CC BY
123
На допомогу педютру
УДК612.015.312 «465» РЫЧКОВА Т.А., ЧЕРЕПАХИНА Л.П.
Луганский государственный медицинский университет
ВОЗРАСТНЫЕ АСПЕКТЫ КАЛЬЦИЕВОГО ГОМЕОСТАЗА
Резюме. В статье освещены вопросы физиологической роли кальция в организме человека, становления и регуляции кальциевого гомеостаза в различные возрастные периоды. Приведены возрастные нормы потребления кальция, распространенность несбалансированного питания и его последствия для организма в возрастном аспекте. Ключевые слова: кальций, физиологическая роль, гомеостаз, возрастные особенности.
Одним из самых значимых элементов в человеческом организме является кальций (Са), который занимает пятое место после углерода, кислорода, водорода и азота, а среди металлов, которые образуют основания (щелочи), — первое место [3]. Интерес к изучению вопросов кальциевого гомеостаза объясняется участием кальция во многих физиологических и биохимических процессах, таких как поддержание целостности и проницаемости цитоплазматических мембран, регуляция синаптической передачи, в процессах нервно-мышечной проводимости, мышечного возбуждения и сокращения, в поддержании тонуса парасимпатической, симпатической и центральной нервной системы, регуляции ряда гормональных механизмов, контроле и активации ферментативных процессов, регенерации костной ткани, процессах свертываемости крови, во взаимодействии типа клетка — клетка, где Са выступает биологическим сигнализатором, информационной молекулой для многих процессов [1, 6, 8, 10].
У детей Са определяет прочность скелета, его устойчивость к компрессии, создает условия для роста костей в длину, своевременного прорезывания зубов, способствует достижению генетически детерминированного максимального уровня костной массы (пикового), обеспечивает реализацию полуростового, пубертатного и постпубертатного скачков роста [6, 11, 17].
Становление кальциевого обмена проходит два основных этапа: внутриутробный и постнатальный, каждый из них имеет свои особенности.
На первом этапе важным фактором, модулирующим генетическую программу формирования костного обмена у ребенка, является состояние кальций-фосфорного обмена у его матери. Как известно, в организме беременной происходит перераспределение витаминов с образованием витаминных депо в плаценте, а также возрастает потребление Са на нужды развивающегося плода, особенно в III триместре беременности. В случае дефицита витамина D3 усвояемость Са в организме беременной снижается на 90 %, а фосфора (Р) — на 60 % [5], в результате наблюдаются уменьшение массы и незрелость плода, снижается синтез остеокальцина
и инсулинзависимого фактора роста, тиреотропного гормона гипофиза и пролактина. Дефицит активного метаболита витамина D3 кальцитриола (1,25(0Н)^03) обусловливает уменьшение синтеза фосфатидилсерина и фосфатидили-нозита, что, с одной стороны, приводит к нарушениям синтеза гидроксиапатита вследствие дефекта образования комплекса «фосфолипиды — Са — неорганический фосфор», а с другой — к уменьшению активности Са-зависимой и фосфатидилсеринзависимой протеинкиназы, которая фос-форилирует белки, обеспечивающие процессы роста и диф-ференцировки клеток. В результате этих нарушений рождаются дети с уменьшенной минерализацией костной ткани [9, 12, 16, 19, 20]. Если же эти процессы протекают без нарушений, то в организме здорового новорожденного будет содержаться в среднем 30 г Са, причем максимальное накопление отмечается в последние месяцы беременности — до 100—150 мг/кг в сутки [13].
После рождения в течение 2—5 дней отмечается тран-зиторная гипокальциемия, что объясняется функциональным гипопаратиреоидизмом. У части детей диагностируют неонатальную гипокальциемию в случае, если уровень Са в сыворотке крови ниже 1,75 ммоль/л [16].
Необходимо отметить, что на данном этапе основным источником пополнения запасов кальция в организме новорожденного является грудное молоко. Невзирая на то что содержание Са в нем в 4 раза меньше, чем в коровьем, грудное молоко имеет идеальное соотношение Са : Р, содержит лактозу, которая позволяет поддерживать оптимальную рН-среду кишечника, обеспечивает максимальную биодоступность минеральных солей, при этом коэффициент усвоения Са из женского молока составляет 60—70 %, что в 3—3,5 раза больше, чем из коровьего [2, 3].
