Ионы кальция. Подготовка к анализу и забор материала

Ни для кого не секрет, что витамины, минералы и микроэлементы, в том числе - и ионизированный кальций, играют важную роль в работе человеческого организма. В крови есть две фракции кальция: свободный и тот, который находится в соединении с другими веществами, например, белками из плазмы и фосфатами. В норме количество свободного кальция не должно превышать примерно 45% от общего уровня этого минерала. Практически все отклонения от нормальных показателей можно считать патологиями.

Функции и нормы

Сложно переоценить важность кальция для организма.

Он оказывает воздействие на многие жизненно важные процессы:

Именно от этого минерала зависит рост и последующее развитие костной ткани.
Является непосредственным участником процесса свертываемости крови.
Регулирует активность ферментов.
Заботится о хорошей проводимости импульсов по нервным волокнам к мышцам.
Влияет на процесс сокращения мышечной ткани.
Участвует в производстве различных гормонов.

И это еще не все. Ионизированный кальций укрепляет стенки сосудов и помогает организму бороться с инфекциями и аллергиями.

Как говорилось выше, процентное содержание ионизированного кальция достигает 45%. Его количество в крови каждого человека напрямую зависит от возраста. А также показатели могут отличаться в зависимости от того, какая лаборатория проводила анализ крови.

В среднем же они выглядят примерно так:

у детей от рождения и до 12 месяцев от 1,02 до 1,37 ммоль/л;
для детей от 1 года и до 14 лет норма 1,28-1,32 ммоль/л;
у взрослых (и у мужчин, и у женщин) нормальный показатель будет находиться в пределах 1,16-1,3 ммоль.

Чтобы узнать, соответствуют ли показатели организма установленным нормам, необходимо сдать анализ крови.

Правильная диагностика

Для определения уровня ионизированного или свободного кальция в крови необходимо провести биохимическое исследование. Этот анализ делают как взрослым, так и детям.

Показаниями для его назначения считаются несколько состояний:

Симптомы нехватки или, наоборот, слишком большого количества кальция.
В организме появились злокачественные опухоли или развиваются раковые заболевания.
Есть заболевания органов системы пищеварения.
Идет подготовка к хирургическому вмешательству.

Нарушения в работе сердца и кровеносной системы.
Судороги.
Снижение чувствительности в тканях.
Сбои в работе почек, мочевого пузыря и других органов мочевыделительной системы.
Понижение уровня белков в крови.

К сдаче крови на анализ необходимо подготовиться.

Как это сделать:

Накануне забора крови отказаться от интенсивных занятий спортом.
Примерно за день исключить из рациона спиртные напитки и жирные блюда.
Последний раз кушать можно за 12 часов до анализа.
Не курить за два часа до визита в лабораторию.
Перед анализом нельзя проходить физиопроцедуры.

За неделю либо две лучше прекратить прием лекарств, поскольку многие из них могут повышать или понижать количество кальция в крови. Если сделать это нельзя, необходимо сообщить об этом лаборанту. Кроме того, на бланке направления нужно написать, какие лекарства принимаются и в каких дозах. Эта информация поможет получить максимально точный результат.

В зависимости от того, что покажет анализ крови, врач назначит дополнительное обследование или лечение.

Причины и симптомы отклонения в большую сторону

Увеличение количества свободного кальция называется гиперкальциемией.

Это заболевание развивается по нескольким причинам:

Если в организме повысилась кислотность.
У новорожденного синдром Вильямса, для которого характерна повышенная выработка кальция.
Повышенный уровень витамина D.
Недостаточность почек.
Злокачественные новообразования и метастазы, которые затрагивают костную ткань.
Если имеет место наследственная гиперкальциемия.

Повышенная выработка гормона, который производится околощитовидными железами.
Заболевания крови, например, лейкоз.
На околощитовидных железах появились новообразования.
Неспособность надпочечников полноценно выполнять свои функции.
Использование чрезмерного количества продуктов, в составе которых есть кальций.

Выделяют несколько основных симптомов гиперкальциемии:

сильная утомляемость, постоянная слабость и нежелание что-либо делать;
тошнота и рвота;
жажда;
судороги в ногах и руках;
тахикардия или брадикардия.

Если не начать лечение, минерал будет откладываться в кровеносных сосудах, почках и печени. Со временем может появиться сердечная недостаточность.

Лечение заболевания зависит от того, до какой стадии оно развилось. Очень важно найти причину гиперкальциемии и устранить ее.

Если у человека нет проблем с почками, облегчить состояние поможет особый питьевой режим.

Необходимо пить как можно больше жидкости. Она поможет освободить почки от кальция, защитив при этом организм от обезвоживания. В некоторых случаях дополнительную жидкость вводят внутривенно.

Если эти методы не дают должного эффекта, врач может назначить процедуру диализа. Она проводится только в крайних случаях.

В основном методы лечения зависят от причины, вызвавшей развитие болезни:

Гиперкальциемия, которая появилась из-за новообразований, лечению не подлежит. Больному остается только контролировать состояние опухоли. В противном случае заболевание будет прогрессировать.
Если причина кроется в повышенной выработке гормонов околощитовидных желез, может понадобиться операция по удалению одной из них.

Если лечение не приносит результатов, врач назначит прием препаратов на основе гормонов. Они будут замедлять процесс выведения кальция из костной ткани.

Причины и симптомы отклонения в меньшую сторону

Кальций ионизированный может и уменьшаться.

Понижение его уровня (гипокальциемия) обычно спровоцировано несколькими состояниями:

Дефицит витамина D.
Сильные ожоги.
Рахит у детей.
Заболевания почек.
Сниженное количество магния в организме.
Восстановительный период после оперативного вмешательства.
Нарушения работы кишечника, в частности, процесса всасывания кальция.

Гипокальциемия имеет несколько характерных симптомов:

человек становится раздражительным и слишком возбудимым;
эмоциональный фон становится неустойчивым;
частые головные боли и головокружение;
ухудшение состояния зубной эмали и ногтей;
кожа становится сухой, а волосы безжизненными;
учащенное сердцебиение;
ухудшается свертываемость крови.

Улучшить состояние можно несколькими способами. В первую очередь врач назначает диету.

Большую часть рациона должны составлять продукты, обогащенные солями кальция. А также показаны прогулки на свежем воздухе, особенно в солнечную погоду.

Если эти меры не приносят результата, стоит задуматься о приеме лекарственных препаратов. Делать это нужно под контролем врача.

Пониженный или повышенный уровень ионизированного кальция сильно влияет на общее состояние организма. Поэтому при малейших недомоганиях рекомендуется сразу же обращаться к врачу за диагностикой и лечением.

Кальций ионизированный (Са++) в крови - не связанная с белками часть кальция, которая находится в сыворотке крови и представляет его активную форму. Основные показания к применению: нарушения общего кальциевого обмена при различных заболеваниях (почечная недостаточность, нарушение функции щитовидной и паращитовидной желез, дефицит витамина D, гастрит, новообразования различных локализаций).

Кальций в крови существует в трех основных формах. Приблизительно 40% кальция связано с белками, около 15% связано в комлексы с фосфатом и цитратом, оставшаяся часть находится в несвязанной форме (свободной, активной) в виде ионов (Са2++).

Ионам Са2++ принадлежит центральная роль в регуляции многих клеточных функций. Изменение концентрации внутриклеточного свободного кальция является сигналом для активации или ингибирования ферментов, которые в свою очередь регулируют метаболизм, сократительную и секреторную активность, адгезию и клеточный рост.

Считается, что содержание ионизированного кальция (активного) в лучшей степени отражает метаболизм кальция в организме человека, чем содержание общего кальция. Именно эта часть кальция реализует его многочисленные эффекты: передача нервного импульса, мышечные сокращения, свертывание крови и многие другие.

При интерпретации полученных данных следует учитывать, что, например, при гипоальбуминемии происходит снижение концентрации общего кальция, за счет уменьшения белков связывающих кальций, однако содержание кальция ионизированного не зависит от степени снижения альбумина крови, поэтому ожидаемые клинические признаки отсутствуют.

Почему важно делать Кальция ионизированного?

Кальций, находящийся в крови - это источник внеклеточного кальция, который способен взаимодействовать с клетками. Кальций в крови находится в нескольких формах: связанный (или в комплексе) и свободный (или ионизированный).

Физиологическое значение кальция заключается в уменьшении способности тканевых коллоидов связывать воду, снижении проницаемости тканевых мембран, участии в построении скелета и системе гемостаза, а также в нервно-мышечной деятельности. Он обладает способностью накапливаться в местах повреждения тканей различными патологическими процессами. Примерно 99% кальция находится в костях, остальное количество - главным образом во внеклеточной жидкости (почти исключительно в сыворотке крови). Приблизительно половина кальция сыворотки циркулирует в ионизированной (свободной) форме, другая половина - в комплексе, преимущественно с альбумином (40%) и в виде солей - фосфатов, цитрата (9%). Изменение содержания альбумина в сыворотке крови, особенно гипо-альбуминемия, сказывается на общей концентрации кальция, не влияя на клинически более важный показатель - концентрацию ионизированного кальция.

