Вижте статиите и съдържанието, публикувани в този носител, както и електронните резюмета на научни списания към момента на публикуване

хомеостаза

Бъдете информирани по всяко време благодарение на сигнали и новини

Достъп до ексклузивни промоции за абонаменти, стартиране и акредитирани курсове

Следвай ни в:

Много биологични процеси зависят от съществуването на адекватни вътреклетъчни и извънклетъчни концентрации
на калций, фосфор и магнезий. Тялото поддържа серумните нива на тези минерали в тесни и стабилни граници поради строг баланс между влизането и излизането на тези елементи в извънклетъчната течност. В консервация
в тази хомеостаза участват основно три органа: черва, кости и бъбреци. Така наречените калциотропни хормони, паратиреоиден хормон, калцитонин и метаболитите на витамин D регулират тези процеси.

Калциева хомеостаза

Калцият е най-разпространеният двувалентен катион в организма и представлява 2% от телесното тегло, приблизително 1000 g. Той се разпределя в няколко отделения, сред които има постоянни обменни потоци, подчинени на сложни регулаторни механизми. Повече от 98% от телесния калций се намира в костното отделение, от които приблизително 1% е свободно заменяем с извънклетъчната течност. Биологичното значение на калция трябва да се разглежда от два аспекта: калциевите соли осигуряват структурната цялост на скелета, като основният минерален компонент на костта; от друга страна, калциевият йон също има критична функция в биохимичните процеси, като нервно-мускулна възбудимост, процеси на коагулация на кръвта, мембранна пропускливост и задействане на ензимната реакция 1-4 .

Серумният калций се намира в три различни форми: в йонна или свободна форма, което съответства на 50%; които се свързват с протеини, приблизително 40%, и накрая, 10% образуват комплекси с аниони като бикарбонат, цитрат, фосфат и лактат (референтни стойности в таблица 1). Йонният калций и калцият, свързани с аниони, съставляват ултрафилтруемата фракция, като йонната фракция е единствената, която има биологично действие и следователно тази, която е обект на хормонален контрол. Приблизително 90% от калция, свързан с протеина, се свързва с албумин, чрез рН-зависимо свързване. Промените, които намаляват стойностите на серумния албумин, ще намалят общия серумен калций, но ще имат незначителен ефект върху концентрацията на йонизиран калций. Като цяло, всеки g/dl албумин се свързва приблизително с 0,2 mmol/l (0,8 mg/dl) калций, така че за коригиране на хипоалбуминемията трябва да се добавят 0,2 mmol/l към общата концентрация на калций за всеки g/dl намаляване на албумина концентрация от нормални стойности от 4,0 g/dl 1.3 .

Свързването на калция с албумина също се влияе от рН на извънклетъчната течност. Ацидемията ще намали свързването с протеини и ще увеличи йонизирания калций. На всеки 0,1 намаляване на йонизираното рН калцият се увеличава с приблизително 0,05 mmol/l 3 .

Точната регулация на серумния калций се контролира от самия калций чрез калциев рецептор, описан за първи път през 1993 г. 5, и от различни хормони, най-важните от които са паратормон (PTH) и 1,25-дихидроксивитамин D 3 (1, 25 (OH) 2D3). Поддържането на адекватна калциева хомеостаза и следователно калций е сложен и динамичен процес, който включва абсорбцията и екскрецията на калций в червата, филтрацията и реабсорбцията в бъбреците и неговото съхранение и мобилизация в скелета.

По-голямата част от хранителния калций идва от приема на мляко и млечни продукти. Плодовете, зеленчуците и зърнените храни осигуряват останалото. Месото и рибата осигуряват много по-малко количество 6 (таблица 2). Съдържанието на калций в нормална диета за възрастни е около 1000 mg/ден (фиг. 1), абсорбирайки само 30%, с пикова абсорбция за два часа, така че се наблюдават леки промени в калцемията след поглъщане с високо съдържание на калций 2, 7 .

