6.2.2. Значение кальция в жизни организмов

Накопление ионов кальция в гиалоплазме. По данным профессора, директора клиники урологии и оперативной нефрологии медицинского факультета РУДН доктора медицинских наук Вячеслава Максимова в нормальных клетках концентрация ионов кальция в клеточном соке отличается исключительно низкими значениями: 10^-7 или даже 10^-8 моль/л, тогда как в окружающей клетку среде содержится 10^-3 моль/л ионов кальция. При этом следует иметь в виду, что ионы Ca²⁺ проходят в клетку не только самопроизвольно (процесс «утечки» через мембрану), но и через кальциевые каналы в мембране, которые открываются в ответ на изменение мембранного потенциала (потенциал-зависимые кальциевые каналы, например, в нервных клетках) или в ответ на присоединение гормонов и медиаторов к мембранным рецепторам (например, адреналина к адренорецепторам в клетках сердечной мышцы). Компенсирует вход ионов Ca²⁺ в клетку работа трех типов кальциевых насосов: кальциевая помпа (Ca²⁺-АТФаза) в мембранах саркоплазматического ретикулума и клеточной мембране, система аккумуляции Ca²⁺ в митохондриях, в некоторых клетках Na⁺-Ca²⁺-обменник, встроенный в цитоплазматическую мембрану. При повреждении клетки нарушается работа митохондрий: снижается мембранный потенциал и прекращается окислительное фосфорилирование. При снижении мембранного потенциала в митохондриях уменьшается накопление Ca²⁺.

Снижение уровня АТФ в клетке приводит к выключению работы Ca²⁺-АТФазы саркоплазматической. Все это способствует накоплению кальция в цитоплазме ретикулума и клеточной мембране. Увеличение концентрации Na⁺ в клетке, вследствие угнетения Na⁺-насоса при недостатке АТФ приводит к выключению также и системы Na⁺-Ca²⁺ обмена через клеточную мембрану. В результате всего этого происходит увеличение концентрации кальция от 10^-8-10^-7 моль/л (в норме) до 10^-6-10^-5 моль/л. Это приводит к нарушениям в цитоскелете, активации сократительных структур, образованию нерастворимых включений кальция в матриксе митрхондрий, повреждению внутриклеточных мембран и общей дезорганизации метаболизма. Морфологически это проявляется в замедлении броуновского движения различных включений внутри клетки (увеличение «вязкости протоплазмы») и возрастании светорассеяния; красители начинают легче проникать в клетку и связываются в большом количестве с внутриклеточными структурами - все эти признаки типичны для "неспецифической реакции клетки на повреждение".

Для кальция не очень характерно образование комплексных соединений. Кислородсодержащие комплексы, например, с ЭДТА или полифосфатами, имеют большое значение в аналитической химии и для удаления ионов кальция из жесткой воды.

Кальций относится к числу макроэлементов. Его содержание в организме взрослого человека (в расчете на массу 65 кг) составляет 1,3 кг. Он необходим для формирования костей и зубов, поддержания сердечного ритма и свертывания крови. Основным источником поступления кальция в организм служат молоко и молочные продукты. Суточная потребность составляет 0,8 г в сутки. Всасыванию катионов кальция способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота затрудняют всасывание кальция из-за образования комплексов и малорастворимых солей. В организме есть сложная система хранения и высвобождения кальция.

Использование кальция в качестве строительного материала костей и зубов связано с тем, что ионы кальция не используются в клетке. Концентрацию кальция контролируют особые гормоны, их совместное действие сохраняет и поддерживает структуру костей.

Предполагается, что ионы кальция, связываясь с мембраной нерва, влияют на ее проницаемость для других катионов. Очевидно, он замещает ионы магния и тем самым активирует некоторые ферменты. Поступление ионов кальция может быть сопряжено с внесением фосфата, который поэтому называют переносчиком кальция.

Установлено, что регулятором ионов кальция в различных типах мышц является саркоплазматический ретикулум (СР). Ионы кальция накапливаются в кальциесвязывающих белках, например в кальсеквестрине. Последний связывает примерно 43 иона Са²⁺ на моль белка. Мышечное сокращение связано с освобождением ионов кальция из СР и его связыванием на активных центрах мышечных волокон. Концентрация ионов кальция в саркоплазме за несколько миллисекунд повышается в 100 раз. Вынужденное истечение ионов Са²⁺ из СР происходит очень быстро. Непосредственно после освобождения ионов кальция СР начинает накачивать их обратно. Сокращение мышц возникает в результате появления нервного импульса в двигательном нерве, оканчивающемся в мышечном волокне, что вызывает высвобождение ионов кальция из его запасов.

Механизм свёртывания крови представляет собой каскадный процесс, многие этапы которого зависят от присутствия ионов кальция, которые активируют соответствующие ферменты.

Ион кальция абсолютно необходим для нормального процесса сокращения миокарда. Соли кальция обладают положительным инотропным эффектом, а также влияют на тонус гладкой мускулатуры сосудов. В связи с тем, что ион кальция необходим для сокращения гладких мышц сосудов, он участвует в регуляции артериального давления путем действия на периферические сосуды, что определяет как полезные, так и вредные стороны применения кальция. Это может быть очень важным при наличии у больного гиперкалиемии и гиперкальциемии.

