1. Взаимодействие кальция и фосфата
2. Физиологическое значение кальция
3. Физиологическое значение фосфата
4. Резюме
5. Список использованной литературы

P.S. Пациентка А. Л. поступила с подозрением на метастазы в костях в университетскую клинику для постановки диагноза. На рентгеновском снимке скелет выглядит «изъеденным» из-за недостаточной минерализации. Ввиду повсеместного поражения костей направляющий ее туда врач опасался, что пациентке осталось жить всего лишь несколько недель, и не скрывал от нее свой диагноз.

Заведующий больничным отделением устанавливает, что с мочой у пациентки выделяется лишь небольшое количество Ca²⁺, хотя деминерализация костей из-за опухоли должна была резко усилить выведение Ca²⁺. К тому же он выяснил, что у пациентки нарушено поглощение Ca²⁺ в кишечнике.

Возникающее как следствие падение концентрации Ca²⁺ в крови служит сигналом к выбросу паратгормона, который стимулирует мобилизацию Ca²⁺ из костей, из-за чего и происходит их деминерализация. Плохое всасывание в кишечнике обусловлено недостатком пищеварительного фермента, расщепляющего лактозу. Поэтому лактоза не расщепляется и не может быть поглощена.

Непоглощенная лактоза удерживает воду в просвете кишки, что стимулирует перистальтику кишечника и вместе с тем более быстрое прохождение пищи по нему. Сокращенное время контакта с эпителием кишки негативно отражается на эффективности кишечного всасывания Ca²⁺. Последствия подобного расстройства легко обратимы в случае соблюдения диеты, исключающей лактозу.

Заведующий больничным отделением сообщает пациентке правильный диагноз и поясняет, что исключение молочных продуктов из рациона может предотвратить повторную деминерализацию костей.

а) Взаимодействие кальция и фосфата. Кальций и фосфат образуют плохо растворимые соли, что служит основой для минерализации костей; концентрации кальция и фосфата взаимосвязаны.

1. Ограниченная растворимость соли фосфата кальция. Кальциевый и фосфатный обмены перекрываются друг с другом из-за ограниченной растворимости солей фосфата кальция. Предел растворимости этих солей лишь немного превышает нормальные для плазмы концентрации, поэтому повышение концентрации Ca²⁺ может привести к выпадению фосфата кальция в осадок, если оно не будет сопровождаться одновременным понижением концентрации фосфата.

Равным образом выпадение фосфата кальция вызывает и повышение концентрации фосфата, не сопровождающееся понижением концентрации Ca²⁺.

Выпадение в осадок CaHPO₄ обычно можно предотвратить различными тормозящими кристаллизацию белками (в том числе белком матрикса GLA MGP и белком плазмы α2-HS Glykoprotein/Fetuin A). Подавление экспрессии белков влечет за собой обызвествление сосудов, почек и другие последствия.

2. Минерализация костей. Ограниченная растворимость солей фосфата кальция создает предпосылку для использования их для минерализации костей. Так как наиболее низкой растворимостью обладают именно щелочные, а не кислые соли фосфата кальция, в костях находятся щелочные соли, прежде всего гидроксиапатит ([Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂]; см. ниже).

Минерализация костей может протекать только при достаточно высоких концентрациях и кальция, и фосфата и может сохраняться только при отсутствии повышения кислотности окружающей среды.

б) Физиологическое значение кальция. Ca²⁺ служит важнейшим внутриклеточным сигнальным фактором, воздействующим посредством Ca²⁺-рецепторов на поверхности клетки. Он необходим для свертывания крови и влияет на проницаемость эпителиев и эндотелиев.

1. Ca²⁺ как химический компонент костей. Прочность костей зависит от их минерализации, а следовательно, от содержания в них Ca²⁺. Ca²⁺ находится в костях прежде всего в формах фосфата кальция и карбоната кальция (см. выше).

2. Ca²⁺ как внутриклеточный сигнальный фактор. Характерная активная концентрация Ca²⁺ в цитозоле составляет примерно 0,1 мкмоль/л, что в 10000 раз меньше внеклеточной активной концентрации Ca²⁺. Однако при возбуждении клеток она может достигать более чем десятикратного увеличения за считаные миллисекунды благодаря проникновению по Ca²⁺-каналам и высвобождению из внутриклеточных депо.

Повышение внутриклеточной концентрации Ca²⁺ запускает и такие процессы, как мышечное сокращение, эпителиальный транспорт, выброс гормонов или сигнальных факторов, а также активацию метаболических циклов, например гликогенолиза.

