Гормони, що регулює кальцій-фосфорно-магнієвий обмін - методичка по гормонам - учебнометодіческое
У їх числі: 1 - кальцій, пов'язаний з білками (в основному з альбумінами); 2 - комплексірованние з фосфатом і цитратом; 3 - вільний у вигляді іонів. Фізично активні форми є тільки остання, і саме концентрація іонів кальцію в плазмі крові підтримується механізмом гомеостазу.
Загальний кальцій плазма крові
(2,2-2,7 ммоль / л)
Кальцій, пов'язаний з білком, і не кальцій, здатний
переміщається через долати біомембрани (≈60%)
б іомембрани (≈40%)
Кальцій, комплексірованние з кальцій іонізований (≈50%)
фосфатом і цитратом (≈10%).
Мал. 8.1 Форми, утворені кальцієм в плазмі крові.
Середньодобове надходження кальцію з їжею становить 0,6-1,5 гр. (≈24 ммоль / добу). Їм багаті молочні продукти, темно-зелені овочі, сардини, шоколад. Всмоктування кальцію відбувається переважно в порожній кишці і залежить від вітаміну D (рис.8.2). Присутність в їжі речовин, що пов'язують його і зменшують всмоктування, підвищує потребу в кальції містять харчових продуктах. Абсорбується тільки 50-70% кальцію, що надійшов з їжею. Невелика кількість виділяється в кишечник в складі секретів печінки і підшлункової залози. І все ж травний тракт розглядають в основному як місце всмоктування, а не екскреції кальцію в організм.
Для клітин цей елемент вважається токсичним, тому його внутрішньоклітинна концентрація становить 10 -4 - 10 -3 ммоль / л. це більш ніж в 10000 разів менше, ніж зовні (1,2 ммоль / л).
При попаданні в цитозоль кальцій негайно перетравлюється в сигнальні цистерни або мітохондрії і звільняється звідти лише під дією відповідних сигналів.
Зазначена різниця концетраціях кальцію створюється Са +2 -АТФ-ази, структуровані в плазматичні мембрани і мембранах ЕПР. Крім того, в цьому бере участь система іонних каналів типу Nа +. Са 2+ або Н +. Са 2+ -обменніков або пропускають Са 2+ по градієнту концентрації. Деякі з них реагують на зміни мембранного потенціалу або у відповідь на гормональні сигнали через внутрішньоклітинних посередників (рис.4.10). Деякі сигнальні молекули включають Са 2+ неелектрогенние повільні канали безпосередньо (див. Табл. 4.3).
Кальцій, крім очевидного участі в побудові мінералізованих тканин, виконує багато і інших функцій (див. Табл. 8.1). Його присутність має велике значення для м'язового скорочення. Від його концентрації залежить збудливість нервів. Він є вторинним посередником при передачі гормональних сигналів. Кальцій відіграє роль ΙV-го фактора системи згортання крові і входить в багато ферменти в якості кофактора.
Таблиця 8.1
Функції кальцію в організмі.
Участь в передачі гормональних сигналів
Грає роль вторинних посередників (менеджера)
Див. Мал. 4.10, табл.4.3.
Схожа фізико-хімічна характеристика лужноземельних металів кальцію і магнію сприяє тому, що їх метаболізми в чомусь близькі. Магній є четвертим за поширеністю катіоном в організмі. При загальній кількості 25гр. велика частина його (60%) теж структурована в мінералізовані тканини. Решта магній міститься в інших тканинах і органах. Максимальна його кількість в перерахунку на одиницю маси припадає на міокард і м'язову тканину. М'язова тканина містить магнію в 10 разів більше, ніж плазма крові, тому його рівень в ній (0,8-1,2 ммоль / л) навіть при значних втратах тривалий час може залишатися стабільним, поповнюючись з м'язового депо. Близько 75% магнію в плазмі крові знаходиться в іонізованій формі, 25% зв'язано з білками, переважно з альбумінами.
Збалансована дієта містить 0,3-0,4 гр. магнію на добу.
Головні його джерела горіхи, м'ясо, зелень. Майже весь він всмоктується в тонкому кишечнику.