При каких симптомах делается Кальций ионизированный?

Определения ионизированного кальция (Са2+) применяется при диагностике «физиологической активности» или уровня свободного кальция у пациентов с белковыми нарушениями (хроническая почечная недостаточность, нефротический синдром, мальабсорбция, множественная миелома) и при расстройствах кислотно-основного метаболизма.

Как проходит Кальций ионизированный?

Забор крови осуществляется в вакуумную систему без антикоагулянта или с ак-тиватором свертывания (в анаэробных условиях). Рекомендуется использовать пробирки с гелевым наполнителем. Цельная кровь должна быть доставлена в лабораторию в течение 2 часов при температуре 2-8 °С.

Как подготовиться к сдаче Кальция ионизированного?

Забор материала производят в утреннее время натощак.

Материал для сдачи Кальция ионизированного

Сыворотка - 1 мл.

Срок выполнения Кальция ионизированного

Повышения нормы наблюдаются при следующих заболеваниях Кальция ионизированного

Повышение уровня ионизированного кальция: первичный гиперпаратиреоз, опухоли (повышение может наблюдаться даже при нормальных величинах кальция общего).

Понижения нормы наблюдаются при следующих заболеваниях Кальция ионизированного

Уровень ионизированного кальция лучше отражает метаболизм кальция, по сравнению с уровнем общего кальция. Значительное снижение ионизированного кальция независимо от уровня общего кальция может приводить к повышению нервно-мышечной возбудимости.

Снижения уровня ионизированного кальция: первичный гипопаратиреоз (обе фракции кальция), псевдогипопаратиреоз, дефицит магния, витамина D; переливание цитратной крови, после больших травм, хирургических вмешательств, при сепсисе, ожогах, панкреатите, множественной недостаточности органов, после гемодиализа с применением диализата, содержащего низкую концентрацию кальция, алкемия или повышение ионной силы (например, повышение натрия).

Описание

Метод определения Ионселективные электроды.

Исследуемый материал Плазма (гепарин)

Физиологически активная часть кальция крови. Все физиологические эффекты кальция (участие в мышечном сокращении, в механизмах секреции гормонов, рецепторных процессах, в механизмах клеточного деления и др.) осуществляются его ионизированной формой (Ca++). Свободный кальций составляет от 43% до 50% общего кальция. Его концентрация варьирует в течение суток: минимальная концентрация в 20 ч, максимальная в 2 - 4 часа ночи. Уровень ионизированного кальция поддерживается паратгормоном, кальцитонином, активной формой витамина Д3. Продукция этих гормонов, в свою очередь, зависит от уровня Ca++. На его концентрацию в крови влияют многие факторы - белки, магний (необходимо обязательно исследовать концентрацию магния, если обнаруживается гипокальциемия!). Очень важным является кислотно-основное состояние (КОС): алкалоз увеличивает связывание и снижает концентрацию, а ацидоз, напротив, снижает связывание и увеличивает концентрацию ионизированного кальция в крови. Определение свободного кальция позволяет более точно оценить состояние кальциевого обмена, особенно у пациентов, подвергающихся хирургическим вмешательствам, реанимации, получающих гепарин, бикарбонаты, препараты кальция и магнезии. Определение ионизированного кальция более информативно, по сравнению с исследованием общего кальция, для диагностики гиперкальциемических состояний, в частности при первичном гиперпаратиреоидизме (для которого характерно повышение в крови концентрации свободного кальция и неизмененный уровень общего кальция), у больных с онкопатологией, у пациентов, находящихся на диализе. Во время беременности содержание общего кальция сыворотки уменьшается параллельно снижению концентрации альбумина, хотя уровень свободного кальция остается в пределах нормы. Содержание свободного и общего кальция у плода несколько повышено, оно снижается в течение нескольких дней после родов, а затем вскоре возрастает до значений несколько более высоких, чем у взрослых. Значение ионизированного кальция, при котором возможно возникновение тетании и судорог:

Литература

Jacobs D., DeMott W., Oxley D. Laboratory test handbook, Lexi-comp. 2004, pp. 328 - 329.

Показания к назначению

Гипер- и гипокальциенемия, особенно в сочетании с диспротеинемией; Исследования кальциевого статуса после переливаний цитратной крови, введения гепарина, обширных травм, хирургических вмешательств, при сепсисе, ожогах, панкреатите, множественной недостаточности органов, а также пациентов с тяжелой патологией печени и почек, различными злокачественными опухолями, мальабсорбцией; Обследование беременных женщин; Сепсис; Диализ и экстракорпоральное кровообращение.

Интерпретация результатов

Интерпретация результатов исследований содержит информацию для лечащего врача и не является диагнозом. Информацию из этого раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. Точный диагноз ставит врач, используя как результаты данного обследовани¤, так и нужную информацию из других источников: анамнеза, результатов других обследований и т.д.

Единицы измерения в лаборатории ИНВИТРО: ммоль/л. Альтернативные единицы измерения - мг/100 мл. Коэффициент пересчета: мг/100 мл х 0,25 ==> ммоль/л. Референсные значения: 1,03 - 1,23 ммоль/л. Повышение значений Первичный гиперпаратиреоидизм; Эктопические опухоли, вырабатывающие паратгормон; Избыточное потребление витамина Д. Злокачественные опухоли (повышение ионизированного кальция может быть при нормальных величинах общего кальция) и метастазы; Ацидоз; Прием лекарственных препаратов: гидрохлортиазид (длительный прием), литий, андрогены. Понижение значений Первичный гипопаратиреоидизм, псевдогипопаратиреоидизм; Дефицит витамина Д; Сепсис; Острый панкреатит; Почечная недостаточность; Тяжелые поражения скелетных мышц; Гемодиализ при низкой концентрации кальция в диализате; После переливаний крови, содержащей комплексирующие кальций анионы (цитрат); После обширных травм, хирургических вмешательств; Ожоги; Полиорганная недостаточность; Дефицит магния; Алкалоз; Гипернатриемия; Атрофический гастрит; Вещества, связывающие кальций (цитрат, оксалат, ЭДТА, гепарин); Лекарственные препараты (противосудорожные средства, даназол, фоскарнет, фуросемид первоначальное действие), алкоголь.

Практически при любом заболевании или подозрении на него врачи направляют человека сделать анализ крови, один из важных микроэлементов которой - кальций ионизированный. Норма его составляет 1,2-1,3 ммоль/л.

Роль кальция в организме

Для человека кальций является одним из важнейших элементов, поскольку он содержится в скелете и зубах.

Кальций ионизированный же принимает участие в кровяном свертывании. Кроме того, он регулирует многочисленные выделение ими гормонов, сокращение мышц, выделение очень важных веществ - нейромедиаторов, без которых была бы невозможна передача импульса от нейронов к различным тканям. Также кальций ионизированный снижает проницаемость сосудов и повышает ее сопротивляемость вирусам и аллергенам.

Для организма человека важнее, чтобы кальций шел в кровь, поэтому, если имеется недостаток кальция, то явным сигналом будут начавшиеся проблемы с зубами и костями. Важно отметить и то, что наряду с магнием, натрием и калием, кальций ионизированный играет важную роль в регулировке кровяного давления. Также он, как и многие другие укрепляет иммунную систему организма, запускает действие многих гормонов и ферментов.

Продукты, богатые кальцием

Большая часть кальция поступает в организм человека с молоком и молочными продуктами (творог, плавленые сыры). Если говорить о других его источниках, то это будут злаковые (например, гречневая каша), некоторые фрукты (апельсины), орехи и бобовые, а также зелень. Важную роль в усвоении кальция имеет витамин D. Поэтому родители обязательно должны давать его детям с самого раннего возраста. Меньше всего кальция содержится в моркови и свекле, пшеничном хлебе и крупах.

Если обратить внимание на суточное потребление кальция, то оно составляет от 850 до 1300 мг в день, но не более чем 2500 мг. Однако оно может быть увеличено, когда женщина беременна или кормит грудью, поскольку кальций из ее организма забирает ребенок. Также иногда норма потребления этого вещества больше у спортсменов.

Усвоение кальция

Важно отметить, что есть продукты, способствующие получению кальция, а есть и те, которые мешают его усвоению. Ко вторым относятся: пальмовое масло, которое зачастую присутствует в детских молочных смесях, и некоторые животные жиры.

Кроме того, чтобы подвергнуться кишечному всасыванию, кальций ионизированный должен быть растворен при помощи содержащейся в соке, выделяемом желудком. Поэтому конфеты и прочие сладости, которые способствуют выделению щелочного сока, мешают его усвоению, как и другие щелочные вещества. Ведь щелочи вступают с кислотами в химическую Кстати, важно отметить, что существует мнение по поводу желательного употребления как витамина именно ионизированного кальция, так как в силу химических особенностей он не вступает в реакции с щелочами, а также не остается нерастворимым остатком.

Показания для назначения анализа

Имеется много признаков, которые свидетельствуют о недостатке в организме кальция, все они должны рассматриваться врачом в совокупности.

