Калциево-фосфатна обмяна

Минералите са неорганични вещества, от които организмът се нуждае в малки количества. Те притежават различни функции, които включват образуване на кости и зъби, поддържане на оптималния състав на телесните течности, компоненти на различни ензими. Минералите не се образуват в организма. По тази причина е необходимо те да се доставят с храната. Калцият и фосфорът са ключови минерали за поддържането на хомеостазата. Почти всички физиологични процеси са зависими от калция в организма. Отклоненията от оптималните му стойности водят до сериозни клинични прояви. Хипокалциемията причинява повишена нервномускулна възбудимост, мускулни спазми, тетания и сърдечна дисфункция. При по-високи нива на калций от нормалните се развива хиперкалциемия, която може да доведе до дифузно отлагане на калциев фосфат в тъканите, което води до дисфункция и увреждане на органите. Калцият и фосфорът са макроелементи, които са необходими за скелетната минерализация. Нарушенията в калциево-фосфатната обмяна са едни от най-често срещаните. Те включват аномалии в серумните концентрации на двата минерала, в костите и в основните регулаторни системи (бъбреци, храносмилателна система, паращитовидни жлези).

Значение и обмяна на калция и фосфатите в организма

Калцият е макроелемент. 99% от общото количество на калция в организма се намира в костите и зъбите. Нормалната концентрация на този минерал е 2,2-2,7 mmol/L. Той се намира под три форми – свободен йонизиран калций, свързан с фосфатни, сулфатни, цитратни и лактатни аниони, свързан с плазмените белтъци. Калцият участва в осъществяването на редица биологични процеси, към които се причисляват нервно-мускулна възбудимост, осъществяване на връзката между процесите на възбуждане и съкращение, освобождаване на хормони от ендокринни клетки, освобождаване на медиатори в синапсите, участие в кръвосъсирването, роля на вътреклетъчен посредник, формиране на кости и зъби. Калцият се приема с храната – при консумация на мляко, сирене, зърнени храни. След това той се резорбира в тънките черва. Дневната нужда от калций е около 1 грам, като по време на бременност и кърмене, тя се увеличава. Ненужният на организма калций е изхвърля с изпражненията или се екскретира с урината. Поддържането на оптималните нива на калция е от ключово значение за здравето на костите и зъбите, за превенция на остеопорозата, на сърдечно-съдови и злокачествени заболявания. Прекомерният прием на калций може да доведе до констипация и развитие на бъбречно-каменна болест.

Фосфорът също е макроелемент. Около 86% от общото количество на фосфатите се намират в костите и зъбите. В плазмата фосфатите се откриват под три форми – йонизирани фосфати, свързани с плазмените белтъци, свързани с калциеви и магнезиеви йони. Основната функция на фосфатите е свързана с образуването на макроергични съединения (АТФ, АДФ и креатинфосфат), които са ключов фактор във вътреклетъчния метаболизъм на енергията. Необходимият дневен прием на фосфати е около 1 грам. Той се набавя при консумация на храни с животински и растителен произход. След като се приемат с храната, фосфатите се резорбират в дванадесетопръстника и другите части на тънкото черво чрез вторично активен транспорт. Ненужните на организма фосфати се екскретират с урината.

Костна тъкан

Костите са основната част на опорно-двигателната система. Те притежават редица важни функции като защита на тъканите, съхранение на калция и фосфатите, участие в осъществяването на движенията. Костите са изградени от костна тъкан, която представлява минерализирана съединителна тъкан. Те не са инертни органи, а динамични структури, в които постоянно протичат процеси на образуване и разграждане на костно вещество. Тези процеси се означават като костно ремоделиране, което протича в три фази – костна резорбция от остеокластите, период на обръщане, образуване на костна тъкан от остеобластите. При нарушаване на равновесието между костното образуване и разграждане се наблюдават патологични промени в костите. При надделяване на резорбцията се развива остеопороза, а в обратния случай – остеопетроза.

Костната тъкан е изградена от три вида клетки – остеобласти, остеокласти и остеоцити. Остеобластите са кубовидни клетки, чиято основна функция е свързана с образуването и минерализацията на костта. Те синтезират съставките на екстрацелуларния матрикс – колаген тип I, глюкозаминогликани, протеогликани, остеокалцин, остеонектин и сиалопротеин. Остеокластите са големи многоядрени клетки, които осъществяват резорбцията на костното вещество. Остеоцитите са плоски клетки. Те притежават множество израстъци, които ги свързват с остеобласти, с повърхността на костите и със съседни остеоцити. Основната функция на остеоцитите е свързана с поддържане на нормалното състояние на костния матрикс. Те имат и остеолитични свойства, които имат значение за краткотрайното костно ремоделиране.

Костната тъкан притежава висока функционална активност. Във всеки един момент около 20% от костното вещество се намира в процес на ново изграждане. Част от костната тъкан се резорбира. Тези процеси формират костното ремоделиране. По време на растеж процесите на изграждане надделяват над процесите на резорбиране. Към 50 годишна възраст настъпва баланс между тях. След това резорбцията надделява и общата костна маса намалява. Поддържането на костната хомеостаза се регулира от локални (растежни фактори, простагландини, цитокини) и системни фактори (калцитонин, глюкокортикоиди, андрогени, естрогени, витамин D).

Освен всички по горе изброени функции, костната тъкан притежава и ендокринна функция, която се обуславя от производството на биологично активни вещества от клетъчните и компоненти. Последните проучвания показват, че тези хормони имат много разнообразни функции, като участват в регулацията на въглехидратния и костния метаболизъм, на апетита и на секрецията на тестостерон. Към тях спадат остеокалцин, фибробластен растежен фактор 23, склеростин, липокалин 2.

Регулация на калциево-фосфатната обмяна

Плазмената концентрация на калция в организма се контролира в много тесни граници. В поддържането на калциевата хомеостаза са включени три места – кости, бъбреци, храносмилателна система, три хормона – паратхормон, калцитонин и активната форма на витамин D₃, три типа костни клетки – остеобласти, остеокласти, остеоцити. Основна роля в регулацията на калциевата хомеостаза има паратхормона, чиято функция е да запазва калция в организма и да елиминира фосфатите. ПТХ действа на няколко места – в костите, в бъбреците и в тънките черва. В костите ПТХ осъществява бързо придвижване на калций и стимулира костната резорбция. В бъбреците ПТХ увеличава реабсорбцията на калций в дисталните тубули и намалява екскрецията им с урината. В тънките черва ПТХ увеличава резорбцията на калций и фосфати. Калцитонинът е другият хормон, който участва в регулацията на калциево-фосфатната обмяна. Той се отделя от С-клетките на щитовидната жлеза. Основната му функция е да предпази от поява на хиперкалциемия. Ефектите му са два: краткотраен, който се изразява в ограничаване на придвижването на калция през остеоцитно-остеобластната бариера, и дълготраен, който се изразява в намаляване на костната резорбция чрез потискане на активността на остеокластите. Активната форма на витамин D също участва в регулацията на калциево-фосфатната обмяна. Основните и ефекти са увеличаване на резорбцията на калций и на неорганични фосфати в тънките черва, увеличаване на чувствителността на костите към действието на ПТХ. Дефицитът на витамин D води до появата на рахит у децата и остеомалация при възрастните. Регулацията на калция е организма е много прецизна. За разлика от нея регулацията на фосфатите е по-променлива. Тя се регулира директно от витамин D₃, който увеличава резорбцията на фосфати в тънките черва, и индиректно от паратхормона.

Калцият и фосфорът за минерали, които притежават изключително важни физиологични функции. Поддържането на оптималната им концентрация в организма е от ключово значение за здравето на костите, за нервно-мускулната възбудимост и за мускулното съкращение.