Какой витамин регулирует в организме обмен кальция и фосфора
Все витамины делятся на две базовые группы: жиро- и водорастворимые. Первые способны накапливаться, создавая депо в организме, вторые должны регулярно поступать из вне. Витамин D является жирорастворимым. Если быть точными, под «витамином D» подразумеваются два вещества – витамины D2 (эргокальциферол) и D3 (холекальциферол).
Для чего организму нужен витамин D?
Сначала следует отметить ведущую роль витамина D в минерализации костной ткани. Поскольку с возрастом отмечается физиологическое вымывание кальция, повышается пористость костной ткани. Чтобы предупредить остеопороз, людям старшего возраста рекомендованы витамин D, фосфор и кальций – микроэлементы, образующие неорганический матрикс кости. Больше о процессе минерализации костей и кальций-фосфорном обмене Вы можете почитать здесь.
Помимо участия в поддержании прочности костной ткани, витамин D активно выполняет ряд других функций:
- Необходим детям для роста костей. При его нехватке развивается тяжелое заболевание – рахит. Оно трудно поддается лечению, приводит к пожизненной деформации костей;
- Стимулирует иммунную систему, частично препятствует росту атипичных (раковых) клеток;
- Оказывает поддерживающее влияние на щитовидную железу;
- Участвует в свертываемости крови;
- Частично предотвращает развитие кариеса, эффективен при лечении переломов, травм, остеопороза, ускоряет период реабилитации;
- Помогает всасываться кальцию, чем оказывает влияние на мышечные сокращения, нервную проводимость, деятельность ЦНС;
- Участвует в регуляции активности инсулина и уровня глюкозы в крови;
- Оказывает противовоспалительное действие.
Как Вы поняли, дефицит витамина вызывает остеомаляцию, остеопороз, рахит, разрушение зубов, искривление позвоночника, нарушения функций нервов и мышц. Чтобы не допустить недостаточность витамина D, нужно употреблять продукты, где он содержится. При повышенной потребности в нем (беременность, пожилой, детский, подростковый возраст) рекомендованы специальные препараты.
Источники витамина D
Самым первым, наиболее эффективным источником витамина D является солнце, вернее, его ультрафиолетовое излучение. Лучи, попадая на кожу, запускают сложный процесс синтеза, который в полной мере способен обеспечить потребности организма. Когда человек мало времени проводит под солнечными лучами, особенно зимой, витамин D перестает вырабатываться. Отложенного депо хватает на определенный срок, затем возникает витаминодефицит. Тогда и возникает необходимость в
употреблении продуктов, содержащих витамин D:
- Жирная морская и океанская рыба, печень трески или палтуса, рыбий жир;
- Говяжья, куриная печень;
- Яичный желток;
- Цельное коровье молоко, сметана, сыры;
- Большинство растительных масел;
- Орехи;
- Злаковые;
- Некоторые грибы.
Гипервитаминоз D не менее опасен, чем нехватка витамина, поскольку вызывает гиперкальциемию, кальциноз тканей, поражение сосудистой и нервно-мышечной систем. Нарушение невозможно вызвать продуктами питания. Гипервитаминоз D развивается при неправильном подходе к лечению назначению витамина, когда человек принимает слишком большую для него дозу. Патология чаще встречается у детей первых лет жизни.
Суточная норма
Как витамин D влияет на кости?
Вы будете удивлены, когда узнаете, что структура костей не является постоянной. Благодаря деятельности остеобластов и остеокластов в костях происходят постоянные изменения. Они регулируются кальцитонином, паратгормоном, витамин D и носят название «кальций-фосфорный обмен».
Так какая же роли витамина D во всем этом? Он всячески стимулирует минерализацию (то есть, отложение неорганических веществ) костей: стимулирует всасывание кальция эпителиоцитами тонкого кишечника, его реабсорбцию (а, следовательно, уменьшает выведение) почками. Также он стимулирует фиксирование фосфора и кальция вокруг органического матрикса костей.