Из них можно выделить основные:

медленный рост;
повышенное сердцебиение;
высокая ломкость ногтей;
высокое давление;
раздражительность, сильная нервная возбудимость;
судороги, покалывания в конечностях.

Назначение анализа происходит и тогда, когда имеются подозрения на заболевания, связанные с опорно-двигательной системой, различные злокачественные образования, а также болезни, связанные со щитовидной железой.

Сдача анализа

Анализ на кальций ионизированный выполняется при заборе крови, которую, как и при многих других процедурах, следует сдавать натощак спустя 8 часов после крайнего приема пищи. Однако можно употреблять простую питьевую воду, если очень хочется что-то поесть.

Не стоит накануне принимать алкогольные напитки, пищу с повышенным содержанием жиров, а также подвергать свой организм повышенным физическим нагрузкам. Также нужно помнить, что, если вы хотите узнать наиболее достоверный результат анализа на кальций ионизированный, то сдавать его нужно, когда вы не принимаете какие-либо лекарственные средства.

Отклонения от нормы. Повышение

Ионизированный кальций в крови повышен может быть в случаях, когда присутствуют:

гигантизм;
переизбыток витамина D;
энтерит в хронической стадии;
различные злокачественные образования, среди которых особо выделяются миелома и лейкоз.

Перед анализом о гиперкальцемии будут говорить такие изменения состояния организма, как:

постоянное чувство тошноты или рвота;
ощущение жажды;
судороги;
общая слабость.

Среди причин повышенного содержания кальция могут быть: избыточное потребление этого вещества или нарушения обменных процессов.

Пониженное содержание элемента

Ионизированный кальций понижен, если у человека имеются:

разнообразные почечные заболевания;
недостаток витамина D;
рахит;
недостаток магния;
панкреатит и пр.

Так, как уже было сказано выше, если в организме наблюдается недостаток кальция, или гипокальцемия, это может быть выражено в слишком нервном поведении и ухудшении эмоционального состояния, подавленном настроении.

Причинами понижения уровня кальция также будут такие процессы, как проблемы с всасыванием вещества в кишечнике, образование в почках камней из кальция, а также избыточное его выведение с мочой и постоянное сильно повышенное давление.

Постановка диагноза врачом

Напоследок стоит отметить, что не нужно заниматься самодиагностикой, искать в медицинских энциклопедиях или Интернете, что означает то или иное число, записанное в графе анализа напротив микроэлемента "кальций ионизированный". Это может сделать исключительно врач. Поскольку постановка диагноза не осуществляется лишь на основе одного анализа, необходим комплексный подход, а нужными для этого знаниями обычный человек, не имеющий медицинского образования, не владеет.

Скорее всего, человеку, у которого имеются проблемы с недостатком кальция в организме, будут назначены витамины, его содержащие. А поскольку это действительно важный элемент, нельзя пускать всю ситуацию на самотек.

Итак, что важно помнить:

Следует грамотно относиться к потреблению кальция, а также чутко отмечать все симптомы, которые говорят о его понижении или повышении.
Если кальций ионизированный понижен, то стоит употреблять чаще те продукты, в которых он содержится.
Если ионизированный кальций повышен, то следует хотя бы ограничить потребление кофейных напитков, соли, продуктов, содержащих животные белки.
В обоих случаях стоит обратиться к врачу за направлением на специализированный анализ и дальнейшей постановкой диагноза.
Не следует заниматься самодиагностикой и самолечением, поскольку это может привести к негативным последствиям.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

I . Введение

II . Общие характеристики
III . Клиническое значение
IV . Гомеостаз кальция
V . Гормоны, участвующие в гомеостазе кальция
1. Паратиреотропный гормон
V. 1.1 Структура
V. 1.2 Участие ПТГ в минеральном гомеостазе
V. 1.3 Биохимия
V. 1.4 Механизм действия
V. 1.5 Патофизиология
V. 2 Кальцитриол [ 1,25- (OH) 2 -D 3 ]
V. 2 . 1 Общие положения о роли кальцитриола в гомеостазе кальция
V. 2.2 Биохимия
V. 2.3 Механизм действия
V. 2.4 Патофизиология
V. 3 Кальцитонин
V. 3.1 Происхождение и структура
V. 3.2 Регуляция секреции
V. 3.3 Механизм действия
V. 3.4 Патофизиология
Заключение
Список литературы

I. Введение

Ионы кальция регулируют ряд важнейших физиологических и биохимических процессов, в частности нейромышечное возбуждение, свертывание крови, процессы секреции, поддержание целостности мембран и транспорт через мембраны, многие ферментативные реакции, высвобождение гормонов и нейромедиаторов, внутриклеточное действие ряда гормонов. Кроме того, для минерализации костей необходимо поддержание определенных концентраций Са 2+ и РО 4 3 - во внеклеточной жидкости и надкостнице Нормальное протекание этих процессов обеспечивается тем, что концентрация Са 2+ в плазме крови поддерживается в очень узких пределах.

II. Общие характеристики

Содержание кальция в организме человека составляет примерно 1 кг.99% кальция локализовано в костях, где вместе с фосфатом он образует кристаллы гидроксиапатита, составляющие неорганический компонент скелета. Кость - это динамическая ткань, претерпевающая перестройку в зависимости от нагрузки; в состоянии динамического равновесия процессы образования и резорбции костной ткани сбалансированы. Большая часть кальция кости не может свободно обмениваться с кальцием внеклеточной жидкости (ВЖ). Итак, в дополнение к своей роли механической опоры кости служат огромным резервуаром кальция. Около 1% кальция скелета составляет легкообменивающий пул, еще 1% общего количества находится в периостальном пространстве (надкостнице), и вместе эти два источника составляют мобильный (смешанный) пул Ca 2 + .

Активный транспорт кальция происходит, главным образом, в проксимальных отделах тонкой кишки, хотя определенное количество кальция поглощается во всех ее отделах. Для всасывания кальция необходима соляная кислота, особенно для расщепления мало растворимых солей кальция, в частности карбоната кальция.

Поглощение кальция может нарушаться при заболеваниях печени и поджелудочной железы. Поступивший внутрь кальций необратимо связывается с жирными кислотам или другими компонентами пищи и выводится почками. Около 8-10 г/сут кальция фильтруется через клубочки, из которых только 2-3% появляются в моче

В плазме кальций распределен между тремя пулами в зависимости от концентрации белка, анионов, pH и многих других факторов. Около 50% всего кальция находится в свободном состоянии, 40% - связано с белками плазмы и около 10% - с разными неорганическими и органическими анионами, включая бикарбонат, лактат, фосфат и цитрат и др.

Фракция "свободного" кальция является его биологически активной формой. Его концентрация в плазме напрямую регулируется гормонами: паратгормоном, кальцитонином и кальцитриолом . Сам термин "ионизированный" кальций не вполне корректен, поскольку весь кальций плазмы или сыворотки находится в ионизированной форме, вне зависимости от того, связан ли он с белками или небольшими по размерам анионами. В этом смысле термин "свободный" кальций аналогичен понятию "свободный" гормон, например "свободный" тироксин или "свободный" тестостерон. "Свободный" кальций считают лучшим индикатором кальциевого обмена, поскольку он биологически активен и его уровень непосредственно регулируется паратгормоном и 1,25- (ОН) 2 D 3 . Хотя определение концентрации свободного кальция в сыворотке клинически более полезно, оно не может полностью вытеснить определение общего кальция.

Ион кальция и парный ему ион фосфата присутствуют в плазме крови в концентрациях, близких к пределу растворимости их соли; отсюда следует, что связывание Са 2+ с белками предупреждает возможность образования осадка и эктопической кальцификации Изменения концентрации плазменных белков (прежде всего альбумина, хотя глобулины тоже связывают кальций) сопровождаются соответствующими сдвигами уровня общего кальция в плазме крови. Например, при гипоальбуминемии падение уровня общего кальция в плазме составляет 0,8 мг % на каждый г % снижения концентрации альбумина. Соответственно при возрастании количества альбумина плазмы наблюдается противоположное явление. Связывание кальция с белками плазмы зависит от рН: ацидоз способствует переходу кальция в ионизированную форму, а алкалоз повышает связывание с белками, т.е. снижает концентрацию Са 2+ . Вероятно, этим обусловлены звон в ушах и потеря кожной чувствительности, возникающие при синдроме гипервентиляции, которая вызывает острый респираторный алкалоз.

III. Клиническое значение

Нарушения кальциевого обмена могут приводить к гипокальциемии или гиперкальциемии. Снижение концентрация общего кальция в сыворотке (гипокальциемия) может быть обусловлена уменьшением количества кальция, связанного с альбумином, или свободной фракции, либо их сочетанием.

Гипоальбуминемия является самой частой причиной псевдогипокальциемии (уменьшение общего и свободного кальция), поскольку 1 г/100 мл альбумина связывает около 0,8 мг/100 мл кальция. Концентрация альбумина в сыворотке снижена при хронических заболеваниях печени, почек, сердца и при нарушении питания. Частой причиной гипокальциемии является хроническая почечная недостаточность и гипомагниемия. При хронической почечной недостаточности гипопротеинемия, гиперфосфатемия, низкий уровень сывороточного 1,25- (ОН) 2 D 3 (замедление синтеза в результате снижения массы почек) и/или резистентности костной ткани к паратгормону вносит свой вклад в гипокальциемию. Дефицит магния приводит к нарушению секреции паратгормона и вызывает резистентность к нему тканей.

