Регуляция концентрации кальция и фосфора. Кальций и фосфаты в жидкостях организма

Обновлено: 16.05.2024

Гомеостаз кальция и фосфора поддерживается адекватным их (а также витаминов D) поступлением в организм и выделением из организма, нормальной минерализацией скелета - основного резервуара фосфатов и кальция.

Поддержание внеклеточной концентрации Ca2+ в узких пределах имеет важнейшее значение для функционирования многих тканей.

Внеклеточный кальций необходим как основной компонент костного скелета. Ему принадлежит ключевая роль в свёртывании крови и функционировании клеточных мембран. Внутриклеточный Ca2+ необходим для деятельности скелетной, гладкой и сердечной мышц, секреции гормонов, нейромедиаторов и пищеварительных ферментов, функции нервных клеток и сетчатки, роста и деления клеток и многих других процессов.

В организме взрослого человека содержится более килограмма (27,5 моль) элементного кальция (1,5% от массы тела), из них 99% в скелете, 0,1% общего кальция во внеклеточной жидкости и около 1% кальция - внутри клеток. Ежедневно в организм взрослого человека поступает с пищей около 1000 мг кальция (примерно столько кальция содержится в 1 л молока).

Суточная потребность: взрослые - 1 000-1 200 мг; дети старше 10 лет - 1 200-1 300 мг; дети в возрасте 3-10 лет - 1 300-1 400 мг, дети раннего возраста - 1 300- 1 500 мг. Продукты, содержащие кальций, - молоко, сыр, творог, лук, шпинат, капуста, петрушка. Баланс кальция взрослого человека представлен на рис. 1.

Рис. 1. Баланс кальция (здоровый мужчина массой тела 70 кг). Все значения приведены в расчёте на элементный кальций

Кальций находится в сыворотке в трёх формах: связанной с белком, комплектированной с анионами и свободной. Около 40% связано с белком, до 15% содержится в комплексе с такими анионами, как цитрат и фосфат. Оставшаяся часть кальция находится в несвязанной (свободной) форме в виде ионов кальция (Са2+). Кальций сыворотки в ионизированной форме имеет наиболее важное клиническое значение. Уровень сывороточного кальция в норме составляет:

• Общий кальций: 8,9-10,3 мг% (2,23-2,57 ммоль/л)

• Свободный кальций: 4,6-5,1 мг% (1,15-1,27 ммоль/л) Уровень Ca2+ поддерживается за счёт легко обмениваемого кальциевого пула костей, но этот резерв может поддерживать общее содержание кальция в сыворотке на уровне около 7 мг% (состояние гипокальциемии). Поддержание же нормального уровня кальция возможно при условии адекватной гормональной регуляции и ненарушенного баланса кальция в организме.

Сывороточную концентрацию Са2+ и фосфатов регулируют паратгормон (ПТГ), антагонистичный ему по эффектам тиреокальцитонин и гормональные формы витамина D.

• ПТГ увеличивает содержание кальция в сыворотке, усиливая его вымывание из костей и канальцевую реабсорбцию в почках. ПТГ также стимулирует образование кальцитриола.

• Кальцитриол усиливает всасывание кальция и фосфатов в кишечнике. Образование кальцитриола стимулируют ПТГ и гипофосфатемия, подавляет - гиперфосфатемия.

• Кальцитонин подавляет резорбцию костей и усиливает экскрецию кальция в почках; его эффекты на сывороточный кальций противоположны эффекту ПТГ.

Обмен фосфатов

Фактически все свои функции организм осуществляет за счёт макроэргических фосфатных связей АТФ. Кроме того, фосфат - важный анион и буфер внутриклеточной жидкости. Важно и его значение в почечной экскреции иона водорода.

Общее количество фосфатов в организме в расчёте на элементный фосфор - 500-800 г. Баланс фосфатов в организме рассмотрен на рис. 2. Гомеостаз фосфата - равновесие между поступлением и выведением фосфата (внешний баланс), а также поддержание нормального распределения фосфата в организме (внутренний баланс).

• Внешний баланс фосфата. Поступление фосфата в норме - 1400 мг/ день. Нормальный уровень экскреции фосфата - 1400 мг/день

Рис. 2. Баланс фосфатов (здоровый мужчина массой тела 70 кг). Все значения приведены в расчёте на элементный фосфор

(900 мг с мочой и 500 мг с калом). ЖКТ - пассивный компонент выведения фосфатов, в то время как экскреция фосфата в почках тщательно контролируется.

-Ф- В норме 90% фильтрующегося в почках фосфата реабсорбируется в проксимальных канальцах, очень малая часть реабсорбируется дистальнее. Основной регулятор реабсорбции фосфата в почках - ПТГ.

♦ Высокий уровень ПТГ подавляет реабсорбцию фосфата.

