Обмен кальция и фосфора в организме регулирует гормон

Физиология фосфорно-кальциевого обмена

Обмен кальция и фосфора в организме регулирует гормон

Медицина / Физиология / Физиология (статья)

Фосфорно-кальциевый обменПищевые источники кальция и фосфора

Рекомендуемый минимум суточного потребления кальция для взрослого человека – 700 мг. В продуктах питания, входящих в ежедневный рацион питания людей, проживающих в развитых странах, содержится примерно 1000 мг кальция. Основными источниками кальция среди пищевых продуктов являются молоко и молочные продукты.

Кальций также содержится в бобах, орехах, овощах, зелени. Муку и некоторые продукты питания могут искусственно обогащать кальцием. В некоторых местах большое количества кальция содержится в водопроводной воде.

В кишечнике (в основном в двенадцатиперстной кишке) кальций усваивается менее чем на 50% – остальное выводится с фекалиями. Регуляция уровня кальция в организме происходит за счет эндокринной системы – гормоны контролируют кальциевый обмен, тем самым обеспечивая необходимый баланс между поступлением кальция в организм и его усвоением.

Фосфор содержится в большинстве продуктов питания. Ежедневное поступление этого элемента с пищей составляет примерно 100 мг. Высокое содержание фосфора в мясе и молочных продуктах.

Распределение кальция и фосфора в организме

Среднее содержание кальция(Ca) в организме здорового человека – 1 кг; фосфора (P) – 600 г (фосфор содержится в организме в виде оксида – PO4). Примерно 99% кальция и 85% фосфата содержится в костной ткани. Оба этих элемента в костной ткани входят в состав гидрооксиапатита – Ca10(PO4)6OH2.

Кристаллы гидрооксиапатита и белок коллаген – основные структурные элементы костей и зубов. Около 65% массы костной ткани составляют кальций и фосфор. Менее 1% кальция, который находится в костной ткани, участвует в обмене с кальцием крови.

Таким образом организм имеет возможность выводить этот элемент из костей в кровь, если его уровень в костной ткани выше необходимого, а также обеспечить обратный транспорт кальция, если его концентрация в крови понижена.

Примерно 8,7 ммоль (350 мг) кальция циркулирует в крови. В норме его концентрация составляет около 2,5 ммоль/л. Половина циркулирующего в крови кальция вступает в связь с альбумином (белком), а несвязанный с белком кальций находится в ионизированной (свободной) форме – Ca2+ (или Ca++).

Кальций ионизированный – очень маленькая часть общего пула кальция в организме, содержащаяся в каждой клетке организма, играет жизненно важную роль. Именно свободная фракция кальция (Ca++) физиологически активна. Значение уровня содержания кальция в клетках выражается в нмоль/л – это 1/1000 от уровня содержания в плазме крови.

Около 15% фосфатов не содержится в костях – они распределены между внеклеточным пространством и клетками (в том числе и кровь). Примерно 1% общего пула фосфатов в организме содержится в плазме крови (средний уровень содержания фосфора в крови – 1 ммоль/л).

Функции кальция и фосфата

Кальций и фосфаты являются основными компонентами костей и зубов. Ионизированный кальций, который циркулирует в плазме крови, является кофактором (кофактор – небелковое соединение, выполняющие роль активного центра, необходимого белку для выполнения его биологической функции).

Благодаря ионизированному кальцию ферменты, участвующие в процессе свертывания крови, могут выполнять свою функцию.

Кроме этого, ионизированная форма этого элемента выступает в роли источника кальция, необходимого для функционирования разных процессов, происходящих на клеточном уровне, например, сокращение миокарда (мышцы сердца), гладкой мускулатуры и скелетных мышц, нервно-мышечной передачи, электрического проведения нервных импульсов и др. Процессы регуляции процессов воздействия разных гормонов на клетки-мишени также проходят при участии кальция, который является неотъемлемым компонентом для их осуществления. То есть, эффективность действия гормонов зависит непосредственно от уровня ионизированного кальция. Очень мало физиологических процессов в организме человека могут осуществляться без хотя бы минимального количества ионов кальция внутри клетки.

Фосфаты входят в состав основных биологически активных молекул: фосфолипидов (структурных компонентов всех клеточных мембран), ДНК и РНК (нуклеиновых кислот) и других интермедиатов (промежуточных веществ с коротким промежутком существования, образующихся при разных химических реакциях и потом реагирующих далее до конечных продуктов химической реакции), в том числе АТФ (адезинтрифосфат) – основной источник клеточной энергии. Неорганический фосфат, который не входит в состав более крупных органических молекул, в крови и моче выступает в роли буфера, участвуя в процессе регуляции кислотно-щелочного баланса (pH) крови.