Подобные биологические эффекты определили показания к применению витамина D. Ими являются: пористость костей, остеомаляция, остеопороз, рахит у детей. При беременности он показан женщинам как средство профилактики рахита у новорожденных. Рекомендуется принимать витамин D совместно с другими микроэлементами, в частности – фосфором, кальцием, магнием.
Источник
Фосфатные соли Ca2+ составляют основной минеральный компонент костной ткани. Ca2+ необходим для сокращения мышечных волокон, внутриклеточного траффика и экзоцитоза везикул (включая синаптические пузырьки). Этот ион является внутриклеточным посредником многих сигнальных соединений, участвует в процессах деления и апоптоза. Концентрация Ca2+ в крови поддерживается на постоянном уровне с высокой точностью за счет действия ряда гормонов, наиболее значимыми из которых являются паратгормон, кальцитонин и гормональная форма витамина D (кальцитриол).
Паратгормон
Паратгормон (паратиреоидный гормон, ПТГ) – полипептид клеток паращитовидных желез, увеличивающий концентрацию Ca2+ и уменьшающий концентрацию фосфатов в крови.
Регуляция продукции
Между ПТГ, ионами Ca2+ и гормональной формой витамина D существуют реципрокные регуляторные связи (рис. 68): увеличение секреции паратгормона повышает содержание Ca2+ в крови и ускоряет синтез кальцитриола в почке; по механизму отрицательной обратной связи повышенные концентрации Ca2+ и кальцитриола угнетают продукцию паратгормона. Это происходит в результате угнетения экспрессии гена ПТГ и/или торможения его секреции клетками паращитовидных желез. Рост концентрации паратгормона приводит также к снижению концентрации фосфатов в крови. Секреция паратгормона снижается после приема пищи с высоким содержанием Ca2+.
Рис. 68. Прямые и обратные связи в регуляции продукции паратгормона
Рецепторы
Рецепторы паратгормона – белки надсемейства рецепторов, сопряженных с G-белками. Передача сигнала осуществляется преимущественно по аденилатциклазному пути за счет увеличения продукции цАМФ. Классические органы-мишени – остеобласты и клетки проксимальных канальцев нефрона, где экспрессируются рецепторы паратиреоидного гормона.
Функции
Костная ткань
Гиперкальциемический эффект паратгормона достигается за счет:
- угнетения работы остеобластов
- активации остеоцитов, остеокластов
- увеличении пула остеокластов
Это способствует резорбции кости и поступлению Ca2+ и фосфатов из костной ткани в кровь.Паратгормон также индуцирует рецепторы кальцитриола в костной ткани.
Кишечник
Паратгормон опосредованно усиливает всасывание Ca2+ в кишечнике за счет стимуляции биосинтеза гормональной формы витамина D в почке.
Почки
Паратиреоидный гормон, действуя в восходящем колене петли Генле нефрона, стимулирует реабсорбцию Ca2+ и угнетает реабсорбцию фосфатов, увеличивая их выведение с мочой.В проксимальных канальцах нефрона он индуцирует экспрессию 1α-гидроксилазы, ключевого фермента биосинтеза кальцитриола, и уменьшает количество мРНК 24-гидроксилазы, катализирующей образование малоактивного метаболита витамина D. Суммарный эффект паратгормона на кости и почки сводится к увеличению концентрации Ca2+ и снижению концентрации фосфата во внеклеточной жидкости. Разница их концентраций обеспечивает дополнительную диссоциацию фосфатных солей Ca2+ в костях. В почках паратгормон также ингибирует реабсорбцию бикарбонатов, натрия и жидкости.
Частой причиной развития остеомаляции у женщин в постменопазе является дефицит эстрогенов. Эти и другие проявления менопаузы хорошо поддаются коррекции с помощью гормональной заместительной терапии. Для этого используют препараты с вариабельным содержанием эстрогенов и прогестинов, имитирующие естественные колебания этих гормонов во время менструального цикла.
