Кальций-фосфор – баланс, который опасно нарушать

Все мы с детства знаем, что зубные пасты с фосфором – залог здоровых зубов, но, наверное, мало кто из нас задумывался, почему стоматологи рекомендуют использовать такое мизерное («с горошину») количество зубной пасты, ведь, казалось бы, чем больше – тем лучше. Точно так же мало кто из нас задумывается, почему столь полезные шпинат и укроп не советуют использовать в больших количествах и в ряде случаев дополняют предложением полить лимонным соком.

Причина в первом и втором случае одна и та же – избыток микроэлементов способен сдвигать обменные процессы в организме и приводить к болезням: например, вторичный гиперпаратиреоз и судороги в случае избытка фосфора и мочекаменная болезнь, спровоцированная избытком оксалата кальция, в случае употребления шпината и других продуктов. При этом следует добавить, что свое негативное воздействие фосфор реализует... в паре все с тем же кальцием.

Неразлучная парочка

И кальций, и фосфор поддерживают свое постоянное количество поступлением в организм человека извне, с пищей. Далее процесс происходит по вполне стандартной схеме:  всасывание в кишечнике – поступление во внеклеточную жидкость – поступление во внутриклеточную жидкость, почки и потовые железы – выведение.

Однако в этой схеме сокрыты определенные детали, которые способны ее полностью изменить.

Во-первых, обмен обоих микроэлементов управляется витамином D.

Во-вторых, в обмене также принимают участие и гормоны – паратиреоидный гормон (паратгормон) ПТГ и кальцитонин.

В-третьих, кальций и фосфор вступают в реакцию друг с другом, образуя фосфат кальция1.

Так, например, если произведение концентраций кальция и фосфата превышает 70 мг2/дл2 (5,6 ммоль2/л2), вероятность отложения кристаллов фосфата кальция в мягких тканях значительно возрастает, а кальциноз стенок сосудов ускоряет развитие атеросклероза и происходит даже при меньших значениях кальция и фосфатов, особенно на фоне хронической болезни почек. Кроме того, избыток фосфатов тормозит превращение витамина D в его активную форму 1,25-дигидроксивитамин D3, что снижает способность последнего обусловливать усвоение кальция в кишечнике. Это снижение уровня кальция в плазме крови и уменьшение активной формы витамина D стимулируют паращитовидные железы к повышенной выработке ПТГ, которое является причиной развития вторичного гиперпаратиреоза2.

Таким образом, становится понятно, что все процессы и участники кальциево-фосфорного обмена неразрывно связаны между собой.

Однако это еще не полный список действующих лиц.

Фосфатурический гликопротеид FGF23, который секретируется  остеобластами и остеоцитами и связывается с рецептором фактора роста фибробластов-1 (fibroblast growth factor receptor 1, FGFR1) в присутствии его корецептора Klotho, также активно участвует в обмене фосфатов и, тем самым, в поддержании концентраций Ca-Р.

Давайте посмотрим на каждого из участников поподробнее.

Кальций

Главная роль в метаболизме кальция принадлежит костной ткани. В организме взрослого человека содержится в среднем около 1–2 кг кальция, который находится в основном в костной ткани в форме гидроксиапатита. В костях кальций представлен фосфатами (85%), карбонатами (10%), солями лимонной и молочной кислот (около 5%). Примерно 1% содержащегося в костях кальция свободно обменивается с кальцием внеклеточной жидкости и  участвует в компенсации сдвигов в балансе этого микроэлемента. Суммарный обмен между этими депо достигает 5-12 ммоль/сут3.

Во внеклеточной жидкости крови кальций находится в трех формах: связанной с белком (преимущественно альбумином, около 40%), в комплексе с анионами (цитрат, фосфат, сульфат и бикарбонат – до 15%) и свободной (ионы Са2+), – из которых последняя, т.н. «ионизированный кальций», имеет наиболее важное клиническое значение, потому что это физиологически активная форма кальция, и ее уровень в крови не всегда коррелирует с общим кальцием в сыворотке.

Ионизированный кальций действует как внутриклеточный вторичный посредник; он участвует в сокращении скелетных мышц, усилении возбуждения-сокращения в сердечной и гладкой мышцах, активации протеинкиназ и фосфорилировании ферментов. Кальций также участвует в действии других внутриклеточных посредников, таких как цАМФ (циклический аденозина монофосфат) и инозитол 1,4,5-трифосфат, и, таким образом, опосредует клеточный ответ на многочисленные гормоны, включая эпинефрин, глюкагон, вазопрессин (антидиуретический гормон), секретин и холецистокинин.

В целом, функции кальция в организме можно поделить на:

1. структурную (формирование костей, зубов);
2. сигнальную (функционирование как уже упомянутый выше внутриклеточный вторичный мессенджер-посредник);
3. ферментативную (кофермент факторов свертывания крови – в белках системы свертывания содержатся кальций-связывающие участки, образование которых зависит от витамина К);
4. нейромышечную (контроль возбудимости, выделение нейротрансмиттеров, инициация мышечного сокращения).