Кальций в крови. Кальций, находящийся в крови - это источник внеклеточного кальция, который способен взаимодействовать с клетками. Кальций в крови находится в нескольких формах: связанный (или в комплексе) и свободный (или ионизированный). Это деление представляет определенный физиологический интерес, поскольку только ионизированная форма физиологически активна, как это впервые показали McLean и Hustings в 1934 году. Эти авторы сделали вывод, что ионизированный кальций необходим для ритмичной механической активности изолируемого перфузируемого сердца лягушки. Четыре десятилетия спустя это было подтверждено на изолированном сердце собаки, когда было показано, что хотя одновременная инфузия кальция глюконата и цитрата натрия повышали общую концентрацию кальция в сыворотке крови, уровень ионизированного кальция и сократительная способность миокарда параллельно снижались.

Данная работа также привела к получению номограммы, которая стала краеугольным камнем в клинической оценке концентраций ионизированного кальция в сыворотке. Эта номограмма позволяет получить концентрации ионизированного кальция при известной общей концентрации кальция и общей концентрации белка, предполагая, что рН равно 7.35 и отношение альбумины/глобулины составляет 1.8. В настоящее время, в связи с тем, что прямое измерение концентрации ионов кальция не везде доступно, такая или подобная номограммы могут помочь оценить концентрацию ионизированного кальция у больных как терапевтического, так и хирургического профиля. Данная методика до сих пор используется для оценки кальциевого гомеостаза. Однако, в связи с возможными отклонениями в балансе кальция возможны неточности. Измерение концентраций ионизированного кальция необходимы для понимания влияния на гемодинамику гипер- или гипокальциемии.

Кальций и сердце. Во всех клетках сердца имеется фосфолипидная мембрана, которая отделяет цитоплазму от межклеточной среды. Согласно современным представлениям, в мембране имеются специфические белковые комплексы, которые выполняют функцию ион-селектимвных каналов. Каждый канал с той или иной специфичностью контролирует прохождение ионов натрия, калия и кальция. Таким образом осуществляется контроль распределения ионов внутри клетки и снаружи нее. Это приводит к возникновению разницы потенциалов, который измеряется как мембранный потенциал между цитоплазмой и межклеточной жидкостью. Цикл открытия и закрытия ион-селективных каналов приводит к перемещению ионов относительно клеточной мембраны, что завершается деполяризацией и электрической активацией. Движение ионов в клетку и из клетки, в том числе и выброс натрия из клетки возвращает мембранный потенциал к исходному уровню. Характеристиками трансмембранного ионного тока являются: направление (в клетку или из клетки) и переносимый ион (натрий, калий, кальций или ионы хлора). Электрозависимые изменения трансмембранного транспорта происходят во время деполяризации и реполяризации мембраны и могут быть зарегистрированы как потенциалы действия сердца, которые отличаются в зависимости от того отдела сердца, где снимали запись. Поэтому их форма, амплитуда и продолжительность отличаются в разных отделах сердца. Например, в синоатриальном отделе и атриовентрикулярном отделе потенциал действия проявляется как пологая низкоамплитудная кривая, имеющая плато, которая в первую очередь зависит от кальция (медленных кальциевых каналов). Таким образом, ион кальция совершенно необходим для поддержания автоматизма сердца. В волокнах Пуркинье и волокнах миокарда общие характеристики потенциала действия таковы: быстрая деполяризация, которая сопровождается длительным плато. Это плато является результатом медленного тока туда и обратно калия, который определяет деполяризацию.

Существует две гипотезы, объясняющие разную форму потенциала в разных отделах сердца. Первая - это гипотеза быстрого тока, при котором из клетки быстро выводится натрий и это вызывает появления начального спайка в потенциале действия. Вторая - это гипотеза медленного тока ионов внутрь клетки, которая принципиально характеризуется медленным током в клетку кальция во время фазы плато потенциала действия. Итак, ион кальция необходим для проведения возбуждения и сокращения сердечной мышцы. Если уровень внеклеточного кальция падает до нуля, то фаза медленной реполяризации будет осуществляться за счет ионов натрия. Выход кальция из клетки сопровождается двумя принципиальными механизмами: обмен кальция на натрий и работой кальциевого насоса. Оба механизма являются энергозависимыми и требуют АТФ для того, чтобы провести ион кальция против 10000 - кратного трансмембранного градиента.

Вход ионов кальция во время фазы плато является фазным моментом в процессе сопряжения процессов возбуждения и сокращения в клетках рабочего миокарда. Итак, ион кальция является важным связующим звеном между тем, что происходит на поверхности клетки (деполяризация) и тем, что происходит внутри (работа сократительного аппарата). Сопряжение возбуждения и сокращения в сердечной мышце зависит от быстро заменяемого пула внутриклеточного кальция, и поэтому сокращения волокон кардиомиоцитов абсолютно зависимы от внеклеточного кальция. Впервые этот феномен был описан Ringer, который обнаружил, что сокращения изолированного сердца лягушки прекращаются через несколько минут после начала его перфузии раствором без ионов кальция.

Кальций является универсальным фактором, обеспечивающим процесс сопряжения возбуждения и реакции на него в различных типах клеток. Таким образом, кальций является ключевым фактором в связях между деполяризацией мембраны, например и синтезом и экскрецией вторичных мессенждеров и клеточных гормонов и энзимов. Таким путем регулируется секреция и выброс инсулина, альдостерона, вазопрессина, простагландинов, ренина и нейротрансмиттеров. Снижение количества кальция в крови, например, приводит к замедлению синтеза инсулина. Кальций также активирует ферменты в каскаде свертывания крови, и играет центральную роль в механизме действия гормонов и многих лекарственных препаратов.

