Внутри и внеклеточный метаболизм кальция

У человека регуляторная система обеспечивает колебания уровня внеклеточного кальция в очень узких пределах, что необходимо для нормального функционирования многих тканей (сопряжения возбуждения с сокращением в миокарде и других мышцах; синаптической передачи нервных импульсов и реализации других функций нервной системы; агрегации тромбоцитов и свертывания крови, экзоцитоза гормонов и т.д.). Концентрация внутриклеточного кальция столь же строго удерживается на уровне в 10000 раз более низком, чем внеклеточного. В клетках кальций выполняет роль второго посредника (мессенджера), регулирующего клеточное деление, мышечное сокращение, подвижность клеток, транспорт синтезируемых белков в мембрану и процессы секреции.
Во внеклеточной жидкости регулируется содержание именно ионизированного кальция; его концентрация здесь составляет в среднем 1,25 ± 0,07 ммоль/л. Однако на долю ионизированного кальция приходится лишь около 50% общего содержания этого элемента в сыворотке. Остальное его количество связано с альбумином (примерно 40%) или находится в составе комплексов с фосфатом и цитратом (около 10%). Кальций, связанный с альбумином и находящийся в составе комплексов, метаболически инертен и его уровень не регулируется. Только ионизированный кальций регулирует физиологические процессы и сам является объектом регулирующих влияний гормонов — паратиреоидного гормона (ПТГ) и 1,25-дигидроксивитамина D [1,25 (OH)2D]. Однако при резком повышении концентрации фосфата или цитрата в сыворотке равновесие сдвигается в сторону ком-плексированной фракции. Например, переливание больших количеств цитратной крови может настолько уменьшить концентрацию ионизированного кальция, что появятся симптомы тетании. Кроме того, поскольку концентрации кальция и фосфата в сыворотке близки к насыщающим, значительное повышение уровня любого из них может приводить к отложению фосфатных солей кальция в тканях. Это является основным осложнением тяжелой гиперкальциемии (например, при злокачественных опухолях) или гиперфосфатемии (например, при почечной недостаточности или рабдомиолизе).

{module директ4}

Важно еще раз подчеркнуть, что строго регулируется уровень именно ионизированного кальция, который составляет крайне незначительную часть общего его содержания, причем это происходит в условиях быстрого перемещения кальция из одних пространств в другие. Количество кальция во внеклеточной жидкости не превышает 1% общего его содержания в организме; остальное хранится, главным образом, в костях. Во внеклеточной жидкости присутствует примерно 900 мг кальция. Ежесуточно в нее поступает 500 мг из легко обменивающегося фонда костной ткани, 200 мг из желудочно-кишечного тракта (всасывание) и 9800 мг — в результате канальцевой реабсорбции фильтруемого в почечных клубочках (10000 мг).
Таким образом, поддержание постоянного уровня ионизированного кальция во внеклеточной жидкости требует компенсации его оттока в клетки, костную ткань и мочу; изменения суточного потребления кальция должны сопровождаться изменениями костного метаболизма и почечной функции. Неудивительно, что в регуляции столь сложной системы участвуют сразу два гормона — ПТГ и 1,25 (OH)2D, что секреция каждого из них крайне чувствительна к малейшим колебаниям уровня кальция в сыворотке и что каждый из этих гормонов регулирует обмен кальция между всеми тремя пространствами — кишечником, костной тканью и почечными канальцами. Интегральная роль ПТГ и 1,25 (OH)2D в гомеостазе кальция будет рассмотрена после обсуждения эффектов и регуляции продукции каждого из них.
Концентрация кальция в цитозоле клеток составляет примерно 100 нмоль/л, что в 10000 раз меньше концентрации кальция вне клеток (около 1,0 ммоль/л). Кальциевый градиент по обе стороны клеточной мембраны обеспечивается АТФ-зависимыми кальциевыми насосами (Ка+-Са2+-обменниками) и запасами кальция во внутриклеточных депо. Кальций поступает в клетки по каналам нескольких типов, зависящим от мембранного потенциала или рецепторов. Это обеспечивает быстрый приток кальция в ответ на деполяризацию мембраны или стимуляцию рецепторов. Большие количества внутриклеточного кальция хранятся в микросомах и митохондриях. Под влиянием некоторых сигналов [например, инозитол-1,4,5-трифосфата (ИФ3)] кальций быстро выходит из микросомных запасов в цитозоль. Существуют и механизмы быстрого возвращения кальция из цитозоля во внутриклеточные депо или выведения его из клеток через клеточную мембрану.