Схема 24. Суточный баланс и обмен кальция, фосфора и магния в организме. Объяснение в тексте

Ежедневное потребление кальция с пищей составляет около 1 г. Кальций всасывается в верхнем отделе тонкого кишечника. Это активный процесс, осуществляемый транспортным кальцийсвязывающим белком, который активизируется 1,25-дигидроксивитамином D. Всасывание кальция в кишечнике усиливается при увеличении поступления кислот с пищей, диете с высоким содержанием белка, саркоидозе, беременности, тогда как щелочи, глюкокортикоиды, избыток фосфатов и оксалатов снижают его всасывание в кишечнике.

Значение кальция в организме велико. Концентрация кальция во внеклеточной жидкости 10-3 М и составляет около 70% от уровня его в плазме крови, тогда как в цитозоле концентрации кальциия в тысячу раз меньше – 10-6 М; 90-99% внутриклеточного кальция локализуется в митохондриях и микросомах, где он находится в связанной форме с органическими и неорганическими фосфатами. В цитоплазме кальций связан кальмодулином. Ионы кальция (ионизированный кальций) необходимы для осуществления внутриклеточных процессов (сокращение скелетных и сердечной мышц, внутриклеточная секреция, как эндо-, так и экзокринная, передача нервного возбуждения, регуляция транспорта различных ионов через мембрану клетки, регуляции гликогенолиза и глюконеогенеза и др.). Кроме того, кальций принимает участие в поддержании стабильности клеточных мембран, активирует факторы свертывания крови VII, IХ и Х; в костной ткани обеспечивает процессы минерализации.

Содержание кальция в сыворотке крови составляет 2,25-2,55 ммоль/л (9-10 мг/100 мл), а ионизированного – 1,2 ммоль/л (4,8 мг/100 мл). В плазме кальций связывается белками крови, в основом альбуминами. Снижение кальция в сыворотке крови ниже 2 ммоль/л (8 мг/100 мл) приводит к стимуляции высвобождения паратгормона.

Концентрация неорганического фосфора в крови составляет 1,13 ммоль/л (3,5 мг/100 мл), а его ионизированной фракции – 0,61 ммоль/л (1,9 мг/100 мл). Около 2/3 фосфора плазмы представляют его органические соединения, в основном фосфолипиды.

Содержание магния в сыворотке крови составляет 0,99 ммоль/л (2,4 мг/100 мл), а его ионизированной функции – 0,53 ммоль/л (1,3 мг/100 мл).

Действие паратгормона на кости. Кость, как известно, состоит из белкового каркаса – матрикса и минералов. Постоянный обмен веществ и структура костной ткани обеспечиваются согласованным действием остеобластов и остеокластов. Остеокласты – большие многоядерные клетки – участвуют в процессах резорбции, т.е. рассасывания костной ткани; действуют только на минерализованную кость и не изменяют матрикс кости. Остеобласты – клетки, участвующие в новообразовании костной ткани и процессах ее минерализации. Эти клетки, содержащие выраженную эндоплазматическую сеть и пластинчатый комплекс или комплекс Гольджи. Остеобласты, как и одонтобласты, секретируют специфический белок – остеокальцин, который является уникальным маркером метаболизма костной ткани. Остеокальцин состоит из 49 аминокислот. Ген, кодирующий синтез остеокальцина, локализуется на 1-й хромосоме и регулируется 1,25(ОН)2D3, эстрогенами, глюкокортикоидами и другими биологически активными соединениями. Исследованиями последних лет показано, что рецепторы костной ткани к паратгормону, а вернее к его аминотерминальному фрагменту, подобны тем, которые выявлены в почках и кДНК клонированного рецептора этих двух тканей (E. Schipani и соавт., 1993). Влияние паратгормона на резорбцию костной ткани на пострецепторном уровне осуществляется в основном через инозитолтрифосфат и диацилглицерин, но не через цАМФ, которые образуются посредством активации фосфолипазы С и ионов Са. Тканью-мишенью для паратгормона в костях являются в основном неполовозрелые остеобласты – преостеобласты (менее дифференцированные клетки по сравнению с остеобластами). Влияние паратгормона на костную ткань зависит от СТГ и ИФР I. Пермиссивную роль при этом играют глюкокортикоиды, эстрогены, эпидермальный фактор роста, фактор некроза опухолей, факторы роста тромбоцитов и др. Помимо остеобластов, рецепторы к паратгормону выявлены также на преостеокластах и остеокластах. Комплексирование паратгормона с рецепторами остеокластов не сопровождается повышением уровня цАМФ и в связи с этим считается, что эффект паратгормона в этих клетках опосредуется другими медиаторами. Имеется также предположение, что первичным является взаимодействие паратгормона с остеобластами и результат такого взаимодействия триггирует в свою очередь остеокласты (вторичный эффект паратгормона).