В процессе мышечного сокращения участвуют четыре главных группы белков: сократительные белки актин и миозин и регуляторные белки тропонин и тропомиозин. Тропонин состоит из трех субъединиц: тропонин Т, тропонин I и тропонин С. В соответствии с моделью взаимодействия кальция с сократительным аппаратом, кальций прикрепляется к тропонину С, который является рецепторным белком для кальция миофибрилл и открывается точка присоединения миозина к актину. Используя энергию гидролиза АТФ, актин оставляет миозиновый филамент и саркомер сокращается или напрягается. Количество кальция, находящееся в цитоплазме, является главной детерминантой адекватности доставки ионов кальция к сократительным белкам, этот фактор также определяет скорость натяжения мышечных волокон . Эта связь была доказана и для сердечной миофибриллы, в которой была удалена сарколемма, так, что саркоплазматический ретикулум оставался интактным и таким образом, подвергался прямому воздействию попадающих извне ионов кальция. В таком препарате сокращения не происходило, то есть отсутствовала связь между актином и миозином при концентрации ионов кальция 10 в минус седьмой степени и максимальное натяжения волокна происходило при концентрации ионов кальция 10 в минус пятой степени. Однако концентрация кальция в крови (и соответственно, в межклеточной жидкости) составляет примерно 10 в минус третьей степени. Таким образом, было установлено, что трансмембранный градиент кальция колеблется от 100 до 10000, в зависимости от стадии электрической активации. Необходимая для стимуляции сократительного аппарата концентрация кальция в цитозоле и ее подъем обеспечивается тремя главными механизмами: введением ионов кальция из внеклеточных источников во время фазы плато потенциала действия, выбросом кальция из внутриклеточных хранилищ кальция и обменом кальция и натрия. Из всех этих механизмов выброс кальция из внутриклеточных хранилищ является самым важным, поскольку трансмембранный ток при сокращении слишком мал для обеспечения полноценного сокращения. Трансмембранный ток необходим для постоянного пополнения внутриклеточных запасов, которые находятся преимущественно в цистернах саркоплазматического ретикулума.

Присоединение кальция к тропонину С обратимо, таким образом, расслабление мышц происходит, когда комплекс тропонин-С - кальций диссоциирует. Эта диссоциация происходит, когда концентрация кальция в клетке понижается за счет внешних потерь и закрытия каналов в цистернах. Удаление кальция из точек его присоединения является энергозависимым процессом и требует наличия АТФ. При дефиците АТФ процесс расслабления мышц ухудшается.

Кроме ионов кальция для сопряжения процессов возбуждения и сокращения необходим циклический нуклеотид- аденозин 3-5 монофосфат (цАМФ). Он является вторичным мессенждером в процессе сокращения. Кальций и цАМФ связаны друг с другом. Кальций регулирует скорость синтеза цАМФ и его распада, тогда как цАМФ контролирует вход в клетку ионов кальция. цАМФ также контролирует внутриклеточные процессы связывания кальция и выброса запасенного кальция, и таким образом цАМФ является регулятором цикла сокрашения и расслабления мышцы

Современные исследования свидетельствуют о том, что сердечная мышца сокращается и что для этого сокращения требуется окислительное фосфорилирование, чтобы обеспечить процессы активации медленных кальциевых каналов и тока кальция. Затем путем процесса фосфорилирования при участии нескольких органелл клентки кальций обеспечивает процесс сокращения. Данные процессы такжде регулируются такими веществами, как аденилатциклаза, цАМФ и протеинкиназы. Угнетение активности медленных кальциевых каналов в связи с недостаточным снабжением энергией может объяснить, почему сократительная способность миокарда падает не только вследствие ишемии при закупорке коронарной артерии, но и вследствие недостатка кальция.

Очень важная роль кальция в обеспечении ритмичной сократительной активности сердечной мышцы и гладкой мускулатуры становится ясной, когда при гипокальциемии понижается сократительная способность как миокарда, так и периферической гладкой мускулатуры. Напротив, блокаторы медленных кальциевых каналов замедляют ток кальция во время фазы плато и тем самым снижают натяжение и силу напряжения волокон, в результате чего снижается потребность миокарда в кислороде. Например, нифедипин снижает сократимость миокарда и гладких мышц сосудов, тогда как снижение сократительной способности миокарда очень трудно поддержать лидофлазином в терапевтических дозах.

Другие препараты, действие которых зависит от тока кальция, весьма разнообразны: это сердечные гликозиды группы наперстянки, симпатомиметические амины и анестетики. Современная концепция механизма действия дигиталиса связывает ее действие либо с ферментом, необходимым для работы натриевого насоса, либо со снижением выхода кальция из клетки в результате этого процесса, или с изменением натриево - кальциевого гомеостаза в клетке. Оба механизма приводят к увеличению внутриклеточного пула кальция и улучшению взаимодействия кальция с сократительными элементами. Бета - адреномимететики увеличивают количество функционирующих кальциевых каналов. Альфа - адреномиметики (например, норадреналин) вызывают периферическую вазоконстрикцию в связи с тем, что в клетки гладких мышц сосудов входит больше кальция, и его мобилизация (кальция) из цистерн эндоплазматического ретикулума также увеличивается. Ингаляционные анестетики угнетают миокард. Например, фторотан угнетает нагнетательную функцию левого желудочка, поэтому снижается сердечный индекс при любом конечном диастолическом давлении. Подобные эффекты наблюдаются при использовании энфлурана, метоксифлурана и закиси азота.