Фиг. 1. Нормален баланс на калций за възрастни.

Повече от количеството калций, осигурено от диетата, е важна нетната фракция, абсорбирана в червата, която варира при физиологични условия (адаптация към приема на калций в диетата, възраст, бременност и кърмене). При нормални условия, с прием на калций от 1000 mg, истинската абсорбция ще бъде около 300 mg, а ендогенният фекален калций ще бъде 125 mg, като по този начин нетната абсорбция на калций ще бъде само около 175 mg/ден, подобно на екскрецията на калций в урината при индивида, като по този начин се постига балансиран метаболитен баланс на калция. Калцият се абсорбира от храносмилателния тракт по два механизма: наситен активен транспорт, зависим от витамин D, който преобладава, когато приемът на калций е нисък, и дифузионен, ненаситен транспорт, който преобладава, когато приемът на калций е висок. 2, 4, 7 .

Активният транспорт на калций е предимно в дванадесетопръстника и се благоприятства от по-ниското рН на чревния сок и по-високата плътност на 1,25 дихидроксивитамин D 3 (калцитриол) рецептори. Областите, в които има по-голяма абсорбция на хранителен калций, са йеюнумът и илеумът, поради дължината му и дългото време на престой на храната. При базални условия йеюнумът абсорбира повече калций на единица площ от илеума 7 .

Основният регулатор на абсорбцията на калций в червата е калцитриол 8, 9. Съдържанието на фосфор в диетата има важен ефект върху усвояването на калция: високото му поглъщане намалява абсорбцията на калций. Недостигът на фосфати обаче увеличава абсорбцията на калций. Тези модификации в абсорбцията изглежда са медиирани от модификации в синтеза на калцитриол и от образуването на неразтворими комплекси, които възпрепятстват абсорбцията. Растежният хормон, естрогените, PTH, калцитонинът и фуроземидът също увеличават абсорбцията на калций, докато глюкокортикоидите, тиреоидният хормон и тиазидите го намаляват. 4, 7, 10 .

Както беше посочено по-рано, костта представлява калциевият резерв на организма; обаче регулирането на обмена на калций между плазмата и костите не е точно известно. При възрастни приблизително 5% от кортикалната кост и 30% от трабекуларната кост се заменят за една година 4 .

Остеобластите са клетките, отговорни за образуването на костите, те синтезират множество костни протеини, които са разположени около тях и представляват остеоидната или неминерализирана костна тъкан. Остеобластът се превръща в остеоцит, костната клетка узрява и се минерализира. Остеокластите се получават от моноцитната система на макрофагите и участват в процесите на костна резорбция. Съдържанието на костни минерали се използва чрез два механизма: остеоцитна остеолиза и остеокластична резорбция. Първият процес се получава чрез мобилизиране на минералното съдържание, но без разрушаване на костта, а във втория остеокластите се намесват и има разрушаване на костната тъкан 2 .

Въпреки че двата процеса са важни за минералната хомеостаза, точната пропорция в участието на двата процеса не е известна; значението му вероятно се различава в зависимост от степента и продължителността на дразнителите върху костта. Действието на калциотропните хормони на костно ниво е сложно и последователността на тези действия не е напълно изяснена. По този начин, въпреки че PTH води до повишена костна резорбция, изглежда, че има рецептори само на ниво остеобласти. Калцитриолът, който също има рецептори на ниво остеобласт, благоприятства диференциацията на остеокластите от техните предшественици, а калцитонинът има инхибиращо действие върху остеокластите. 2, 4 .

