6 курс / Клинические и лабораторные анализы / Лабораторная_диагностика_нарушений_фосфорно_кальциевого_обмена_в

УДК 612.015.3:616-074(075.9) ББК 53.4я7 Л12

Рекомендовано в качестве учебно-методического пособия У.М.С. Белорусской медицинской академии последипломного образования

протокол № 5 от 13.09.2011 Учреждение-разработчик

Белорусская медицинская академия последипломного образования, кафедра клинической лабораторной диагностики, кафедра кардиологии и ревматологии

Авторы:

к.м.н., доцент Алехнович Л.И., д.м.н., профессор Руденко Э.В., к.м.н., доцент Степанова Ю.И., д.м.н., профессор Камышников В.С.

Рецензенты:

заведующий клинико-диагностической лабораторией РНПЦ неврологии и нейрохирургии, к.б.н., врач высшей квалификационной категории, Матусевич Л.И.

клинико-диагностическая лаборатория УЗ «1-ая городская клиническая больница»

Алехнович Л.И.

Лабораторная диагностика нарушений фосфорно-кальциевого обмена в организме /Л.И. Алехнович, Э.В. Руденко, Ю.И.Степанова, В.С.Камышников – Минск: БелМАПО, 2011. -

В учебно-методическом пособии, подготовленном сотрудниками кафедры клинической лабораторной диагностики и кафедры кардиологии и ревматологии БелМАПО Алехнович Л.И., Руденко Э.В., Степановой Ю.И., Камышниковым В.С., приведены современные сведения по патофизиологии фосфорно-кальциевого обмена, механизмы гормональной регуляции обмена кальция, фосфора и магния в организме, а также лабораторные методы и критерии оценки нарушений минерального обмена.

Учебно-методическое пособие предназначено для слушателей курсов повышения квалификации БелМАПО, специалистов клинической лабораторной диагностики, врачей других специальностей, а также студентов медицинских университетов

ЛАБОРАТОРНАЯ ДИАГНОСТИКА НАРУШЕНИЙ МЕТАБОЛИЗМА КАЛЬЦИЯ

Краткая характеристика кальция

Кальций (Ca2+) является основным минералом человеческого скелета и самым распространенным катионом организма. Общее содержание кальция в человеческом организме 1000 – 1500 г или 20 – 25 г/кг ткани, свободной от липидов. Кальций в строго определенных количествах необходим для жизнедеятельности всех клеток организма млекопитающих. Основное количество кальция в виде гидроксиапатита находится в костной ткани и зубах (около 99%), а примерно 1%, выявляется во внутри- и внеклеточной жидкости. В организме постоянно происходит обмен кальцием между костной тканью и внеклеточной жидкостью. Концентрация внутриклеточного кальция в 1000-2000 раз ниже, чем вне клетки (10-6–10-7 и 10-2 моль соответственно).

Поскольку мембрана клеток характеризуется низкой проницаемостью для кальция, перемещение трансмембранных потоков Са2+ требует существования мощных энергозатратных механизмов. По оценкам различных исследователей, на обеспечение работы кальциевых насосов в клетках целого организма в условиях основного обмена необходимы затраты от 4 до 8% от общего количества синтезируемой клетками АТФ.

В плазме крови концентрация общего кальция относительно постоянна и составляет 2,15-2,50 ммоль/л. Кальций в плазме распределен в трех формах:

свободный ионизированный кальций (46 - 50%);

кальций, связанный с органическими и неорганическими кислотами

(5-10%);

кальций, связанный с белками (35-50%), преимущественно с альбумином (рис.1).

Биологически активной формой является только ионизированный кальций, концентрация которого составляет 1,15-1,27 ммоль/л. Именно при изменении содержания ионизированного кальция могут возникнуть тяжелые метаболические расстройства. Поэтому даже небольшие колебания ионизированного кальция в плазме крови сопровождаются многочисленными гормональными реакциями, направленными на поддержание его стабильной концентрации. При низкой концентрации ионизированного кальция в экстрацеллюлярной жидкости проницаемость клеточных мембран увеличивается, что способствует повышению возбудимости клеток в центральной и периферической нервной системе. Высокий уровень кальция сопровождается снижением мембранной проницаемости, проявляющейся в уменьшении рефлекторной активности клеток. Кальций, фиксированный в костной ткани, действует как буферная система, предотвращая колебания его концентрации в экстрацеллюлярной жидкости.

Ионизированный и связанный с органическими кислотами кальций составляют фильтруемую в почках фракцию кальция.

Рис. 1 Распределение кальция в плазме крови

Влияние альбумина на концентрацию кальция.

1 г альбумина связывает примерно 0,7 мг кальция. Связывание кальция альбумином действует как буфер при резком увеличении или снижении концентрации кальция в крови. Поэтому изменение концентрации альбумина всегда будет влиять на содержание общего кальция в крови, в то время как уровень ионизированного Са2+ останется неизмененным в результате регуляции его гомеостаза паратиреоидным гормоном и кальцитонином. Так, гиперальбуминемия приведет к увеличению содержания общего кальция в крови, а гипоальбуминемия – к его снижению (рис.2).

При отклонении уровня альбумина от нормальных значений состояние обмена кальция можно оценить либо путем прямого измерения концентрации Са2+ с помощью ионно-селективных электродов, либо путем вычисления скорректированного содержания общего кальция по следующим формулам:

В случае, если содержание альбумина менее 40 г/л

Са скорректированный (ммоль/л) = Са измеренный + 0,02 х (40 – альбумин);

В случае, если содержание альбумина более 45 г/л

Са скорректированный (ммоль/л) = Са измеренный - 0,02 х (альбумин - 45)

Данные формулы не рекомендуется использовать при нарушениях КОС. В этих случаях всегда следует проводить измерение ионизированного кальция.

Рис. 2. Влияние концентрации альбумина на уровень общего кальция в сыворотке крови.

Влияние рН на концентрацию кальция.

Наиболее важным фактором, влияющим на связывание кальция альбумином, является рН крови.

При рН крови 7,4 примерно 46% кальция находится в ионизированной форме, т.е. Са2+ = 0,46 х Са общий

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. Уменьшение количества ионизированного кальция приводит к нарушению минерализации костной ткани, рахиту и остеомаляции, снижению и утрате мышечного тонуса, повышенной возбудимости двигательных нейронов и тетаническим судорогам.

При ацидозах, наоборот, растет содержание ионизированного кальция. Данную зависимость между пулом ионизированного кальция и изменением рН крови можно представит в виде следующего уравнения:

Са2+скорректированный (ммоль/л) = Са2+ +0,5 х (7,4 – рН измеренный),

где Са2+ = 0,46 х Са общий

Это означает, что увеличение рН крови на 0,1 единицу приводит к снижению пула ионизированного кальция на 0,05 ммоль/л, а снижение рН крови на 0,1 единицу ведет к увеличению содержания ионизированного кальция на

0,05 ммоль/л.

В организме кальций выполняет следующие физиологические функции:

является пластическим материалом для формирования скелета;

участвует в сокращении мышечных волокон;

обеспечивает сопряжение гуморального сигнала и биохимических процессов;

регулирует активность внутриклеточных ферментов;

оказывает влияние на проницаемость биологических мембран;

участвует в процессах свертывания крови;

участвует в регуляции ритма сердца, возбудимости нервных волокон и мышц;

участвует в обеспечении почечных канальциевых механизмов концентрации мочи;

оказвает влияние на развитие плода во время беременности;

оказвает влияние на лактацию;

играет ключевую роль в проведении управляющих сигналов пролиферации, дифференцировки, апоптоза клеток.

Метаболизм кальция

Баланс кальция в плазме (сыворотке) крови складывается из соответствующего равновесия между поступлением, депонированием и его выведением (рис. 3).

В плазму крови кальций поступает следующими путями: посредством всасывания в кишечнике реабсорбци в почечных канальцах, а также в процессе резорбции из костной ткани.

Всасывание кальция в кишечнике обеспечивается активным и пассивным транспортом, включающим три стадии:

•транспорт кальция из просвета кишечника в клетку;

•продвижение кальция в пределах клетки;

•перенос кальция из клетки в плазму крови в обмен на ионы натрия.

Всасывание кальция в виде солей фосфорной кислоты происходит в тонком кишечнике при обязательном присутствии желчных кислот. На абсорбцию кальция в кишечнике влияет обеспеченность организма активной формой витамина D3 - кальцитриолом [1,25(OH)2D3] Этот витамин нужен для нормального функционирования систем транспорта кальция в кишечнике. Кроме того, всасыванию кальция способствуют белки пищи, лимонная кислота и

лактоза. Стимулирующее действие белков обусловлено тем, что выделяющиеся при их гидролизе аминокислоты образуют с кальцием хорошо растворимые комплексы. Аналогичен механизм действия лимонной кислоты. При сбраживании лактозы в кишечнике уменьшается рН среды, что препятствует образованию нерастворимых фосфорно-кальциевых солей.

Рисунок 3. Суточный баланс и обмен кальция, фосфора и магния с участием желудочно-кишечного тракта, почек и костной ткани в организме.

К факторам, затрудняющим абсорбцию кальция и в определенных условиях нарушающих его утилизацию, относится избыточное содержание в пище фитиновой кислоты, неорганических фосфатов, жирных и щавелевой кислот. Эти соединения связывают кальций в нерастворимые формы. Фитиновой кислотой особенно богаты злаки - рожь, пшеница, овес, однако при ферментации теста под действием содержащейся в дрожжах ферментов фитиновая кислота расщепляется. Оптимальным для всасывания кальция является его соотношение с фосфором, равное 1:1. Щавелевая кислота содержится в овощах и фруктах и, как правило, существенного влияния на всасывание кальция не оказывает. Более реальна опасность избыточного потребления животных жиров, при переваривании которых высвобождаются насыщенные жирные кислоты, способные связывать кальций, образуя с ним нерастворимые соли. При этом с калом могут выводиться значительные количества кальция. Этим объясняется развитие остеомаляции у людей с нарушением всасывания жиров (стеаторея). Желчные кислоты, способствуя всасыванию жирных кислот, улучшают утилизацию кальция. При соблюдении оптимальных условий кальций пищи всасывается достаточно полно. Особенно хорошо утилизируется кальций молока и молочных продуктов. Наряду с этим кальций хорошо утилизируется из фосфатов, лактата, глюконата, карбоната и других его солей. К нарушению всасывания кальция ведут воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта и поджелудочной железы, атрофический гастрит, сниженная секреция желчных кислот, а также генетически обусловленные нарушения обмена кальция.

Процессы депонирования и мобилизации кальция из костной ткани находятся под жестким гуморальным контролем.

Механизмы регуляции баланса кальция связаны с действием трех гормонов - паратиреоидного (ПТГ), кальцитриола [1,25(OH)2D3] и кальцитонина, которые влияют на процессы всасывания кальция в кишечнике, реабсорбции в почках и обмена в костной ткани. Другие гормоны - пролактин, гормон роста, инсулин, тиреоидные гормоны, глюкокортикоиды и половые стероиды - влияют на кальциевый гомеостаз при определенных физиологических состояниях и рассматриваются как вторичные регуляторы.

При снижении концентрации ионизированного кальция в плазме крови ниже допустимой границы (менее 1,1 ммоль/л) увеличивается секреция ПТГ паращитовидными железами. Однако повышение секреции ПТГ при гипокальциемии возможно только в присутствии ионов Mg++ . Это приводит к повышению реабсорбции кальция в почечных канальцах и снижению реабсорбции фосфата (рис. 4). Параллельно активируется синтез кальцитриола, что ведет к увеличению всасывания кальция в кишечнике.

В костной ткани под влиянием ПТГ инициируются реакции мобилизации кальция вследствие резорбции кости остеокластами, опосредованные действием кальцитриола. Таким образом, сочетанное действие ПТГ и кальцитриола приводит к нормализации уровня кальция и соответственно доли ионизированного кальция в плазме крови.

При увеличении концентрации ионизированного кальция в щитовидной железе активируется секреция гормона кальцитонина. Его воздействие на почечный эпителий стимулирует реабсорбцию фосфата, но практически мало влияет на реабсорбцию кальция. Однако кальцитонин способствует минерализации кальция в костях, стимулируя и инициируя активность остеобластов, что в итоге нормализует содержание кальция в плазме крови (рис. 5).

Рисунок 4. Эффекты паратиреоидного гормона