У клітинах тканин магній необхідний для підтримки структури рибосом, нуклеїнових кислот, деяких білків. Він є кофактором понад 300 ферментів. Серед них ферменти білкового синтезу, гліколізу, трансмембранного транспорту іонів і багатьох інших процесів. Комплекс магнію і АТФ є субстратом для багатьох АТФ-залежних реакцій. Магній побічно впливає на зростання і діфферінціровку клітин, підтримуючи пул пуринових і піримідинових нуклеотидів, необхідних для біосинтезу ДНК і РНК. Він також необхідний на всіх етапах синтезу білка.
З обміном кальцію і магнію тісно переплетений і метаболізм фосфатів. Приблизно 85% фосфору з 650 гр. міститься в організмі, доводиться на мінералізовані тканини, де він у складі фосфатів бере участь в утворенні кристалів апатитів.
Фосфати виявляються також у внутрішньоклітинної та позаклітинної рідинах в кількостях, які всередині в 100 разів перевищують зовні. Макроергічні фосфатні сполуки і фосфорильовані активні метаболіти не можуть вільно долати мембрани і потрапляти клітини. У плазмі крові значна частина фосфатів представлена анионами НРО 4 2- і Н2 РО4 -. Тільки невелика кількість (≈10%) пов'язано з білками. Переміщення їх через плазматичні мембрани є пасивними і визначаються в основному струмом кальцію. Регулювання гемостазу фосфатів здійснюється тими ж факторами, які контролюють баланс кальцію. Крім участі в побудові апатитів в мінеральних тканинах фосфор входить в численні органічні і неорганічні хімічні сполуки. Основними процесами, в яких вони грають роль, є обміни вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, білків.
У кісткової тканини постійно йдуть процеси демінералізації і ремінералізації. В результаті за 5-6 років весь кальцій кісток, а, отже, і вони самі повністю оновлюється. Остеогенез йде за участю остеобластів, що утворюються з остеогенних клітин. Вони напрацьовують колаген І типу, а також мінарние неколагенові кальцій зв'язують білки (остеонектін, gla-протеїн), які ініціюють мінералізацію, і виконують адгезивні функції, а також роль факторів хемотаксису клітин (остеопонтин, кістковий мелопротеін, остеокальцин, кістковий фібропептін). Маркером їх активності є лужна фосфатаза. Відомо, що тут вона діє як гідролаза, отщепляя фосфати від органічних сполук, і на фосфотрансферази, переносячи їх на акцептори органічної природи. Оточуючи себе мінеральним компонентом, остеобласти перетворюються в остеоцити.
Остеолітичного активність в місцях ремоделювання кісток виявляють остеокласти. Ці гігантські багатоядерні макрофаги утворюються з моноцитів. Вони виділять коллагеназу, кислу фосфатазу, інші гідролази, створюють локальний ацидоз (рН 4,0). Для цього вони за допомогою Н + / К + -АТФ-ази нагнітають сюди протони (Н +), напрацьовує їх в своєму цитозоле С.
Процеси демінералізації і ремінералізації підтримують в динамічній рівновазі рівні кальцію в мінералізованих тканинах з позаклітинними рідинами. Кальцій вивільняється з кісток і знову в них накопичується в міру необхідності. Механізми, що беруть участь в підтримці нормальних концентрацій цього елементу в плазмі крові включають, крім того, регуляцію їх всмоктування в травному тракті і екскрецію нирками, шкірою. У нормі вмісту кальцію в крові становить 2,7 - 2,9 ммоль / л (рис. 8.2).
Організм захищає себе від гіперкальцемія, знижуючи абсорбцію його в кишечнику, послаблюючи реабсорбцію в ниркових канальцях, сповільнюючи деминерализацию кісткової тканини. Низька концентрація кальцію в плазмі крові стимулює його всмоктування в кишечнику, посилюючи реабсорбцію в ниркових канальцях і демінералізації кісткової тканини (рис. 8.2).
Рис 8.2 Схема обміну кальцію в організмі (вага тіла 70 кг).
Кальцій, що надходить з їжею, в присутності вітаміну D всмоктується переважно в порожній кишці. Значна частина кальцію не всмоктується, а невелика його кількість секретується і виділяється з калом. Кальцій у позаклітинному просторі. включаючи плазму крові, знаходиться в динамічній рівновазі з депонованих в кістковій тканині. У нирках мала частина не реабсорбіровать кальцію виводиться із сечею.