Гипопаратиреоз, часто развивающийся в результате повреждения ткани паращитовидной железы при различных операциях на шее, приводит к гипокальциемии.

При псевдогипопаратиреозе в результате резистентности клеток к паратгормону может развиваться гипокальциемия. Молекулярная основа самой часто встречающейся формы псевдогипопратиреоза I типа (наследственная остеодистрофия Олбрайта) заключается в снижении способности ГТФ-регуляторного компонента Ns активировать аденилатциклазу под влиянием паратгормона. Быстрая реминерализация костной ткани (так называемый синдром "голодной кости") после операции по поводу первичного гиперпаратиреоза, лечения гипертиреоза или заболеваний крови может привести к гипокальциемии. Острый геморрагический или отечный панкреатит часто осложняется гипокальциемией. Дефицит витамина D в организме способен привести к гипокальциемии из-за нарушения всасывания кальция в кишечнике и резистентности скелета к паратгормону.

С гиперкальциемией в клинической практике сталкиваются в тех случаях, когда поток кальция во внеклеточный пул из скелета, кишечника превышает скорость его выведения из организма.

В частности, ускоренная резорбция костной ткани при злокачественных опухолях приводит к гиперкальциемии и гиперкальциурии. Гиперкальциемия может быть вызвана увеличением всасывания кальция из кишечника (интоксикация препаратами, содержащими витамин D), задержкой выведения почками (тиазидовые мочегонные средства), ускорением резорбции костной ткани при длительной иммобилизации.

Самой частой причиной гиперкальциемии у амбулаторных больных является гиперпаратиреоз, тогда как у госпитализированных больных ее причиной являются злокачественные новообразования. Все это объясняет 90-95% всех случаев гиперкальциемии. Первичный гиперпаратиреоз характеризуется повышенной секрецией паратгормона, приводящей к гиперкальциемии. На ранних стадиях у 80% больных с гиперпартиреозом заболевание может протекать бессимптомно и диагноз часто устанавливают по результатам лабораторных исследований, если в так называемую "биохимическую" панель включено определение кальция.

Определение уровня интактного паратгормона с одновременным определением содержания общего и свободного кальция относится к самому чувствительному и надежному методу оценки функции паращитовидной железы, и результаты этих тестов являются определяющими в дифференциальной диагностике гиперкальциемии.

Пациенты с подтвержденным первичным гиперпаратиреозом подвергаются хирургическому вмешательству. При бессимптомном течении заболевания решение о его необходимости принимают в зависимости от концентрации ионизированного и общего кальция в сыворотке, моче, величины клиренса креатинина и плотности кости.

Гиперкальциемия встречается у 10-20% больных со злокачественными опухолями. Опухоли наиболее часто приводят к гиперкальциемии за счет продукции паратгормонподобного белка (PTHrP), секреция которого в кровь стимулирует рассасывание кости, и/или инвазии в кость метастатической опухоли, продуцирующей местные факторы, стимулирующие резорбцию кости. Сам PTHrP связывается с рецепторами к паратгормону, выступая основными посредником "злокачественной" гиперкальциемии. Цитокины типа интерлейкина-1, фактора некроза опухоли и PTHrP являются важными посредниками гиперкальциемии при множественной миеломе и других гематологических заболеваниях.

IV. Гомеостаз кальция

Первичный океан содержал преимущественно К + и Mg 2+ , и потому появившиеся в ходе эволюции белки функционируют наилучшим образом именно в такой среде. Со временем состав морской воды изменился так, что преобладающими ионами стали Na + и Са 2+ . В результате для обеспечения условий функционирования внутриклеточных белков потребовался механизм ограничения концентрации Na + и Са 2+ в клетках при сохранении К + и Mg 2+ . Таким механизмом стали связанные с мембраной натриевый и кальциевый насосы, способные поддерживать высокий (1000-кратный в случае Са 2+) градиент концентрации иона между цитозолем и внеклеточной жидкостью. У современных многоклеточных организмов Na + и Са 2+ -это основные ионы внеклеточной среды. Гормоны и другие биологически активные вещества вызывают быстрые кратковременные изменения тока ионов кальция через плазматическую мембрану клетки и от одного внутриклеточного компартмента к другому. В итоге ионы кальция служат внутриклеточным медиатором, воздействующим на разнообразные обменные процессы.

Переход от водной среды, богатой Са 2+ к наземной, где этот элемент относительно дефицитен, был сопряжен с развитием сложного механизма гомеостаза кальция, обеспечивающего экстракцию Са 2+ из источников питания и предотвращения резких изменений концентрации Са 2+ во внеклеточную жидкость. В этот механизм включены три гормона - паратиреоидный (ПТГ), кальцитриол и кальцитонин (КТ), - которые действуют на три органа: кости, почки и кишечник. При падении уровня ионизированного кальция в плазме крови ниже допустимой границы (< 1,1 ммоль/л) увеличивается секреция ПТГ паращитовидными железами. ПТГ стимулирует переход кальция и фосфата из костей в кровь, а также резорбцию кальция и экскрецию фосфата в почках.

Второй важный аспект действия ПТГ на почки - стимуляция образования 1,25 (OH) 2 -D 3 . Это соединение, называемое теперь кальцитриолом, - активная форма того, что раньше называли витамином D. Кальцитриол влияет на кишечник, усиливая всасывание кальция, и, по-видимому, играет пермиссивную роль в эффекте ПТГ на кости и почки. Координированные действия этих агентов направлены на увеличение уровня Са 2+ во внеклеточной жидкости при постоянстве или снижении уровня фосфата. Как только концентрация внеклеточного Са 2+ возвращается к норме, секреция ПТГ по механизму обратной связи снижается. Увеличение концентрации Са 2+ тормозит и образование кальцитриола (частично через снижение ПТГ), причем одновременно возрастает количество неактивных продуктов метаболизма этого соединения. Все это приводит к уменьшению всасывания кальция в кишечнике и снижению влияния ПТГ на почки и скелет. У некоторых животных при возрастании внеклеточного уровня Са 2+ усиливается секреция кальцитонина (КТ) К-клетками щитовидной железы или ультимобранхиальными тельцами. У человека роль КТ в гомеостазе кальция (в норме) остается неясной; по некоторым данным, полученным in vitro, КТ может тормозить резорбцию костей.

V. Гормоны, участвующие в гомеостазе кальция

1. Паратиреотропный гормон

V.1.1 Структура

ПТГ - одноцепочечный пептид, состоящий из 84 аминокислотных остатков (молекулярная масса 9500) и не содержащий углеводов или каких-либо иных ковалентно связанных компонентов. Вся биологическая активность принадлежит N-концевой трети молекулы: ПТГ 1-34 полностью активен. Область 25-34 ответственна в первую очередь за связывание с рецептором.

ПТГ синтезируется в виде молекулы-предшественника, состоящего из 115 аминокислотных остатков. Непосредственный предшественник ПТГ - это проПТГ, отличающийся от активного гормона тем, что содержит на N-конце дополнительный гексапептид с выраженными основными свойствами и неясной функцией. Первичным генным продуктом и непосредственным предшественником проПТГ оказался препроПТГ; он отличается от проПТГ наличием дополнительной N-концевой последовательности из 25 аминокислотных остатков, обладающей (как и другие лидерные или сигнальные последовательности, характерные для секреторных белков) гидрофобными свойствами.

ПрепроПТГ оказался первым идентифицированным препрогормоном. По мере того как молекулы препроПТГ синтезируются, на рибосомах, происходит их перенос внутрь цистерн эндоплазматического ретикулума. Во время переноса отщепляется препептид из 25 аминокислотных остатков (сигнальный или лидерный пептид) образуется проПТГ. Далее проПТГ транспортируется в аппарат Гольджи, где происходит ферментативное отщепление пропептида и образование конечного продукта - ПТГ. Из аппарата Гольджи ПТГ поступает в секреторные пузырьки (везикулы) и далее этот гормон может 1) накапливаться,

2) распадаться,

3) немедленно секретироваться.

V.1.2 Участие ПТГ в минеральном гомеостазе

А . Кальциевый гомеостаз .

На центральную роль ПТГ в обмене кальция указывает следующее наблюдение: в процессе эволюции этот гормон впервые появляется у животных, пытающихся адаптироваться к наземному существованию. В основе физиологического механизма поддержания баланса кальция лежат долгосрочные эффекты ПТГ, который регулирует всасывание кальция в кишечнике путем стимуляции образования кальцитриола. В случаях хронической недостаточности Са 2+ в пище его поступление путем всасывания в кишечнике оказывается неадекватным потребностям и тогда включается сложная регуляторная система, в которой тоже участвует ПТГ. При этом ПТГ восстанавливает нормальный уровень кальция во внеклеточной жидкости путем прямого воздействия на кости и почки и опосредованного (через стимуляцию синтеза кальцитриола) на слизистую кишечника. ПТГ 1) повышает скорость растворения кости (вымывание как органических, так и неорганических компонентов), что обеспечивает переход Са 2+ во внеклеточную жидкость;

2) снижает почечный клиренс, т.е. экскрецию кальция, тем самым способствуя повышению концентрации этого катиона во внеклеточную жидкость;

3) посредством стимуляции образования кальцитриола увеличивает эффективность всасывания Са 2+ в кишечнике. Быстрее всего проявляется действие ПТГ на почки, но самый большой эффект дает воздействие на кости. Таким образом, ПТГ предотвращает развитие гипокальциемии при недостаточности кальция в пище, но этот эффект осуществляется за счет вещества кости.

Б . Гомеостаз фосфата .

Парным кальцию ионом обычно является фосфат; кристаллы гидроксиапатита в костях состоят из фосфата кальция. Когда ПТГ стимулирует растворение минерального матрикса кости, фосфат высвобождается вместе с кальцием. ПТГ повышает также почечный клиренс фосфата. В итоге суммарный эффект ПТГ на кости и почки сводится к увеличению концентрации кальция и снижению концентрации фосфата во внеклеточной жидкости. Очень важно, что тем самым предотвращается возможность перенасыщения плазмы крови кальцием и фосфатом.

V.1.3 Биохимия

А . Регуляция синтеза .

Концентрация Са 2+ в среде не влияет на скорость синтеза проПТГ, но скорость образования и секреции ПТГ значительно возрастает при снижении концентрации Са 2+ . Оказалось, что 80-90% синтезированного проПТГ не удается обнаружить в виде ПТГ, накапливаемого в клетках, либо в среде инкубации при проведении опытов in vitro. Отсюда был сделан вывод, что большая часть синтезированного проПТГ быстро распадается. Позднее было обнаружено, что скорость процесса распада снижается при низких концентрациях Са 2+ и увеличивается при высоких. Таким образом, кальций влияет на продукцию ПТГ путем регуляции процесса распада, а не синтеза. Об уровне общего синтеза проПТГ можно судить по количеству ПТГ мРНК; оказалось, что и оно не меняется при значительных колебаниях концентраций внеклеточного Са 2+ . По-видимому, увеличение синтеза ПТГ в организме может произойти лишь в результате возрастания числа и размеров вырабатывающих ПТГ главных клеток паращитовидных желез.

Б . Регуляция метаболизма .

Распад ПТГ начинается спустя примерно 20 минут после синтеза проПТГ и на первоначальном этапе не зависит от концентрации Са 2+ ; распаду подвергаются молекулы гормона, находящиеся в секреторных везикулах. Вновь образованный ПТГ либо немедленно секретируется, либо накапливается в везикулах для последующей секреции. Процессы распада начинаются после того, как секреторные везикулы попадают в компартмент накопления.

В ходе протеолитического расщепления ПТГ образуются весьма специфические фрагменты, причем большое количество С-концевых фрагментов ПТГ поступает в кровь. Их молекулярная масса составляет около 7000. В основном это последовательность ПТГ 37-84 , в меньшей степени - ПТГ 34-84 . Большая часть новосинтезированного ПТГ подвергается протеолизу; в целом на один моль интактного ПТГ секретируются примерно два моля С-концевых фрагментов. Таким образом, ПТГ в крови представлен в основном этими молекулами. Биологическая роль С-концевых фрагментов ПТГ не выявлена, но возможно, что они удлиняют время существования гормона в кровотоке. В ткани паращитовидных желез был обнаружен ряд протеолитических ферментов, в том числе катепсины В и D. Катепсин В расщепляется ПТГ на два фрагмента - ПТГ 1- 36 и ПТГ 37 - 84 ; последний не подвергается дальнейшему протеолизу, а ПТГ 1-36 быстро последовательно расщепляется до ди- и трипептидов. ПроПТГ не поступает в кровь; ПТГ 1- 34 выходит из железы в минимальных количествах (если вообще выходит). ПрепроПТГ удалось идентифицировать путем расшифровки кодирующей последовательности гена ПТГ. Протеолиз ПТГ проходит в основном в паращитовидной железе, но, кроме того, как показано в ряде работ, секретированный ПТГ подвергается протеолизу и в других тканях. Однако вклад этого протекающего вне эндокринной железы процесса в общий протеолитический распад ПТГ не определен; неизвестно также, какие протеазы участвуют в расщеплении и насколько сходны последовательность и продукты протеолиза.

В периферическом обмене секретированного ПТГ участвуют печень и почки. После гепатоэктомии фрагменты 34-84 практически исчезают из крови, из чего следует, что печень служит основным органом, в котором они образуются. Роль почек состоит, по-видимому, в удалении из крови и экскреции этих фрагментов. Периферический протеолиз протекает главным образом в купферовых клетках, выстилающих просвет синусоидов печени. Эндопептидаза, ответственная за начальный этап протеолиза (расщепление на N - и С-концевые фрагменты), локализована на поверхности этих макрофагоподобных клеток, непосредственно контактирующих с плазмой крови. Этот фермент, который также является катепсином В, расщепляет ПТГ между 36 и 37 остатками; аналогично событиям в паращитовидной железе образовавшийся С-концевой фрагмент продолжает циркулировать в кровотоке, а N-концевой быстро распадается.

В . Регуляция секреции .

Секреция ПТГ находится в обратной зависимости oт концентрации ионов кальция и магния в среде, а также от уровня иммунореактивного ПТГ в крови. Как показано на рис.2 между содержанием ПТГ в сыворотке крови и концентрацией кальция в ней (в пределах от 4 до 10,5 мг% сыворотки) существует линейная зависимость. Присутствие биологичеки активного ПТГ в сыворотке крови в случаях, когда уровень кальция достигает 10,5 мг% и более служит признаком гиперпаратиреоза.

Рис.2. Концентрация кальцитонина и паратиреоидного гормона как функция концентрации кальция в плазме крови.

Существует также линейная зависимость между высвобождением ПТГ и уровнем сАМР в клетках паращитовидных желез. Вероятно, эта зависимость опосредована изменениями уровня Са 2+ в клетках, поскольку между внутриклеточными концентрациями Са 2+ и сАМР существует обратная связь. В основе ее может лежать хорошо известный активирующий эффект кальция на фосфодиэстеразу (через Са 2+ /кальмодулин-зависимую протеинкиназу) либо ингибирующий эффект (по аналогичному механизму) на аденилатциклазу. Фосфат не влияет на секрецию ПТГ.

В паращитовидных железах сравнительно мало накопительных гранул, и количество гормона в них может обеспечить максимальную секрецию лишь в течение 1,5 ч. Это составляет контраст с островковой тканью поджелудочной железы, где содержание инсулина достаточно для нескольких дней секреции, а также со щитовидной железой, содержащей запас гормона на несколько недель. Таким образом, процессы синтеза и секреции ПТГ должны идти беспрерывно.

V.1.4 Механизм действия

А . Рецептор ПТГ .

ПТГ связывается с мембранным рецептором, представленным простым белком с мол. массой около 70000. В клетках почек и кости рецепторы, по-видимому, идентичны; в клетках, не являющихся мишенями ПТГ, этот белок отсутствует. Взаимодействие гормона с рецептором инициирует типичный каскад событий: активация аденилатциклазы - увеличение клеточной концентрации сAMP - увеличение содержания кальция в клетке - фосфорилирование специфических внутриклеточных белков киназами - активация определенных внутриклеточных ферментов или белков, определяющих в конечном счете биологическое действие гормона. Система, отвечающая на действие ПТГ, подобно системам других белковых и пептидных гормонов, является объектом понижающей регуляции количества рецепторов; кроме того, ей свойствен феномен "десенситизации", механизм которой связан не с увеличением содержания сAMP, а с последующими реакциями каскада.

Б . Влияние ПТГ на кости .

ПТГ проявляет множественные эффекты на костную ткань, влияя, по-видимому, на разные типы ее клеток. Суммарный эффект ПТГ - деструкция кости, сопровождающаяся высвобождением кальция, фосфора и элементов органического матрикса, в том числе продуктов распада коллагена. Клетками, ответственными за этот процесс, могут быть остеокласты, относительно которых доказано, что они разрушают кость при хронической стимуляции посредством ПТГ, либо остеоциты, которые тоже способны резорбировать кость. Возможно, ПТГ стимулирует дифференцировку клеток-предшественников и их превращение в клетки, резорбирующие кость. В низких концентрациях. вероятно соответствующих физиологическим, ПТГ оказывает анаболический эффект и ответственен за перестройку кости. При воздействии этих концентраций гормона наблюдается увеличение числа остеобластов, возрастание активности щелочной фосфатазы, свидетельствующее о формировании новой костной ткани, и повышенное включение радиоактивной серы (в виде сульфата) в хрящ. В действии ПТГ на кость пермиссивную роль может играть кальцитриол.