«Классическая» регуляция обмена кальция между вне- и внутриклеточной жидкостью осуществляется паратгормоном, кальцитонином, 1,25-диоксихолекальциферолом.

Так, при уменьшении концентрации ионов кальция возрастает секреция ПТГ, и остеокласты увеличивают растворение содержащихся в костях минеральных соединений, чтобы восполнить дефицит (так называемый «кальциевый пул костей»), что обеспечивает поддержание уровней в состоянии минимальной нормы. Также ПТГ увеличивает реабсорбцию ионов кальция в почечных канальцах.

При увеличении содержания ионов кальция секретируется кальцитонин, который понижает концентрацию ионов Са 2+ за счет отложения кальция в итоге деятельности остеобластов. В процессе регуляции участвует и витамин D, он требуется для синтеза кальций-связывающих белков, необходимых для всасывания ионов кальция в кишечнике и его реабсорбции в почках.

Обычна диета у здорового человека обеспечивает поступление 800–1200 мг кальция, из которых только 200 мг всасываются в кишечнике, преимущественно в тонком, причем лучше всего всасываются такие его формы, как глюконат и лактат кальция, а процесс всасывания тормозится при недостатке фосфатов. Транспорту через мембрану энтероцита в кровь способствует витамин D.

После этого кальций соединяется с жирными и желчными кислотами и через воротную вену поступает в печень.

Почки фильтруют около 270 ммоль кальция в сутки, после чего 90% отфильтрованного кальция реабсорбируется, поэтому с мочой его выделяется мало (основное выведение происходит через кишечник). Реабсорбция профильтрованного кальция почками в проксимальных канальцах составляет 60–70%, в толстом восходящем отделе петли Генле – 20–25%, в дистальном извитом канальце –5–10%, в собирательных трубках – 0,5–1%. В клетку кальций поступает через кальциевые каналы, а из клеток удаляется Са-Na-котранспортером или Са-помпой.

Фосфор

Фосфор в форме неорганического фосфата является макроэлементом, необходимым для осуществления множества клеточных функций, включая структуру, энергетическую продуктивность, метаболические проводящие пути и сигнальную систему.

Основная часть фосфора, как и кальция, находится в костной системе (до 85%), где он является важным компонентом гидроксиапатита, 10–15% – в мягких тканях, где фосфор присутствует в основном внутриклеточно, будучи интегральной частью ряда органических соединений, включая нуклеиновые кислоты и фосфолипиды клеточных мембран, и менее 1% – во внеклеточных жидкостях. Поддержание нормального уровня фосфатов в крови зависит от абсорбции в кишечнике, реабсорбции и экскреции почками, а также от потоков между внеклеточными и скелетными пулами. Лишь незначительная часть фосфатов является неорганической и может быть использована для синтеза аденозинтрифосфата (АТФ)4.

Большая часть общего фосфора сыворотки представлено органическими соединениями (фосфолипидами), но лабораторные методы сфокусированы на определении неорганического фосфора крови, около 85% которого циркулирует в несвязанном состоянии. Оставшиеся 10% фосфора сыворотки связаны с белком и 15% находятся в комплексной связи с кальцием или магнием5.

Помимо упомянутой выше структурной функции, фосфаты также участвуют в аэробном и анаэробном энергетическом обмене. Содержащийся в эритроцитах 2,3-дифосфоглицерат (2,3-ДФГ) играет важнейшую роль в доставке кислорода в ткани. Аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ) используют химические связи между группами фосфата для сохранения энергии.

Всасывание поступающего с пищей фосфора, так же как и кальция, происходит преимущественно в тонком кишечнике. В среднем за сутки с пищей поступает 800–1400 мг фосфатов, большая часть которых всасывается пассивно (активное всасывание регулируется  кальцитриолом). В почках 80% профильтрованного фосфора реабсорбируется в проксимальных канальцах, 10% – в дистальных канальцах, при этом процесс продолжается, пока не исчерпывается мощность транспортной системы, характеризуемой максимальной реабсорбцией фосфора. Излишек профильтрованного фосфора, превышающий эту величину, выводится с мочой, а при значениях ниже порогового выведение микроэлемента снижается.

Главными регуляторами обмена фосфатов являются три гормона6:

1. ПТГ,
2. кальцитриол,
3. FGF23 и его корецептор Klotho.

Об этих гормональных участниках обмена кальция и фосфора, а также о сложных взаимодействиях между ними, мы расскажем вам в следующей части нашей статьи.

Примечания

• 1. Обзор расстройств из-за изменений концентрации кальция
• 2. https://compendium.com.ua/handbooks/nozologia-spravochnik/giperfosfatemiya/
• 3. Overview of Disorders of Calcium Concentration
• 4. Регуляция фосфорно-кальциевого обмена и методы коррекции гиперфосфатемии у больных хронической болезнью почек
• 5. Обзор нарушений из-за концентрации фосфата
• 6. Phosphate homeo­stasis in CKD: Report of a scientific symposium sponsored by the National Kidney Foundation