♦ Низкий уровень ПТГ стимулирует реабсорбцию фосфата.

• -ФНа ПТГ-независимую регуляцию реабсорбции фосфата в почечных канальцах влияют содержание фосфата в пище, кальцитонин, йодтиронины и гормон роста. Внутренний баланс фосфата. Уровни внутриклеточного фосфата -

200-300 мг%, внеклеточного (сывороточного) - 2,5-4,5 мг%

Регуляция обмена кальция и фосфатов

В организме обмен кальция и, косвенно, фосфатов регулируют ПТГ и кальцитриол. Общая схема регуляции баланса кальция и фосфатов при помощи ПТГ и кальцитриола рассмотрена на рис. 3.

Рис. 3. Баланс кальция и фосфатов, гормональные регуляторные контуры. Положительные эффекты помечены символом «+», отрицательные - «-»

Регуляция концентрации кальция и фосфора. Кальций и фосфаты в жидкостях организма

Функционально обмен кальция и фосфатов, формирование костей и зубов, регуляция продукции витамина D, паратгормона и кальцитонина глубоко взаимосвязаны. Концентрация внеклеточного кальция, например, зависит от соотнесенности процессов реабсорбции кальция из кишечника, экскреции кальция почками, поступления и выведения кальция из костей, которые регулируются упомянутыми гормонами. Гомеостатические показатели кальция и фосфатов тесно связаны, поэтому они обсуждаются в статьях по физиологии на сайте совместно.

а) Обзор регуляции кальция и фосфатов во внеклеточной жидкости и плазме. Концентрация кальция во внеклеточной жидкости в норме поддерживается на строго постоянном уровне, редко повышаясь или снижаясь на несколько процентов относительно нормальных величин, составляющих 9,4 мг/дл, что эквивалентно 2,4 ммоль кальция на литр. Такой строгий контроль очень важен в связи с основной ролью кальция во многих физиологических процессах, включая сокращение скелетных, сердечной и гладких мышц, свертывание крови, передачу нервных импульсов. Возбудимые ткани, в том числе нервная, очень чувствительны к изменениям концентрации кальция, и увеличение концентрации ионов кальция по сравнению с нормой (гипсркальциемия) вызывает нарастающее поражение нервной системы; напротив, снижение концентрации кальция (гипокальциемия) повышает возбудимость нервной системы.

Важная особенность регуляции концентрации внеклеточного кальция: только около 0,1% общего количества кальция организма присутствует во внеклеточной жидкости, около 1 % — находится внутри клеток, а остальное количество хранится в костях, поэтому кости могут рассматриваться в качестве большого хранилища кальция, выделяющего его во внеклеточное пространство, если концентрация кальция там снижается, и, напротив, забирающего избыток кальция на хранение.

Приблизительно 85% фосфатов организма хранится в костях, от 14 до 15% — в клетках, и только менее 1% присутствует во внеклеточной жидкости. Концентрация фосфатов во внеклеточной жидкости не так строго регулируется, как концентрация кальция, хотя они выполняют разнообразные важные функции, контролируя многие процессы совместно с кальцием.

б) Кальций в плазме и интерстициальной жидкости. Кальций в плазме представлен в трех формах (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок ниже):

(1) около 41% (1 ммоль/л) кальция связано с белками плазмы крови; в такой форме он не проходит через стенки капилляров;

(2) около 9% кальция (0,2 ммоль/л), связанных с анионами плазмы и интерстициальной жидкости (например, цитратами и фосфатами), может диффундировать за пределы капилляров; в этом случае кальций не ионизируется;

(3) оставшиеся 50% кальция плазмы могут и диффундировать через мембрану капилляров, и ионизироваться.

Распределение ионизированного кальция (Са 2+ ), способного диффундировать неионизированного кальция, связанного с анионами, и не диффундирующего, связанного с белками, кальция в плазме крови

В плазме и интерстициальном пространстве концентрация ионизированного кальция в норме составляет около 1,2 ммоль/л (или 2,4 мэкв/л, т.к. он — двухвалентный ион), что равняется 1/2 концентрации кальция в плазме. Только в ионизированной форме кальций оказывает влияние на такие важные функции, как деятельность сердца, состояние нервной системы, образование костей.

в) Неорганические фосфаты внеклеточной жидкости. Неорганические фосфаты присутствуют в плазме в основном в двух формах: HPO₄ 2- и H₂PO₄ - . Концентрация HPO₄ 2- составляет около 1,05 ммоль/л, а концентрация H₂PO₄ - — около 0,26 ммоль/л. Если общее количество фосфатов в плазме возрастает, то увеличивается количество обеих форм ионов фосфата. Если рН внеклеточной жидкости смещается в сторону закисления, это указывает на относительное увеличение Н2РО4 и снижение HPO₄ 2- , в то время как противоположные сдвиги представленности этих форм фосфатов во внеклеточной жидкости сопровождаются алкалозом.

