Кальций в организме человека:
1.Зубы и кости: главная функция макроэлемента – функция структурного материала, создание и поддержание полноценных зубов и костей. В составе костной ткани кальций содержится в двух формах: свободной и связанной. Если резервыминерального вещества в свободной форме истощены, извлекается кальций из костей для поддержания его уровня в крови. Каждый год на 20% происходит обновление костей в организме взрослого человека.
2.Сокращение мышечной ткани: кальций оказывает влияние на сокращения мышц и, действуя на сердечную мышцу, координирует сердцебиение.
3.ЦНС: требуется для передачи нервных импульсов, активизируя действие ферментов, принимающих участие в синтезе нейромедиаторов.
4.Сердечно-сосудистая система: вместе с магнием, калием, натрием кальций регулирует давление крови.
5.Система крови: усиливает действие витамина K (протромбин), являющегося основным фактором нормальной свертываемости крови.
6.Клеточные мембраны: кальций воздействует на проницаемость мембран, требуется для транспортировки питательных веществ и иных соединений сквозь клеточные мембраны, а также с целью укрепления соединительных тканей клеток.
7.Иные функции: способствует укреплению иммунной системы, синтезу и активации многих ферментов и гормонов (оказывает десенсибилизирующее и противовоспалительное действие на функцию эндокринных желез), которые принимают участие в переваривании пищи, синтезе слюны, жировом обмене и метаболизме энергии.
Итак, роль кальция в организме: координация проницаемости клеточных мембран, внутриклеточных процессов, нервной проводимости, сокращений мышц, поддержание работы сердечно-сосудистой системы, формирование костей и минерализация зубов, участие в важнейшем этапе работы системы гемостаза - свертывании крови.
Роль фосфора:
Кости, зубы: в качестве компонента фосфата кальция фосфор является базовым элементом костей и зубов. И это главная функциямакроэлемента.
Деление клеток: фосфор находится в составе фосфолипидов и фосфопротеинов в структуре мембран клеток, а также в составе нуклеиновых кислот, принимающих участие в процессах деления клеток, роста, хранения и применения генетической информации.
Синтез энергии: фосфор требуется для преобразования белков, углеводов и жиров в энергию. Он входит в состав молекулы аденозин трифосфата (ATP), который является аккумулятором энергии, обеспечивающим энергозависимые процессы в клетках тканей, особенно в мышечной и нервной.
Обмен веществ: фосфор принимает участие в метаболизме и продуцирование углеводов и белков.
ЦНС: фосфор вовлечен в процесс передачи нервных импульсов.
Баланс фосфора и кальция: данные макроэлементы тесно связаны в организме и при выполнении многих функций уравновешивают друг друга. Этот баланс 2 (кальция): 1 (фосфора) отчасти координируется гормонами. На обмен фосфора воздействуют гормоны паращитовидной железы,витамин Д, обмен кальция, кислотно-щелочное состояние крови и качественный состав пищи.
Другие функции: фосфор находится во взаимодействии со многими ферментами, активирует работу витамина D и витаминов группы B. Он также способствует поддержанию кислотно-щелочного равновесия, являясь элементом буферной системы крови и иных биологических жидкостей организма. Кроме того, он улучшает усвоению некоторых питательных веществ, к примеру, глюкозы.
Концентрация кальция внутри клеток зависит от его концентрации во внеклеточной жидкости. Пределы колебаний общей концентрации Са2+ в плазме крови здоровых людей составляют2,12-2,6 ммоль/л, или 9-11 мг/дл. Кальций плазмы крови представлен в виде:
·несвязанного, ионизированного кальция (около 50%);
·ионов кальция, соединённых с белками, главным образом, с альбумином (45%);
·недиссоциирующих комплексов с цитратом, сульфатом, фосфатом и карбонатом (5%).
Биологически активной фракцией является ионизированный кальций, концентрация которого поддерживается в пределах 1,1-1,3 ммоль/л.
