Heading

Kontrola endokrynologiczna homeostazy wapnia i fosforanów

Bardzo trudno byłoby wymienić proces fizjologiczny, który nie zależy, w taki czy inny sposób, od wapnia. Kluczowe znaczenie ma utrzymanie stężenia wapnia we krwi w ściśle określonym, normalnym zakresie. Odchylenia powyżej lub poniżej normalnego zakresu często prowadzą do poważnych chorób.

• Hypokalcemia odnosi się do niskiego stężenia wapnia we krwi. Objawy kliniczne tego zaburzenia odzwierciedlają zwiększoną pobudliwość nerwowo-mięśniową i obejmują skurcze mięśni, tężyczkę i zaburzenia czynności serca.
• Hyperkalcemia wskazuje na stężenie wapnia we krwi wyższe niż normalne. Normalne stężenie wapnia i fosforanu we krwi i płynie pozakomórkowym jest bliskie punktu nasycenia; podwyższenie stężenia może prowadzić do rozproszonego wytrącania się fosforanu wapnia w tkankach, co prowadzi do rozległej dysfunkcji i uszkodzenia narządów.

Zapobieganie hiperkalcemii i hipokalcemii jest w dużej mierze wynikiem solidnych systemów kontroli endokrynologicznej.

Rozkład wapnia i fosforanu w organizmie

W organizmie znajdują się trzy główne pule wapnia:

• Wapń wewnątrzkomórkowy: Znaczna większość wapnia w komórkach jest sekwestrowana w mitochondriach i retikulum endoplazmatycznym. Wewnątrzkomórkowe stężenie wolnego wapnia ulega znacznym wahaniom, od około 100 nM do ponad 1 uM, w wyniku uwalniania z magazynów komórkowych lub napływu z płynu pozakomórkowego. Te wahania są integralną częścią roli wapnia w sygnalizacji wewnątrzkomórkowej, aktywacji enzymów i skurczach mięśni.
• Wapń we krwi i płynie pozakomórkowym: Mniej więcej połowa wapnia we krwi jest związana z białkami. Stężenie zjonizowanego wapnia w tym przedziale jest zwykle prawie niezmienne i wynosi około 1 mM, czyli 10 000 razy więcej niż podstawowe stężenie wolnego wapnia w komórkach. Również stężenie fosforu we krwi jest zasadniczo identyczne jak wapnia.
• Wapń kostny: Zdecydowana większość wapnia w organizmie znajduje się w kościach. W obrębie kości 99% wapnia jest związane w fazie mineralnej, ale pozostały 1% znajduje się w puli, która może szybko wymieniać się z wapniem pozakomórkowym.

Tak jak w przypadku wapnia, większość fosforanów w organizmie (około 85%) jest obecna w fazie mineralnej kości. Pozostała część fosforanu jest obecna w różnych związkach nieorganicznych i organicznych rozmieszczonych w przedziałach wewnątrz- i zewnątrzkomórkowych. Normalne stężenie fosforanu we krwi jest bardzo podobne do stężenia wapnia.

Przepływy wapnia i fosforanu

Utrzymanie stałego stężenia wapnia we krwi wymaga częstych zmian, które można opisać jako przepływy wapnia pomiędzy krwią a innymi przedziałami ciała. Trzy narządy biorą udział w dostarczaniu wapnia do krwi i usuwaniu go z krwi, gdy jest to konieczne:

Jelito cienkie jest miejscem, w którym wchłaniany jest wapń z diety. Co ważne, efektywne wchłanianie wapnia w jelicie cienkim zależy od ekspresji białka wiążącego wapń w komórkach nabłonka. Kości służą jako ogromny rezerwuar wapnia. Stymulowanie resorpcji netto minerałów kostnych uwalnia wapń i fosforany do krwi, a tłumienie tego efektu pozwala na odkładanie wapnia w kościach. Nerki odgrywają kluczową rolę w homeostazie wapnia. W normalnych stężeniach wapnia we krwi, prawie cały wapń, który dostaje się do przesączu kłębuszkowego jest wchłaniany z kanalików z powrotem do krwi, co pozwala zachować poziom wapnia we krwi. Jeśli zmniejsza się reabsorpcja wapnia w kanalikach, wapń jest tracony przez wydalanie z moczem.