Было предложено несоколько гипотез, объясняющих, почему фторотан угнетает миокард. Первая: фторотан в клинически используемых концентрациях понижает ток кальция через угнетение транспорта кальция через медленные кальциевые каналы. Во - вторых, фторотан может также влиять на выброс кальция из цистерн цитоплазматического ретикулума, его избыток также может влиять на уровень АТФ внутри клетки. Оба этих механизма влияют на доставку кальция к сократительным элементам. В соответствии с идеей, что анестетики взаимодействуют с доставкой кальция к сократительным белкам, существует следующее наблюдение: болюсное введение кальция, повышающее уровень внеклеточного кальция, снимает угнетающие влияния анестетиков на сократительный аппарат. Это имеет определенное клиническое значение, поскольку использование мощных ингаляционных анестетиков угнетает миокард, а следовательно можно нейтрализовать или ослабить данное влияние путем введения препаратов кальция.

Ионы кальция и функция сердца. Использование в анестезиологии солей кальция достаточно широко. Здесь мы приводим статистику Больницы общего профиля штата Массачусетс, где было использовано примерно 7500 ампул кальция (смесь хлорида и глюконата кальция) во время хирургических операций за один год, из них примерно 2500 назначены больным во время кардиохирургических вмешательств (которых проводится примерно 1200 каждый год) и 5000-больным, которым делали другие операции (их проводится ~ 20000 каждый год).

Cердце и гладкая мускулатура периферических сосудов реагируют изменением гемодинамики как на гиперкальциемию, так и на гипокальциемию. При интактной системе кровообращения, если введение кальция увеличивает сердечный выброс, то сосудистая реакция на введение кальция может и не развиться. Напротив, если сердечный выброс не изменяется, то введение кальция может увеличить периферическое сосудистое сопротивление. Это необходимо знать для понимания противоречивых гемодинамических эффектов гипокальциемии и гиперкальциемии.

В отсутствие ишемии, кривые функции левого желудочка, записанные при разных уровнях гиперкальциемии, практически не отличаются от нормальных. Даже если концентрация Са²⁺ составит 1,7 ммоль/л, что явялется верхним пределом измеренной в клинике концентрации кальция, существенных изменений в насосной функции сердца не происходит. Таким образом, при обычно применяемых в клинике дозах кальция существенных изменений насосной функции левого желудочка не происходит. При наличии ишемии миокарда, увеличение концентраций ионов кальция в крови до 1,7 ммоль улучшает функцию сердца в целом, на что указывает 20% увеличение ударной работы при заданном конечном диастолическом давлении. Хотя вызванное кальцием улучшение работы сердца в ишемизированной зоне связано не только с повышением уровня кальция самого по себе, но и с взаимодействиями между разными отделами сердца (то есть с изменениями геометрии левого желудочка), региональная механическая функция улучшается именно за счет гиперкальциемии как в нормальных, так и в ишемизированных участках. Когда ударный объем, частота сердечных сокращений и среднее артериальное давление остаются постоянными, гиперкальциемия будет сочетаться со снижением конечно-диастолической и конечно-систолической длины мышечного волокна как в контрольной, так и в ишемизированной зоне и систолическая диссоциация, которая характеризует сегментарное нарушение функций миокарда гораздо менее выражена при гиперкальциемии, чем при нормокальциемии. Регионарное систолическое укорочение увеличивается, а следовтельно увеличивается работа сердца. Недостаток инфузии кальция - это увеличение потребности миокарда в кислороде без увеличения коронарного кровотока, несмотря на увеличение сократимости. При принятии решения о том, использовать кальций или нет для стимуляции сердца, нужно учитывать скорость и характер развития его действия на сердце (оно особенно выражено, когда исходный уровень кальция низок, как это обсуждено ниже), экстракардиальные эффекты и указанные выше недостатки введения кальция.

Хотя термин "гипокальциемия" определяется, как тотальное снижение общей концентрации кальция в крови, тяжелые нарушения гомеостаза ионизированного кальция могут происходить и в отсутствие серьезных изменений общей концентрации кальция. Это доказывает необходимость прямого измерения концентрации ионов кальция в плазме в клинических условиях, когда предполагается гипокальциемия и необходимость заместительной терапии. В операционной, гипокальциемия может возникнуть после трансфузии свежецитратной крови, или при переливании фабричных растворов альбумина, после завершения искусственного кровообращения. В отделении интенсивной терапии гипокальциемия может наблюдаться у больных с панкреатитом, сепсисом, во время состояний, сопровождающихся длительным низким сердечным выбросом, после рентгенологических исследований с применением внутривенного введения контрастных веществ и у тех больных, которым требуется проведение гемодиализа.

Действие на сердце. При уменьшении концентрации ионов кальция в сыворотке до 50% от первоначальной, резко ухудшается ударная работа сердца при любом конечном диастолическом давлении; при конечном диастолическом давлении в левом желудочке в 10 мм рт. ст. это уменьшение составляет примерно 55%.

При регионарной ишемии кажется, что угнетение, вызываемое гипокальциемией, вызывается более легко, чем в неишемизированнои миокарде, тогда как при неишемизированном миокарде компенсация сохраняется до того, как концентрация ионов кальция в крови понизится до 50% от первоначального уровня, а при наличии регионарной ишемиии компенсация сохраняется только при снижении концентрации ионов кальция в крови до 70% от исходного. Кривые работы левого желудочка смещаются влево, что характеризуется уровнем угнетения его работы. При гипокальциемии как в нормальном, так и в ишемизированном миокарде резко угнетаются все функции: увеличивается как конечно-систолическая, так и конечно-диастолическая длина волокон миокарда, наблюдается систолическая диссоциация в левом желудочке, систолическое укорочение уменьшается и кривые регионарных функций смешаются вправо и вниз. Гипокальциемия также сопровождается расширением коронарных артерий. Изменения функции сердца, вызванные тяжелой гипокальциемией (снижение уровня кальция на 30-50 % от исходного уровня) подтверждают необходимость использования препаратов кальция для лечения больных с ишемией миокарда и умеренной или тяжелой гипокальциемией.