Най-важният път за елиминиране на калция в организма е бъбреците. Други пътища за елиминиране, като ендогенен фекален калций и пот, са по-малко важни. Бъбрекът регулира отделянето на калций по три механизма: гломерулна филтрация, реабсорбция в проксималния канал и реабсорбция в дисталния канал. Филтрираният от гломерула калций е приблизително 50% от серумния калций, тъй като останалата част е свързана с протеини. Този ултрафилтрируем калций варира поради промени в рН и концентрацията на протеин. Смята се, че около 10 g/24 h калций се филтрира от гломерула и че само около 175 mg от него се екскретират (фиг. 1). Приблизително 98% от филтрирания калций се реабсорбира, от които 70% се реабсорбира в проксималния нефрон, 20% в контура на Henle и 10% в дисталния и събирателния канал. Изглежда, че тази реабсорбция е свързана с реабсорбция на натрий и факторите, които влияят върху реабсорбцията на натрий, като инфузия на физиологичен разтвор или диуретици, също влияят върху калция, макар и в различна степен. .

Тубуларната реабсорбция на калций се регулира главно от активността на PTH, която го увеличава в дисталния канал 12 и е частично свързана с тубулна реабсорбция на натрий и обратно свързана с приема на протеини. Високият прием на натрий и протеини може да увеличи задължителната загуба на калций в урината и да влоши състоянията на дефицит на калций 7 .

Фосфорна хомеостаза

Съдържанието на фосфор (P) в тялото е около 700 g, от които 85% се намират в костната тъкан, главно под формата на хидроксиапатитни кристали. Останалите 15% се разпределят в извънклетъчната течност и меките тъкани като неорганично съединение или като част от макромолекули като фосфолипиди или фосфопротеини. Фосфорните съединения участват във важни клетъчни биохимични процеси, като генериране и пренос на енергия 1, 13 .

Фосфорът циркулира в кръвта, както в случая с калция, в три различни форми: йонизиран, свързан с протеини и образуващ комплекси. Фракцията, свързана с протеините, е малка (10%), приблизително 35% се комплексира с натрий, калций и магнезий, като по този начин 90% от неорганичния фосфор в серума е ултрафилтрируем 1 .

Концентрацията на серумен фосфор е по-слабо регулирана от тази на калция и претърпява значителни вариации с възрастта, диетата, рН и от действието на различни хормони. Нормалният плазмен фосфор, обикновено изразен като фосфат, варира между 0.89 и 1.44 mmol/l (2.8-4.5 mg/dl). Концентрациите са по-високи при децата и намаляват до стойностите за възрастни в края на юношеството 4, 13 .

Средната диета осигурява 800-2 000 mg фосфор дневно (основният източник на фосфор е млякото и производни). Приблизително 65% ще се абсорбират в червата, главно чрез пасивен транспорт, но има и активен транспорт, стимулиран от 1,25-дихидроксивитамин D 3 (фиг. 2). Тази абсорбция представлява две важни разлики по отношение на тази на калция: а) нетната абсорбция е три пъти по-голяма при фосфор, отколкото при калций, и б) че процесът на ненаситена абсорбция е най-важен при фосфора 7 .

Фиг. 2. Нормален фосфорен баланс за възрастни.

Ефективността на усвояването на фосфор, заедно с широкото разпространение на този елемент в храната, правят дефицитите на фосфор по-редки поради неадекватно поглъщане. Абсорбцията на фосфор се случва в тънките черва и, както в случая с калция, йеюнумът е мястото на най-голяма абсорбция на фосфор както в началото, така и след стимулация с 1,25 дихидроксивитамин D 3 7, 9 .

Бъбречното управление на фосфора се осъществява по два механизма: гломерулна филтрация и тубулна реабсорбция. Фосфорът се филтрира свободно в гломерула. Обикновено в нефрона има реабсорбция, която съответства на повече от 80% от филтрирания товар: тази реабсорбция се извършва главно в проксималните тубули, като този транспорт зависи от рН и концентрациите на натрий (Na). Транспортът на Na-P се регулира главно от приноса на фосфор и PTH, по такъв начин, че ограничаването на фосфора увеличава реабсорбцията и неговият принос намалява 12, 13 .