Действие паратгормона на кость характеризуется двумя фазами: ранней, в период которой происходит увеличение метаболической активности остеокластов и проявляющейся мобилизацией кальция из костей с восстановлением его уровня во внеклеточной жидкости, и поздней, характеризующейся синтезом белка и длящейся в течение 24 ч после применения паратгормона, когда наряду с резорбцией кости наблюдаются процессы образования новых ее клеток, сочетающиеся с повышенным синтезом лизосомальных и других ферментов (коллагеназа, лизосомальные гидроксилазы, катепсин В, цистеиновые протеазы, кислая фосфатаза и дрю), участвующих в процессах резорбции кости. Поздняя фаза унетается ингибиторами белкового синтеза.

Механизм действия паратгормона на костную ткань осуществляется через цАМФ, активирование цАМФ-зависимых протеинкиназ, фосфолипазы С, диацилглицерина, инозитолтрифосфата и ионов Са. Гиперкальциемия, индуцируемая паратгормоном, является результататом проявления ранней и поздней фазы действия. При длительной гиперсекреции паратгормона наблюдается не только деминерализация костной ткани, но и деструкция матрикса, что сопровождается повышением гидроксипролина в плазме крови и экскреции его с мочой. Активированные остеокласты синтезируют повышенное количество коллагеназы и других ферментов, участвующих в деструкции матрикса, например, кислой фосфатазы, углеродной ангидразы, Н+, К+-аденозинтрифосфатазы и др. Паратгормон стимулмрует углеродную ангидразу II типа, специфический фермент, генерирующий атом водорода, участвующий в функции Н+, К+-АТФазного протоновоого насоса.

Взаимодействие паратгормона осуществляется с рецепторами, расположенными на мембране не только остеокластов, но и остеобластов, где также отмечается повышение цАМФ и вхождения кальция в цитоплазму. Это сопровождается повышением щелочной фосфатазы, образованием новой костной ткани и увеличением минерализации кости.

Кроме паратгормона, на процессы хондрогенеза и оссификации костной ткани и, в частности, на процессы ремоделирования костной ткани, оказывает большое влияние и паратгормонподобный белок, который осуществляет эти влияния через специфические рецепторы. Показано, что паратгормонподобный пептид содержит карбокситерминальный фрагмент, обладающий активностью, которая угнетает резорбцию костной ткани остеокластами. По данным A.J Fenton и соавт. (1991), такая активность связана с карбокситерминальным фрагментом молекулы (аминокислотные остатки 107-139 или 107-111). Однако это разделяют не все авторы (T. Sone и соавт., 1992).

