Fosfo-vápnikový metabolizmus

vápnik a fosforečný sú základnými prvkami pre správne fungovanie ľudského tela.

kosť je to hlavný rezervoár a hydroxyapatit je hlavnou formou skladovania. hydroxyapatit (Ca10 (PO4) 6) v kostiach a zuboch obsahuje až asi 98% vápniku v tele, respektíve 85% fosforu v tele.
Obličky sú najrýchlejším spôsobom regulácie sérového vápnika a fosforu.
PTH je najdôležitejším regulátorom metabolizmu fosfo-vápnika. Spôsobuje zvýšenie vápniku a zníženie fosforu. Vitamín D zvyšuje absorpciu vápnika v čreve.

Metabolizmus vápnika a fosforu sa študuje spoločne, pretože hlavné mechanizmy regulácie (paratyroidný hormón a vitamín D) a ukladania (hydroxyapatit) sú spoločné pre tieto dva prvky.

Distribúcia vápnika a fosforu v tele

vápnik

V závislosti od veku vápnik uložené v kosti môže dosiahnuť až 98-99% celkového vápniku v tele (asi 1 000 g). Skladuje sa v dvoch formách: v jednej ľahko mobilizovateľnej - rýchlo sa použije pôsobením paratyroidného hormónu v prípade zníženia hladiny vápnika v krvi; ďalší ťažko mobilizovateľný, uložený na úrovni kosti kompaktnej z povrchu kosti.

vápnik krvi (asi 1 g) má tri formy:

ionizovaná, voľná forma (50%) - môže difundovať cez membrány; je najdôležitejšia aktívna forma vápniku, ktorá vykonáva funkčné atribúcie (uvedené ďalej) a obrat kostí; (4)
voľná, neionizovaná forma - vápnik kombinovaný s anorganickými zlúčeninami (napr. fosfát);
kombinovaná forma so sérovými proteínmi - 41% (teda viazaná, neionizovaná forma); hlavným sérovým proteínom, na ktorý sa vápnik viaže, je albumín; stanovenie celkového vápnika v krvi musí byť interpretované v kontexte proteinémie (nízky celkový obsah bielkovín; celkový vápnik tiež klesá, ale ionizovaná, voľná forma môže byť normálna a pacient bez príznakov); logickým dôsledkom by bolo priame stanovenie iónového vápnika (iba ten je skutočne aktívny), ale metódy jeho stanovenia sú v porovnaní so stanovením celkového vápniku ťažšie, takže ak sú celkové bielkoviny v normálnych medziach, celkový vápnik sa určuje, ak sú bielkoviny celkom majú upravené hodnoty (príklad - nárast mnohopočetného myelómu) je určený iónový vápnik. (5)

Je potrebné poznamenať, že hladina iónového vápnika je veľmi prísne regulovaná, rozsah variácií hodnôt vápnika je veľmi úzky. Táto úroveň nezávisí od príjmu potravy, ale je regulovaná mobilizáciou zásob.

Normálna hladina vápnika líšiť sa v závislosti od veku a pohlavia. Predpokladá sa, že dospelý starší ako 22 rokov by mal mať hodnoty sérového vápnika (celkový vápnik) medzi 8. 9-10. 1 mg/dl a iónový vápnik medzi 4, 8-5. 7 mg/dl. (13)

fosforečný

Rovnako ako vápnik, fosfor sa nachádza väčšinou (približne 85%) v kostiach ako hydroxyapatit.
Asi 10% celkového fosforu v tele tvoria organické fosfáty z nukleotidov, fosfolipidov a fosfoproteínov.

Sérový fosfor (5%) sa nachádza vo forme nasledujúcich fosfátových iónov (anorganických): HPO4– a H2PO4-. Stanovenie fosforu v sére zahrnuje všetky formy, v ktorých sa nachádza. Líši sa v závislosti od pH séra, pretože fosfát funguje ako tlmivý systém. Hodnoty patriace do rozsahu 2 až 4 sa považujú za normálne u dospelých. 5 mg/dl. (14)

Úlohy vápniku a fosforu v tele

vápnik

Vápnik je základným prvkom v ľudskom tele. Jeho dôležitosť spočíva v mnohých procesoch v tele, ktoré vyžadujú vápnik a nemôžu prebiehať v jeho neprítomnosti.

