Кальций

Среди элементов, которые входят в состав нашего тела, кальций занимает 5-е место после углерода, водорода, кислорода и азота. Это один из самых важных для человека микроэлементов, обладает многоплановым действием.

1. Кальций выполняет пластическую функцию, входя в состав костей виде гидроксиапатита

2. Кальций необходим для сокращения мышечных волокон: В комплексе с кальцием молекулы тропомиозина глубже опускаются в желобки между мономерами актина, открывая участки прикрепления для поперечных мостиков миозина. В результате мостики миозина прикрепляются к актиновым нитям, АТФ расщепляется и развивается мышечная сила.

3. Кальций обеспечивает сопряжение гуморального сигнала и внутриклеточных процессов. Например, от кальция зависит слияние инсулин-содержащих секреторных гранул с плазматической мембраной и происходящая в результате секреция инсулина.

4. Кальция регулирует активность внутриклеточных ферментов. Са²⁺/кальмодулин-зависимые киназы. Бывают 2х типов: специализированные СаМ киназы (киназа легких цепей миозина) и многофункциональные СаМ киназы (играют роль во многих процессах: секреции нейромедиаторов, регуляции транскрипционных факторов, в метаболизме гликогена).

Кальмодулин (СаМ) — это вездесущий, кальций-связывающий белок, находится в цитоплазме, внутри органелл, а также находится в плазматической мембране и мембранах органелл. Многие Са-зависимые белки не могут сами связывать кальций и используют кальмодулин как «датчик» кальция и компонент системы передачи сигнала.

Кальмодулин также используется для запасания Ca²⁺ в эндоплазматическом и саркоплазматическом ретикулумах.

5. оказывает влияние на проницаемость биологических мембран (Ca-зависимые каналы меняют концентрацию ионов по обе стороны мембраны)

6. участвует в процессах свертывания крови (например, вместе с V и X факторами образует ферментный комплекс, активирующий протромбин)

7. участвует в обеспечении почечных канальциевых механизмов концентрации мочи;

8. оказывает влияние на развитие плода во время беременности; оказывает влияние на лактацию;

Около 99% Кальция в организме в виде гидроксиапатита находится в костной ткани. Весь остальной кальций расположен внутри-клеточно (в большей степени) или вне клеточно (в меньшей степени).

Нас интересует кальций плазмы крови. Уровень общего кальция, который обычно определяют в клинике, складывается из

• метаболически активного ионизированного кальция (около 50%)

• кальция, связанного с белками плазмы

• кальция, образующего комплекс с цитратами

Прямой метод определения ионизированного Са в виде селективной системы электродов дорогой, трудоемкий и в клинике не используется. Используется калориметрический метод определения уровня общего Са с о-крезолфталеинкомплексоном, который образует с ионами Са окрашенный комплекс. Интенсивность окрашивания коррелирует с уровням Са в плазме.

Доля активного ионизированного Са будет завесить от нескольких факторов:

1. уровень белка. При Миеломной болезни — это разновидность гемобластоза, будет гиперсекреция опухолевых гамма-глобудинов. Са связывается парапротеинами, в результате, повышение общего Са, а ионизированный в норме. Гиперкальциемия без соответствующей клинической картины.

2. pH : при алкалозах ионы водорода высвобождаются из альбумина, и способность альбумина связывать кальций увеличивается. В результате доля связанного кальция повышается, а концентрация ионизированного кальция снижается. Появляются клинические признаки гипокальциемии, хотя концентрация общего кальция не изменена. Например, синдром Конна - первичный гиперальдостеронизм. Повышенная продукция альдостерона приводит к усилению реабсорбции натрия в канальцах почек и увеличению выделения калия и водородных ионов с мочой - метаболический алколоз.

На слайде представлены рекомендованные суточные нормы потребления кальция (согласно клиническим рекомендациям Российской ассоциации по остеопорозу 2012 года).

Далее мы можем видеть суточный баланс и обмен Са между органами и системами.

Необходимо понимать, что необходимый организму кальций должен поступать с пищей, всасываясь в ЖКТ. Депо кальция и источник экстренной корректировки его уровня - кости.

Уровень ионизированного Са в плазме подлежит жесткой регуляции. Отклонение его уровня от нормы (1,1-1,3 ммоль/л) хотя бы на 0,5 ммоль/л уже диагностически значимо. Балан Са в организме, главным образом, поддерживается за счет работы:

• паратиреоидного гормона

• витамина D3

• кальцитонина

Изменение концентрации внеклеточного Са улавливается посредством кальций-чувствительного рецептора (КЧР, CaSR). КЧР представлен в клетках различных органов, в том числе в ОЩЖ, почках, костях, в кишечнике.

Тем самым КЧР обеспечивает

- модуляция синтеза и секреции ПТГ

• дифференцировку остеобластов и формирование очагов минерализации, подавляет дифференцировку пре-ОК и активность зрелых ОК.

Препарат Стронция ранелат (Бивалос) - агонист CaSR, за счет молекулярной близости стронция к кальцию. Используется при длительной терапии остеопороза. Костеобразующий и антирезорбтивный эффект сразу

Экспресс-регуляцию уровня Са в плазме осуществляется гормонами: Кальцитонином и Паратиреоидным гормоном (ПТГ)

Снижение уровня кальция в плазме обеспечивается Кальцитонином.

Этот гормон секретируется парафолликулярными С-клетками щитовидной железы. Его секреция возрастает при увеличении концентрации Са2+ и уменьшается при понижении концентрации Са2+ в крови.

• ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости, снижая активность остеокластов.

• подавляет канальцевую реабсорбцию ионов кальция в почках, тем самым стимулируя их экскрецию с мочой.

При недостатке эстрогенов секреция кальцитонина снижается. Это вызывает ускорение мобилизации кальция из костной ткани - остеопороз в постменопаузе у женщин

ПТГ - гормон паращитовидных желез, действие которого направлено на повышение концентрации ионов кальция и снижение концентрации фосфатов в плазме крови. Мишени действия ПТГ - кости и почки (снижение экскреции Са и стимуляция а1-гидроксилазы (синтез витамина D3)).

Образование кости и ее резорбция - результат клеточного взаимодействия остеобластов (ОБ) и остеокластов (ОК) посредством системы RANK-RANKL-ОСТЕОПРОТОГЕРИН

RANK (рецептор активатора ядерного фактора Nf-kв) - на остеокластах

RANKL (лиганд RANK) - на остеобластах, клетках стромы и активированных Т-лимфоцтах

RANK-RANKL взаимодействие индуцирует процесс дифференцировки и активации ОК. Одновременно стволовые клетки костного мозга и ОБ высвобождают

фактор, стимулирующий образование колоний макрофагов (M-CSF)

Он также стимулирует активацию и дифференцировку ОК

Стимулируют: ПТГ, витамин D 3, IL-1, TNF

Подавляют: эстрогены, остеопротегерин (OPG)

Дифференцированный, активированный ОК изменяет свой цитоскелет, создает изолированную полость резорбции, микросреду между ОК и костью. Обеспечивается это взаимодействием с поверхностными костными белками: коллагеном типа I, остеопонтином и сиалопротеином.

Мембрана ОК приобретает гофрированный вид - увеличение резорбирующей поверхности.

Микросреда созданной полости резорбции подкисляется посредством электрогенной подкачки в нее протонов.

Мобилизация минеральной фазы кости с участием катепсина К (фермент «кислых везикул» остеокласта).

OPG (остеопротегерин) — растворимый рецептор для RANKL, синтезируемый ОБ, клетками стромы, эндотелиоцитами и В-лимфоцитами. Действует как рецептор-ловушка для RANKL, блокируя его взаимодействие с собственным рецептором (RANK)

Препарат денозумаб – человеческие моноклональные антитела к RANKL. Он близок по строению к эндогенному остеопротегерину, блокирует RANKL и его действие на остеокласты. Разрешен с 2010 г. Управлением по качеству лекарственных средств и пищевых продуктов США (FDA) и Европейской Комиссией по ЛС (EMEA) для лечения постменопаузального ОП и костных нарушений при онкологических заболеваниях. Эффективен, НО:

серьезные побочные реакции (SRE) 56,3%

• инфекции мочеполовой и дыхательной систем

• запоры

• боли в суставах.

Объясняется блокадой RANKL, участвующего не только в регуляции метаболизма кости, но и системных иммунных реакциях.

ПТГ синтезируется в паращитовидных железах в виде предшественника - препрогормона, содержащего 115 аминокислотных остатков.

В результате процессинга от препрогормона последовательно отщипляется 25 и 6 аминокислотных остатков - формируется зрелый, функционально активный, гормон, включающий 84 аминокислотных остатка (ПТГ_1-84) - интактный ПТГ. Однако однако большая часть интактного 1-84 ПТГ расщепляется в печени, почках, костях и ПЩЖ между 33-й и 36-й аминокислотами. С-концевые фрагменты , срединные и N-концевые фрагменты.

N-концевые пептиды, содержащие 34 аминокислотных остатка, обладают полной биологической активностью и секретируются железами наряду со зрелым паратгормоном. Именно N-концевой пептид отвечает за связывание с рецепторами на клетках-мишенях. Терипаратид – рекомбинантный человеческий 1–34–й фрагмент паратиреоидного гормона (подкожные инъекции, по 20 мкг, ежедневно) - увеличивает количество остеобластов и формирование кости посредством активации клеток-предшественников остеобластов и снижения их апоптоза. В отличие от бисфосфонатов, не снижает костную резорбцию, а стимулирует костеобразование, увеличивая минеральную плотность кости. Применяется для лечения и профилактики остеопороза.

С-концевые фрагменты молекулы ПТГ биологически неактивны, период полураспада их продолжительнее и выводятся они непосредственно почками. Также в крови присутствуют различные неактивные, «промежуточные» участки метаболизированной молекулы ПТГ.

Для нас важно определение интактного ПТГ, что представляет трудности в связи с тем, что:

- 1-84 ПТГ циркулирует в низких концентрациях (10- 12 ммоль/л) в присутствии большего числа фрагментов ПТГ.

- отношение уровня 1-84 ПТГ к фрагментам зависит от скорости клубочковой фильтрации и активности патологически измененных ОЩЖ

Определение интактного ПТГ является двухкомпонентым многослойным исследованием, в котором С- и N-концы молекулы ПТГ связываются отдельными антителами.

Рассмотрим Иммуноферментный Тест Biomerica для определения Интактного ПТГ

Твердая фаза - лунки со стрептавидином. Стрептавидин - белок, вырабатываемый стрептомицетами, который обладает очень высоким сродством к биотину.

2 набора антител: 1) Биотинилированные антитела анти-ПТГ (39-84) - связываются с твердой фазой

2. антитела анти-ПТГ (1-34), связанные с ферментом (HRP)

После инкубации лунки планшета промывают для удаления несвязавшихся компонентов. Добавляют субстрат - тетраметилбензидином (ТМБ). Интенсивность желтого окрашивания прямо пропорциональна концентрации ПТГ в образце.

Возраст Референсные значения

Меньше 15 лет 12 - 97 пг/мл (пикограмм на миллилитр)

15-23 года 11 - 72 пг/мл

23-70 лет 9,5 - 75 пг/мл

Больше 70 лет 4,7 - 114 пг/мл

Целевые значения уровня ПТГ для больных ХБП выше.

Основным источником витамина D для большинства людей является его образование при воздействии на кожу солнечных лучей. Витамин D, образовавшийся в коже, может оставаться в крови минимум в два раза дольше, чем поступающий с пищей. При получении взрослым человеком, одетым в купальный костюм, одной минимальной эритемной дозы ультрафиолетового излучения (небольшое порозовение кожи через 24 ч после воздействия) количество производимого витамина D эквивалентно приему внутрь 10 000-25 000 МЕ. Факторы, снижающие выработку витамина D₃ в коже:

• повышенная пигментация кожи

• старение

• применение солнцезащитного крема

• изменение зенитного угла солнца в зависимости от географической широты, времени года или времени суток

дефицит менее 20 нг/мл;

недостаточность – 21-29 нг/мл;

достаточный уровень – 30-100 нг/мл.

Кальциемическое действие

1. Увеличение абсорбции Са в тонкой кишке

2. Усиление реабсорбции кальция и фосфора в почке

Костная ткань

3. Пролиферативная активность M-CSF повышается

4. Усиление синтеза ОБ остеокальцина, остеопонтина, коллагена, необходимых для минерализации

5. Нейропротекторное действие

Ядерные рецепторы к кальцитриолу в нейронах мозга, глиальных клетках, в спинном мозге и периферической нервной системе.

6. Иммуномодулирующий и противовоспалительный эффект

Рецепторы на активированных Т-лимфоцитах, макрофагах, на незрелых лимфоцитах тимуса и зрелых CD8-клетках.

ингибиция секреции макрофагами ИЛ12 (дифференцировка «наивных» Т-хелперов в Т-хелперы 1-го типа).

уменьшение продукции провоспалительных цитокинов активированными Т-лимфоцитами – ИЛ2, ИФНγ, ФНОα, ГМ-КСФ

ингибиция пролиферации CTL и NK, а также стимулировать активность Т-супрессоров, поддерживая резистентность организма к собственным антигенам.

Способность предотвращать развитие и уменьшать выраженность клинических проявлений аутоиммунных заболеваний

Дети до 1 года - не менее 400 МЕ/сутки (МЕ = 25 нг)

Дети 1 года и старше – не менее 600 МЕ/сутки

На данный момент неизвестно, достаточно ли этих доз для обеспечения всех потенциальных преимуществ для здоровья, не связанных с костной тканью. Для повышения уровня 25(OH)D в крови и поддержания его стабильно выше 30 нг/мл может потребоваться доза витамина D не менее 1000 МЕ/сутки.

Лица 19-50 лет - не менее 600 МЕ/сутки

Может потребоваться доза витамина D не менее 1500-2000 МЕ/сутки.

Лица 50-70 и старше 70 лет - не менее 600 и 800 МЕ/сутки

Лицам в возрасте 65 лет и старше рекомендовано принимать витамин D в дозе 800 МЕ/сутки для профилактики падений и переломов.

Может потребоваться дополнительный прием витамина D в дозе не менее 1500-2000 МЕ/сутки.