Коливання рівня кальцію можуть призвести до змін порога збудливості нервових і м'язових клітин, порушень активності ферментів, гормональної регуляції метаболізму та інших процесів. Концентрація цього іона в плазмі крові регулюється з високою точністю. Відхилення на 1% приводить в дію контролюючу систему, відновлює рівновагу. Регуляторами є паратпрін 1,25 (ОН) 2 - - кальцідорол, що сприяє підвищенню кальцію в плазмі крові в разі гіпокальцемії і кальцітоніі, а також 24,25 (ОН) 2-кальциферол, що володіють протилежним ефектом. Ці ж гормони регулюють концентрації неорганічного фосфату і ряду інших іонів в рідинах організму.
Паратирин - гормон білкової природи, що секретується головними клітинами паращитовидних залоз у відповідь на низьку концентрацію кальцію в позаклітинній рідині. Чотири паращитовидні залози з діаметром менше 5 см і вагою 15 - 72 гр. кожна розташовані безпосередньо за щитовидною залозою і забезпечуються артеріальною кров'ю з її задньої капсули. Венозний відтік відбувається в цервікальні венозні сплетення. У паратиреоїдного системі закладений великий функціональний резерв. Для прояву їх повноцінної активності досить функціонування тільки двох з чотирьох, тобто існує можливість заміни одних іншими. І хоча з віком відбувається деяке зниження їх функцій, гіпопаратіреоідізм не виникає.
Паратіріна, як багато інших гормони білково-пептидної природи, синтезується у вигляді більшого попередника - препропаратіріна (115 амінокислотних залишків).
Видалення 25 аміноацілов призводить до утворення прогормона (90 амінокислотних залишків). Подальше відщеплення гексапептіда формує паратирин (84 кислотних залишку). Біологічна активність його молекули пов'язана з N - термінальної (1 - 34) амінокислотною послідовністю (рис. 8.3).
Секреція паратирина регулюється кальцієм сироватки крові за механізмом негативного зворотного зв'язку. Гипокальциемия її посилює, гіперкальціємія - зменшує. Це відбувається за участю кальцієвих рецепторів на поверхні секреторних клітин. Вони відносяться до класу рецепторів, пов'язаних з G-білками.
Незважаючи на важливе значення паратирина в контролі екскреції фосфатів, зміна їх концентрації безпосередньо не впливає на секрецію гормону. Помірна гіпомагніємія стимулює, більш значна - пригнічує значення паратирина, тобто його секреція є магніезавісімим процесом.
Клітини-мішені для паратирина знаходяться в кістковій тканині і нирках. Остеокласти не мають рецепторів до цього гормону, але вони є в плазматичних мембранах остеобластів. У нирках вони структуровані в мембрани клітин проксимальних і дистальних канальців.
Сигнали паратирина реалізуються по аденілатціклазную шляху (рис. 4.7, табл. 4.1). Цей гормон надає різноманітні впливи на метаболізм кальцію, але завжди призводить до підвищення його концентрації в плазмі крові (див. Табл. 8.2).
У кісткової тканини цей гормон стимулює функцію остеокластів, але не прямо, а опосередковано. Взаємодіючи з рецепторами на остеобластів, він прискорює біосинтез і секрецію ними остеокальцину, остеопонтіна, деяких цитокінів (ІЛ-1, ІФР-I, ІЛ-6, колонієстимулюючий фактор, кахексін лімфотоксин).
Всі ці речовини діють паракринно. Остеокальцин викликає хемокінез остеокластів. Остеопонтін через свої рецептори на плазматичних мембранах стимулює їх метаболічну активність. Це ж роблять і цитокіни.
У дистальних звивистих ниркових канальцях паратирин підвищує реабсорбцію іонів цього металу. У проксимальних канальцях він знижує зворотне всмоктування фосфатів, а разом з ним сульфатів, бікарбонатів, хлоридів. Це сприяє розвитку видільної ацидозу.
У клітинах проксимальних канальців нирок паратирин стимулює утворення кальцитріолу (рис. 2.7, 8.4), внаслідок чого підвищується абсорбція кальцію в кишечнику.
Таблиця 8.2.
Ефекти паратирина і їх результати