в результате 25-гидроксилирования он превращается в кальцидиол.

Возможности получения витамина D с пищей очень ограничены, лишь крайне малое число продуктов содержит в себе витамин D. Молоко и молочные продукты, производимые в США и Европе, дополнительно обогащаются витамином D. Одна их порция содержит около 100 ME витамина. К сожалению, необогащенные молочные продукты и человеческое грудное молоко содержат крайне малое количество витамина. В желтке яйца содержится около 20 ME витамина D, в белке витамина D нет. Рыба является источником, богатым витамином D.

В порции консервированного тунца содержится 250 ME витамина, а в одной порции свежевыловленного лосося может содержаться до 1000 ME. В растительных продуктах витамина D нет, но он может содержаться в грибах в количестве до 1500 МЕ/100 г, если грибы росли в присутствии солнечного света.

Витамин D представляет из себя провитамин, активной формой которого является 1-25-(ОН)₂ витамин D (кальцитриол). В норме кальцитриол продуцируется почками из витамина D, кальцидиола, в результате реакции 1-гидроксилирования. Активность 1-гидроксилазы почек контролируется ПТГ, поэтому уровень 1-25-(ОН)₂ витамина D напрямую коррелирует с уровнем ПТГ. Высокий уровень ПТГ, как правило при гипокальциемии, стимулирует образование 1-25-(ОН)₂ витамина D. В результате происходит повышение абсорбции кальция в кишечнике и нормализация его уровня в плазме крови.

При определенных патологических состояниях некоторые другие ткани также могут проявлять 1-гидроксилазную активность, иногда независимо от действия ПТГ.

в) Метаболизм минеральных веществ в костной ткани. Мы часто воспринимаем кости лишь как опорные структуры, но на самом деле костная ткань играет важную роль в метаболизме, выступая в качестве депо кальция, фосфатов и карбонатов, также она участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Матриксом кости является частично минерализованная ткань и специфические костные клетки. Костную систему человека разделяют на осевой скелет, к которому относят череп, позвоночный столб, грудину, ребра и таз, и на скелет конечностей, от их проксимальных отделов до кончиков пальцев.

Также костная ткань подразделяется на губчатую (трабекулярную), которая обладает высокой метаболической активностью, и кортикальную, которая имеет большую плотность и меньшую метаболическую активность. Изменения в кортикальной костной ткани наступают при тяжелых или длительно текущих заболеваниях. В осевом скелете преобладает содержание трабекулярной кости, в скелете конечностей — кортикальной.

К костным клеткам относят остеобласты, остеокласты и остеоциты. Остеобласты происходит из мезенхимальных стволовых клеток, они образуют соединительнотканный матрикс кости, который затем минерализуется, формируя новую костную ткань. Большинство остеобластов подвергаются апоптозу, но часть из них остается включенной в костный матрикс и превращается в остеоциты, а другая часть остается на поверхности кости, формируя надкостницу.

Трансформируясь в остеоциты, эти клетки образуют длинные отростки, которыми они создают щелевой контакт с соседними клетками и с клетками надкостницы. Остеоциты воспринимают механическое давление, оказываемое на кость, и играют важную роль в моделировании костной ткани. Остеокласты представляют собой крупные многоядерные клетки, происходящие из одноядерных макрофагов. Процесс дифференцировки клеток в остеокласты происходит под контролем ядер-ного фактора кВ (каппа-Б, RANKL), продуцирующего в ходе апоптоза остеобластов, и под контролем колониестимулирующего фактора макрофагов.

Остеокласты участвуют в резорбции костной ткани, разрушая минеральный компонент и коллагеновый матрикс костной ткани посредством протеолиза.

В норме костная ткань постоянно разрушается остеокластами и одновременно заново синтезируется остеобластами. Этот процесс получил название ремоделирования костной ткани. В здоровом организме процессы разрушения и синтеза костной ткани находятся в равновесии. Ремоделирование костной ткани крайне важно для поддержания структурной целостности (прочности) скелета, т. к. с ее помощью постоянно восстанавливаются микропереломы костей, возникающие от каждодневных физических нагрузок.

г) Кальций-чувствительные рецепторы. Как уже упоминалось выше, паращитовидные клетки экспрессируют кальций-чувствительные рецепторы. Первоначально данные рецепторы были выделены из паращитовидных клеток крупного рогатого скота, затем их наличие было подтверждено и у человека. Кроме паращитовидных желез, где они и были впервые обнаружены, данные рецепторы экспрессируются в почках, костях, желудке, легких, головном мозге и других тканях.

Как мутации, так и приобретенные дисфункции данных рецепторов могут стать причиной появления различных заболеваний, связанных как с повышением, так и с понижением кальция крови. Более подробно эти заболевания будут рассмотрены ниже.

Учебное видео расшифровки биохимического анализа крови

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Читайте также: