Регуляция обмена кальция и фосфора в организме

Кальций- один из важнейших минеральных элементов организ­ма. Он участвует в формировании скелета и тканей зуба, необходим для свёртывания крови, мышечного сокращения, генерации электри­ческих потенциалов, участвует в регуляции проницаемости и возбу­димости клеточных мембран, в механизмах выделения медиаторов и гормонов клетками, активирует многие ферменты, имеет значение для роста и размножения клеток. Кальций выполняет роль вторичного посредника в действии многих гормонов и медиаторов на клетки и осуществляет регуляцию внутриклеточных процессов. Постоянный уровень кальция в крови особенно важен для функции возбудимых структур. Даже небольшое его снижение в крови повышает возбуди­мость нервно-мышечной системы и приводит к тоническим сокраще­ниям скелетной мускулатуры.

В организме содержится 2 кг кальция, 99% которого находится в костях в составе гидроксиапатита [Са₁₀(Р0₄)₆(ОН)₂], кристаллы кото­рого заключены в органический матрикс.

Минеральный компонент кости находится в состоянии постоянного обновления благодаря деятельности остеобластов и остеокластов. При этом большая часть кальция находится в состоянии медленного обмена и только 0,4% в состоянии более быстрого обмена с кальцием внеклеточной жидкости, со скоростью 2 г/сут. Показано, что введе­ние радиоактивного кальция в кровь вызывает его появление в зубах уже через 2 часа. Среди многих констант внутренней среды организ­ма концентрация кальция является одной из самых строгих. Уровень кальция в плазме крови колеблется в очень узких пределах 2,2-2,5 ммоль/л. Около 40% кальция сыворотки крови связано с белками, главным образом с альбумином, 50% находится в ионизированном состоянии, и 10% - это кальций, связанный в составе низкомолеку­лярных комплексов (с цитратами, фосфатами и бикарбонатами).

В клетках концентрация кальция очень низка - 10 ^-7 мМ/л, это в 1000 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости. Такое состояние достигается благодаря действию кальциевой АТФ-азы, которая отка­чивает кальций из клетки в обмен на ион Н⁺ и благодаря кальций-натриевому обмену. Большая часть внутриклеточного кальция содер­жится в митохондриях и цитоплазматическом ретикулуме.

В организм кальций поступает главным образом с молочными продуктами. Рекомендуемая норма -1000 мг в сутки. До 700 мг катио­на всасывается в кишечнике, до 200 мг выделяется с мочой, до 100 мг с потом. Некоторое его количество выделяется с калом.

У человека главным местом всасывания кальция является тонкий кишечник, особенно эффективно процесс протекает в 12-перстной и в начальном отделе тонкой кишки. Из просвета кишки кальций поступа­ет в энтероцит через кальциевые каналы по электрохимическому градиенту. На базолатеральной мембране клетки находится кальций-активируемая АТФ-аза, которая транспортирует кальций против электрохимического градиента за пределы клетки. Через межклеточное пространство кальций достигает кровеносных капилляров и поступает в кровь. Одновременно со всасыванием катиона происходит его сек­реция слюнными, желудочными железами, поджелудочной железой, печенью и железами кишки в просвет кишечника. Часть кальция опять подвергается всасыванию, часть выводится с калом.

Фосфор.В организме фосфор находится в двух состояниях: в виде органических фосфоросодержащих соединений и неорганиче­ских фосфатов плазмы, представленных свободными анионами фосфорной кислоты (НРО₄^2- Н₂РО₄^-) и её солями: фосфорнокислым натрием, калием, кальцием. В плазме крови в норме содержится 0,9-1,5 ммоль/л неорганического фосфата. Анионы фосфорной кислоты НРО₄^2- и Н₂ РО₄^- в соотношении 4:1 являются существенной частью буферной системы крови. В пищеварительном тракте фосфор вса­сывается в виде неорганического фосфат-аниона. Основная часть фосфорнокислых солей откладывается в костях в виде Са₃(РО₄)₂ и образующегося в процессе минерализации костей гидроксиапатита. Между неорганическим фосфатом костей и крови существует посто­янный обмен. За сутки обменивается около 10-20% фосфата костной ткани.

Обмен фосфат-аниона тесно связан с обменом кальция. Посто­янство концентрации кальция и фосфата в крови и внеклеточной жидкости является результатом динамического равновесия между притоком ионов в кровь (всасывание в кишечнике, реабсорбция в почках, мобилизация из кости) и удалением их из крови (экскреция с мочой, секреция в кишечнике, отложение в кость).

Регуляция этих процессов осуществляется системой, включающей 3 гормона: паратиреоидный гормон (ПТГ), кальцитонин и кальцитриол,образующийся в почках из витамина Д₃.

Первый из названных гормонов – паратиреоидный гормон, он же паратирин или паратгормон.Секреция этого гормона паращитовидными железами зависит от концентрации кальция в кро­ви, поступающей к железам. Если содержание кальция снижается, то железы реагируют усиленным выделением паратгормона. При вве­дении паратгормона в кровь экспериментальных животных уже через несколько минут повышалось содержание кальция в крови.

Механизм действия гормона тесно связан с функцией почек и ме­таболизмом кальция и фосфора в костной ткани. Действие гормона на кость реализуется через остеокласты, разрушающие кость. Увели­чивается активность этих клеток, секреция ими фермента коллагеназы, под действием которой происходит разрушение органи­ческой основы кости. Возрастает активность гиалуронидазы, вызы­вающей разрушение гликозаминогликанов основного вещества.

Паратгормон влияет также на цикл трикарбоновых кислот, способ­ствуя накоплению лимонной, молочной и угольной кислот в костной ткани, которые вызывают разрушение минерального компонента кос­ти. Указанные процессы ведут к резорбции кости и поступлению освобождающихся ионов кальция и фосфатов в кровь.

ПТГ действует и на остеобласты. Он ускоряет их жизненный цикл, клетки быстрее погибают и при этом освобождается значительное количество лизосомальных ферментов, разрушающих органический матрикс кости, что сопровождается выходом кальция и фосфатов.

ПТГ является ведущим гормоном, регулирующим выведение каль­ция и фосфатов почками. Он стимулирует реабсорбцию кальция в почечных канальцах и одновременно значительно снижает реабсорбцию фосфата. Развивающаяся фосфатурия приводит к сни­жению концентрации фосфат-анионов в крови, что в свою оче­редь способствует мобилизации неорганического фосфата из кости и переходу его в кровь. А так как в костях фосфат связан с кальцием, то его мобилизация вторично приводит к освобождению ионов кальция и увеличению его концентрации в крови. Паратгормон действует также и на кишечник, где увеличивает всасывание кальция и фосфора. Влияние его на всасывание кальция осуществляется через стимуля­цию образования в энтероцитах 1,25-(ОН)₂-Дз.

Таким образом, рост концентрации кальция в крови, наблюдаемый при действии ПТГ, достигается за счёт увеличения его поступления из костной ткани, за счёт всасывания в кишечнике и уменьшения вы­ведения с мочой. А снижение концентрации фосфата в крови несмот­ря на усиление его всасывания в кишечнике и поступление из костной ткани происходит за счёт значительного увеличения его выведения с мочой.

При недостаточной секреции этого гормона (гипопаратиреоз) в крови снижается уровень кальция в крови, что сопровождается тета­нией, мышечными судорогами, которые развиваются вследствие по­вышения возбудимости двигательных центров на фоне гипокальциемии. При гиперпаратиреозе происходит мобилизация кальция и фос­фора из кости, костная ткань рассасывается, уровень кальция в кро­ви повышается и кальций может откладываться в паренхиматозных органах.

Следующий гормон, участвующий в регуляции обмена кальция и фосфора - кальцитонин(КТ), вырабатывается парафолликулярными клетками щитовидной железы. В отношении кальция он яв­ляется функциональным антагонистом ПТГ. Кальцитонин вызывает снижение уровня кальция и одновременно фосфата в крови Сти­мулом для выделения кальцитонина является увеличение концентра­ции ионизированного кальция в крови. Кальцитонин угнетает вса­сывание кальция в кишечнике, одновременно подавляет желудоч­ную и панкреатическую секрецию, тем самым, снижая усвоение экзо­генного кальция.

В костной ткани гормон снижает число и активность остеокластов замедляет процесс спонтанной резорбции и мобилизации кальция, стимулируя, наоборот, образование фосфорно-кальциевых комплексов. В почке млекопитающих кальцитонин оказывает кальциуретическое и фосфатоуретическое действиеза счет подавления реабсорбции обоих ионов в дистальном отделе нефрона.

Таким образом, уменьшение поступления кальция и фосфата из кишечника, костной ткани и усиленное выведение их почками приво­дит к снижению концентрации ионов в плазме крови.

Витамин Дзявляется важнейшим гормоном, регулирующим гомеостаз кальция и фосфора во внутренней среде организма. Необхо­димый для жизнедеятельности витамин Д₃ поступает с пищей через кишечник или образуется в коже из 7-дигидрохолестерина под дейст­вием ультрафиолетового облучения. Образовавшийся после нефер­ментативных фотохимических превращений холекальциферол с кро­вью поступает в печень, где гидроксилируется с образованием 25-гидроксихолекальциферола (25-(ОН)-Д₃), который в почках превра­щается в 1,25-дигидроксихолекальциферол - 1,25-(ОН)₂-Д₃ и 24,25-дигидроксихолекальциферол - 24,25-(ОН)₂-Дз. Первый является наи­более активной гормональной формой витамина Д₃ и называется кальцитриолом.