Hormonalne systemy kontrolne

Utrzymanie prawidłowego stężenia wapnia i fosforu we krwi jest możliwe dzięki skoordynowanemu działaniu trzech hormonów, które kontrolują przepływ wapnia do i z krwi oraz płynu pozakomórkowego:

Hormon przytarczyc służy do zwiększenia stężenia wapnia we krwi. Mechanistycznie, hormon przytarczyc zachowuje wapń we krwi poprzez kilka głównych efektów:

• Stymuluje produkcję biologicznie aktywnej formy witaminy D w nerkach.
• Ułatwia mobilizację wapnia i fosforanu z kości. Aby zapobiec szkodliwemu wzrostowi fosforanu, hormon przytarczyc ma również silny wpływ na nerki w celu wyeliminowania fosforanu (efekt fosfaturyczny).
• Maksymalizuje reabsorpcję kanalikową wapnia w nerkach. Działanie to powoduje minimalne straty wapnia w moczu.

Witamina D działa również w celu zwiększenia stężenia wapnia we krwi. Jest on generowany przez aktywność hormonu przytarczyc w obrębie nerek. Zdecydowanie najważniejszym efektem działania witaminy D jest ułatwienie wchłaniania wapnia z jelita cienkiego. W porozumieniu z hormonem przytarczyc, witamina D zwiększa również przepływ wapnia z kości.

Kalcytonina jest hormonem, który działa w celu zmniejszenia poziomu wapnia we krwi. Jest ona wydzielana w odpowiedzi na hiperkalcemię i ma co najmniej dwa efekty:

• Supresja reabsorpcji wapnia w kanalikach nerkowych. Innymi słowy, kalcytonina zwiększa wydalanie wapnia z moczem.
• Zahamowanie resorpcji kości, co zminimalizowałoby przepływ wapnia z kości do krwi.

Aczkolwiek kalcytonina ma znaczące działanie obniżające poziom wapnia u niektórych gatunków, wydaje się mieć minimalny wpływ na poziom wapnia we krwi u ludzi.

Przydatnym sposobem na przyjrzenie się temu, jak hormony wpływają na tkanki, aby zachować homeostazę wapnia, jest zbadanie efektów pozbawienia wapnia i obciążenia wapniem. Poniższa tabela podsumowuje reakcje organizmu na warunki, które w przeciwnym razie doprowadziłyby do poważnych zaburzeń równowagi poziomu wapnia i fosforanów we krwi.

	Pozbawienie wapnia	Załadowanie wapniem
Loading
Hormon przytarczyc	Sekrecja stymulowana	Sekrecja hamowana
Witamina D	Produkcja stymulowana przez zwiększone wydzielanie hormonu przytarczyc	Synteza tłumiona z powodu niskiego wydzielania hormonu przytarczyc
Kalcytonina	Bardzo niski poziom wydzielania	Sekrecja stymulowana przez wysokim stężeniem wapnia we krwi
Wchłanianie jelitowe wapnia	Wzmocnione dzięki działaniu witaminy D na komórki nabłonka jelitowego	Niskie wchłanianie podstawowe
Uwolnienie wapnia i fosforanu z kości	Stymulowane przez zwiększone stężenie hormonu przytarczyc i witaminy D	Zmniejszone z powodu niskiego stężenia hormonu przytarczyc i witaminy D
Wydalanie wapnia z krwiobiegu	Zmniejszone z powodu zwiększonej reabsorpcji kanalikowej stymulowanej zwiększonym stężeniem hormonu przytarczyc i witaminy D; hipokalcemia aktywuje również czujniki wapnia w pętli Henlego, aby bezpośrednio ułatwić reabsorpcję wapnia	Zwiększone z powodu zmniejszonej reabsorpcji stymulowanej hormonem przytarczyc.
Renalne wydalanie fosforanów	Silnie stymulowane przez hormon przytarczyc; Ta fosfaturyczna aktywność zapobiega niekorzystnym skutkom podwyższonego fosforanu z resorpcji kości	Zmniejszone z powodu niedoczynności przytarczyc
Ogólna odpowiedź	Typowo obserwuje się prawie normalne stężenie wapnia i fosforanu w surowicy z powodu mechanizmów kompensacyjnych. Długotrwała deprywacja prowadzi do rozrzedzenia kości (osteopenii).	Niska absorpcja jelitowa i zwiększone wydalanie nerkowe chronią przed rozwojem hiperkalcemii.
Summary