Кальций и гладкая мускулатура периферических сосудов. Хотя роль кальция в регуляции функции гладкой мускулатуры периферических сосудов была изучена десятилетия назад, ее не обсуждали в сообщениях о гемодинамическом действии кальция. Ион кальция необходим для процесса сопряжения возбуждения и сокращения в гладкой мускулатуре периферических сосудов, и поэтому периферические кровеносные сосуды реагируют на изменения концентрации ионов кальция в крови.

Поскольку повышение концентрации ионов кальция в крови связана с повышением сократимости гладких мышц, гиперкальциемия приводит к повышению сопротивления кровотоку в периферических артериях, почечных, коронарных и мозговых сосудах. Такая реакция не регистрировалась в сосудах малого круга. Гипокальциемия связанна с понижением сопротивления периферических сосудов, что является важным патогенетическим фактором в развитии гипотонии при гипокальциемии.

Два главных механизма участвуют в создании сосудистой реакции на введение кальция. Первый: это прямое действие препаратов кальция на гладкие мышцы сосудов и их тонус. Это подтверждается наблюдение, что тонус периферических сосудов падает при приеме блокаторов кальциевых каналов. Второй: существует эффект, производимый через симпатическую нервную систему, путем выброса катехоламинов или стимуляции адренергических рецепторов. Выброс катехоламинов происходит в связи с введением кальция, поскольку ион кальция связан с сопряжением процессов возбуждения и секреции. Гиперкальциемия действует как стимул для выброса катехоламинов как из мозгового вещества надпочечников, так и из периферических вегетативных нервных окончаний. Недавно проведенные эксперименты на собаках, например, показали, что вызванное кальцием увеличение ОПСС резко снижается после адреналэктомии. Экспериментальные данные позволяют предположить, что гиперкальциемия может также стимулировать альфа- и бета- адренорецепторы. После применения бета- блокаторов повышение ОПСС более выражено, чем в обычных условиях. При применении одновременно альфа- и бета- блокаторов, изменения ОПСС при гиперкальциемии варьируют. Эти находки могут объяснить разную реакцию сердечно-сосудистой системы при гиперкальциемии в различных обстоятельствах.

Поскольку при гиперкальциемии может повышаться сократимость сердца и гладких мышц периферических сосудов, увеличение артериального давления чаще всего и отмечается после введения препаратов кальция. Кальций может вызывать изменения как в сердце, так и в сосудах. Что получится при введении кальция - зависит от начальной концентрации ионов кальция в крови, сократительной способности миокарда и исходной активности симпатической нервной системы

В операционной и отделении интенсивной терапии поддержка гемодинамики осуществляется с помощью катехоламинов и солей кальция. Симпатомиметические амины с очень коротким временем жизни вводятся с помощью длительных инфузий, то есть скорость их введения может быть подобрана для каждого конкретного больного в отдельности для поддержания стабильной гемодинамики. В противоположность этому, соли кальция обычно используются как болюсные инъекции.

Накопление кальция является характерной особенностью роста костей зубов, раковин и других подобных структур. С другой стороны, повышение содержания кальция в нетипичных участках приводит к образованию камней, остеоартриту, катарактам и артериальным нарушениям.

Молочные продукты являются основным источником кальция, составляя примерно 55% его приема. Овощные источники включают зеленолистовые овощи, такие как брокколи, капусту огородную, шпинат, листья репы, капусту белокочанную, капусту цветную, спаржу. Кальций содержат также яичные желтки, бобы, чечевица, орехи, инжир и пища, специально обогащенная им. Другой хороший источник пищевого кальция, часто не берущийся в расчет, - мягкие кости лосося и сардин, которые мы съедаем при потреблении этой пищи.

Кальций играет важную роль в нормальном развитии и функционировании человеческого организма. Он - важная составная часть костей и зубов. Он также присутствует в крови в концентрации примерно 10 мг/100мл. Важную роль кальций играет и во многих метаболических процессах, включая функционирование нервной системы, сокращение мышц и свертывание крови. Усвоение кальция в организме человека облегчается присутствием в нем витамина D; дефицит этого витамина в организме может привести к развитию таких заболеваний, как рахит, остеопороз и остеомаляция.

Считается, что без витамина D кальций не усваивается, то есть не всасывается из кишки в кровь. Витамин же, прежде чем стать действующим участником переноса кальция через стенку кишки, должен пройти стадии преобразования сначала в печени, потом в почках. У людей пожилого возраста этот процесс, особенно в почках, часто нарушается. Это приводит к тому, что кальций всасывается неэффективно.

В результате мир сталкивается с грозным заболеванием, именуемым "остеопороз". Из-за недостаточного поступления кальция с пищей организм начинает усиленно растворять ткань кости, которая представляет склад кальциевой соли. Кости делаются хрупкими и ломаются. При этом человек отнюдь не всегда отделывается временной инвалидностью. Это заболевание мы называем грозным потому, что оно является одной из распространенных причин инвалидности и смертности людей в современном обществе. Лидируют здесь сердечно-сосудистые заболевания, на втором месте стоит рак, на третьем - сахарный диабет, на четвертом - остеопороз.

О том, что у стариков кости хрупкие, известно давно. Но об остеопорозе, как об опасном заболевании, стали говорить недавно - где-то с 60-х годов XX столетия. Коварство этой болезни заключается в том, что она может протекать незаметно и проявляться только при переломах. Человек живет и не подозревает, что его кости в значительной степени подверглись растворению. У пожилых женщин остеопороз наблюдают чаще, чем у мужчин. Это связывают с тем, что трансформация витамина D после менопаузы прекращается. Дополняет картину бедствия факт, суть которого состоит в том, что каждый четвертый пациент с переломом шейки бедра не выживает и полгода. Дело в том, что при переломе шейки бедра человек длительное время вынужден лежать на спине. Возникают так называемая застойная пневмония и, как следствие, дыхательная недостаточность.

Суточная норма потребления кальция составляет 1-1,5 г. В большинстве пищевых продуктов этот элемент присутствует лишь в небольших количествах, и нужно ежедневно съедать их килограммами для получения нормы. В 1 л молока содержится около 1,2 г кальция, то есть литра молока может быть достаточно для получения дневной нормы. Опыты на животных показали, что 95% кальция может не всасываться в кровь.

Известны два пути проникновения кальция из кишечника в кровь. Первый путь - быстрый; он осуществляется по механизму принудительного внедрения кальция. Клетки слизистой стенки кишечника "выискивают" в кишечном просвете свободный кальций, хватают его и перетаскивают в кровь. Это происходит в верхних отделах кишечника - тонкой кишке, где пища задерживается относительно недолго. Второй путь - медленный, он осуществляется по механизму непроизвольного перемещения жидкости вместе с кальциевой солью из кишечного просвета в кровь.

Всасывание по первому пути идет в тонком кишечнике с участием того самого витамина D. Всасывание по второму пути происходит преимущественно в толстой кишке и без участия витамина D.

То, что всасывание кальция возможно без участия витамина D, открывает новые перспективы использования этого явления на пользу здоровья: при отказе первого пути или при снижении его эффективности по причине, скажем, заболеваний верхних отделов ЖКТ, можно и нужно использовать второй путь.

У всех людей в любом возрасте и при любом состоянии здоровья переход с преимущественно первого пути поглощения кальция на второй происходит тогда, когда с пищей принимают много пектина и некоторых других так называемых кислых полисахаридов. Эти вещества в больших количествах содержатся во фруктах (яблоки, айва, хурма и пр.), ягодах или простых овощах, таких, как свекла. Пектины не расселяются пищеварительными ферментами человека (в верхней части ЖКТ) и транзитом проходят через тонкую кишку. Они же обладают способностью связывать кальций и другие минеральные ионы, делая их недоступными для активированных клеток слизистой стенки тонкой кишки.

Но есть и такие пищевые вещества (их называют антинутриентами), которые блокируют кальций и препятствуют его использованию организмом. Примером такого антинутриента может служить щавелевая кислота. По этой причине лучше воздерживаться от избыточного потребления щавеля, и не только его. Некоторые другие растения содержат эту кислоту, например, ревень.

Присутствует он и в шпинате, несмотря на то, что шпинат совсем не кислый на вкус. На деле там находится столь большое количество щавелевой кислоты (в виде соли), что лучше избегать его использования в пище или принимать особые меры по форсированному потреблению кальция. При эпизодическом употреблении шпината не следует вводить в меню одновременно и молочные продукты, служащие ценным источником кальция.

Существуют особые пищевые волокна, содержащиеся в отрубях, которые, как и пектин, способны связывать кальций. Однако в противоположность пектину отруби не разрушаются кишечными бактериями, из-за чего кальций транзитом проходит через весь кишечник и выбрасывается не потребленным. С отрубями или зерновым хлебом человек может терять не только кальций, но и другие минеральные ионы. По этой причине пищевые волокна вообще не рекомендуют беременным женщинам и детям.

Положение здесь такое: отруби весьма полезны в борьбе с атеросклерозом, но в то же время они наносят ущерб минеральному питанию, в частности, усвоению кальция. Благодаря пектинам кальций транзитом проходит тонкую кишку. Однако, его усвоению могут помешать и щавелевая кислота, и отруби.

Таблица 22. Содержание кальция в продуктах (мг/100 г продукта)

Продукт	Са	Продукт	Са	Продукт	Са	Продукт	Са
Молоко сухое обезжир.	1155	Сыр "Голландский"	1040	Сыр "Российский", "Чеддер"	1000	Сыр "Пошехонский"	900
Сыр "Рокфор"	740	Сливки сухие	700	Брынза	530	Сыр плавленый	520
Чай	495	Молоко сгущенное	307	Фундук	170	Творог жирный	150
Кофе в зернах	147	Мороженое сливочное	140	Орехи грецкие	122	Молоко коровье	120
Кефир жирный	120	Ацидофилин	120	Простокваша	118	Шпинат	106
Лук зеленый	100	Сливки, 10% жирн.	90	Горох	89	Сливки, 20% жирн.	86
Сметана, 30% жирн.	85	Изюм	80	Консервы в масле	80	Крупа ячневая	80
Салат	77	Какао с молоком	71	Крупа овсяная	64	Чеснок	60
Майонез столовый	57	Яйцо куриное	55	Какао-порошок	55	Капуста краснокочанная	53
Крупа "Геркулес"	52	Морковь красная	51	Репа	49	Капуста квашеная	48
Капуста белокочанная	48	Капуста кольраби	46	Морковь желтая	46	Хлеб пшеничный зерновой	43
Мука ржаная обойная	43	Кальмар	40	Земляника садовая	40	Редис	39
Крупа перловая	38	Свекла	37	Сосиски молочные	35	Редька	35
Хлеб ржаной формовой	35	Грейпфрут	34	Апельсин	34	Капуста брюссельская	34
Масло бутербродное	34	Лук репчатый	31	Колбаса любительская	30	Виноград	30
Абрикосы	28	Грибы белые свежие	27	Крупа пшеничная	27	Горошек зеленый	26
Капуста цветная	26	Тыква	25	Огурцы грунтовые	23	Сухари сливочные	22
Булка сдобная	21	Паста томатная	20	Сок виноградный	20	Горошек зеленый	20
Персики	20	Хлеб пшеничный, в.с.	20	Крупа гречневая	20	Крупа манная	20
Мясо кролика	19	Груши	19	Макароны, в.с.	19	Кура	17
Яблоки	16	Дыня	16	Баклажаны	15	Арбуз	14
Томаты грунтовые	14	Маргарин сливочный	14	Подберезовики свежие	13	Сердца, почки говяжьи	12
Масло сливочное, несол.	12	Говядина	10	Картофель	10	Баранина	9
Печень говяжья	9	Свинина жирная	8	Перец сладкий зеленый	8	Крупа рисовая	8
Сок яблочный	7	Сок томатный	7	Шпик свиной	2

