Гормоны кальциевого обмена

Гормоны, регулирующие обмен кальция в организме (кальцитонин, паратгормон, кальцитриол)

Кальцитонин — пептидный гормон щитовидной железы, состоящий из 32 аминокислот. Он получил свое название благодаря способности снижать концентрацию кальция в крови. Секретируется парафолликулярными С-клетками.

Кальцитонин — это главный антагонист паратиреодиного гормона, основным механизмом действия которого является торможение остеокластической костной резорбции. Уровень кальцитонина в крови резко повышается при подозрении на медуллярный paк щитовидной железы. Однако не существует костных заболеваний, в генезе которых нарушения секреции кальцитонина играло бы исключительную роль. И хотя у женщин наблюдаются более низкие уровни кальцитонина, чем у мужчин, данные о снижении секреции этого гормона в формировании первичного остеопороза остаются противоречивыми. Зато доказано, что у больных с высоким уровнем костного обмена кальцитонин вызывает временную гипокальциемию и гипофосфатемию.

Паратгормон

человек имеет 2 пары околощитовидных желез, расположенных на задней поверхности или погруженных внутри щитовидной железы.

главные, или оксифильные, клетки этих желез выpaбатывают паратгормон, или паратирин, или паратиреоидный гормон (ПТГ).

•паратгормон регулирует обмен кальция в организме и поддерживаетего уровень в крови.

•в костной ткани паратгормон усиливает функцию остеокластов, что приводит к деминерализации кости и повышению содержания кальция в плазме крови (гиперкальциемия).

•в почках паратгормон усиливает реабсорбцию кальция.

•в кишечнике повышение реабсорбции кальция происходит благодаря стимулирующему действию паратгормона на синтез кальцитриола –активного метаболита витамина D3.

Паратирин является мощным кальций -регулирующим гормоном, вызывает повышение кальция в крови и его еще называют гиперкальциемическим гормоном

Регуляция секрециипаратирина происходит по обратной связи уровнем ионизированного кальция крови.

•низкая концентрация кальция

•симпатические влияния через бета-адренорецепторы.

Подавляют секрецию паратирина:

•высокий уровень кальция в крови и

•почечный гормон кальцитриол.

•Основные эффекты паратирина проявляются

•со стороны органов-мишеней гормона -костной ткани, почек и желудочно-кишечного тpaкта.

•Реализация действия паратирина осуществляется через цАМФ, и повышение уровня этого вторичного посредника в моче является важным диагностическим критерием избыточной секреции.

Эффект паратирина на костную ткань:

Обусловлен стимуляцией и увеличением количества остеокластов, резорбирующих кость.

Под влиянием паратирина в костной ткани из-за нарушения цикла Кребса накапливаются лимонная и молочная кислоты, вызывающие местный ацидоз. Кислая реакция среды в костной ткани тормозит активность щелочной фосфатазы —фермента, необходимого для образования основного минерального вещества кости —фосфорнокислого кальция. Избыток лимонной и молочной кислот ведет к образованию растворимых в воде солей кальция —цитрата и лактата, вымыванию их в кровь, что приводит к деминерализации кости. Избыток цитрата выводится с мочой, что является важным диагностическим признаком повышенного уровня паратирина.

В почках гормон снижает реабсорбцию кальция в проксимальных кaнaльцах, но резко усиливает ее в дистальных кaнaльцах, что предотвращает потери кальция с мочой и способствует гиперкальциемии. Реабсорбция фосфата в почках под влиянием паратирина угнетается, это приводит к фосфатурии и снижению содержания фосфата в крови —гипофосфатемии.

Повышенная секреция паратирина при гиперплазии или аденоме околощитовидных желез сопровождается

деминерализацией скелета с деформацией длинных трубчатых костей,

•образованием почечных камней,

•нарушениями памяти и концентрации внимания.

•Дефицит паратирина, особенно при ошибочном оперативном удалении или повреждении желез,

•повышает нервно-мышечную возбудимость вплоть до судорожных приступов, получивших название тетании.

Кальцитриол

активная форма витамина D животных стероидной природы. Работает как сигнальная молекула. Регулирует обмен фосфата и кальция в организме.

Кальцитриол контролирует обмен кальция. В клетках кишечника он индуцирует синтез Са2±переносящих белков, которые обеспечивают всасывание ионов кальция и фосфатов из полости кишечника в эпителиальную клетку кишечника и далее трaнcпорт из клетки в кровь против концентрационного градиента на мембранах кишечника. В почках кальцитриол стимулирует реабсорбцию ионов кальция и фосфатов. При низкой концентрации ионов кальция кальцитриол способствует мобилизации кальция из костной ткани.

Гормоны кальциевого обмена

За обмен кальция и фосфатов в организме отвечают три гормона – кальцитриол, кальцитонин и паратиреоидный гормон.

Кальцитриол

Строение кальцитриола

Представляет собой производное витамина D и относится к стероидам.

Образующийся в коже под действием ультрафиолета и поступающие с пищей холекальциферол (витамин D3) и эргокальциферол (витамин D2) гидроксилируются в гепатоцитах по С25 и в эпителии проксимальных кaнaльцев почек по С1. В результате формируется 1,25-диоксихолекальциферол (кальцитриол).

Регуляция синтеза и секреции

Активируют: Гипокальциемия повышает гидроксилирование витамина D по С1 в почках через увеличение секреции паратгормона, стимулирующего этот процесс.

Уменьшают: Избыток кальцитриола подавляет гидроксилирование по С1 в почках.

Механизм действия

Мишени и эффекты

Рецепторы к кальцитриолу обнаружены пpaктически во всех тканях. Эффекты гормона могут быть геномные и негеномные, эндокринные и паpaкринные.

1. Геномный эффект кальцитриола заключается в регуляции концентрации кальция и фосфора в крови:

в кишечнике индуцирует синтез белков, отвечающих за всасывание кальция и фосфатов,
в почечных кaнaльцах повышает синтез белков-каналов для реабсорбции ионов кальция и фосфатов,
в костной ткани усиливает активность остеобластов и остеокластов.

Читать еще: Какие гормоны выpaбатывают надпочечники и как они влияют на организм человека?

2. Посредством негеномных паpaкринных механизмов гормон регулирует количество ионов Ca 2+ в клетке

способствует минерализации кости остеобластами,
влияет на активность иммунных клеток, модулируя их иммунные реакции,
участвует в проведении нервного возбуждения,
поддерживает тонус сердечной и скелетной мускулатуры,
влияет на пролиферацию клеток.

3. Также действие кальцитриола сопровождается подавлением секреции паратиреоидного гормона.

Гипофункция

Паратиреоидный гормон

Представляет собой пептид из 84 аминокислот с молекулярной массой 9,5 кДа.

Идет в паращитовидных железах. Реакции синтеза гормона высоко активны.

Регуляция синтеза паратирина

Регуляция синтеза и секреции

Активирует образование гормона гипокальциемия.

Уменьшают высокие концентрации кальция через активацию кальций-чувствительной протеазы, гидролизующей один из предшественников гормона.

Механизм действия

Мишени и эффекты

Эффект паратиреоидного гормона заключается в увеличении концентрации кальция и снижении концентрации фосфатов в крови.

Это достигается тремя способами:

Костная ткань

при высоком уровне гормона активируются остеокласты и происходит деструкция костной ткани,
при низких концентрациях активируется перестройка кости и остеогенез.

увеличивается реабсорбция кальция и магния,
уменьшается реабсорбция фосфатов, аминокислот, карбонатов, натрия, хлоридов, сульфатов.
также гормон стимулирует образование кальцитриола (гидроксилирование по С1).

при участии кальцитриола усиливается всасывание кальция и фосфатов.

Гипофункция

Возникает при случайном удалении железы при операциях на щитовидной железе или при аутоиммунной деструкции ткани желез. Возникающая гипокальциемия и гиперфосфатемия проявляется в виде высокой нервно-мышечной возбудимости, судорог, тетании. При резком снижении кальция возникает дыхательный паралич, ларингоспазм.

Гиперфункция

Первичный гиперпаратиреоз возникает при аденоме желез. Нарастающая гиперкальциемия вызывает повреждение почек, мочекаменную болезнь.

Вторичный гиперпаратиреоз является результатом почечной недостаточности, при которой происходит нарушение образования кальцитриола, снижение концентрации кальция в крови и компенсаторное возрастание синтеза паратиреоидного гормона.

Кальцитонин

Представляет собой пептид, включающий 32 аминокислоты с молекулярной массой 3,6 кДа.

Осуществляется в парафолликулярных клетках щитовидной железы.

Регуляция синтеза и секреции

Активируют: ионы кальция, глюкагон.

Механизм действия

Мишени и эффекты

Эффект кальцитонина заключается в уменьшении концентрации кальция и фосфатов в крови:

в костной ткани подавляет активность остеокластов, что улучшает вход кальция и фосфатов в кость,
в почках подавляет реабсорбцию ионов Ca 2+ , фосфатов, Na + , K + , Mg 2+ .

Гормональная регуляция кальциевого обмена в тканях зуба

Как уже указывалось, процессы минерализации кости и зуба идентичны, структура апатитов кости и зубных тканей сходна. Обмен кальция в костях и в зубах регулируется тремя основными гормонами: паратгормоном, тирокальцитонином и кальцитриолом.

Органами-мишенями для паратгормона являются минерализованные ткани (скелет, зубы), почки и кишечник.

В костях парат-гормон вызывает резкую активацию резорбтивных процессов, что сопровождается деструкцией как минеральных, так и органических компонентов этой ткани. Солюбилизация кристаллов апатита приводит к высвобождению его составных частей – кальция и фосфата в кровь. Одновременно с растворением костного минерала происходит резорбция и органического матрикса, состоящего из коллагеновых волокон и

мукополисахаридов. В частности, это проявляется в увеличении выделения с мочой оксипролина – хаpaктерного элемента коллагена.

В почках парат-гормон существенно уменьшает реабсорбцию фосфата в дистальных кaнaльцах и увеличивает реабсорбцию кальция. Возрастание почечной экскреции фосфата приводит к понижению содержания этого иона в крови. Несмотря на некоторое усиление реабсорбции кальция в почечных кaнaльцах под влиянием парат-гормона, выделение его с мочой вследствие быстро нарастающей гиперкальциемии в конечном итоге увеличивается.

Neuman обнаружил, что под действием парат-гормона существенно возрастает продукция цитрата. В связи с этим была выдвинута гипотеза о том, что парат-гормон усиливает костную резорбцию путем стимулирования определенных катаболических путей обмена глюкозы в костной ткани с образованием органических кислот, растворяющих кристаллы апатитов. Прежде всего лимонной, т.к. она в наибольшей степени из всех органических кислот влияет на растворимость гидроксиапатита, образуя с кальцием комплекс, легко и быстро окисляющийся в почках. Почти 90% всей лимонной кислоты находится в минерализованных тканях, и ее всегда много там, где содержание кальция высоко. Нарушение обмена остеобластов под влиянием паратгормона приводит к тому, что они теряют способность синтезировать костную матрицу. Преостеобласты и остеобласты сливаясь, превращаются в остеокласты, число которых значительно увеличивается по отношению к другим клеткам костной ткани. Они выделяют образовавшийся при нарушении углеводного обмена цитрат, что приводит к ацидозу, понижение рН среды вызывает повышение растворимости гидроксиапатита: фосфаты и кальций выходят в экстрацеллюлярную жидкость и поступают в кровь. Одновременно образуются пирофосфаты, препятствующие созданию фосфата кальция.

Читать еще: Препарат Утрожестан и его роль в жизни женщины

Также парат-гормон усиливает освобождение и синтез остеокластами и остеоцитами лизосомальных гидролаз (в частности коллагеназы). Они вызывают в кислой среде ферментативную деструкцию органического матрикса и солюбилизацию костного минерала.

Для кальцитонина основной мишенью является скелет. Он непосредственно

влияет на костную ткань, снижая резорбтивные процессы минеральной части и органического матрикса — ингибируя распад коллагена. Под действием кальцитонина тормозится выделение костных гидролаз. Парат-гормон и кальцитонин способны изменять трaнcпорт кальция через клеточную мембрану и таким образом влиять на активность чувствительных к этому иону ферментов.

Также они оказывают противоположное действие на активность пирофосфатаз. Эти ферменты играют важную роль — как в формировании, так и в резорбции костной ткани.[17, 14]

Функция паратгормона направлена на нормализацию уровня кальция в сыворотке крови при гипокальциемии, а кальцитонина – при гиперкальцеимии. Оба гормона действуют на обмен кальция через его главное депо в организме – скелет. Паратгормон вызывает резорбцию костной ткани и мобилизацию кальция из кости в кровь, а кальцитонин ее подавляет. Кроме того, паратгормон действует на почки, угнетая реабсорбцию фосфата в почечных кaнaльцах. Таким образом, функция этих гормонов направлена на регуляцию обмена эндогенными резервами минеральных веществ в организме, количество которых все же органичено и требует постоянного пополнения из пищи. Следовательно, для гомеостаза кальция в организме необходим гормон, функция которого была бы направлена на регуляцию поступления экзогенного кальция и фосфора, т.е. всасывания их в кишечнике из пищи. Именно эту физиологическую роль выполняет витамин D. Другого подобного стимулятора ассимиляции кальция и фосфора в организме не существует. Витамин D влияет на обмен кальция в виде гормонально активной формы – 1,25 (ОН)2D3 – кальцитриола. Он стимулирует всасывание кальция в тонком кишечнике и увеличение его содержания в организме за счет экзогенного источника. Это доказывается тем, что ядра клеток слизистой оболочки кишечника наиболее интенсивно, сравнительно с клетками других тканей, аккумулируют 1,25 (ОН)2D3 после введения витамина D. Именно в кишечнике происходит наиболее быстрая ответная физиологическая реакция: синтез Са – связывающего белка и стимуляция трaнcпорта кальция.

Усиленное поступление под влиянием витамина D кальция и фосфора из кишечника уже в течении первых двух суток приводит к увеличению уровня этих элементов в крови и усилению минерализации костной ткани.. Насыщение сыворотки крови ионами Са и РО4 служат необходимым условием отложения минерального компонента. [1]

Гормоны кальциевого обмена

Кальцитриол

Строение

Представляет собой производное витамина D и относится к стероидам.

Синтез

Образующийся в коже под действием ультрафиолета и поступающие с пищей холекальциферол (витамин D3) и эргокальциферол (витамин D2) гидроксилируются в печени по С25и в почках по С1. В результате формируется 1,25-диоксикальциферол (кальцитриол).

Регуляция синтеза и секреции

Активируют: Гипокальциемия повышает гидроксилирование по С1 в почках.

Уменьшают: Избыток кальцитриола подавляет гидроксилирование по С1 в почках.

Механизм действия

Мишени и эффекты

Эффект кальцитриола заключается в увеличении концентрации кальция и фосфорав крови:

· в кишечнике индуцирует синтез белков, отвечающих за всасывание кальция и фосфатов,

· в почках повышает реабсорбцию кальция и фосфатов,

· в костной ткани усиливает резорбцию кальция.

Патология

Гипофункция

Соответствует картине гиповитаминоза D.

Паратиреоидный гормон

Строение

Представляет собой пептид из 84 аминокислот с молекулярной массой 9,5 кДа.

Синтез

Идет в паращитовидных железах. Реакции синтеза гормона высоко активны.

Регуляция синтеза и секреции

Высокие концентрации кальция активируют кальций-чувствительную протеазу, гидролизующую один из предшественников гормона, и тем самым снижается образование паратиреоидного гормона.

Механизм действия

Мишени и эффекты

Эффект паратиреоидного гормона заключается в увеличении концентрации кальция и снижении концентрации фосфора в крови.

Это достигается тремя способами:

Костная ткань

· при высоком уровне гормона активируются остеокласты и происходит деструкция костной ткани,

· при низких концентрациях активируется перестройка кости и остеогенез.

Почки

· увеличивается реабсорбция кальция и магния,

· уменьшается реабсорбция фосфатов, аминокислот, карбонатов, натрия, хлоридов, сульфатов.

· также гормон стимулирует образование кальцитриола (гидроксилирование по С1).

Кишечник

· при участии кальцитриола усиливается всасывание кальция и фосфатов.

Гипофункция

Возникает при случайном удалении железы при операциях на щитовидной железе, аутоиммунной деструкции ткани желез. Возникающая гипокальциемия и гиперфосфатемия проявляется в виде высокой нервно-мышечной возбудимости, судорог, тетании. При резком снижении кальция возникает дыхательный паралич, ларингоспазм.

Гиперфункция

Первичныйгиперпаратиреоз возникает при аденоме желез. Нарастающая гиперкальциемия вызывает повреждение почек, мочекаменную болезнь.

Читать еще: Причины, симптомы и лечение нарушения обмена веществ у мужчин

Вторичныйгиперпаратиреоз является результатом почечной недостаточности, при которой происходит нарушение образования кальцитриола, снижение концентрации кальция и компенсаторное возрастание синтеза паратиреоидного гормона.

Кальцитонин

Строение

Представляет собой пептид, включающий 32 аминокислоты с молекулярной массой 3,6 кДа.

Синтез

Осуществляется в парафолликулярных клетках щитовидной железы.

Регуляция синтеза и секреции

Активируют: ионы кальция, глюкагон.

Механизм действия

Мишени и эффекты

Эффект кальцитонина заключается в уменьшении концентрации кальция и фосфорав крови:

· в костной ткани подавляет активность остеокластов, что улучшает вход кальция и фосфатов в кость,

· в почках подавляет реабсорбцию ионов Ca 2+ , фосфатов, Na + , K + , Mg 2+ .

Патология

Гормоны тиреоидной функции

Тиреотропный гормон

Строение

Представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 30 кДа, состоит из двух субъединиц α- и β, α-субъединица схожа с таковой гонадотропных гормонов, β-субъединица специфична для ТТГ.

Синтез

Осуществляется в базофильных тиреотрофах гипофиз.

Гормоны и кальциевый обмен

Ионы Са — жизненно важные компоненты животного организма, принимающие участие в формировании многих его структур и регуляции течения метаболических процессов.

К числу разнообразных функций Са относятся: 1) участие в контактном узнавании клеток и их интеграции благодаря образованию катионных Са2+-мостиков между анионными группами макромолекулярных компонентов мембран соседних клеток; 2) обеспечение стабилизации формы клеток и ее структуры в результате взаимодействия с компонентами клеточных мембран и цитоскелета; 3) регуляция проницаемости мембран нейронов и миоцитов к одновалентным катионам и стабилизация потенциала покоя; 4) участие в инициации мышечного сокращения за счет образования комплекса с тропонином С; 5) стимуляция многих секреторных и биосинтетических процессов в экзо- и эндокринных клетках; 6) регуляция каталитической активности многих ферментов (Са-АТФазы, ФДЭ, Ац, фруктозо-дифосфатазы, многих др.) ; 7) регуляция окислительного фосфорилирования в митохондриях; 8) стимуляция свертывания крови посредством активации ряда стадий, запускающих превращение протромбина в тромбин; 9) опосредование эффектов ряда гормонов и нейромедиаторов; 10) формирование эндоскелета позвоночных (образование Са5(РО4)3ОН и Са2СО3 в костях; 11) формирование скорлупы у птиц и некоторых рептилий (Кретсингер, 1974).

При значительном снижении концентрации ионов Са2+ в крови и тканевой жидкости возникают дезинтеграция тканей, деформация клеток, нарушения проницаемости мембран, гипеpaктивность нейронов, спазм мышц (тетания), снижение свертывания крови, размягчение костей и т.д. При избытке ионов происходит кальцификация и склеротизация мягких тканей, снижение окислительного фосфорилирования в клетках и т.д.

В плазме крови различных видов позвоночных содержится 2,4-4 ммоль/л (9-11 мг%) кальция. Из этого количества более 50% находится в свободной ионизированной форме, остальная его часть связана с плазменными белками или находится в форме плохо диссоциирующего вторичного фосфата. Концентрация Са в крови стабильна. Ее суточные колебания не превышают 3%.

Уровень тотального и ионизированного Са в плазме и соответственно в клетках находится преимущественно в зависимости от функционального состояния трех структур организма:

1) костного аппарата — резервуара Са, в котором остеобласты и остеоциты способствуют минерализации кости и отложению в ней неионизированного Са, а остеокласты обусловливают деминерализацию кости и выход из нее Са2+ в кровь;

2) тонкого кишечника, который обеспечивает всасывание Са и его реабсорбцию;

3) почек, в которых осуществляется реабсорбция кальциевого и фосфатного ионов. Функционирование этих эсрфекторных органов, определяющих кальциевый баланс в организме, специфически контролируется главным образом тремя — гормонами — паратгормоном, кальцитонином и 1,25 (ОН)2D3.

От уровня данных гормонов в крови зависят в конечном счете хаpaктер и интенсивность обмена кальция и поддержание кальциевого гомеостаза, столь важного для организма (рис. 94). Динамика этих гормонов взаимосвязана и зависит, в свою очередь, от концентрации ионов Са2+ в крови.

Паратгормон обладает гиперкальциемическим действием и одновременно снижает концентрацию фосфатов в крови (Коллип, 1925, 1932). Гиперкальциемический эффект гормона — следствие его взаимодействия со всеми тремя эффекторными органами. В кости он стимулирует мобилизацию и выход в кровь Са2+ , активируя, с одной стороны, деятельность остеокластов и тормозя, с другой — работу остеоцитов. В результате этого двойного действия на ткань происходит резорбция костного материала. В кишечнике паратгормон усиливает всасывание Са2+ в кровь. В почках же он усиливает реабсорбцию Са в дистальных сегментах извитых кaнaльцев и тормозит реабсорбцию фосфатных ионов в проксимальных отделах кaнaльцевого аппарата (Расмуссен и др., 1970; Аурбах и др., 1972).

Кроме того, паратгормон стимулирует в почке синтез l,25-(OH)2D3 — гормональноактивной формы витамина D3 из малоактивного 25-OH-D3. В свою очередь 1,25 (OH)2D3 оказывает существенное влияние на кальциевый обмен, взаимосвязанное с эффектами паратгормона (Де Люка, 1963, 1974).