Регулация на калциево-фосфатната обмяна

Плазмената концентрация на калция се регулира в много тесни граници. Запазването на калциевата хомеостаза се обуславя от включването на промени, насочени към поддържането на постоянната концентрация на свободните калциеви йони в плазмата. Тази регулация е свързана предимно с бързата обмяна на калция между костите и ЕЦТ и в по-малка степен с промени в екскрецията на калций с урината. Регулацията включва и бавни промени, които обуславят поддържането на постоянно общо количество на калций в организма. Голямо значение имат промените в резорбцията на калций в храносмилателната система и екскрецията му с урината. Поддържането на калциевата хомеостаза се различава значително от регулацията на плазмената концентрация на натрия и калия. Хомеостазата на натрия и калия се регулира основно чрез екскрецията им с урината, защото приемът на тези минерали не е подложен на прецизна регулация. Резорбцията на калция в храносмилателния тракт се контролира в зависимост от калциевия статус. В организма съществува голям резервоар на този минерал в костите, който може да поддържа концентрацията му в плазмата дори ако приемът с храната стане твърде нисък. За натрия и калия не съществува подобен голям резервоар. Обмяната на калция между костите и ЕЦТ подлежи на хормонален контрол. Около 1% от калция в костите може да се обменя с ЕЦТ. Това е калцият, който служи като източник за поддържане на постоянната концентрация на калция в организма.  

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 клетки в костите – остеобласти, остеокласти, остеоцити. Хормоните регулират концентрацията на свободния калций в плазмата.

Роля на паратхормона в регулацията на калциево-фосфатната обмяна

Основният регулатор на плазменото ниво на калция е паратхормонът. През целия живот той използва костите като депо, от което изтегля калций, за да поддържа плазменото му ниво. Паратхормонът запазва калция в организма и елиминира фосфатите. Понижението на концентрацията на Ca²⁺ стимулира клетките на паращитовидните жлези и секрецията на ПТХ се увеличава. При увеличение на Ca²⁺ секрецията на ПТХ намалява. Промените в секрецията на ПТХ се осъществяват много бързо и се извършват по механизма на отрицателна обратна връзка без участието на други хормони или нервни структури. Паратхормонът не се повлиява директно от промени в концентрацията на плазмените фосфати. Увеличението им води до бързо намаляване на калция в плазмата, което всъщност стимулира секрецията на ПТХ. При хронична хипомагнезиемия секрецията на ПТХ се потиска и отговорът на прицелните му клетки отслабва. Секрецията на ПТХ се потиска от активната форма на витамин D. ПТХ притежава циркадни вариации в нивата си, като нивото му е най-високо вечер. ПТХ има следните ефекти:

• действие на ПТХ в костите – този хормон придвижва калций от костите към плазмата по два начина. На първо място това се осъществява чрез бързо придвижване на калций от малкия басейн в костната течност. Това не е съпроводено с придвижване на фосфор през остеоцитно-остеобластната мембрана. На второ място ПТХ стимулира костната резорбция. По този начин той предизвиква бавно преминаване в плазмата на калций и фосфати. ПТХ стимулира остеобластите, които отделят простагландини, левкотриени и интерлевкин-1. Тези вещества предизвикват остеолиза. При продължителна секреция на ПТХ се формират пространства с намалено съдържание на калций в костите, изпълнени с много големи остеокласти. При разграждането на хидроксиапатитните кристали в плазмата попадат освен калциеви и фосфатни йони. Повишението на фосфатните йони би довело до тенденция за отлагане на калций в костите. Чрез потискане на реабсорбцията на фосфати в бъбречните тубули ПТХ води до намаляване на плазменото ниво на фосфатите и по този начин предпазва от отлагане на калций в костите. ПТХ има анаболен ефект върху костите, като води до увеличаване на общата костна маса.;
• действие на ПТХ в бъбреците – ефектите на ПТХ в бъбреците са три: увеличаване на реабсорбцията на калций предимно в дисталните извити тубули и по-слабо в дебелото възходящо рамо на бримката на Хенле и намаляване на екскрецията им с урината; потискане на резорбцията на фосфати в проксималните бъбречни тубули и увеличаване на екскрецията на фосфати с урината; засилване на превръщането на 25-хидроксихолекалциферола в активната форма на витамин D;
• действие на ПТХ в тънките черва – увеличава резорбцията на калций и фосфати по индиректен път чрез засилване на образуването на активната форма на витамин D. Витаминът директно увеличава резорбцията на калций и фосфати.

В обобщение може да се каже, че ПТХ увеличава концентрацията на Ca²⁺ в плазмата и намалява концентрацията на фосфатите като действа на три прицелни места – кости, бъбреци и храносмилателна система. Действието на ПТХ върху костите и храносмилателната система води до увеличаване на концентрацията и на фосфатите. Този ефект се неутрализира от действието на хормона в бъбреците. В крайна сметка се наблюдава намаляване на концентрацията на фосфатите.

Роля на калцитонина в регулацията на калциево-фосфатната обмяна

Другият хормон, който участва в регулацията на калциево-фосфатната обмяна, е калцитонинът. Той се отделя от С-клетките на щитовидната жлеза. Секрецията му се регулира основно от нивата на калция в плазмата, като увеличението и стимулира секрецията на калцитонин, а намалението и я потиска. Калцитонинът предпазва от поява на хиперкалциемия. Този хормон бързо понижава концентрацията на минерала в плазмата чрез ограничаване на придвижването на калция през остеоцитно-остеобластната бариера. Този ефект е сравнително краткотраен. Калцитонинът дълготрайно намалява костната резорбция чрез потискане на активността на остеокластите. Това понижава калциевата и фосфатната концентрация. Хипокалцемичният и хипофосфатемичният ефект на калцитонина са резултат от действието на хормона върху костите. Той увеличава вътреклетъчната концентрация на цикличен АТФ в прицелните клетки. Калцитонинът е физиологичен антагонист на паратхормона по отношение на калция, но по отношение на фосфатите има същия ефект като на паратхормона – понижава плазменото им ниво. Калцитонинът има значение за запазване на интегритета (цялостта) на костите при наличие на големи нужди от калций по време на бременност и кърмене. Нивата на този хормон са по-ниски при жените в сравнение с мъжете. Концентрацията му в плазмата намалява с напредване на възрастта. Смята се, че това е една от причините за появата на остеопороза у жените след менопаузата.

Роля на активната форма на витамин D₃ в регулацията на калциево-фосфатната обмяна

Първият етап от образуването на активната форма на витамин D₃ се извършва в кожата от прекурсора 7-дехидрохолестерол под влияние на ултравиолетовите лъчи на слънцето. При недостатъчно излагане на слънце е необходимо витамин D да се приема с храната, като най-добрите хранителни източници са рибата, черния дроб, жълтъкът на яйцето. Образуваният в кожата или поетият с храната витамин е неактивен. За да стане активен, е необходимо да претърпи две хидроксилирания. Първото хидроксилиране се извършва на 25-място в черния дроб. Образува се 25-хидроксихолекалциферол. Този процес се регулира по механизма на отрицателна обратна връзка от собствената му концентрация в плазмата. Благодарение на този механизъм на регулация концентрацията на 25-хидрокалциферола се поддържа постоянна и организма се предпазва от настъпване на хиповитаминоза D₃. Образуваният 25-хидроксикалциферол е стабилен няколко седмици. В бъбреците се осъществява второто хидроксилиране. Там 25-хидрокалциферола се хидроксилира на първо място и се превръща в 1,25-дихидроксихолекалциферол, който представлява активната форма на витамин D₃. Второто хидроксилиране се извършва в проксималните бъбречни тубули. То е зависимо от паратхормона, защото той активира бъбречните ензими, отговорни за хидроксилирането. Когато секрецията на ПТХ е потисната, почти не се образува 1,25-дихидроксихолекалциферол. В този случай се образува 24,25-дихидроксихолекалциферол, който притежава по-слаб ефект. При повишаване на концентрацията на калция, секрецията на ПТХ се потиска и формирането на 1,25-дихидроксихолекалциферола е силно намалено. Това намалява резорбцията на калций в тънките черва, което се последва от връщане на концентрацията на минерала към нормалните и стойности. Увеличаването на концентрацията на фосфатите потиска активирането на витамин D, а намаляването и го стимулира. От казаното до тук следва, че ПТХ и хипокалциемията стимулират образуването на активната форма на витамин D₃, а хиперфосфатемията я потиска. Образуването на витамин D₃ се стимулира от калцитонина и се потиска от собствената му продукция. Пролактинът и растежният хормон, отделяни от хипофизата, стимулират освобождаването му. Основните ефекти на активната форма на витамин D₃ са:

• увеличаване на резорбцията на калций в тънките черва – голяма част от приетия с храната калций не се резорбира, а се изхвърля с изпражненията. Резорбцията на минерала в храносмилателната система се регулира пряко от активната форма на витамин D₃ и косвено от ПТХ, който засилва образуването и. Под нейното действие в клетките на чревната лигавица се образува специфичен белтък, наречен калций-свързващ протеин, който осигурява свързването и пренасянето на калция. Този протеин остава в клетките няколко седмици след прекратяване на действието на 1,25-дихидроксихолекалциферола.;
• увеличаване на реабсорбцията на неорганичните фосфати в тънките черва;
• увеличаване на чувствителността на костите към действието на ПТХ.

Дефицитът на витамин D₃ води до рахит у децата или до остеомалация у възрастните, която се характеризира намалена минерализация на екрацелуларния матрикс на костите. Влиянието върху костната минерализация е индиректно чрез регулиране на набавянето на калций от храната. Липсата на калций не засяга образуването на хрущялна тъкан и на органичните съставки на костната тъкан, но понижава отлагането на калций в костите, поради което те стават меки и лесно се деформират. При продължително лечение с кортикостероиди витамин D се превръща в неактивни метаболити и настъпва деминерализация на костите. При бъбречни и чернодробни заболявания образуването на витамин D е намалено.

При промени в приема на калция и фосфатите в екстрацелуларното пространство попадат големи количества от тях. Плазмената концентрация на калция се запазва относително постоянна благодарение на бързата обмяна с обменния калций, който представлява 0,5-1,0% от калция в организма. Обменният калций винаги е в равновесие с калция в ЕЦТ. Калциевите соли в костите са в аморфно състояние. Те се отлагат лесно и се характеризират с висока разтворимост. По тази причина при всяка промяна в концентрацията на калция и фосфатите в ЕЦТ се наблюдава бързо отлагане или поемане на тези минерали. Скоростта на тази реакция е много висока, поради голямата сумарна площ на калциевите соли в аморфно състояние. В митохондриите на много клетки и най-вече в чернодробните клетки се намира голямо количество обменен калций, който участва в поддържането на концентрацията на калциевите йони в ЕЦТ. Обменният калций се означава като първа защитна линия, защото той има важно буфериращо действие, което се включва преди да се задействат хормоналните регулаторни системи. Втората защитна линия се осъществява от хормоналните регулаторни механизми, действащи по механизма на отрицателна обратна връзка, които се включват малко по-късно.

Главният регулатор на калциевата хомеостаза в организма е ПТХ. Действието на калцитонина е най-изразено в детска възраст и по-слабо в зряла възраст, като той стимулира отлагането на калций в костите. Ефектите на активната форма на витамин D₃ са сравнително бавни и той не допринася за бързата регулация на концентрацията на калция в плазмата. ПТХ и витамин D₃ стоят в основата на поддържането на калциевия баланс в организма. ПТХ увеличава реабсорбцията на калция в бъбречните тубули, намалява загубата на тези йони с урината и стимулира активирането на витамин D₃. Концентрацията на калция в плазмата се контролира в много тесни граници. За разлика от нея регулацията на фосфатите е по-променлива. Тя се регулира от директно от витамин D₃, който увеличава резорбцията на фосфати в тънките черва, и индиректно от ПТХ.