Изучая детали пищеварения, ученые установили, что при повышении кислотности в толстой кишке изменяются и процессы всасывания. В частности, всасывание кальция из кишечника в кровь резко усиливается. Получается, что для усиления процесса всасывания кальция в кровь, осуществляемого вторым путем в толстой кишке, нужно подкислять ее содержимое.

Есть простой выход, не требующий радикального вмешательства. Подкисление в толстой кишке может быть достигнуто, если привлечь к этому делу живущие там бактерии. В процессе жизнедеятельности кишечные бактерии могут выделять достаточно много уксусной кислоты.

И вновь не торопитесь делать выводы: мол, чего же проще - добавили в пищу уксус, и все - кальций пошел в кровь. Дело в том, что уксус, принятый с пищей, всасывается в самом начале кишечника - в тонкой кишке и в толстую уже не попадает. Поэтому важен тот уксус, который выделяется самими бактериями. А происходит это тогда, когда в толстый кишечник попадают углеводы. Именно из углеводов и получается уксусная кислота под влиянием кишечных бактерий.

Пищевая промышленность создает специализированные продукты, которые называют продуктами функционального питания. Это относится и к некоторым углеводам. Классическим примером такого продукта, давно уже внедренного в мировой практике в качестве лекарства и лечебной пищевой добавки, является модифицированный молочный сахар - лактулоза. В разных странах этот препарат имеет разные фирменные названия, наш отечественный препарат называется лактусаном.

Лактулозу в мире широко используют при разных заболеваниях, которые так или иначе связаны с кишечной функцией. Поэтому лактусан - это, прежде всего, препарат от кишечных расстройств (запоры и поносы), от кишечного дисбактериоза и многих других заболеваний. В опытах на животных ученые уже давно наблюдали, что лактулоза способствует всасыванию кальция из кишечника в кровь. А тут еще научно доказали, что лактулоза усиливает поглощение кальция и у человека.

Говоря о лактусане, следует стремиться совмещать его прием с молочными продуктами, являющимися хорошим источником кальция. Молочная промышленность предлагает к употреблению целый ассортимент продуктов (кефир с лактусаном, молоко с лактусаном и другие). Эти продукты функционального питания сначала рассматривались только как средство от дисбактериоза, что доказывали проведенные испытания. Но сейчас можно утверждать, что от него возможна двойная польза благодаря возможности потребления кальция по второму пути.

Информация о содержании кальция в некоторых продуктах питания представлена в таблице 22.

Остеопороз - системное заболевание скелета, характеризующееся снижением массы костной ткани и нарушением микроархитектоники (строения) кости. Кости становятся более хрупкими, что приводит к увеличению степени риска возникновения переломов. Потеря костной массы происходит исподволь и зачастую диагностируется только после уже случившегося осложнения - перелома позвоночника, шейки бедра или других отделов скелета.

Остеопороз протекает длительно и поражает значительную часть населения. По значимости проблем ранней диагностики, лечения и профилактики остеопороз в настоящее время, по данным ВОЗ, занимает среди неинфекционных заболеваний четвертое место после болезней сердечно-сосудистой системы, онкологической патологии и сахарного диабета. Это обусловлено его широкой распространенностью, многофакторной природой, частой инвалидизации больных, а в ряде случаев смертностью в результате переломов проксимальных отделов бедренной кости (шейки бедра). По мнению ряда исследователей, это заболевание, особенно в развитых странах, приобрело характер «безмолвной эпидемии». Причиняя немалые страдания, инвалидизируя людей, нередко приводя к смертельному исходу, остеопороз становиться чрезвычайно важной социально - экономической проблемой.

Наиболее распространенными видами остеопороза являются постменопаузальный (климактерический) и сенильный (старческий), на долю которых приходиться до 85% всех метаболических (связанных с нарушением обмена веществ в тканях) заболеваний скелета. Проводимые за рубежом последние 20 лет широкомасштабные исследования в области остеопороза посвящены в основном этим его видам.

По мере увеличения продолжительности жизни риск развития остеопороза и переломов возрастает. В США с населением около 240 млн. остеопорозом страдает более 24 млн. человек. Ежегодно среди лиц старше 45 лет происходит около 1.3 млн. переломов костей вследствие остеопороза. При этом наиболее часты переломы позвонков.