Внутриклеточным посредником ПТГ служит, видимо, Са 2+ . Первое проявление эффекта ПТГ состоит в снижении концентрации Са 2+ в перицеллюлярном пространстве и возрастании его внутри клетки. Увеличение внутриклеточного кальция стимулирует синтез РНК в клетках кости и высвобождение ферментов, участвующих в резорбции кости. Эти процессы, по-видимому, опосредованы присоединением кальция к кальмодулину. В отсутствие внеклеточного кальция ПТГ по-прежнему повышает концентрацию сAMP, но уже не стимулирует резорбцию кости. Таким образом, важным условием для проявления стимулирующего действия ПТГ на резорбцию кости может быть парадоксальное увеличение входа ионизированного кальция в резорбирующие кость клетки.

В . Влияние ПТГ на почки .

ПТГ оказывает на почки целый ряд эффектов, а именно он влияет на транспорт некоторых ионов и регулирует синтез кальцитриола. В нормальных условиях свыше 90% Са 2+ , содержащегося в клубочковом фильтрате, подвергается ресорбции (реабсорбции), но ПТГ увеличивает эту величину до 98% и более. Ресорбция фосфата в норме составляет 75-90% в зависимости от диеты и некоторых других факторов; ПТГ тормозит ресорбцию фосфата независимо от ее базального уровня. ПТГ ингибирует также транспорт ионов натрия, калия и бикарбоната. Эффект ПТГ на метаболизм кальцитриола осуществляется, видимо, через те же участки (сайты) клеток, что и действие на минеральный обмен.

При вливании ПТГ наблюдается быстрое увеличение концентрации сАМР в почечных клетках и выведение сAMP с мочой. Этот эффект предшествует характерной для действия ПТГ фосфатурии и, очевидно, ответствен за нее. ПТГ-стимулируемая аденилатциклаза находится в базолатеральной части клеток, расположенных в кортикальных участках почечных канальцев; она отличается от аденилатциклазы почек, стимулируемой кальцитонином, катехоламином и АДГ. Внутриклеточные белки-рецепторы сАМР (т.е., как принято считать, протеинкиназы) - выявляются в щеточной каемке этих клеток, на люминальной поверхности канальцев. Следовательно, сАМР, синтезированная под влиянием ПТГ, мигрирует от базолатеральной области клетки к ее поверхности, обращенной в просвет канальца, где и оказывает эффект на транспорт ионов.

Кальций, видимо, вовлечен в механизм действия ПТГ на почки. В самом деле, первый физиологический эффект введения ПТГ - снижение содержания Са 2+ во внеклеточной жидкости и увеличение его внутри клетки. Однако эти сдвиги происходят после изменения внутриклеточной концентрации сАМР, так что в почках связь между током Са 2+ в клетки и действием ПТГ не столь отчетлива, как в кости.

Г . Влияние ПТГ на слизистую кишечника .

ПТГ по-видимому, не оказывает прямого эффекта на транспорт Са 2+ через слизистую кишечника, но он служит решающим фактором регуляции биосинтеза кальцитриола и оказывает безусловно важное непрямое действие на кишки.

V.1.5 Патофизиология

Недостаток ПТГ приводит к гипопаратиреозу. Биохимические признаки этого состояния - сниженный уровень ионизированного кальция и повышенный уровень фосфата в сыворотке крови. К числу симптомов относится высокая нейромышечная возбудимость, вызывающая (при умеренной тяжести) судороги и тетанические сокращения мышц. Тяжелая острая гипокальциемия ведет к тетаническому параличу дыхательных мышц, ларингоспазму, сильным судорогам и смерти. Длительная гипокальциемия сопровождается изменениями в коже, развитием катаракт и кальцификацией базальных ганглиев мозга. Причиной гипопаратиреоза обычно служит случайное удаление или повреждение паратиреоидных желез при операциях на шее (вторичный гипопаратиреоз), но иногда болезнь возникает вследствие аутоиммунной деструкции паратиреоидных желез (первичный гипопаратиреоз).

При псевдогипопаратиреозе эндокринная железа продуцирует биологически активный ПТГ, но органы-мишени к нему резистентны, т.е. он не оказывает эффекта. В результате возникают те же биохимические сдвиги, что и при гипопаратиреозе. Они сопряжены обычно с такими нарушениями развития, как малый рост, укороченные пястные и плюсневые кости, задержка умственного развития. Существует несколько типов псевдогипопаратиреоза; их связывают 1) с частичным дефицитом регуляторного G s -белка аденилатциклазного комплекса либо 2) с нарушением какого-то этапа, не относящегося к механизму образования сAMP.

Гиперпаратиреоз, т.е. избыточная продукция ПТГ, возникает, как правило, вследствие аденомы паратиреоидных желез, но может быть обусловлен и их гиперплазией либо эктопической продукцией ПТГ злокачественной опухолью. Биохимические критерии гиперпаратиреоза - повышенные уровни ионизированного кальция и ПТГ и сниженный уровень фосфата в сыворотке крови. В запущенных случаях гиперпаратиреоза можно наблюдать выраженную резорбцию костей скелета и различные повреждения почек, включая камни в почках, нефрокалъциноз, частое инфицирование мочевых путей и (в отдельных случаях) снижение функции почек. Вторичный гиперпаратиреоз, характеризующийся гиперплазией паратиреоидных желез и гиперсекрецией ПТГ можно наблюдать у больных с почечной недостаточностыо. Считается, что развитие гиперпаратиреоза у этих больных обусловлено снижением синтеза 1,25- (OH) 2 -D 3 из 25-OH-D 3 в патологически измененной паренхиме почек и, как следствие, нарушением всасывания кальция в кишечнике; это нарушение в свою очередь вызывает вторичное высвобождение ПТГ как компенсаторную реакцию организма, направленную на поддержание нормальных уровней кальция во ВЖ.

V.2 Кальцитриол

V.2.1 Общие положения о роли кальцитриола в гомеостазе кальция

А . История вопроса

Рахит - заболевание детей, характеризующееся нарушением минерализации скелета и сильно выраженными, уродующими деформациями костей, - был широко распространен в Северной Америке и Западной Европе в начале века. Результаты серии исследований позволили предположить, что рахит обусловлен недостаточностью какого-то компонента диеты. После того как было обнаружено, что рахит можно предотвратить добавлением в пищу жира тресковой печени, но при этом не витамин А является ее активным компонентом, этот фактор предупреждения рахита обозначили как жирорастворимый витамин D. Примерно в то же время было показано, что ультрафиолетовое облучение (искусственное или солнечным светом) также предупреждает развитие заболевания. В последующем было выявлено заболевание взрослых, эквивалентное рахиту, а именно остеомаляция. Это заболевание, характеризующееся нарушением минерализации костей, также поддавалось лечению витамином D. В развитии дальнейших исследований ключевую роль сыграли данные, показавшие, что лечение витамином D больных, имевших повреждения печени или почек, не давало ожидаемого эффекта. На протяжении последних 50 лет велось изучение структуры витамина D и механизма его действия, причем особенно быстро оно продвинулось в последнее десятилетие.

Б . Роль в гомеостазе .

Основная биологическая роль кальцитриола - это стимуляция всасывания кальция и фосфата в кишечнике. Кальцитриол - единственный гормон, способствующий транспорту кальция против концентрационного градиента, существующего на мембране клеток кишечника. Поскольку продукция кальцитриола очень строго регулируется (рис.3), очевидно, что существует тонкий механизм, поддерживающий уровень Са 2+ во ВЖ, несмотря на значительные колебания в содержании кальция в пище. Этот механизм поддерживает такие концентрации кальция и фосфата, которые необходимы для образования кристаллов гидроксиапатита, откладывающихся в коллагеновых фибриллах кости. При недостаточности витамина D (кальцитриола) замедляется формирование новых костей и нарушается обновление (ремоделирование) костной ткани. В регуляции этих процессов участвует в первую очередь ПТГ, воздействующий на клетки кости, но при этом необходим и кальцитриол в небольших концентрациях. Кальцитриол способен также усиливать действие ПТГ на реабсорбцию кальция в почках.

Рис. 3. Образование и гидроксилирование витамина D 3.2 5 - Гидроксилирование происходит в печени, гидроксилирование по иным положениям - в почках. Вполне вероятно образование 25, 26- (ОН) 2 -D 3 . Изображены формулы 7-дегидрохолестерола, витамина D 3 и 1,25- (ОН) 2 -D 3 .

V.2.2 Биохимия

А . Биосинтез .

Кальцитриол - это во всех отношениях гормон. Он образуется в сложной последовательности ферментативных реакций, которая включает перенос кровью молекул-предшественников, поступающих в различные ткани. (рис.3). Далее активное соединение - кальцитриол-транспортируется в другие органы, где активирует определенные биологические процессы по механизму, сходному с механизмом действия стероидных гормонов.

1. Кожа. Небольшие количества витамина D содержатся в продуктах питания (жир, печень рыб, желток яйца), но большая часть витамина D, используемого в синтезе кальцитриола, образуется в мальпигиевом слое эпидермиса из 7-дегидрохолестерола в ходе неферментативной. зависимой от ультрафиолетового света реакции фотолиза. Активность процесса находится в прямой зависимости от интенсивности облучения и в обратной - от степени пигментации кожи. С возрастом содержание 7-дегидрохолестерола в эпидермисе снижается, что может иметь прямое отношение к развитию отрицательного баланса кальция у стариков.