Капацитетът за реабсорбция на фосфор от бъбречните каналчета е наситен и следователно, когато се достигне максималният транспортен капацитет, целият излишен филтриран фосфор се екскретира с урината. Тази точка се определя като максимален транспорт на фосфат (TmP) и е един от механизмите, чрез които бъбреците постигат регулиране на серумния фосфор. Когато концентрацията на серумен фосфор е под TmP, почти целият фосфор се реабсорбира и малко се екскретира с урината: напротив, когато серумният фосфор се повиши над TmP, той излиза от тубуларната реабсорбция и се екскретира предимно с урината 4, 12 .

PTH индуцира фосфатурия чрез инхибиране на Na-P котранспорта. Този ефект се проявява главно в проксималния канал, като свързва хормона със специфични рецептори на базолатералната мембрана. Въпреки че други хормони, като калцитонин и калцитриол, също имат ефект върху реабсорбцията на фосфор, това е от второстепенно значение 8 .

Магнезиева хомеостаза

Магнезият е четвъртият по важност катион, след натрия, калия и калция. Нормалният възрастен съдържа 22,66 g магнезий, от които 50% -60% се намира в костите. Извънклетъчният магнезий представлява само около 1% от общия магнезий в тялото. Нормалната серумна концентрация на магнезий варира от 0,75 до 0,95 mmol/L (1,7-2,2 mg/dL; 1,5-1,9 mEq/L) 13 .

Магнезият е от съществено значение за функционирането на важни ензими, като също играе основна роля за стабилизирането на мембраните, нервната проводимост, йонния транспорт и активността на калциевите канали. Контролът на метаболизма на магнезия обаче е по-малко хормонално регулиран от този на калция или фосфора. Общото съдържание на магнезий в тялото зависи главно от стомашно-чревната абсорбция и бъбречната екскреция 1, 2, 15 .

Магнезият е елемент, който се съдържа в голямо разнообразие от храни. Нормалната диета съдържа около 300 mg магнезий, от които се абсорбира приблизително 30% (фиг. 3). Чревната абсорбция на магнезий е обратно пропорционална на погълнатото количество. Това усвояване се осъществява главно в тънките черва, чрез наситена транспортна система и пасивна дифузия. Има няколко фактора, които могат да променят усвояването на магнезий: намалява се от алкохола, фосфатите и поглъщането на храни с високо съдържание на вода и протеини. Не са известни важни хормонални регулации на абсорбцията на магнезий в червата, въпреки че има доказателства, че калцитриолът може да му повлияе 8, 13. За разлика от калция, абсорбцията на магнезий в изходните ситуации е по-голяма в илеума, отколкото в йеюнума 7 .

Фиг. 3. Нормален баланс на магнезий за възрастни.

Бъбрекът е основният орган, участващ в регулирането на магнезия. Филтрираното натоварване на магнезий е приблизително 2000-2,400 mg/ден, т.е. 10% от отлаганията на този катион в тялото, като само 3% -4% от филтрирания магнезий се екскретира, така че бъбречното управление изглежда процес на филтрация-реабсорбция. Между 25% и 30% от филтрирания магнезий се реабсорбира в проксималния канал, в зависимост отчасти от реабсорбцията на натрий и калций и се модифицира паралелно с това в отговор на вариацията на извънклетъчния обем. В низходящия крайник на цикъла на Henle се реабсорбира 60% до 65% от филтрирания магнезий и на това ниво е най-чувствителната зона за действието на различните модулиращи фактори на неговото бъбречно управление. Останалите 5% се реабсорбират в по-дистални части на нефрона 12, 13 .

Множество фактори (паратиреоиден хормон, калцитонин, глюкагон и вазопресин и ограничение на магнезия, киселинно-алкални промени и изчерпване на калий) влияят върху реабсорбцията както в контура на Henle, така и в дисталния канал. Основният регулатор на реабсорбцията обаче е самият магнезий в плазмата. По този начин хипермагнезиемията инхибира транспорта на нивото на веригата, докато хипомагнезиемията стимулира транспорта независимо дали има изчерпване на магнезия или не .