Основная физиологическая роль витамина Д₃ состоит в регуляции обмена кальция и фосфатов также за счет влияния на их содержание в костной ткани, всасывание в кишечнике и выделение почками. Дей­ствие кальцитриола на клетки-мишени заключается в индукции синте­за кальций связывающего белка (КСБ) - кальбайдина, который участ­вует во внутриклеточном транспорте кальция. В энтероцитах ки­шечника кальцитриол стимулирует всасывание кальция и кон­тролирует все процессы, связанные с перемещением катиона через клетки.

Прежде всего, 1,25-(ОН)₂-Д₃ значительно увеличивает проницае­мость щеточной каймы, влияя на липидные компоненты и увеличивая «текучесть» мембраны. В результат облегчается вход кальция в клетку по электрохимическому градиенту. Далее, стимулируя в энте­роцитах синтез КСБ, гормон увеличивает количество кальция, доставляемое в базальную часть клетки, где на базолатеральной мем­бране он же стимулирует активность Са АТФ-азы, откачивающей ка­тион из клетки против электрохимического градиента. Кальцитриол также увеличивает всасывание фосфатов в кишечнике. В почках витамин Д₃ увеличивает реабсорбцию кальция и фосфата, способствуя их возвращению в кровь. Таким образом под влиянием витамина Д₃ уровень кальция и фосфатов в крови повышается.

Хорошо известно антирахитическое действие витамина Д₃. Гормон влияетна процессы минерализации костной ткани прежде всего за счёт увеличения содержания кальция и фосфатов в крови. Кроме того, гормон оказывает прямое действие на процессы отложения Са и Р в кости путём стимуляции образования КСБ хондроцитами.

Действие витамина Д₃ на кость зависит от уровня кальция в крови. При достаточном количестве иона кальцитриол оказывает анаболи­ческое действие на кость, особенно у растущих организмов, уси­ливая синтез остеобластами органического матрикса и способствуя отложению фосфорно-кальциевых соединений. Иная картина наблю­дается при гипокальциемии. В этом случае 1,25-(ОН)₂-Дз стимулирует всасывание кальция в кишечнике, но тормозит функциональную ак­тивность остеобластов и образование кости на тот период, пока каль­ций в крови не восстановится до нормального уровня за счёт всасы­вания его в кишечнике. Кроме того, показано, что кальцитриол в низ­ких и высоких концентрациях оказывает противоположное действие на кость. Антирахитическое действие он оказывает в низких концен­трациях, а в высоких - подавляет синтез коллагена, тормозит мине­рализацию кости и способствует её резорбции. Поддержание гомеостаза кальция и фосфата в крови осуществляется при тесном взаи­модействии между витамином Д₃ и гормоном паратиреоидином. Ви­тамин Д₃, усиливая всасывание кальция и фосфатов в кишечнике, приводит к повышению концентрации ионов в крови. На это измене­ние состава крови паращитовидные железы реагируют снижением секреции паратгормона, что приводит к снижению выведения фосфа­тов с мочой, в результате в организме будет достаточно и кальция и фосфатов для роста и обновления костной ткани. При гиповитамино­зе Д количество кальция и фосфатов в крови оказывается недостаточ­ным для кальцификации костей, что служит причиной развития рахи­та у детей. Однако концентрация кальция в крови в этих условиях поддерживается почти на нормальном уровне за счёт костной ткани, т.к. в ответ на гипокальциемию возрастает секреция паратгормона и стимулируется процесс деминерализации костной ткани.

Схема действия паратиреоидного гормона (ПТГ), Bit D₃ и кальцитонина (КТ), регулирующих уровень кальция и фосфатов в крови.

Дентин - это та же кость. Он продуцируется одонтобластами, ти­пичными секреторными клетками, аналогичными остеобластам. Одонтобласт секретирует органический компонент межклеточного вещества дентинный матрикс, включающий коллаген, а также протеогликаны и гликозаминогликаны. Затем происходит пропитывание матрикса солями кальция с образованием кристаллов гидроксиапатита. Гормональные регуляторы (витамин Д₃, ПТГ и кальцитонин) ока­зывают такое же влияние на обмен кальция в дентине, как и в костной ткани.

При гипофункции паращитовидных желез и гиповитаминозе витамина Д в детском возрасте нарушается образование эмали и дентина, при гиперфункции отмечаются изменения в пародонте. Снижение секреции кальцитонина сопровождается развитием множественного карие­са.