Частота первичного остеопороза в развитых странах составляет 25-40%. К 70-летнему возрасту 40% женщин имеют в анамнезе не менее одного перелома, обусловленного остеопорозом. Среди жительниц г. Москвы остеопороз поясничных позвонков в популяции женщин 50 и более лет выявлен у 23.6%. Частота же костных переломов у женщин 50-54 лет возрастает в 4-7 раз в сравнении с мужчинами аналогичного возраста.

Остеопороз - медленно развивающееся заболевание с длительным латентным периодом. Как правило, клинически он проявляется уже при наличии переломов, сопровождающихся болевым синдромом. У части больных заболевание протекает бессимптомно, и диагноз ставят, заметив при плановом рентгенологическом обследовании по поводу другого заболевания костные изменения (деминерализацию), снижение высоты тел позвонков или их клиновидную деформацию.

Настораживающими в плане развития остеопороза могут быть следующие признаки: уменьшение роста; если стала «круглой» спина; изменилась фигура: уменьшился рост и появился «выступающий» живот; эпизоды болей в спине, связанные либо с неловкими движениями, либо с поднятием тяжести; утомляемость и ноющие боли в спине после вынужденного пребывания в одном положении или ходьбы.

Часто пациенты с хронической болью в спине либо не обращаются к врачу, либо долго ходят от терапевта к невропатологу и хирургу с диагнозом «спондилез», «остеохондроз», не получая адекватного лечения.

Кость вместе с хрящевой тканью составляет скелетную систему. Костная ткань выполняет в организме три важнейшие функции: механическую; защитную; метаболическую.

Механическая функция: кость, хрящи и мышцы образуют опорно-двигательный аппарат; прочность костей является необходимым условием выполнения этой функции.

Защитная функция: кости образуют каркас для жизненноважных органов. Кости также являются вместилищем для костного мозга, в котором созревают клетки крови и иммунной системы.

Метаболическая (обменная) функция: костная ткань является депо кальция и фосфора в организме, играя важную роль в поддержании постоянства внутренней среды организма.

Костная ткань - постоянно развивающаяся и обновляющаяся система, обладающая свойствами ремоделирования - разрушения и восстановления.

Костная ткань представляет собой динамическую систему, в которой на протяжении всей жизни человека протекают процессы разрушения старой кости и образования новой, что составляет цикл ремоделирования костной ткани. Костное ремоделирование - цепь последовательных процессов, благодаря которым кость растет и обновляется. В каждый момент времени костное ремоделирование происходит в отдельных единицах костной структуры.

В детском и подростковом возрасте кость подвергается массивному ремоделировнию. В этот период костное образование преобладает над костным разрушением (резорбцией).

На протяжении жизни у взрослого человека процессы обновления костной ткани продолжаются, хотя их темп значительно замедляется. Когда достигнут пик костной массы (в среднем к 25 годам), наступает относительно короткий период баланса темпов костной резорбции и формирования (возраст от 25 до 35 лет), а затем начинается возратзависимая потеря костной массы.

Важным моментом является состояние половой функции в период набора пика костной массы. Нарушения менструальной функции и питания имеют следствием низкие значения пиковой костной массы.

С возрастом время, которое требуется на завершение разрушения и восстановления одной костной единицы, увеличивается и костные ремоделирующие единицы не обеспечивают адекватного показателя костно-минерального баланса. Все люди начинают терять костную массу с конца третьего десятилетия жизни. Вначале эта потеря незначительна - 0.3 - 0.5% в год. При наступлении постменопаузы у женщин она резко ускоряется - до 2 - 3% в год, и так продолжается до возраста 65-70 лет, после чего скорость вновь снижается до 0.3 - 0.5% в год.

Общая потеря костной массы означает, что при ремоделировании масса вновь образованной кости меньше массы резорбированной (разрушенной). С течением времени строение кости изменяется, и в итоге кость становиться хрупкой вследствие ее возрастной (старческой) атрофии.

Результаты исследований взаимосвязи между диетой богатой кальцием в периоде постменопаузы и состоянием костной массы разноречивы. Среди американских ученых существуют мнения как о положительном влиянии, так и об отсутствии связи между диетой, богатой кальцием, и остеопорозом. Однако результаты последних исследований свидетельствуют о том, что поступление кальция в организм (в количестве 1000mg и более в сутки) может замедлять потерю костной массы в постменопаузе. Наиболее эффективно это показано на женщинах, находящихся в постменопаузе в течение 5 лет и более, а также среди тех пациенток, кто изначально употреблял диету, бедную кальцием, имел клинически доказанный остеопороз.

Для правильного усвоения кальция в кишечнике необходимы активные метаболиты витамина D (кальцитриол, холекальциферол, эргокальциферол), недостаток которых также может приводить к развитию остеопороза. Предшественники витамина D образуются в коже под воздействием ультрафиолетового облучения, а также поступают в организм с пищевыми продуктами и витаминами. Низкий уровень витамина D в организме может быть вызван нарушением его синтеза, недостаточным содержанием в пищевом рационе, ограниченным пребыванием на солнце. Дефицит витамина D - это проблема общества пожилых людей, людей мало времени проводящих на солнце. Особенно остро эта проблема стоит в тех странах, где не применяется добавление в пищевые продукты витамина D.

Доказано, что в кишечнике эстрогены взаимодействуют с метаболитами витамина D. Эстрогены оказывают стимулирующее влияние на экспрессию рецептора витамина D на поверхности эпителиальной клетки кишечника, который участвует в транспорте кальция через слизистую оболочку. Таким образом, негативное воздействие дефицита витамина D на состояние костей пожилых пациенток увеличивается из-за дефицита эстрогенов, отвечающих за экспрессию 1,25(ОН)2D3-рецептора.