Гормональная форма витамина D (Кальцитриол)
Гормональная форма витамина D (1α,25-дигидроксивитамин D, кальцитриол) синтезируется последовательным гидроксилированием холекальциферола (витамина D): сначала в печени по 25-му положению с образованием малоактивного 25-гидроксивитамина D, затем в почке по 1α-положению с образованием 1α,25-дигидроксивитамина D.
Регуляция продукции
Регуляция образования кальцитриола осуществляется преимущественно на уровне 1α-гидроксилазы проксимальных почечных канальцев. Биосинтез этого фермента стимулируется паратгормоном и/или пониженным содержанием фосфата крови. Активный гормон не только ингибирует свою продукцию по механизму отрицательной обратной связи (подавляя продукцию ПТГ и экспрессию 1α-гидроксилазы), но и усиливает собственную деградацию, стимулируя транскрипцию 24-гидроксилазы.
Витамин D и его гидроксилированные метаболиты, включая кальцитриол, транспортируются в комплексе с транспортным белком крови, связывающим витамин D (транскальциферином). Причем образовавшийся в печени 25-гидроксивитамин D обладает наивысшим сродством к этому белку. В отличие от большинства гормонсвязывающих белков, витамин D-связывающий белок не регулирует биодоступность, а направленно транспортирует 25-гидроксивитамин D из первичной мочи в проксимальные трубочки для 1α-гидроксилирования и активации.
Рецепторы
Рецептор кальцитриола относится к надсемейству ядерных рецепторов и экспрессируется в классических органах-мишенях кальцитриола (кишечник, кости, почки, паращитовидные железы) и многих других.
Функции
Кальцитриол способствует поддержанию постоянной концентрации внеклеточного Ca2+, действуя на кишечник, кости, почки и паращитовидные железы.
Кишечник
Кальцитриол – основной стимулятор всасывания Ca2+ и фосфатов в тонком кишечнике. Регуляция всасывания под действием кальцитриола может затрагивать различные механизмы (облегчённую диффузию, везикулярный транспорт) в зависимости от отдела кишечника.
Костная ткань
Кальцитриол стимулирует накопление Ca2+ в остеоцитах и остеобластах, участвует в развитии и минерализации костной ткани, ремоделировании костей (совместно с паратгормоном, потенциируя действие последнего).
Почки
Кальцитриол стимулирует реабсорбцию Ca2+ в дистальных почечных канальцах, снижая его экскрецию с мочой. Это происходит за счет увеличения экспрессии генов системы трансцеллюлярного транспорта Ca2+. Снижение выведения ионов Ca2+ почками приводит к повышению их концентрации в крови.
Паращитовидная железа
Кальцитриол подавляет транскрипцию гена паратгормона. Действуя на другие ткани, кальцитриол стимулирует секрецию кальцитонина С-клетками щитовидной железы и адреналина мозговым слоем надпочечников.
Кальцитонин
Кальцитонин – гипокальциемический и гипофосфатемический гормон, синтезируемый С-клетками щитовидной железы.
Регуляция продукции
Продукцию кальцитонина стимулируют гастрин, Ca2+, глюкагон и GLP, секреция которых растет в ответ на прием пищи. Наибольшим эффектом обладает гастрин. Предполагают, что увеличение секреции кальцитонина в ответ на эти гормоны является защитой от пищевой гиперкальциемии. В этом проявляется его основная функция, поскольку удаление щитовидных желёз практически не меняет содержание Ca2+ и фосфата в крови. Повышение концентраций Ca2+ и кальцитриола в крови также стимулирует секрецию кальцитонина.
Рецепторы
Рецепторы кальцитонина – белки надсемейства рецепторов, сопряженных с Gs-белками. Cигнал передаётся по аденилатциклазному пути за счет увеличения продукции цАМФ.