ВЛИЯНИЕ ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ__НА МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ ЧЕЛЮСТНО-ЛИЦЕВОЙ ОБЛАСТИ.

Железы внутренней секреции влияют на закладку, дифференцировку и развитие органов и тканей полости рта у эмбриона, плода и ребёнка в первые годы жизни.

В эмбриогенезе корковое вещество надпочечников и щитовидная железаначинают функционировать раньше других желёз (8 и 12 неделя соответственно). Гормоны этих желёз стимулируют рост и дифференцировку тканей и органов всего организма плода, в том числе и органов челюстно-лицевой области. Начиная с 6-7 недели эмбрио­нального периода, образуется твёрдое и мягкое нёбо и происходит разделение первичной ротовой полости на полость рта и носа, раз­витие преддверия полости рта и языка. В этот же период начинает формироваться зубная пластинка и происходит закладка и образова­ние зачатков молочных зубов. Становление функции щитовидной железы у человека совпадает с периодом дифференцировки зачат­ков молочных зубов, т.к. на 10 неделе эмбрионального развития об­разуются амелобласты, на 12 - одонтобласты, на 16 - начинается период дентино- и амелогенеза, и на 17 неделе внутриутробной жиз­ни начинают развиваться постоянные зубы.

Развивающийся зубной зачаток и пародонт очень чувствительны ко всем нарушениям гормонального гомеостаза.

При недостаточной функции щитовидной железы у материбу­дет наблюдаться недоразвитие всех элементов тканей зубов у пло­да (системная гипоплазия) и нарушение сроков их прорезывания у ребёнка. Нарушение формирования твердого нёба - его расщепле­ние (палатолалия), аномалия строения языка (глосолалия). При ги­потиреозе у ребенкаотмечается нарушение прорезывания зубов и аномалия развития эмали, а также значительное увеличение губ и языка, приводящее к затруднению речи и акта глотания. Слизистая оболочка отёчная, дёсны бледные, набухшие. При гипертиреозеотмечается в основном ускоренное прорезывание зубов.

При угнетении функции щитовиднойжелезы или её полном удалении увзрослого человека нарушается фосфорно-кальциевый обмен и развивается множественный кариес в области шеек зубов. Наблюдается также атрофия поднижнечелюстных желёз. При гипертиреозе у взрослоготакже возможен множественный кариес, кроме того, отмечается набухание десен.

При недостаточности функции коркового вещества надпочеч­ников(болезнь Аддисона) отмечается пигментация слизистой обо­лочки щёк, губ и края языка. Это происходит вследствие отложения меланина в соединительной ткани и в базальных эпителиальных клетках под влиянием меланотропного гормона гипофиза, секреция которого увеличивается по механизму отрицательной обратной связи между надпочечником и гипофизомвследствие снижения в крови уровня кортикостероидных гормонов.

При гипокортицизме нарушается способность различать оттенки вкусовых и обонятельных ощущений, которая восстанавливается при введении гормонов. При гиперфункции коры надпочечников проявля­ется катаболическое действие кортикостероидных гормонов - на­блюдается рассасывание костной ткани (остеопороз).

Увеличение секреции соматотропного гормонаприводит к чрезмерному разрастанию костей и мягких ткней лица, черепа, конеч­ностей- акромегалия. Увеличиваются размеры губ (макрохейлия), языка (макроглоссия), наблюдается гиперплазия дёсен, расширение межзубных промежутков, увеличение зубной дуги.

При недостаточной секреции инсулинаподжелудочной желе­зой (диабет) отмечается сухость слизистой полости рта вследствие дегидратации тканей, изменения мелких сосудов, гиперемия слизи­стой, кровоточивость, нарастающая подвижность зубов, отложения зубного камня.

В главе 8 уже рассматривалась роль паратирина и кальцитонина в поддержании уровня кальция и фосфора в крови. Необходимо добавить, что при пониженной секреции паращитовидных желёз в детском возрасте наблюдается гипоплазия эмали и наруше­ние образования дентина, у взрослого уменьшается проницаемость эмали. При гиперсекреции изменения развиваются, главным образом, в пародонте. При увеличении секреции гормона щитовидных желёз тиреокальцитонина, а также при увеличении секреции околоушными железами паротина наблюдается увеличение проницаемости эмали.

Таким образом, нарушения функции эндокринных желёз у ребёнка и у взрослого приводят к различным отклонениям в формировании и развитии зубов: к задержке рассасывания молочных зубов, наруше­нию сроков и порядка прорезывания зубов, изменениям структуры дентина и цемента, некариозному поражению твердых тканей зубов (гипоплазии, патологическому стиранию, некрозу, эрозии).