2. Печень. Специфический транспортный белок называемый D-связывающим белком, связывает витамин D 3 и его метаболиты и переносит D от кожи или кишечника в печень, где он подвергается 25-гидроксилированию, составляющему первый обязательный этап в образовании кальцитриола. Гидроксилирование происходит в эндоплазматическом ретикулуме в ходе реакции, протекающей с участием магния, NADPH, молекулярного кислорода и неидентифицированного цитоплазматического фактора. В реакции участвуют два фермента: NADPH-зависимая цитохром Р-450-редуктаза и цитохром Р-450. Реакция не регулируется; она протекает не только в печени, но (с малой интенсивностью) также в почках и кишках. Продукт реакции OH-D 3 поступает в плазму крови (составляя основную форму витамина D, присутствующего в крови) и при посредстве D-связывающего белка транспортируется в почки.

3. Почки. .25-OH-D 3 является слабым агонистом. Для проявления полной биологической активности соединение должно быть модифицировано путем гидроксилирования при С-1. Это происходит в митохондриях проксимальных извитых почечных канальцев в ходе сложной монооксигеназной реакции, протекающей при участии NADPH, Mg 2+ , молекулярного кислорода и по крайней мере трех ферментов:

1) почечной ферредоксин-редуктазы (флавопротеин),

2) почечного ферредоксина (железосодержащий сульфопротеин) и 3) цитохрома Р-450. В этой системе образуется 1,25- (OH) 2 -D 3 - самый активный из природных метаболитов витамина D.

4. Другие ткани. В плаценте содержится 1б-гидроксилаза, которая, по-видимому, играет важную роль как источник внепочечного кальцитриола. Активность этого фермента выявляется и в других тканях, включая костную, однако физиологическое значение фермента этих тканей минимально, судя по тому, что у небеременных животных после нефроэктомии уровень кальцитриола очень низок.

Б . Регуляция метаболизма и синтеза .

Подобно другим стероидным гормонам, кальцитриол является объектом жесткой регуляции по механизму обратной связи (рис.3 и табл.1).

Табл. 1. Регуляция почечной 1б-гидроксилазы.

У интактных животных низкое содержание кальция в пище и гипокальциемия вызывают значительное повышение 1б-гидроксилазной активности. В механизме этого эффекта участвует ПТГ, который также высвобождается в ответ на гипокальциемию. Роль ПТГ при этом пока не ясна, но установлено, что он стимулирует 1б-гидроксилазную активность как у D - авитаминозных животных, так и у животных, получавших витамин D. Недостаток фосфора в диете и гипофосфатемия тоже индуцируют 1б-гидроксилазную активность, но служат, видимо, более слабым стимулом, чем гипокальциемия.

Кальцитриол - важный регулятор своего собственного продуцирования. Повышение уровня кальцитриола тормозит 1б-гидроксилазу почек и активирует синтез 24-гидроксилазы, что ведет к образованию побочного продукта - 24,25- (OH) 2 -D 3, лишенного, по-видимому, биологической активности. Эстрогены, прогестероны и андрогены значительно увеличивают количество 1б-гидроксилазы у овулирующих птиц. Какую роль в синтезе кальцитриола играют эти гормоны (наряду с инсулином, гормоном роста и пролактином) у млекопитающих, остается неясным.

Стерольная структура, составляющая основу кальцитриола, может подвергаться модификациям в альтернативных метаболитечких последовательностях, а именно гидроксилироваться по положениям 1, 23, 24, 25 и 26 с образованием различных лактонов. Было обнаружено свыше 20 метаболитов, но ни для одного из них не удалось однозначно доказать наличие биологической активности.

V.2.3 Механизм действия

Действие кальцитриола на клеточном уровне аналогично действию других стероидных гормонов (рис.4) В исследованиях, проведенных с радиоактивным кальцитриолом, было показано, что он накапливается в ядре клеток кишечных ворсинок и крипт, а также остеобластов и клеток дистальных почечных канальцев. Кроме того, он был обнаружен в ядре клеток, в отношении которых и не предполагалось, что они являются клетками-мишенями кальцитриола; речь идет о клетках мальпигиевого слоя кожи и островков Лангерганса поджелудочной железы, некоторых клетках головного мозга, а также некоторых клетках гипофиза, яичников, семенников, плаценты, матки, грудных желез, тимуса, клетках-предшественниках миелоидного ряда. Связывание кальцитриола было обнаружено и в клетках паращитовидных желез, что крайне интересно, так как указывает на возможное участие кальцитриола в регуляции обмена ПТГ.

Рис. 4. Кальцитриол (К) функционирует подобно другим стероидным гормонам. Он индуцирует генные продукты, обеспечивающие перенос кальция из просвета кишечника во внеклеточную жидкость. КСБ - кальций-связывающий белок.

А . Рецептор кальцитриола .

Присутствующий в клетках кишечника белок с мол. массой 90000-100000 связывает кальцитриол с высокой степенью сродства и малой емкостью. Связывание насыщаемо, специфично и обратимо. Таким образом, этот белок отвечает основным критериям, характеризующим рецептор; он обнаружен во многих из перечисленных выше тканей. Если при анализе используют физиологические концентрации солей, то большая часть незанятого рецептора выявляется в ядре в связанном с хроматином виде. Это аналогично локализации рецепторов если не всех стероидных гормонов, то во всяком случае прогестерона и Т 3 . Остается не ясным, требуется ли для связывания с хроматином предварительная активация комплекса кальцитриол-рецептор, как это имеет место с типичными стероид-рецепторными комплексами.

Б . Кальцитриол-зависимые генные продукты .

Как известно уже на протяжении ряда лет, изменение процессов транспорта в кишечных клетках в ответ на добавление кальцитриола требует участия РНК и синтеза белка. Исследования, показавшие связывание в ядре рецепторов калъцитриола с хроматином, позволили предположить, что кальцитриол стимулирует транскрипцию генов и образование специфических мРНК. Действительно, удалось выявить один такой пример, а именно индукцию мРНК, кодирующей кальций-связывающий белок (КСБ).

Существует несколько цитозольных белков, связывающих Са 2+ с высокой степенью сродства. Часть из них принадлежит к группе кальцитриол-зависимых. В группу входит несколько белков, различающихся по молекулярной массе, антигенности и тканевому происхождению (кишки, кожа, кость). Из этих белков лучше всего изучен КСБ клеток кишечника. У D-авитаминозных крыс КСБ в таких клетках практически отсутствует; в целом концентрация КСБ в высокой степени коррелирует с количеством кальцитриола ядерной локализации.

В . Влияние кальцитриола на слизистую кишечника .

Для переноса Са 2+ и РО 3 - через слизистую кишки необходимы 1) захват и перенос через мембрану щеточной каемки и микроворсинок,

2) транспорт через мембрану клетокво слизистой,

3) выведение через базальную латеральную мембрану во ВЖ Совершенно очевидно, что кальцитриол активирует один или более из этих этапов, но конкретный механизм его действия не установлен. Предполагалось, что непосредственное участие в этом принимает КСБ, но впоследствии было показано, что перенос Са 2+ происходит через 1-2 ч после введения калъцитриола, т.е. задолго до увеличения концентрации КСБ в ответ на кальцитриол. Вероятно, КСБ, связывая Са 2+ , защищает от него клетки слизистой в периоды активного транспорта этого иона. Некоторые исследователи продолжают поиски белков, могущих участвовать в транспорте Са 2+ , тогда как другие считают, что этот процесс, в особенности начальное увеличение тока Ca 2+ , может быть опосредован изменением заряда мембраны. Обсуждается также роль метаболитов полифосфоинозитидов.

Г . Влияние кальцитриола на другие ткани .

О действии кальцитриола на иные ткани известно гораздо меньше. Его ядерные рецепторы выявлены в клетках кости, причем показано, что обусловленное кальцитриолом увеличение концентрации Са 2+ сопряжено с синтезом РНК и белка. Однако генные продукы предположительно индуцируемые кальцитриолом не идентифицированы; не известен также механизм связи между кальцитриолом и ПТГ в их действии на клетки кости.

Любопытное указание на роль кальцитриола в клеточной дифференцировке получено в исследованиях, продемонстрировавших, что этот гормон способствует превращению клеток промиелоцитарной лейкемии в макрофаги. Поскольку, как предполагают, остеокласты либо являются родственными макрофагам клетками, либо непосредственно происходят из них, вполне вероятно, что кальцитриол учавствует в этом процессе, способствуя дифференцировке клеток кости.

V.2.4 Патофизиология

Рахит - заболевание детского возраста, которое характеризуется низким уровнем кальция и фосфата в плазме крови и нарушением минерализации костей, ведущим к деформациям скелета. Чаще всего рахит вызывается недостатком витамина D. Различают два типа наследственного витамин D-зависимого рахита. Тип I обусловлен аутосомным рецессивным геном, детерминирующим нарушение превращения 25-OH-D 3 в кальцитриол. Тип II представляет собой аутосомный рецессивный дефект, при котором, по всей видимости, отсутствуют рецепторы кальцитриола.