Функции
В норме вклад кальцитонина в регуляцию уровня Ca2+ в крови относительно невелик и заключается в защите от пищевой гиперкальциемии, однако при аномалиях работы паращитовидной железы эффекты кальцитонина отчётливо видны. Это позволяет считать кальцитонин антагонистом паратгормона.
Костная ткань
Кальцитоин тормозит дифференцировку предшественников-остеокластов, ослабляет резорбцию костей и высвобождение из них Ca2+ и фосфатов.
Кишечник
Кальцитонин снижает трансцеллюлярный транспорт Ca2+ в кишечнике.
Почки
В почках кальцитонин подавляет реабсорбцию и Ca2+, и фосфата. Однако этот эффект выражен только при сверхфизиологических концентрациях гормона. Как и паратгормон, в почках кальцитонин усиливает экспрессию 1α-гидроксилазы, ключевого фермента синтеза кальцитриола.
Кроме вышеописанных гормонов, в регуляции гомеостаза Ca2+ участвуют глюкокортикоиды, тормозящие ремоделинг костей (подавляют дифференцировку остеобластов, всасывание Ca2+ кишечником и его реабсорбцию почками), эстрогены, увеличивающие прочность костей (стимулируют продукцию кальцитонина, работу остеобластов) и некоторые другие. Взаимосязи гормонов, регулирующих отмен кальция представлены на рис. 69.
Рис. 69. Гормоны, влияющие на концентрацию Ca2+, и связи между ними
Рекомендуемая литература
1. Briot K., Roux C.//Glucocorticoid-induced osteoporosis. -RMD Open. -2015-V. 1 (1): e000014.
2. Cheloha R.W., Gellman S.H., Vilardaga J.P., Gardella T.J. // PTH receptor-1 signalling-mechanistic insights and therapeutic prospects. -Nat Rev Endocrinol. 2015-V.11 (12):712-24.
3. Hendy G.N., Canaff L. Calcium-sensing receptor, proinflammatory cytokines and calcium homeostasis Semin Cell Dev Biol. 2015- S1084-9521 (15) 30006-9.
4. Jeon U.S. // Kidney and calcium homeostasis. -Electrolyte Blood Press. -2008 -V.6 (2): 68-76.
5. Nagano N //Pharmacological and clinical properties of calcimimetics: calcium receptor activators that afford an innovative approach to controlling hyperparathyroidism. – Pharmacol Ther. 2006 -V.109 (3): 339–65.
6. Naot D., Cornish J. // The role of peptides and receptors of the calcitonin family in the regulation of bone metabolism. – Bone. 2008-V.43 ( 5): 813-8.
7. Taylor C.W., Tovey S.C. // From parathyroid hormone to cytosolic Ca2+ signals. – Biochem Soc Trans. 2012 -V.40 (1): 147-52.
Источник
Фосфорно-кальциевый обмен в организме обусловлен:
1. всасыванием фосфора и кальция в кишечнике;
2. взаимообменом их между кровью и костной тканью;
3. выделением кальция и фосфора из организма – реабсорбция в почечных канальцах.
Все факторы, приводящие к нарушению обмена кальция, частично компенсируются вымыванием кальция из костей в кровь, что приводит к развитию остеомаляции или остеопорозов.
Суточная потребность в кальции детей грудного возраста равна 50 мг на 1 кг массы. Важнейшим источником кальция являются молочные продукты. Всасывание кальция в кишечнике зависит не только от его количества в пище, но и от его растворимости, соотношения с фосфором (оптимальное 2:1), присутствия желчных солей, уровня pH (чем более выражена щелочная реакция, тем хуже всасывание). Главным регулятором всасывания кальция является витамин D.