Действие паратгормона на почки. Паратгормон, с одной стороны, угнетает реабсорбцию фосфатов, в меньшей степени натрия и бикарбонатов в проксимальных канальцах почек, что ведет к фосфатурии и гипофосфатемии, с другой – увеличивает реабсорбцию кальция в дистальных отделах канальцев, т.е. уменьшает экскрецию кальция. Однако при длительной гиперсекреции паратгормона (аденома околощитовидных желез) развивается такая значительная гиперкальциемия, которая, несмотря на повышение реабсорбции кальция, приводит к гиперкальцийурии. Паратгормон снижает реабсорбцию бикарбонатов. Действие паратгормона на почки показано на схеме 25.

Схема 25. Механизм действия паратгормона на почки (объяснение в тексте). Стрелки, направленные вверх, означают повышение, а направленные вниз – снижение реабсорбции ионов в почечных канальцах.

Рецепторы к паратгормону выявлены на подоцитах клубочка, в проксимальных и дистальных канальцах, а также восходящей части петли Генле. На молекулярном уровне паратгормон основное действие на почки осуществляет через образование цАМФ. Однако, помимо цАМФ, вторичными мессенджерами паратгормона в почках являются диацилглицерин, ионы кальция и инозитолтрифосфат. Последний в настоящее время рассматривается как основной медиатор высвобождения кальция из цитозольного, немитохондриального пула. Этот эффект наблюдается уже через несколько секунд после взаимодействия инозитолтрифосфата с соответствующими рецепторами. Помимо этого, инозитолтрифосфат открывает мембранные каналы, что увеличивает поступление внеклеточного кальция в клетку. Именно этим действием объясняется транзиторный гипокальциемический эффект в ответ на введение паратгормона

Свое влияние паратгормон на натрий-фосфатный котранспорт оказывает путем повышения образования цАМФ и путем активизации фосфолипазы С и образования диацилглицерина и инозитолтрифосфата. Не исключено, что в физиологических условиях влияние паратгормона на ингибирование транспорта фосфатов в канальцах почек осуществляется преимущественно через систему активирования фосфолипазы С.

Кроме того, паратгормон повышает активность 1-гидроксилазы в почках, которая контролирует конверсию 25-гидроксивитамина D в 1,25-дигидроксивитамин D, ответственный за повышение реабсорбции кальция в кишечнике, посредством активизации специфического кальцийсвязывающего белка. Механизм действия 1,25-дигидроксивитамина D подобен действию стероидных гормонов.

После взаимодействия 1,25-дигидроксивитамина D с цитозольными рецепторами клеток слизистой оболочки тонкого кишечника происходит экспрессия гена, ответственного за синтез кальцийсвязывающего белка, получившего название кальбиндина. Кальбиндины представлены в большом количестве в проксимальном отделе кишечника (кальбиндин D, имеющий мол.м. 9 кДа) и в почках (кальбиндин D с мол.м. 28 кДа). Кальбиндин D9k имеет 2 высокоаффинных Са-связывающих участка, а кальбиндин D28 кДа – 4 высокоаффинных Са-связывающих мест. Считается, что эти белки ответственны за транспорт кальция через мембрану клеток кишечника и почек соответственно. H.J. Armbrecht и соавт. (1989) показали, что кальбиндины по многим показателям отличаются от кальмодулина (белок цитозоля, также связывающий ионы кальция) и экспрессия мРНК в соответствующих тканях снижается с возрастом. Это, по мнению авторов, может иметь определенное значение в уменьшении транспорта кальция в почках и кишечнике, которое наблюдается с увеличением возраста.

Таким образом, паратгормон оказывает многообразное действие в зависимости от ткани-мишени. Все это позволило L. Mallette (1991) высказать мнение, что паратгормон является прогормоном, а его фрагменты обладают биологическим действием. Считается, что его аминотерминальный домен (аминокислотные остатки 1-34) ответствен за регуляцию минерального обмена посредством взаимодействия с соответствующими рецепторами в костях и почках; карбокситерминальный домен (аминокислотные остатки 53-84) – за регуляцию функции остеокластов, а средний домен (аминокислотные остатки 28-48), возможно, за транспорт кальция и фосфора через плаценту.