От поддержания уровня кальция и фосфата в довольно узких пределах зависят многие функции, выполняемые этими химическими элементами. Ниже мы рассмотрим механизмы, отвечающие за регуляцию уровня кальция в плазме крови. Отметим, что нарушение механизмов регуляции часто приводит к патологическим изменениям содержания кальция и фосфата.

Физиологический контроль уровня кальция в плазме

Уровень кальция в плазме крови помогает оценить баланс между поступлением этого элемента с пищей с последующим усвоением в желудочно-кишечном тракте и выведением его из организма с мочой. Также кальций циркулирует между плазмой и костной тканью.

Транспорт кальция и степень его концентрации в крови контролируют два гормона – паратгормон (ПТГ, паратиреоидный гормон) и кальцитриол (производное витамина D).

Паратгормон и кальцитриол также регулируют концентрация фосфата в плазме крови.

Паратгормон. Источник, секреция и действие

Паратгормон вырабатывается в паращитовидных железах (крошечные железы, расположенные возле щитовидной железы) и отвечает за регуляцию уровня кальция в крови.

Паращитовидные железы состоят их клеток, которые очень чувствительны к концентрации ионизированного кальция в крови, поступающей к железам.

Снижение концентрации кальция в крови способствует стимуляции паращитовидных желез и, как следствие, к повышению выработки паратгормона (см рисунок 1).

Рисунок 1. Действие паратгормона. Регуляция уровня кальция в плазме крови

Пратгормон с током крови поступает к органам мишеням – костям и почкам. В результате происходит высвобождение кальция из костной ткани и снижение уровня его выведения (экскреции) из организма почками с мочой. В случае повышения концентрации кальция в плазме, выработка паратгормона снижается. Таким образом восстанавливается нормальная концентрация кальция в крови.

Паратгормон также участвует в регуляции концентрации фосфата в крови. Действие паратгормона на почки усиливает экскрецию фосфата с мочой, что приводит к снижению концентрации его уровня в плазме. Таким образом, конечный результат действия паратгормона – повышение уровня кальция и снижение уровня фосфата в плазме.

Кальцитриол. Источник, секреция и действие

Кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол) – производное витамина D; гормон секостероидной структуры, высвобождаемый почками, который отвечающий за регуляцию концентрации кальция в плазме.

Витамин D может поступать в организм с пищей и синтезироваться под действием ультрафиолетового излучения в коже из 7-дегидроксихолестерина (холестериноподобного компонента).

В независимости от источника поступления, витамин D в ходе двухступенчатого процесса превращается в кальцитриол (рисунок 2).

Преобразование витамина D в кальцитриол

Рисунок 2. Процесс преобразования витамина D в кальцитриол

Первая реакция преобразования витамина D происходит в печени путем гидроокислирования, что приводит к образованию кальцидиола.

Затем кальцидиол вступает в связь с витамин D-связывающим белком и транспортируется в почки, где происходит вторая реакция, в результате которой образуется кальцитриол – активная форма витамина D. Паратгормон контролирует поступление кальцитриола из почек в кровь.

При снижении концентрации кальция в крови, уровень паратгормона увеличивается, что также приводит к повышению секреции кальцитриола.

Процесс повышения уровня образования кальцитриола, как и образования паратгормона, активируется при снижении концентрации ионизированного кальция в плазме, А при высоком уровне концентрации ионизированного кальция в крови или фосфата, процесс секреции этих двух гормонов замедляется (ингибируется).

Основное действие кальцитриола направлено на регуляцию функции желудочно-кишечного тракта – гомон стимулирует процесс усвоения кальция и фосфора, поступающих в организм с питанием. Эффект кальцитриола – повышение концентрации кальция и фосфата в крови. Как и паратгормон, кальцитриол отвечает за регуляцию физиологического баланса концентрации кальция и фосфата в плазме крови.

Поддержание физиологической концентрации кальция и фосфора в крови зависит от следующих факторов:

  • Рацион питания, который должен включать продукты с необходимым содержанием кальция, фосфора и витамина D
  • Полноценная функция желудочно-кишечного тракта, благодаря чему происходит усвоение организмом этих нутриентов
  • Инсоляция (действие ультрафиолетового излучения на кожу). Для адекватного эндогенного синтеза витамина D, человек должен принимать солнечные ванны
  • Секреция паратгормона, которая зависит от полноценной функции паращитовидных желез
  • Функция печени и почек, в которых витамин D преобразуется в кальцитриол
  • Здоровье почек, в которых происходит не только выработка кальцитриола, но и процесс экскреции кальция и фосфата с мочой
  • Процесс метаболизма (обмена) костной ткани, позволяющий поддерживать необходимый обмен кальция и фосфата между костной тканью и кровью

Отметим, что для поддержания процесса жизнедеятельности организма определенная концентрация ионизированного кальция в крови гораздо важнее, чем в костной ткани. Поэтому, при ограничении запасов кальция, организм, чтобы обеспечить необходимую концентрацию ионов кальция в плазме, жертвует минерализацией костей.