У взрослых недостаточность витамина D вызывает остеомаляцию. При этом наблюдается снижение как всасывания кальция и фосфата, так и уровня этих ионов во ВЖ. Вследствие этого нарушается минерализация остеоида и формирование кости; такая недостаточная минерализация костей обусловливает их структурную слабость. В случаях, когда значительная часть паренхимы почек повреждена патологическим процессом или утрачена, образование кальцитриола снижается и соответственно уменьшается всасывание кальция. Последующая гипокальциемия вызывает компенсаторное увеличение секреции ПТГ, который воздействует на костную ткань таким образом, чтобы вызвать увеличение уровня Са 2+ во ВЖ. Этому сопутствует интенсивное обновление костей, их структурные изменения; развиваются симптомы заболевания, известного как почечная остеодистрофия. Своевременное, на ранней стадии лечение витамином D позволяет ослабить проявление болезни.

V.3 Кальцитонин

V.3.1 Происхождение и структура

Кальцитонин (КТ) - пептид, состоящий из 32 аминокислотных остатков (рис.5); у человека он секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы (реже - паращитовидной железы или тимуса), а у других видов - аналогичными клетками, расположенными в ультимобранхиальных железах. Эти клетки происходят из нервного гребешка и в биологическом отношении родственны клеткам многих других эндокринных желез.

Рис. 5. Структура кальцитонина человека.

Для проявления биологической активности необходима вся молекула КТ целиком, включая 7-членную N-концевую петлю, образованную с помощью цистеинового мостика Существует огромная межвидовая вариабельность в аминокислотной последовательности кальцитонинов (в КТ человека и свиньи имеется только 14 общих аминокислотных остатков из 32), но несмотря на различия, они проявляют перекрестно-видовую биологическую активность (т.е. КТ одного вида животных биологически активен при введении животным других видов). Самый активный из природных КТ был выделен из лосося.

V.3.2 Регуляция секреции

Уровни секреции КТ и ПТГ связаны обратной зависимостью и регулируются концентрацией ионизированного кальция (и, вероятно, магния) во ВЖ. Секреция КТ возрастает пропорционально концентрации Са 2+ при изменении последней в пределах от 9,5 до 15 мг %. Мощными стимуляторами секреции КТ служат глюкагон и пентагастрин, причем последний используется в качестве провоцирующего агента при диагносцирующем тестировании модулярной тиреокарциномы (злокачественное перерождение парафолликулярных К-клеток).

V.3.3 Механизм действия

История изучения КТ уникальна. За семь лет (1962-1968) КТ был открыт, выделен, секвенирован и синтезирован, но его роль в физиологии человека до сих пор не вполне ясна. Удаление щитовидной железы у животных не вызывает гиперкальциемии, а введение КТ здоровым испытуемым не приводит к заметному снижению уровня кальция в крови.

В тест-системах первичной мишенью КТ служит кость, где этот гормон тормозит резорбцию матрикса и тем самым снижает высвобождение кальция и фосфата. Этот эффект КТ не зависит от ПТГ. КТ увеличивает содержание сАМР в кости, влияя, по-видимому, на те клетки, которые не являются мишенями ПТГ.

Кт оказывает также значительный эффект на метаболизм фосфата. Он способствует входу фосфата в клетки кости и периостальную жидкость, снижая при этом выход кальция из костей в плазму крови. Этот вход фосфата может сопровождаться и входом кальция, судя по тому, что гипокальциемический эффект КТ зависит от фосфата. Такое действие КТ наряду с его способностью тормозить опосредованную остеокластами резорбцию костей позволяет объяснить эффективность применения данного гормона в борьбе с гиперкальциемией при раке.

V.3.4 Патофизиология

Клинические проявления недостаточности КТ не выявлены. Избыточность КТ наблюдается при медуллярной тиреокарциноме (МТК) - заболевании, которое может быть спорадическим или семейным. Уровень КТ при МТК нередко в тысячи раз превышает норму, однако это очень редко сопровождается гипокальциемией. Хотя биологическое значение такого возрастания уровня КТ не понятно, сам по себе этот факт важен в диагностическом отношении. Измерение КТ в плазме крови, причем часто на фоне провоцирующих секрецию агентов - кальция или пентагастрина, позволяет диагностировать это тяжелое заболевание на ранней стадии, когда оно поддается лечению.

Заключение

Итак, кальций внутри клетки играет ключевую роль в обеспечении многих важных физиологических функций, включая сокращение мышц, секрецию гормонов, активацию многих внутриклеточных процессов. Внутриклеточная концентрация его в цитоплазме клеток низкая - менее 10-6 моль/л, что, практически, в 1000 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости (10-3 моль/л). Внеклеточный кальций участвует в обеспечении кальцием клетки, обеспечивает процессы минерализации костей, свертывания крови, влияет на проводимость и возбудимость мембран.

Регуляция кальциевого обмена достаточно сложный механизм. В него включены три гормона - паратиреотропный, кальцитонин и кальцитриол, которые действуют на три органа - кости, почки и кишечник. Координированные действия ПТГ и кальцитриола направлены на увеличение уровня Са 2+ во внеклеточной жидкости при постоянстве или снижении уровня фосфата. Как только концентрация внеклеточного Са 2+ возвращается к норме, секреция ПТГ по механизму обратной связи снижается. Увеличение концентрации Са 2+ тормозит и образование кальцитриола (частично через снижение ПТГ), причем одновременно возрастает количество неактивных продуктов метаболизма этого соединения. Все это приводит к уменьшению всасывания кальция в кишечнике и снижению влияния ПТГ на почки и скелет. У некоторых животных при возрастании внеклеточного уровня Са 2+ усиливается секреция кальцитонина (КТ) К-клетками щитовидной железы или ультимобранхиальными тельцами. У человека роль КТ в гомеостазе кальция (в норме) остается неясной; по некоторым данным, полученным in vitro, КТ может тормозить резорбцию костей.

Список литературы

1. Cohn D. V., Elting J. Biosynthesis, processing, and secretion of parathormone and secretory protein-1, Recent Prog. Horm. Res., 1983, 39, 181.

Подобные документы

Кальциевые потенциалы действия. Описание процессов активации и инактивации каналов. Вклад открытых калиевых каналов в реполяризацию. Результаты экспериментов на аксоне кальмара с фиксацией потенциала. Роль кальция и натрия в возбуждении мембраны клетки.

контрольная работа , добавлен 26.10.2009

Знакомство с особенностями метаболизма кальция в организме. Роль кальция в формировании кратковременной памяти и обучающих навыков. Рассмотрение основных причин разрушения костей. Остеопороз как системное заболевание скелета. Анализ препаратов с кальцием.

презентация , добавлен 21.11.2014

Строение мембран. Мембраны эритроцитов. Миелиновые мембраны. Мембраны хлоропластов. Внутренняя (цитоплазматическая) мембрана бактерий. Мембрана вирусов. Функции мембран. Транспорт через мембраны. Пассивный транспорт. Активный транспорт. Ca2+ –насос.

реферат , добавлен 22.03.2002

Анализ роли кальция в обмене веществ, формировании костей, зубов, в процессах деления клеток и синтеза белка. Обзор регуляторов образования костной ткани, работы желез внутренней секреции, продуцирующих гормон, участвующий в регуляции кальциевого обмена.

реферат , добавлен 14.12.2011

Живая протоплазма клеток организма. Состав гемоглобина крови. Элементы, которые содержатся в организме человека в относительно больших количествах. Процессы возбудимости и расслабления. Значение кальция в обмене веществ. Регуляция водного равновесия.

презентация , добавлен 11.01.2014

Обзор особенностей структуры, биосинтеза, транспорта, рецепции, действия и метаболизма мужских половых гормонов андрогенов. Изучение полового поведения и агрессивности у самцов млекопитающих. Характеристика регуляции сперматогенеза и гомеостаза кальция.

реферат , добавлен 20.04.2012

Клиническое применение фотодинамической терапии. Механизм действия фотосенсибилизаторов на клеточном уровне. Роль митохондрий и ионов кальция в фотодинамически индуцированном апоптозе. Участие сигнальных процессов и защитных белков в реакциях клеток.

контрольная работа , добавлен 19.08.2015

Паратирин как основной гормон паращитовидных желез, анализ эффектов. Характеристика механизмов регуляции обмена кальция в организме. Знакомство с гормонами поджелудочной железы: инсулин, глюкагон, соматостатин. Рассмотрение схемы головного мозга человека.

презентация , добавлен 08.01.2014

Химический состав и строение биологических мембран. Процессы трансформации и запасания энергии путем фотосинтеза и тканевого дыхания. Транспорт веществ через клеточные мембраны, способность генерировать биоэлектрические потенциалы и проводить возбуждение.

реферат , добавлен 06.02.2015

Единственный витамин, действующий и как витамин, и как гормон. Влияние на клетки кишечника, почек и мышц. Гормональная регуляция обмена кальция и фосфора. Онкозаболевания, повышение иммунитета организма. Витамин Д и костно-мышечная система человека.