Funkčná rola
Na bunkovej úrovni vápnik hrá úlohu v:

Štrukturálna rola
Prostredníctvom hydroxyapatitu sú vápnik a fosfor štruktúrnymi prvkami kostí a zubov.

fosforečný

Fosfor sa podieľa na tvorbe základných zlúčenín pre ľudský organizmus. Jeho úloha je dvojitá, štrukturálne aj funkčne.

Štrukturálna rola
Cez fosfolipidy vstupuje fosfor do zloženia bunkových membrán; spolu s vápnikom vytvára z kostí a zubov hydroxyapatit - Ca10 (PO4) 6 (OH) 2.

Funkčná rola
Tvorba nukleotidov má úlohu v energetickom metabolizme - prostredníctvom adenozíntrifosfátu (ATP) a pri skladovaní a prenose bunkového genetického materiálu, prostredníctvom tvorby nukleových kyselín - deoxyribonukleovej kyseliny (DNA) a ribonukleovej kyseliny (RNA); hrá tiež úlohu v medzibunkovej signalizácii (napr. cyklický adenozínmonofosfát - cAMP je posol druhého rádu, ktorý je tvorený na stimuláciu receptora spojeného s alfa-G proteínom - s podjednotkami s - ktorý aktivuje adenylátcyklázu, ktorá prevádza ATP na cAMP). Fosforyláciou alebo defosforyláciou niektorých enzýmov prebieha ich aktivácia, respektíve inaktivácia.

Absorpcia vápnika a fosforu

Koncentrácia vápnika a fosforu v krvi nezávisí v prvej fáze od ich príjmu v potrave. Vysvetlenie by malo byť také, že intestinálna absorpcia je proces, ktorý prebieha postupne a závisí od mnohých faktorov. Náhly pokles je potrebné rýchlo upraviť, aby sa zabránilo závažným následkom nedostatku týchto prvkov dôležitých pre telo, a to obličkami a kosťami.

Vstrebávanie vápnika v čreve sa deje hlavne pomocou aktívna doprava (riadený mechanizmus 1:25 - dihydroxyvitamín D), ale aj jednoduchá difúzia. Ak je množstvo prijatého vápnika menšie ako 1 g, absorbuje sa asi 30% vápnika. Vápnik musí byť absorbovaný v rozpustnej forme; Rozpustenie vápnika z jeho solí sa uskutočňuje pri nízkom pH, takže žalúdočná kyslosť je pri absorpcii vápnika nevyhnutná. Rovnako ako v prípade vápnika, absorpcia fosforu v čreve sa vykonáva pomocou a aktívny mechanizmus regulované vitamínom D a jedným pasívny, v závislosti od množstva fosforu prítomného v čreve. Asi 60-80% prijatého fosforu sa absorbuje.

Regulácia hladín vápnika a fosforu v tele

Vápnik a fosfor majú spoločné nastavovacie mechanizmy, ale spustenie týchto mechanizmov je pre tieto dva prvky odlišné. Hladina vápnika je teda regulovaná veľmi presne, čo je mierny pokles, ktorý v tele vyvoláva rad zmien, a to v dôsledku priameho zapojenia vápnika do mnohých fyziologických procesov popísaných nižšie.

Na druhej strane môže hladina fosforu náhle poklesnúť na dvakrát pod normálnu hladinu, bez toho, aby to pacient cítil.

rovnováha medzi hladinou vápnika a fosforu v krvi je dôležitá, pretože pri vysokej hladine oboch prvkov sa tvoria fosfo-vápenaté soli, ktoré sa vyzrážajú v mäkkých tkanivách alebo obličkách. Je teda zrejmé, že súčasné zvýšenie týchto dvoch prvkov vedie k zníženiu iónového (aktívneho) vápnika jeho spotrebou k tvorbe fosfo-vápenatých solí a v dôsledku toho sa objavujú klinické prejavy hypokalciémie.

Regulácia metabolizmu fosfo-vápnika sa dosahuje prostriedkami, ktoré pôsobia na konkrétne orgány. Nasledujú faktory (látky), ktoré dozerajú na homeostázu fosfo-vápnika, konkrétne paratyroidný hormón, vitamín D a ďalšie hormóny s nižším postihnutím, z ktorých je kalcitonín reprezentatívny, spolu s cieľovými orgánmi, na ktoré pôsobí. Týmito cieľmi sú obličky (ktoré najrýchlejšie reagujú na zmeny hladiny týchto dvoch prvkov v tele), kosti (rezervoár) a črevo (kde sa vápnik a fosfor absorbujú pôsobením vitamínu D).

Paratyroidný hormón (PTH)

Je to polypeptidový hormón, syntetizovaný hlavnými bunkami prištítnych teliesok. Jeho úlohou je zvyšovať hladinu vápnika a znižovať hladinu fosforu.

Nariadenie o sekrécii
Hlavným regulátorom sekrécie PTH je vápnik. Znížený vápnik stimuluje sekréciu a syntézu PTH (stimuláciou vápnikových receptorov v hlavných bunkách sa molekuly PTH uložené na tejto úrovni uvoľňujú do obehu a potom sa začína syntéza nových molekúl); akcia trvá, kým sa nedosiahne normálna hladina vápnika, nad ktorou vápnik inhibuje uvoľňovanie PTH (negatívna spätná väzba). (6)

Fosfor ovplyvňuje vylučovanie PTH opačným smerom ako vápnik: zvýšený fosfor stimuluje sekréciu paratyroidného hormónu.

Negatívnu spätnú väzbu má aj vitamín D (zobrazený nižšie), ktorého aktívna forma sa produkuje po stimulácii PTH.

Účinok horčíka na sekréciu PTH je podobný vápniku, ale jeho schopnosť stimulovať sekréciu je nižšia; teda pokles horčíka stimuluje uvoľňovanie PTH s jedinou výnimkou: masívny pokles horčíka inhibuje uvoľňovanie paratyroidného hormónu s následnou hypokalciémiou.

Úlohy paratyroidného hormónu
V prípade hypokalciémie je prvý účinok PTH na obličky. (8) Stimuluje vo vzostupnej vetve Henleovej slučky a v distálnej čítacej trubici reabsorpciu vápnika (iónový vápnik a vápnik viazaný na anorganické zlúčeniny) v krvi. Na fosfor je účinok obrátený: podporuje blokovanie reabsorpcie a v dôsledku toho zvyšuje vylučovanie.

Pôsobenie PTH na kosť je zložité a stimuluje tak osteolýzu, ako aj osteogenézu. Účinok sa líši v závislosti od toho, ako sa hormón pestuje. Kosť je spojivové tkanivo zložené z buniek a kostnej matrice. Z funkčného hľadiska rozlišujeme dva typy kostných buniek: osteoforméry (osteoblasty a osteocyty) a deštruktívne bunky alebo osteoklasty. Ak sa hladina PTH zvýši náhle, na krátke časové obdobia, čistým efektom je stimulácia produkcie kostnej matrice pomocou dvojitého mechanizmu:

1. aktivuje vápnikové kanály v osteocytoch, ktoré procesom osteolýzy uskutočňovanej osteocytmi prenášajú vápnik do osteoblastov, ktoré osifikujú kostnú matricu;
2. stimuluje osteoblasty, ktoré aktivujú osteoklasty a spôsobujú resorpciu kostí, ale táto stimulácia určuje aj syntézu stimulačných faktorov osteogenézy, ktorá sa spúšťa nepriamo.

Chronická sekrécia PTH spúšťa osteolýzu s následným zvýšením sérového vápnika. Mechanizmus je nepriamy, stimuláciou osteoblastov (bunky tvoriace kosť), pretože osteoklasty nemajú receptory pre PTH. Osteoklasty sú stimulované cytokínmi vylučovanými osteoblastmi a vitamínom D. Akonáhle dôjde k osteolýze, zvýšia sa hladiny vápnika a fosfátov v krvi.

Paratyroidný hormón tiež nepriamo ovplyvňuje črevnú absorpciu vápnika a fosforu stimuláciou produkcie 1,25-dihydroxyvitamínu D v obličkách. To zvyšuje absorpciu prvkov spomenutých v nižšie uvedených mechanizmoch.

Vitamín D

Mechanizmus výroby
Vitamín D je vitamín rozpustný v tukoch, bez ktorého sa vyskytne choroba zvaná rachitída. Dodáva sa v dvoch formách:

D2 ergokalciferol - ktorý sa v tele nedá syntetizovať, hlavným zdrojom je zelenina;
D3 cholekalciferol - syntetizuje sa na úrovni kože pôsobením ultrafialového žiarenia na 7-dehydrocholesterol produkovaný bunkami kože alebo získaný príjmom tresčej pečene, vajec.

Ukladá sa v tele ako usadeniny v tukovom tkanive.

Na uplatnenie svojho účinku v rámci metabolizmu fosfo-vápnika prechádza vitamín D dvoma ďalšími modifikáciami: prvou na úrovni pečene, kde k hydroxylácii dochádza na úrovni 25; po druhé, na obličkovej úrovni, kde za pôsobenia enzýmu 1-alfa-hydroxylázy dochádza k transformácii vitamínu D 25-hydroxy na vitamín D-1,25-dihydroxy, do formy s maximálnou aktivitou vitamínov. Aktivita 1-alfa hydroxylázy je úzko regulovaná aktivitou enzýmov a fosfátov zvyšujúcich PTH a 1,25-dihydroxyvitamín D znižujúci produkciu aktívneho vitamínu D.

na čreve: hlavné pôsobenie vitamínu D prebieha v tenkom čreve, kde zvyšuje absorpciu vápniku a fosforu, a to buď priamo podporou syntézy bielkovín podieľajúcich sa na absorpcii týchto dvoch prvkov, alebo nepriamo stimuláciou rastu enterocytov. absorpcia);
na obličky: účinok vitamínu D je nižší v porovnaní s účinkom PTH; podporuje reabsorpciu vápnika (rovnako ako PTH), ale tiež zvyšuje hladinu reabsorbovaných fosfátov (na rozdiel od PTH);
na kosti: úloha vitamínu D v kosti nie je úplne známa, pôsobí tak v zmysle zvyšovania kostnej matrice, ako aj v zmysle stimulácie osteolýzy; je ťažké určiť hranicu medzi týmito dvoma účinkami, pretože vitamín D zvyšuje vápnik, takže poskytuje substrát pre osteosyntézu, ale existuje aj priama stimulácia osteoklastov (ktoré majú na rozdiel od PTH receptory vitamínu D) sprievodnou osteolýzou; celkovo môžeme povedať, že vitamín D zvyšuje obnovu kostného tkaniva.

Je dôležité spomenúť menej známy účinok vitamínu D, tj profylaktické činidlo na rôzne choroby, od pohybového aparátu po srdcové alebo autoimunitné. (9)

Ďalšie látky zapojené do metabolizmu fosfo-vápnika

kalcitonín je peptidový hormón syntetizovaný parafolikulárnymi bunkami (tiež nazývanými C bunky) štítnej žľazy. Účasť kalcitonínu na homeostáze vápnika a fosforu nie je úplne známa. Spočiatku sa myslelo, že úlohou kalcitonínu je inhibovať ostolýzu a znižovať vápnik. Jeho vylučovanie je stimulované prebytočným vápnikom v sére. Táto úloha bola následne spochybnená, pretože u pacientov podstupujúcich tyroidektómiu zostal vápnik na normálnych úrovniach; Aj u pacientov s medulárnym karcinómom štítnej žľazy (rakovina C buniek) majú vápnik normálne hodnoty, hoci majú zvýšené hladiny kalcitonínu. (10)
Mechanizmus účinku spočíva v inhibícii aktivity osteoklastov, a teda jeho použitia pri Pagetovej chorobe, pri ktorej dochádza k nadmernej osteolýze. Na obličkovej úrovni zvyšuje elimináciu fosfátov, vápnika a sodíka. Tieto účinky majú nízku intenzitu a sú prechodné. (11)

Somatotropný hormón (STH) stimuluje črevnú absorpciu vápnika pri absencii vitamínu D. Mechanizmus je pravdepodobne sprostredkovaný IGF-1 (inzulínový rastový faktor 1).

Pohlavné hormóny, Testosterón a estradiol zlepšujú kvalitu kostí stimuláciou ukladania vápnika. Znížený estradiol je zodpovedný za postmenopauzálnu osteoporózu u žien.

Glukokortikoidy majú negatívny vplyv na zdravie kostí. Mechanizmus účinku je založený na stimulácii aktivity osteoklastov (zvýšenie expresie ligandu RANK a zníženie osteoprotegerínu) a blokovaní proliferácie osteoblastov. (11)

Poruchy metabolizmu fosfo-vápnika

Zmena koncentrácie vápniku a fosforu sa nazýva hyperkalcémia, resp hyperfosfatémia, keď dôjde k jeho zvýšeniu a hypokalciémia, resp fosfát keď klesá.

vápnik

hypokalciémia predstavuje pokles sérového vápnika pod 8,9 mg/dl, keď majú proteíny normálne hodnoty, alebo iónového vápnika pod 4,8 mg/dl.

Kosť - akékoľvek ochorenie, ktoré znižuje mobilizáciu vápnika v kostiach (hypoparatyroidizmus, závažná hypomagneziémia).
Obličky. Pri zlyhaní obličiek nastáva hypokalciémia zníženou reabsorpciou vápnika a zníženou elimináciou fosfátov (znižuje iónový vápnik tvorbou fosfo-vápenatých solí), znižuje syntézu alfa 1-hydroxylázy (znižuje aktivitu vitamínu D).
Črevo. Zlý nedostatok vitamínu D v dôsledku zníženého príjmu, nízkej absorpcie (malabsorpcia lipidov), nedostatočnej aktivácie vitamínu D v dôsledku zníženého vystavenia ultrafialovému žiareniu alebo ochorenia obličiek.
Hypokalciémia spojením iónového vápnika s fosfátmi, voľnými mastnými kyselinami (napr. Pri pankreatitíde) alebo plazmatickými proteínmi (v prípade zníženia pH krvi).

fosforečný

Predstavuje zvýšenie plazmatického fosforu nad 4,5 mg/dl. Príčin môže byť veľa: zvýšený príjem, zvýšená absorpcia (pri hypervitaminóze D), extracelulárna migrácia (pri zrýchlenom deštrukcii buniek, traumatická alebo netraumatická), znížená eliminácia obličkami (hypoparatyreóza, ochorenie obličiek).

Predstavuje pokles plazmatického fosforu pod 2,5 mg/dl. Inkriminované príčiny môžu byť: znížený príjem potravín bohatých na fosfor, znížená absorpcia (buď pri nedostatku vitamínu D, alebo podaním laxatív - zvýšené vylučovanie stolicou - alebo antacidá - tvoria komplexy fosforu a sú vylučované stolicou), penetrácia nadmerný intracelulárny obsah (fosfor je nevyhnutný pre intracelulárny metabolizmus glukózy, takže nadmerný príjem uhľohydrátov alebo postinzulínové podávanie v hyperglykemických stavoch vyžaduje rozsiahlu intracelulárnu penetráciu fosforu), zvýšená eliminácia obličkami (hyperparatyreóza, kľučkové diuretiká).