В связи с трудностями, возникающими при попытке точного определения количества HPO₄ 2- и H₂PO₄ - в крови химическими методами, обычно общее количество фосфатов выражают количеством миллиграммов фосфора на децилитр (100 мл) крови. Общее количество неорганического фосфора, представленное в виде обоих ионов, составляет приблизительно 4 мг/дл (3-4 мг/дл у взрослых и 4-5 мг/дл у детей).

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

В организме человека более 98% Са фиксировано в костной ткани, и только 1-2 % находится в мягких тканях и внеклеточной жидкости, в т.ч. в крови. В сыворотке крови 40% Са циркулирует в комплексе с белками, 9% в виде солей (фосфаты, цитрат), оставшиеся 50% присутствуют в ионизированной (свободной) форме (Са2+) и поэтому способны диффундировать в межклеточную жидкость. Именно свободный кальций является регулятором внутриклеточных процессов.

Физиологически действие Са связано с регуляцией проницаемости клеточных мембран. В клетке его концентрация очень мала, с наружной стороны плазматической мембраны содержание Са2+ многократно выше. Установление такого баланса концентраций обеспечивается энергозависимой работой мембранных каналов и насосов. Благодаря низкому содержанию Са2+ в цитоплазме и высокому градиенту концентрации по обе стороны плазматической мембраны, этот ион имеет важное значение в регуляции жизнедеятельности клеток. Плазматическая мембрана клеток обладает низкой проницаемостью для кальция; выведение иона из клетки является энергозависимым. Изменение проводимости кальциевых каналов мембраны и внутриклеточного содержания Са2+ меняет функционирование многих систем, включая процессы клеточного деления. Ионы кальция играют важную роль при передаче нервных импульсов, сократимости мышц, в процессе свертывания крови, являются кофакторами ряда ферментных реакций. Определение уровня кальция - диагностически и прогностически значимый тест при целом ряде патологических состояний.

Для поддержания нормального уровня кальция в сыворотке крови необходимо достаточное поступление его с пищей. На поступление кальция в организм влияет его содержание в продуктах питания и их состав. Присутствие в пище веществ, связывающих кальций, в первую очередь фосфатов и жирных кислот, существенно уменьшает его абсорбцию. Всасывание кальция происходит преимущественно в проксимальном отделе тонкой кишки и в тощей кишке. В кишечнике абсорбируется от 30 до 70% кальция, поступившего с пищей.

Клинически гиперкальциемия проявляются в виде нарушения работы почек (полиурия, мочекаменная болезнь), ЖКТ (тошнота, рвота, запоры), сердца (укорочение интервала Q-T на ЭКГ), неврологическими симптомами (слабость, утомляемость, спутанность сознания, ступор и кома). Клинические проявления гиперкальциемии более выражены при быстром ее развитии.

Клинические проявления гипокальциемии различаются в зависимости от степени снижения уровня кальция. Мышечная утомляемость, слабость, подёргивание отдельных групп мышц, положительные симптомы Хвостека, Труссо, Люста отмечают при легкой степени гипокальциемии. Алкалоз увеличивает связанную с альбумином фракцию кальция, обостряя симптомы. Тяжелая гипокальциемия вызывает сонливость, спутанность сознания, отмечают спазмы гладкой мускулатуры, гипертонус и судороги, удлинение интервала QT на ЭКГ. Хроническая гипокальциемия может стать причиной катаракты и кальцификации базальных ганглиев.

Обмен кальция в организме тесным образом связан с обменом фосфора. К основным факторам, регулирующим метаболизм фосфатов и кальция, относятся ПТГ, кальцитонин и витамин D. При возникновении гипокальциемии происходит увеличение синтеза ПТГ, который обеспечивает усиление канальциевой реабсорбции и снижение выделения кальция с мочой. Одновременно под влиянием ПТГ повышается экскреция фосфора почками, что приводит к снижению концентрации фосфора в сыворотке крови и внеклеточной жидкости и последующему увеличению уровня кальция в крови. Гиперфосфатемия сопровождается снижением концентрации кальция, что приводит к стимуляции выброса ПТГ, снижению канальцевой реабсорбции фосфата и увеличению его экскреции почками.

Содержание Са в сыворотке крови и моче изменяется при дисфункции паращитовидных и щитовидной желез, новообразованиях разной локализации, особенно при метастазировании в кости, почечной недостаточности. Длительная гиперкальциемия в сочетании как с гипер-, так и с нормофосфатемией может быть причиной отложения фосфата кальция в стенке кровеносных сосудов, соединительной ткани, слизистой оболочке желудка, других органах и тканях.

Читайте также: