Метаболические особенности костной ткани (обмен кальция и фосфора)

Кальций относится к макроэлементам, общее его количество в организме составляет около 2% массы тела, т.е. примерно 25-30 моль или около 1 кг, из которых 99% содержится в костной ткани, дентине и эмали зубов и 1 % – во внеклеточной жидкости и мягких тканях. Около 1% скелетного кальция свободно обменивается с экстрацеллюлярной жидкостью, причем большая часть является быстро обновляемой, медленный обменный пул составляет всего 7,5 ммоль/сутки.

Суточная потребность в кальции у здорового человека составляет ориентировочно 15-25 ммоль (0,6-1,0 г). Кальций плохо всасывается в кишечнике – чистая кишечная его абсорбция составляет 125-200 мг/сут, т.е. не более 20% потребленного кальция. Основное количество кальция теряется с каловыми массами (-20 ммоль/сут), потовыми железами (~2 ммоль/сут) и почками. В почках кальций фильтруется в количестве 240-250 ммоль/сут и почти полностью (98%) реабсорбируется в канальцах. Суточная экскреция кальция сильно зависит от количества кальция, поступившего с пищей, и уровня всасывания в кишечнике, поэтому диагностическая ценность этого показателя невелика – разброс физиологических колебаний на свободной кальциевой диете весьма велик – от 1,6 до 8 ммоль (50-250 мг).

В сыворотке крови кальций находится в трех фракциях: ионизированный (~50% общего количества), связанный с белками (-40%) и соединенный с цитратом, фосфатом, лактатом и др. анионами (-10%). Около 90% белковосвязанного кальция связано с альбуминами и 10% – с глобулинами.

Изменения концентрации сывороточного альбумина могут влиять на достоверность результатов при измерении концентрации общего кальция. При pH 7,4 один грамм альбумина связывает 0,8 мг кальция. Кальций прочно соединяется с карбоксильной группой альбумина, причем кальцийсвязывающая способность белка находится в зависимости от pH. У здоровых людей концентрация общего кальция колеблется в пределах 2,25-2,75 ммоль/л. При остром алкалозе способность альбумина связывать кальций возрастает, в результате чего концентрация ионизированного кальция в плазме уменьшается и могут развиваться признаки гипокальциемии, хотя концентрация общего Са не меняется. Острый ацидоз уменьшает связывание кальция с альбумином и фракция ионизированного кальция возрастает.

Концентрация ионизированного кальция в норме изменяется от 1,0 до 1,35 ммоль/л (по другим данным – 0,98-1,13 ммоль/л). Именно эта фракция Са²⁺ является биологически активной. Даже незначительные флуктуации содержания Са²⁺ сопровождаются быстрой реакцией организма, направленной на сохранение его стабильной концентрации.

Уровень Са²⁺ жестко контролируется тремя гормонами: кальцитонином, паратгормоном и кальцитриолом. Снижение уровня ионизированного кальция в крови по механизму отрицательной обратной связи стимулирует секрецию ПТГ, который увеличивает выход кальция из костного депо, усиливает реабсорбцию кальция в почках, а также, активируя 1 а-гидроксилазу в почках, повышает превращение транспортной формы витамина D – кальцидиола – в его активный метаболит – кальцитриол. Последний стимулирует всасывание кальция в кишечнике. При повышении концентрации Са²⁺ в крови запускается описанный механизм, но в обратном направлении, через угнетение секреции ПТГ, помимо этого, стимулируется секреция КТ, основным механизмом действия которого является подавление выхода кальция из кости за счет первичного ингибирования остеолиза. В результате у отдельного индивида суточные колебания Са составляют не более 3%.

В основном веществе костной ткани соли кальция присутствуют в форме кристаллов и аморфной фазы. Преобладающим компонентом минера- лов кости является гидроксиапатит.

Обмен фосфора тесно связан с обменом кальция. В организме взрослого человека содержание фосфора составляет около 1% массы тела (22-23 моля или 700-800 г), 85% которого депонировано в скелете в виде кристаллов гидроксиапатита – эта часть служит резервуаром фосфора. 15% фосфора распределено во внеклеточной жидкости в форме ионов неорганического фосфата и в клетках в виде сложных эфиров.

Сывороточный неорганический фосфат так же, как и кальций, содержится в крови в виде трех основных фракций: ионизированной, связанной с белками и связанной с натрием, кальцием и магнием. Белковое связывание не столь значимо для фосфата и составляет 5-10%, 35% связано с различными ионами, остальное – ионизированная фракция. Основной формой фосфата в сыворотке крови при pH 7,4 является анион НР0₄. Уровень фосфата в сыворотке крови изменяется в широких пределах от 0,75 до 1,65 ммоль/л и зависит от возраста, пола, диеты и др. Адекватная концентрация Р в крови необходима для нормальной минерализации.

Ведущая роль в регуляции системного гомеостаза Р принадлежит почкам, что тесно связано с канальцевым фосфорным порогом или максимальной тубулярной реабсорбцией фосфата. Гипофосфатемия ведет к стимуляции синтеза кальцитриола в почках, мобилизации кальция и фосфора из кости и увеличению тубулярной реабсорбции фосфата. Нарастание концентрации кальцитриола усиливает абсорбцию кальция и фосфора из кишечника и способствует их дополнительной мобилизации из кости. Увеличенный приток кальция и фосфора замедляет секрецию ПТГ, что направляет системный отток кальция в мочу, в дальнейшем усиливается тубулярная реабсорбция фосфата. Итогом этих событий является возврат концентрации фосфата к норме без изменений уровня кальция. Гиперфосфатемия ведет к включению обратной цепи описанных выше механизмов. Главным гуморальным фактором, проти во действующим гиперфосфатемии, является ПТГ.

В среднем здоровый человек с пищей потребляет 40 ммоль фосфора (1240 мг/сут). Чистая кишечная абсорбция фосфора – приблизительно 25 ммоль/сут (775 мг) или 60% от потребленного с пищей количества. Почки экскретируют с мочой почти такое же количество фосфора. Почечная экскреция Р напрямую связана с его потреблением и поэтому колеблется в широком диапазоне от 2 до 8 ммоль/сут (62-2480 мг). Поэтому определение суточной экскреции фосфора обычно мало информативно.