Изменение уровня кальция может привести к нарушению многих процессов: изменению порога возбудимости нервных и мышечных клеток, нарушению функционирования кальциевого насоса, снижению активности ферментов и нарушению гормональной регуляции метаболизма. Концентрация Са2+ в плазме регулируется с высокой точностью: изменение её всего на 1% приводит в действие гомеостатические механизмы, восстанавливающие равновесие. Основными регуляторами обмена Са2+ в крови являются паратгормон, калыщтриол и кальцитонин.
Паратгормон
Паратгормон (ПТГ) - одноцепочечный полипептид, состоящий из 84 аминокислотных остатков (около 9,5 кД), действие которого направлено на повышение концентрации ионов кальция и снижение концентрации фосфатов в плазме крови.
Роль паратгормона в регуляции обмена кальция и фосфатов
Органы-мишени для ПТГ - кости и почки. В клетках почек и костной ткани локализованы специфические рецепторы, которые взаимодействуют с паратгормоном, в результате чего инициируется каскад событий, приводящий к активации аденилатциклазы. Внутри клетки возрастает концентрация молекул цАМФ, действие которых стимулирует мобилизацию ионов кальция из внутриклеточных запасов. Ионы кальция активируют киназы, которые фосфорилируют особые белки, индуцирующие транскрипцию специфических генов.
В костной ткани рецепторы ПТГ локализованы на остеобластах и остеоцитах, но не обнаружены на остеокластах. При связывании паратгормона с рецепторами клеток-мишеней остеобласты начинают усиленно секретировать инсулиноподобный фактор роста 1 и цитокины. Эти вещества стимулируют метаболическую активность остеокластов. В частности, ускоряется образование ферментов, таких как щелочная фосфатаза и коллагеназа, которые воздействуют на компоненты костного матрикса, вызывают его распад, в результате чего происходит мобилизация Са2+ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость.
В почках ПТГ стимулирует реабсорбцию кальция в дистальных извитых канальцах и тем самым снижает экскрецию кальция с мочой, уменьшает реабсорбцию фосфатов.
Кроме того, паратгормон индуцирует синтез кальцитриола (1,25(OH)2D3), который усиливает всасывание кальция в кишечнике.
Таким образом, паратгормон восстанавливает нормальный уровень ионов кальция во внеклеточной жидкости как путём прямого воздействия на кости и почки, так и действуя опосредованно (через стимуляцию синтеза кальцитриола) на слизистую оболочку кишечника, увеличивая в этом случае эффективность всасывания Са2+ в кишечнике. Снижая реабсорбцию фосфатов из почек, паратгормон способствует уменьшению концентрации фосфатов во внеклеточной жидкости.
Биологическое действие паратгормона. 1 - стимулирует мобилизацию кальция из кости; 2 - стимулирует реабсорбцию ионов кальция в дистальных канальцах почек; 3 - активирует образование кальцитриола, 1,25(OH)2D3 в почках, что приводит к стимуляции всасывания Са2+ в кишечнике; 4 - повышает концентрацию кальция в межклеточной жидкости, тормозит секрецию ПТГ. МКЖ - межклеточная жидкость.
Кальцитриол
Действие гормона направлено на повышение концентрации кальция в плазме крови.
2. Механизм действия кальцитриола
Кальцитриол оказывает воздействие на тонкий кишечник, почки и кости. Подобно другим стероидным гормонам, кальцитриол связывается с внутриклеточным рецептором клетки-мишени. Образуется комплекс гормон-рецептор, который взаимодействует с хроматином и индуцирует транскрипцию структурных генов, в результате чего синтезируются белки, опосредующие действие кальцитриола. Так, например, в клетках кишечника кальцитриол индуцирует синтез Са2+-переносящих белков, которые обеспечивают всасывание ионов кальция и фосфатов из полости кишечника в эпителиальную клетку кишечника и далее транспорт из клетки в кровь, благодаря чему концентрация ионов кальция во внеклеточной жидкости поддерживается на уровне, необходимом для минерализации органического матрикса костной ткани. В почках кальцитриол стимулирует реабсорбцию ионов кальция и фосфатов. При недостатке кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в органическом матриксе костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции. Обнаружено также, что при низкой концентрации ионов кальция кальцитриол способствует мобилизации кальция из костной ткани.