Источник: https://medqueen.com/medicina/fiziologiya/fiziologiya-statya/1968-fiziologiya-fosforno-kalcievogo-obmena.html

Регуляция обмена кальция и фосфора

Обмен кальция и фосфора в организме регулирует гормон

В организме взрослого человека содержится около 1,2 кг кальция. Соли кальция образуют минеральный компонент костей (99% всего кальция организма, 87% фосфора).

Кальций в костях находится в форме минерала гидроксиапатита Са10(РО4)6(ОН)2. Другой фонд кальция в организме — это ионы Са2+, растворенные в жидкостях или соединенные с белками жидкостей и тканей.

Между этими фондами происходит постоянный обмен кальцием.

Ионы Са2+ являются кофакторами многих ферментов, вместе с белками-модуляторами служат посредником в передаче сигналов. Кальций участвует в секреции, оплодотворении, мембранной проницаемости, свертывании крови, мышечном сокращении.

В среднем взрослый мужчина потребляет 900-1000 мг кальция/день, взрослая женщина – 600-700 мг кальция/день, из которых в пищеварительном тракте всасывается до 20-40 %.

Значительная часть попавшего с пищей кальция проходит через кишечник и покидает организм вместе с калом. Оставшиеся 200 мг всосавшегося в кишечнике кальция элиминируются из организма преимущественно с мочой.

В норме в организме сохраняется устойчивое равновесие кальция.

Всасывание кальция в кишечнике осуществляется за счет активного транспорта против электрохимического градиента, за счет пассивной диффузии.

Через клеточную мембрану кальций переносится при помощи зависимого от витамина Д кальцийсвязывающего белка (КСБ).

Всасывание кальция в кишечнике в норме определяется не его поступлением с пищей, а гормональной регуляцией системы активного транспорта. Почки участвуют в обмене кальция посредством фильтрации и реабсорбции.

Обмен кальция тесно связан с обменом фосфорной кислоты, образующей с кальцием плохо растворимые соли: фосфат, гидрофосфат, дигидрофосфат.

Общий фосфат взрослого мужчины массой 70 кг составляет около 700 г, из которых ~ 85% находится в костях и зубах, ~ 14% содержится внутри клеток в органической форме как компонент АТФ и фосфолипидов.

Во внеклеточных жидкостях фосфат находится в форме фосфолипидов (около 70%) и неорганического фосфата. В плазме крови фосфаты представлены в виде свободных ионов (80%) либо связаны с белками.

Одной из основных функций неорганического фосфата в организме является буферная функция.

Средний статистически взрослый человек ежедневно потребляет 800-1200 мг фосфора, из которых около 80% абсорбируется в кишечнике, и такое же количество экскретируется почками.

Основные механизмы транспорта фосфатов в кишечнике: активный натрий-зависимый транспорт; пассивный транспорт по градиенту концентрации.

Степень адаптации всасывания фосфатов в кишечнике к изменению потребления фосфатов мала, и поэтому кишечник играет небольшую роль в гомеостазе фосфатов.

Почки играют главную роль в гомеостатической регуляции баланса фосфатов во всем организме. Поступление фосфата в клетку проксимального канальца осуществляется посредством Na/Pi- котранспортеров.

Фосфат может связывать свободный ионизированный кальций; поэтому, если уровень плазменного неорганического фосфата увеличивается, содержание кальция уменьшается.

Концентрация ионов Са2+ в межклеточной жидкости и крови равна 9-11 мг/дл. Половина из них – ионы Са2+ в растворенном состоянии, другая половина – в соединении с альбумином.

Во внутриклеточной жидкости концентрация кальция в тысячи раз меньше. Разность концентраций создается главным образом Са-АТФазой при участии системы ионных каналов.

Концентрация Са2+ в крови и межклеточной жидкости регулируется эндокринными гормонами, в основном паратгормоном, кальцитонином и кальцитриолом.

Паратгормон– это пептидный гормон (84 аминокислотных остатка), образующийся в паращитовидных железах. Биологическая активность паратгормона (ПТГ) определяется только первыми 32-34 аминокислотами (считая от N-окончания пептида). Это наиболее важный регулятор гомеостаза кальция.

Основными органами-мишенями пapaтгормона являются кости и почки. Мембраны клеток этих органов содержат специфические рецепторы паратгормона, связанные с аденилатциклазой. ПТГ-рецепторы обнаружены также в легких, сердечно-сосудистой системе, коже, эритроцитах и т.д.

Выявлены 2 основных механизма действия паратгормона: активация системы аденилатциклаза – циклический АМФ (аденозинмонофосфат) – протеинкиназа А и системы фосфатидилинозитол – протеинкиназа С.

В костях активация аденилатциклазы стимулирует метаболическую активность остеокластов, начинается резорбция кости и поступление Са2+ и фосфатов в кровь. В почках паратгормон увеличивает реабсорбцию Са2+ и увеличивает экскрецию почечных фосфатов. ПТГ также стимулирует экспрессию генов и увеличивает производство нескольких местных белковых факторов и простагландинов.

Синтез и секреция ПТГ стимулируются при снижении концентрации Са2+ в крови. Восстановление нормальной концентрации Са2+ в крови приводит к прекращению синтеза и секреции гормона.

В паратиреоидных клетках обнаружены специфические кальциевые рецепторы. Они обеспечивают чувствительность околощитовидных желез к изменениям сывороточной концентрации кальция, что ведет к изменениям секреции ПТГ.

В почках Са-рецептор является важным регулятором экскреции кальция с мочой.

Витамин D3 является предшественником вещества, функционирующего как стероидный гормон – кальцитриола. Образование кальцитриола стимулируется преимущественно ПТГ и гипофосфатемией. Превращение витамина в кальцитриол происходит с участием печени и почек. Специфические гидроксилазы, которые катализируют эти реакции, активируются паратгормоном.

Синтезированный в почках 1,25(OH)2Д3 витамин Д-связывающим белком переносится к клеткам-мишеням, где реагирует с ядерным рецептором. Органы-мишени кальцитриола – тонкий кишечник и кости.

В тонком кишеч нике гормон стимулирует всасывание кальция и фосфатов, в костях – мобилизацию кальция. Кальцитриол активирует гены, контролирующие синтез определенных белков, например, кальцийсвязывающего белка, участвующего во всасывании кальция.

Кальцитриол может также стимулировать реабсорбцию кальция (и фосфата) в канальцах почек.

Т. о., паратгормон и витамин D3 – синергисты в отношении мобилизации кальция из костей и повышения его концентрации в крови.

При недостаточности витамина D у детей развивается рахит.

Происходит нарушение минерализации растущих костей, они не имеют нормальной жесткости, наблюдаются различные деформации скелета – выгнутые наружу голени, вывернутые внутрь колени, «четки» на ребрах, «птичья грудь» и др.

Рахит обычно излечивается витамином D, однако есть формы, не поддающиеся такому лечению: они связаны с нарушением превращения витамина D3 в организме в кальцитриол.

Продолжительное поступление избыточного количества витамина D (в несколько раз больше нормы) приводит к деминерализации костей, к повышению концентрации кальция в крови и его отложению в мягких тканях, к образованию камней в мочевых путях.

Кальцитонин – пептидный гормон (32 аминокислотных остатка), синтезируется в С-клетках паращитовидных и щитовидной желез. Секреция кальцитонина увеличивается при возрастании содержания кальция в крови.

Эффекты КТ обусловлены его воздействием на специфические кальцитониновые рецепторы (КТР) и противоположны эффектам ПТГ. Основной орган-мишень для кальцитонина — кости, где он подавляет мобилизацию кальция. Он снижает концентрацию Са в сыворотке.

Общий вклад кальцитонина в гомеостаз кальция очень мал по сравнению с ролью ПТГ и витамина Д.

Другие системные гормоны также оказывают влияние на скелет, особенно соматотропин, глюкокортикоиды, гормоны щитовидной железы и половые гормоны. Некоторые факторы имеют местные эффекты, например, простагландины, цитокины.

Изменение концентрации кальция во внеклеточной жидкости приводит к изменению его концентрации внутри клеток: изменяются трансмембранные градиенты концентраций Са2+, нарушается функционирование кальциевого насоса, зависимых от кальция ферментов и регуляторных систем.

При гипокальциемии наблюдаются судороги, гиперрефлексы, спазмы гортани. Это – следствие снижения порога возбуждения нервных и мышечных клеток.

Гипокальциемия может быть следствием нарушения всасывания кальция в кишечнике, например, при гиповитаминозе D, при большом содержании в пище оксалата или других соединений, связывающих кальций. Тяжелая гипокальциемия бывает редко.

Наиболее частая ее причина – гипопаратиреоз, вызванный повреждением паращитовидных желез при операциях на щитовидной железе. При гиперкальциемии снижается нервно-мышечная возбудимость; наступает е расстройство нервных функций – психозы, ступор и даже кома.

Характерные симптомы – кальцификация мягких тканей и образование камней в мочевых путях. Чаще всего причиной гиперкальциемии бывает гиперпаратиреоз как результат образования опухоли из клеток паращитовидных желез; передозировка витамина D.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/7_26475_regulyatsiya-obmena-kaltsiya-i-fosfora.html

Моя щитовидка
Добавить комментарий