Основная масса (более 90%) кальция и 70% фосфора находится в костях в виде неорганических солей. В течение всей жизни костная ткань находится в постоянном процессе созидания и разрушения, обусловленном взаимодействием трех типов клеток: остеобластов, остеоцитов и остеокластов. Кости активно участвуют в регуляции метаболизма кальция и фосфора, поддерживая их стабильный уровень в крови. При снижении уровня кальция и фосфора крови (произведение Ca × P является постоянной величиной и равно 4,5-5,0) развивается резорбция кости за счет активации действия остеокластов, что увеличивает поступление в кровь этих ионов; при повышении данного коэффициента происходит избыточное отложение солей в кости.
Половина содержащегося в крови кальция связана с белками плазмы (главным образом с альбумином). Связанный с белками плазмы кальций является резервом для сохранения необходимого уровня ионизированного кальция.
Выделение кальция и фосфора почками идет параллельно содержанию их в крови. При нормальном содержании кальция его выделение с мочой незначительное, при гипокальциемии это количество резко уменьшается, гиперкальциемия увеличивает содержание кальция в моче.
Основными регуляторами фосфорно-кальциевого обмена наряду с витамином D являются паратиреоидный гормон (ПГ) и кальцитонин (КТ) – гормон щитовидной железы.
Под названием «витамин D» понимают группу веществ (около 10), содержащихся в продуктах растительного и животного происхождения, обладающих влиянием на фосфорно-кальциевый обмен. Наиболее активными из них являются эргокальциферол (витамин D2) и холекальциферол (витамин D3). Эргокальциферол в небольших количествах содержится в растительном масле, ростках пшеницы; холекальциферол – в рыбьем жире, молоке, сливочном масле, яйцах. Физиологическая суточная потребность в витамине D величина достаточно стабильная и составляет 400-500 МЕ. В период беременности и кормления грудным молоком она возрастает в 1,5, максимум в 2 раза.
Рис. 1.19.Схема регуляции фосфорно-кальциевого обмена в организме
Нормальное обеспечение организма витамином D связано не только с поступлением его с пищей, но и с образованием в коже под влиянием УФ-лучей. При этом из эргостерола (предшественник витамина D2) образуется эргокальциферол, а из 7-дегидрохолестерола (предшественник витамина D3) – холекальциферол.
Рис. 1.20.Биотрансформация витамина D
При достаточной инсоляции (достаточно 10-минутного облучения кистей рук) в коже синтезируется необходимое организму количество витамина D. При недостаточной естественной инсоляции: климатогеографические особенности, условия проживания (сельская местность или промышленный город), бытовые факторы, время года и др. недостающее количество витамина D должно поступать с пищей или в виде лекарственных препаратов. У беременных женщин витамин D откладывается в виде депо в плаценте, что обеспечивает новорожденного некоторое время после рождения антирахитическими веществами.
Витамины D2 и D3 обладают очень малой биологической активностью. Физиологическое действие на органы-мишени (кишечник, кости, почки) осуществляется их метаболитами, образующимися в печени и почках в результате ферментативного гидроксилирования. В печени под влиянием гидроксилазы образуется 25- гидроксихолекальциферол 25(OH)D3-кальцидиерол. В почках в результате еще одного гидроксилирования синтезируется дигидроксихолекальциферол – 1,25-(OH)2D3-кальцитриерол, являющийся наиболее активным метаболитом витамина D. Кроме этих двух основных метаболитов в организме синтезируются другие соединения витамина D3 – 24,25(OH)2D3, 25,26(OH)2D3, 21,25(OH)2D3, действие которых изучено недостаточно.
Основная физиологическая функция витамина D (т.е. его активных метаболитов) в организме – регуляция и поддержание на необходимом уровне фосфорно-кальциевого гомеостаза организма. Это обеспечивается путем его влияния на всасывание кальция в кишечнике, на отложение его солей в костях (минерализация костей) и реабсорбцию кальция и фосфора в почечных канальцах.
Механизм всасывания кальция в кишечнике связан с синтезом энтероцитами белка связывающего кальций (БСК). Синтез БСК индуцируется кальцитриолом через генетический аппарат клеток, т.е. по механизму действия 1,25(OH)2D3 аналогичен гормонам.
В условиях гипокальциемии витамин D временно увеличивает резорбцию костной ткани, усиливает всасывание кальция в кишечнике и реабсорбцию его в почках, повышая тем самым уровень кальция в крови. При нормокальциемии он активирует деятельность остеобластов, снижает резорбцию кости и ее кортикальную порозность.
В последние годы показано, что клетки многих органов имеют рецепторы к кальцитриолу, который тем самым участвует в универсальной регуляции ферментных внутриклеточных систем. Активация соответствующих рецепторов через аденилатциклазу и ц-АМФ мобилизует кальций и его связь с белком-кальмодулином, что способствует передаче сигнала и усиливает функцию клетки, и соответственно, всего органа.
Витамин D стимулирует реакцию пируват-цитрат в цикле Кребса, обладает иммуномодулирующим действием, регулирует уровень секреции тиреотропного гормона гипофиза, прямо или опосредованно (через кальциемию) влияет на выработку инсулина поджелудочной железой.
Вторым важнейшим регулятором фосфорно-кальциевого обмена является паратгормон (ПГ). Продукция данного гормона паращитовидными железами усиливается при наличии гипокальциемии, и, особенно, при снижении в плазме и внеклеточной жидкости концентрации ионизированного кальция. Основными органами-мишенями для паратгормона являются почки, кости и в меньшей степени желудочно-кишечный тракт.
Действие паратгормона на почки проявляется увеличением реабсорбции кальция и магния. Одновременно снижается реабсорбция фосфора, что приводит к гиперфосфатурии и гипофосфатемии. Считается также, что паратгормон повышает способность образования в почках кальцитриола, усиливая тем самым абсорбцию кальция в кишечнике.
В костной ткани под влиянием паратгормона кальций костных апатитов переходит в растворимую форму, благодаря чему происходит его мобилизация и выход в кровь, что сопровождается развитием остеомаляции и даже остеопороза. Таким образом, паратгормон является основным кальцийсберегающим гормоном. Он осуществляет быструю регуляцию гомеостаза кальция, постоянная регуляция обмена кальция – функция витамина D и его метаболитов. Образование ПГ стимулируется гипокальциемией, при высоком уровне кальция в крови его продукция уменьшается.
Третьим регулятором кальциевого обмена является кальцитонин (КТ) – гормон, вырабатываемый С-клетками парафолликулярного аппарата щитовидной железы. По действию на гомеостаз кальция он является антагонистом паратгормона. Его секреция усиливается при повышении уровня кальция в крови и уменьшается при понижении. Диета с большим количеством кальция в пище также стимулирует секрецию кальцитонина. Этот эффект опосредуется глюкагоном, который таким образом является биохимическим активатором выработки КТ. Кальцитонин защищает организм от гиперкальциемических состояний, снижает количество и активность остеокластов, уменьшая рассасывание костей, усиливает отложение кальция в кости, предотвращая развитие остеомаляции и остеопороза, активирует выведение его с мочой. Предполагается возможность ингибирующего влияния КТ на образование в почках кальцитриола.
На фосфорно-кальциевый гомеостаз, кроме трех выше описанных (витамин D, паратгормон, кальцитонин), оказывает влияние множество других факторов. Микроэлементы Mg, Al являются конкурентами кальция в процессе всасывания; Ba, Pb, Sr и Si могут замещать его в солях, находящихся в костной ткани; гормоны щитовидной железы, соматотропный гормон, андрогены активируют отложение кальция в кости, снижают его содержание в крови, глюкокортикоиды способствуют развитию остеопороза и вымыванию кальция в кровь; витамин А является антагонистом витамина D в процессе всасывания в кишечнике. Однако негативное влияние этих и многих других факторов на фосфорно-кальциевый гомеостаз проявляется, как правило, при значительных отклонениях содержания этих веществ в организме. Регуляция фосфорно-кальциевого обмена в организме представлена на рис 1.19.
Источник