Метаболизм кальция и костный гомеостаз

Статья посвящена актуальной теме – взаимосвязи кальциевого и костного обменов в норме и при патологии. Показана сложность и взаимозависимость указанных процессов. Подробно рассматриваются клеточные и молекулярные особенности обмена кальция в сыворотке крови и костной ткани. Представлены современные взгляды на первичные, вторичные и сопутствующие факторы, влияющие на обмен кальция. Освещена физиологическая роль кальция в организме человека в целом и в костном обмене в частности. Рассмотрены характерные черты костного метаболизма с позиций клеточного пула, морфологических типов костной ткани и их функциональной состоятельности. Клиническая значимость гиперкальциемии подчеркнута с учетом появления новых маркеров онкологических заболеваний и субклинического воспаления. Обсуждается роль препаратов кальция в лечении остеопороза с позиций рекомендаций доказательной медицины.

Введение

В повседневной клинической практике врач сталкивается с необходимостью оценивать кальциево-костный гомеостаз в двух случаях: при наличии изменений концентрации минералов в биологических жидкостях организма и при получении патологических результатов денситометрии [1]. Однако нарушения минерального и костного обменов могут быть следствием различных заболеваний и патологических состояний: первичного поражения органов или систем человеческого организма (первичный гиперпаратиреоз), реакции на изменение минерального состава крови (вторичный гиперпаратиреоз), выраженных колебаний содержания минералов в сыворотке крови или моче (онкологические заболевания в целом и костные метастазы в частности), осложнения необратимого заболевания (хроническая почечная недостаточность) [2]. Для адекватной оценки состояния пациента, назначения дополнительных обследований и определения характера терапии требуется знание физиологических особенностей указанных процессов в норме и при патологии.

Механизмы регулирования костного и кальциевого обменов

Костный скелет является основным физиологическим депо для кальция и в меньшей степени – для магния и фосфора. Содержание кальция в скелете контролируется сложными взаимосвязанными механизмами, включающими участие органов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) и почек, действие которых на уровне костной ткани (КТ) опосредуется остеобластами и остеокластами. Источником кальция для скелета является пища. Неабсорбированный кальций выводится в основном с калом и в небольшом количестве активно секретируется в просвет ЖКТ. Незначительные потери кальция наблюдаются при потении и усиленном шелушении кожи. Значительные потери кальция наблюдаются во время беременности (через плаценту к плоду) и во время лактации (через грудное молоко). Абсорбированный из пищи кальций попадает в межклеточное пространство и встраивается в скелет благодаря процессу минерализации органического костного матрикса – остеоида. Оставшаяся часть кальция фильтруется почками в объеме около 6 г/сут, из которых 98% реабсорбируется в ток крови [3, 4].

В регуляции костного и минерального обменов принимают участие: 4 гормона (кальцемические) – паратиреоидный гормон (ПТГ), кальцитонин, фактор роста фибробластов-23 (ФРФ-23) и активные формы витамина D; 3 органа-мишени – кости, почки и ЖКТ; 3 костных минерала – кальций, магний, фосфор [4]. Понимание причин и следствий нарушений работы вышеуказанных элементов является ключевым для адекватного лечения минерального и костного дисбаланса.

В целом кальциемические гормоны определяют содержание минералов в биологических жидкостях организма (моча и кровь) и их действие на уровне органов-мишеней изучено довольно подробно. Однако на клеточном и внутриклеточном уровнях обмен кальция остается малоизученным. Кальций (как фосфор и магний) попадает в центральный кровоток из КТ, почек, ЖКТ, и наоборот. Эти транспортные пути могут проходить через клетки (трансклеточно) или в обход клеток (параклеточно, периклеточно) [5–7]. Параклеточный транспорт, как правило, происходит пассивно – путем диффузии по направлению минерального градиента (downhill diffusion), и не подвержен гормональной регуляции. Диффузия также может происходить через специальные клеточные каналы, которые в определенное время открываются или закрываются [8, 9].

Трансклеточный транспорт осуществляется против минерального градиента (uphill diffusion) и является активным. Для данного процесса требуется дополнительная энергия, получаемая при гидролизе АТФ и создающая электромеханический градиент на поверхности специализированных мембранных структур, именуемых портами, обменниками или помпами. Существует три подтипа портов: «унипорты» (транспортируют одно вещество), «симпорты» (транспортируют два вещества в одном направлении) и «антипорты» (транспортируют более одного вещества в двух направлениях). В указанном процессе также принимают участие высокоспециализированные кальций-связывающие белки. Наряду с описанными механизмами существуют котранспорт и обменный транспорт с вовлечением других ионов, включая калий, натрий, хлориды, водород и бикарбонаты, что иногда также требует дополнительной энергии. Сходные процессы наблюдаются внутри клеток, где происходит перераспределение кальция между митохондриями и цитозолем [8, 9]. Предполагается, что изменения содержания минералов во внеклеточной среде во многом нивелируются их внутриклеточным перераспределением.

Обратный процесс заключается в переходе кальция (и других минералов) из клеток во внеклеточный «отсек». Таковым для эритроцитов является окружающая плазма крови, а для клеток почечного эпителия – моча. Для костных клеток внеклеточным отсеком служат костный моз...

Н.Ю. Карпова, М.А.Рашид, Т.В. Казакова, М.Е. Ядров