Активность ряда ионных каналов (К⁺-каналы, Cl^--каналы, коннексоны) и ферментов (например, NO-синтаз, фосфорилазкиназ, аденилатциклаз, фосфолипаз A2) регулируется посредством внутриклеточных активных ионов Ca²⁺.

Повышение концентрации Ca²⁺ в цитозоле ведет в дальнейшем к активации нескольких факторов транскрипции (например, NFAT, AP1) и стимулирует таким образом экспрессию генов, которые необходимы для адекватного функционирования клеток. Этим путем, например, стимулируется образование медиаторов воспаления лимфоцитами.

Такие комплексные клеточные программы, как миграция клеток, клеточная пролиферация и клеточная смерть в результате апоптоза также сопровождаются изменениями внутриклеточной концентрации Ca²⁺.

3. Функции внеклеточного Ca²⁺. Внеклеточный Ca²⁺ уменьшает проницаемость плотных клеточных контактов (tight junctions) в эндотелиях и эпителиях клетки, кроме того, ионы Ca²⁺ требуются для свертывания крови. Кальций смещает порог реагирования Na⁺-каналов возбудимых клеток в сторону более отрицательных значений. Поэтому недостаточная внеклеточная концентрация Ca²⁺ увеличивает нервно-мышечную возбудимость.

4. Ca²⁺-рецепторы в плазматической мембране. Внеклеточный Ca²⁺ ингибирует выброс паратгормона, связываясь со специфическими рецепторами (Ca²⁺-рецепторами) на плазматической мембране (рис. ниже).

При дальнейшем увеличении его концентрации, помимо прочего в толстой части петли Генле подавляются соответствующие процессы транспорта, для того чтобы сделать мочу более концентрированной; секреция Н⁺ в желудке усиливается, а выделение HCO₃^- поджелудочной железой приостанавливается.

Таким образом предупреждается выпадение в осадок щелочного фосфата кальция, которое может произойти при излишне высоких концентрациях Ca²⁺. Однако эти способы имеют и негативные аспекты. При гиперкальциемии концентрированность мочи падает, а усиленная секреция Н⁺ в желудке, ведущая к закислению его содержимого, может повредить эпителий (образование пептидной язвы).

в) Физиологическое значение фосфата. Фосфат входит в состав многих органических соединений; активность белков регулируется фосфорилированием, фосфат и его соединения представляют собой важные буферы.

1. Роль фосфата внутри клетки. Соединения фосфата, такие как АТФ, цАМФ, фосфолипиды клеточной мембраны, нуклеиновые кислоты, а также субстраты промежуточного метаболизма необходимы клетке для ее существования. В частности, расщепление глюкозы в ходе гликолиза требует присоединения к глюкозе фосфата. Множество ферментов и транспортных белков могут активироваться или инактивироваться фосфорилированием.

2. Фосфат как буфер. Расположенные как внутри клетки, так и вне ее, фосфат и его соединения работают в качестве буферов.

При pH крови, равном 7,4, H₂PO₄^- и HPO₄^2- находятся в соотношении 1:4, а H₃PO₄ и PO₄^3- присутствуют только в исчезающе незначительных концентрациях. При увеличении концентрации H⁺ HPO₄^- и H⁺ реагируют до H₂PO₄^-. При этом H⁺ поглощается.

г) Резюме:

1. Физиологическое значение фосфата кальция. Кальций и фосфат обладают взаимным влиянием из-за низкой растворимости солей фосфата кальция. Ограниченная растворимость солей фосфата кальция создает предпосылку для использования их для минерализации костей.

2. Функции кальция:
• служит в качестве внутриклеточного сигнального фактора в регулировании мышечного сокращения, процессов транспорта, выброса гормонов и других сигнальных факторов, обмена веществ, экспрессии генов, миграции, пролиферации клеток и клеточной гибели;
• стимулирует Ca²⁺-рецепторы;
• требуется для свертывания крови;
• уменьшает проницаемость эпителиев и эндотелиев;
• понижает нервно-мышечную возбудимость.

3. Функции соединений фосфата. Соединения фосфата важны для:
• построения мембраны,
• энергетических процессов в клетке,
• регулирования функционирования белков,
• создания буферных систем.

- Рекомендуем ознакомиться далее "Регулирование обмена фосфата кальция - с точки зрения физиологии человека"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 7.7.2025