Кальций. 
Физиология крови

Физиологическая роль кальция

Эта роль определяется химическими свойствами кальция: он представляет собой двухвалентный катион, способный:

обратимо связываться с белками;

образовывать нерастворимые соли.

Благодаря способности связываться с белками кальций является важнейшим регулятором множества физиологических функций, в том числе:

является одним из вторых посредников в системах внутриклеточной передачи сигнала;

снижает нервно-мышечную возбудимость;

запускает мышечное сокращение;

обеспечивает выделение медиаторов из пресинаптических окончаний;

участвует в свертывании крови.

Благодаря способности образовывать нерастворимые соли кальций обеспечивает прочность костей.

Обмен кальция

В обмене кальция участвуют три основных органа:

ЖКТ, являющийся источником кальция (из пищи);

почки, обеспечивающие удаление кальция;

кости, служащие депо кальция.

Соответственно, концентрация кальция в крови определяется соотношением:

поступления из ЖКТ;

выведения с мочой;

депонирования и выхода из депо — костной ткани.

Для обмена кальция важны следующие особенности.

Обмен кальция тесно связан с обменом фосфата, так как:

часть кальция в крови связана с фосфатом, образуя плохо диссоциирующую соль, между тем физиологические функции выполняет только свободный кальций;

основным веществом костей, придающим им твердость, также являются нерастворимые фосфатные соли кальция (см. ниже).

Таким образом, чем выше концентрация фосфата, тем больше образуется недиссоциирующих солей кальция (в крови и костях) и тем ниже концентрация свободного кальция.

Костная ткань играет в обмене кальция двоякую роль:

с одной стороны, она служит депо кальция, необходимого для организма;

с другой стороны, кальций необходим ей самой, так как является ее минеральной основой.

Следовательно, при нехватке в организме кальция возникает «конфликт интересов»:

с одной стороны, нужно мобилизовать кальций из костей для поддержания его концентрации в крови;

с другой стороны, нужно сохранять кальций в костях для поддержания их прочности.

Этот конфликт всегда решается в пользу концентрации кальция в крови: она поддерживается на постоянном уровне даже за счет выхода кальция из костей и их размягчения.

Метаболизм костной ткани

Межклеточное вещество костей состоит из:

органического матрикса (на 90% — коллагена);

минерального вещества, образованного фосфатами кальция (в основном — гидроксиапатитом).

Кристаллы гидроксиапатита откладываются между нитями коллагена, придавая кости твердость.

Костная ткань постоянно обновляется благодаря двум противоположным процессам:

резорбции (рассасыванию) кости, обусловленной деятельностью остеокластов — клеток, разрушающих межклеточное вещество;

остеогенезу (формированию новой костной ткани), обусловленному деятельностью остеобластов — клеток, синтезирующих элементы органического матрикса; в новообразованном органическом матриксе откладываются кристаллы гидроксиапатита.

У ребенка (и при регенерации костей) остеогенез преобладает над резорбцией. У здорового взрослого эти два процесса находятся в равновесии. При нехватке кальция резорбция костей преобладает над остеогенезом, обеспечивая выход кальция в кровь.

Поддержание постоянства концентрации кальция в крови

Главная задача регуляции обмена кальция — поддержание постоянства его концентрации в крови. Эта задача достигается путем регуляции четырех процессов:

всасывания кальция в ЖКТ;

выведения кальция почками;

мобилизации кальция из костей;

выведения фосфата почками (от концентрации фосфата зависит содержание в крови свободного кальция, см. выше).

Концентрация кальция в крови регулируется двумя гормонами:

гормоном паращитовидных желез ПТГ;

кальцитриолом (гормоном, представляющим собой активную форму витамина D).

Кроме того, в регуляции обмена кальция и метаболизма костной ткани участвует гормон щитовидной железы кальцитонин, однако у человека даже крайние колебания содержания этого гормона не влияют на концентрацию кальция в крови.

ПТГ

ПТГ (паратиреоидный гормон) представляет собой пептидный гормон, секретируемый паращитовидными железами.

ПТГ повышает уровень кальция в крови всеми существующими способами:

усиливает резорбцию костей;

уменьшает экскрецию кальция почками;

увеличивает экскрецию фосфата почками;

увеличивает синтез кальцитриола и, как следствие, всасывание кальция в ЖКТ (см. ниже).

Главным стимулятором секреции ПТГ является гипокальциемия. Таким образом, ПТГ, как и другие гормоны, отвечающие за поддержание констант внутренней среды, действует по механизму отрицательной обратной связи: снижение содержания кальция в крови увеличивает секрецию ПТГ, который повышает содержание кальция в крови.

Кальцитриол

Это стероидный гормон, представляющий собой активную форму витамина D.

Кальцитриол образуется в организме в три этапа:

в коже под действием ультрафиолетового излучения образуется холекальциферол. Кроме того, холекальциферол и его аналоги могут поступать с пищей в виде витамина D;

в печени из холекальциферола образуется кальцидиол;

в почках из кальцидиола образуется кальцитриол.

Главный механизм действия кальцитриола — повышение всасывания кальция в ЖКТ.

Главным стимулятором выработки кальцитриола в почках является ПТГ.

Кальцитонин

Кальцитонин — пептидный гормон, секретируемый щитовидной железой.

Кальцитонин усиливает резорбцию костей.

Главным стимулятором секреции кальцитонина является гиперкальциемия.

У человека, как уже говорилось, кальцитонин не влияет на концентрацию кальция в крови, хотя способен снижать ее при введении в больших дозах.