У детей, получающих искусственное вскармливание, как и у детей старших возрастных групп, усвояемость Са из пищи значительно ниже, чем при грудном вскармливании. Это объясняется тем, что в пище и питьевой воде Са содержится в виде практически нерастворимых в водной среде соединений. Поэтому уже в ротовой полости Са, содержащийся в пище, подвергается действию специфических
На допомогу пед!атру
4(25) • 2010
Са-связывающих белков, способствующих образованию растворимых комплексов. Далее в желудке происходит высвобождение Са из его комплексов за счет воздействия соляной кислоты и протеолитических ферментов (но всасывается всего 2 % Са) и в ионизированном виде он поступает в двенадцатиперстную кишку. Щелочная среда тонкого кишечника способствует образованию трудноусвояемых соединений Са, и лишь воздействие желчных кислот позволяет перевести их в легкоусвояемое состояние [3].
Усвояемость Са зависит также и от возраста. Известно, что у младенцев в тонком кишечнике всасывается до 60 % Са, у подростков — 34 %, у взрослых — 20—40 % Са, остальное количество проходит транзитом через кишечник. Всасывание осуществляется путем как простой облегченной диффузии при высоком уровне поступления Са, так и активного транспорта, преобладающего при низком уровне поступления элемента [2, 13]. Активный транспорт происходит в двенадцатиперстной кишке и проксимальном отделе тонкой кишки и зависит от содержания кальцитриола. Перенос Са против градиента концентрации сопряжен с затратой энергии и включает 3 этапа: попадание в клетку через апикальную мембрану щеточной каймы, переход через цитоплазму к базальному полюсу клетки, высвобождение из клетки через базолатеральные мембраны и поступление в кровяное русло. Далее с током крови через систему воротной вены Са поступает в печень, где на некоторое время задерживается, в результате чего происходит его относительно равномерное поступление в периферическую кровь [3].
В плазме крови Са представлен двумя фракциями: диффундирующей (ионизированный Са (45—50 %) и комплексы с различными моно- и бивалентными низкомолекулярными анионами (5—15 %)) и недиффундирующей (комплексы кальция с белками около 40—45 %) [3, 4]. При этом следует отметить, что Са в сыворотке крови создает комплексы в основном с альбуминами — до 80 %, и только около 20 % Са связывается с глобулинами, преимущественно Ь-фракцией. В целом белки, взаимодействующие с кальцием, можно разделить на две большие группы — мембранные белки, управляющие перемещением ионов Са через мембраны, и растворимые белки — посредники в действии кальциевого сигнала [1, 4].
Изучая активность различных форм Са в организме, исследователи установили, что физиологически активным является ионизированный Са. Его концентрация у взрослых составляет 45—47 мг/л; при этом 2/3 общего количества ионизированной фракции находится в электростатически связанном состоянии с молекулами воды, и лишь 1/3 является истинно свободной [1, 13].
Комплексно-связанный Са (вторая часть диффундирующей фракции Са) представляет собой комплексы с одно-, двух- и более валентными анионами (лактат, бикарбонат, фосфат, ацетат, сульфат, цитрат), которые участвуют в клеточных и внеклеточных транспортных процессах. Установлено, что основной комплексной фракцией Са является бикарбонат (50—80 %, что соответствует 0,10—0,14 ммоль/л) [1, 4].
Ассоциированный с белками и низкомолекулярными анионами Са физиологически инертен и играет роль своеобразного депо — его белковые и небелковые комплексы способны дополнительно связывать ионы Са при их избы-
точном поступлении или, наоборот, высвобождать ионы при их недостатке. Эти внутрисосудистые буферные системы являются способом экстренной регуляции, направленной на сохранение концентрации ионизированного Са в крови даже в условиях ее резких колебаний [1, 8].
Внутри клетки кальций содержится в низкой концентрации и находится в трех состояниях: Са, локализованный внутри клеточных органелл; хелатированный Са, ассоциированный с молекулой цитоплазматического белка, а также ионизированный Са, который является регулятором разнообразных клеточных процессов и обеспечивает проведение специфического трансмембранного сигнала в клетку [11]. Плазматическая мембрана покоящейся клетки относительно непроницаема для Са. В неактивную клетку Са проникает со скоростью около 4 мкмоль/(мин х кг-1 клеточной воды) под влиянием высокого трансмембранного потенциала (150 мВ, отрицательный внутри), а также по концентрационному градиенту. Из клетки Са выводится с помощью АТФ-зависимого Са-насоса, который фактически является Са2+-Н+-АТФазой. Эти процессы осуществляются посредством каналов трех типов — потенциалзависимых, рецептор-активируемых и натриевых [4].
Кальциевый баланс в организме ребенка и взрослого человека также тесно связан с состоянием костной ткани и интенсивностью протекающих в ней обменных процессов. Исследователями установлено, что у растущих детей скелет полностью обновляется за 1-2 года, а у взрослых — за 10-12 лет [3]. Процессы роста и минерализации костей у детей разного возраста характеризуются динамизмом и сменой доминантного фактора регуляции. Костная ткань постоянно обновляется благодаря процессам моделирования (роста) и ремоделирования (внутренней перестройки). Скорость обновления костной ткани у детей достигает 30-100 % в год и осуществляется на 100 % ее поверхности. Это существенно отличается от перестройки костной ткани у взрослых [15].
Физиология накопления костной массы неразрывно связана с достижением так называемой пиковой костной массы, которая определяет прочность скелета на протяжении всей жизни человека. Возраст достижения пиковой костной массы до настоящего времени окончательно не выяснен [6, 12, 15]. Необходимо также отметить, что в детском возрасте преобладают процессы моделирования костной ткани, а в зрелом — на первый план выступают процессы ремоделирования. У взрослых интенсивность процессов остеосинтеза и остеорезорбции одинакова, то есть баланс Са нулевой. После 60-65 лет процесс остеорезорбции преобладает над процессом остеосинтеза и баланс Са становится отрицательным, то есть идет его естественная возрастная потеря [2]. У взрослого человека за 1 сутки из костной ткани выводится до 700 мг Са и столько же откладывается вновь. Следовательно, костная ткань, помимо опорной функции, играет роль депо кальция и фосфора, откуда организм извлекает их при недостатке поступления с пищей [3].
Гомеостаз Са в организме поддерживается сложными многофакторными процессами регуляции. К таким механизмам в первую очередь относят кальцийрегулирующие гормоны: паратгормон (ПТГ), кальцитонин (КТ) и кальци-триол.
Ведущая роль в передаче информации об уровне Са принадлежит магнийзависимой аденилатциклазе, активность
утробье ^¿Г/ребёнка
4(25) • 2010
На допомогу пед!атру
которой обратно пропорциональна концентрации Са в сыворотке крови [10]. При нормальной концентрации Са в сыворотке крови отмечается постоянная базальная секреция ПТГ, вероятно, обусловленная действием катехоламинов на паращитовидные железы. Изменение уровня ионизированного Са крови на 1 % запускает механизмы, восстанавливающие равновесие. При гипокальциемии до 2,25 ммоль/л происходит линейное увеличение уровня ПТГ, уменьшение концентрации Са до 1,75 ммоль/л вызывает резкое увеличение секреции ПТГ [12]. Эффект действия ПТГ достигается через мобилизацию Са из костей в межклеточную жидкость за счет повышения активности остеокластов путем стимуляции продукции фактора активации остеокластов остеобластами, снижения активности и пролиферации остеобластов, торможения синтеза коллагена. Влияние ПТГ на почки заключается в повышении способности почечной ткани образовывать кальцитриол, а также в увеличении ре-абсорбции Са в дистальных и снижении реабсорбции фосфора в проксимальных канальцах [11]. При длительном воздействии ПТГ его высокая активность и быстрота регуляции уровня внеклеточного Са могли бы привести к деминерализации костей. Однако этого не происходит, так как в течение короткого промежутка времени, пока ПТГ сохраняет активность (период полураспада — около 10 мин), он инициирует долговременную стабилизацию баланса фосфата Са за счет активации кальцитриола, который выступает в роли активного ремодулятора костной ткани. Он повышает минерализацию костной ткани путем увеличения синтеза остеокальцина. С другой стороны, кальцитриол увеличивает пролиферацию остеокластов, уменьшает синтез коллагена, в результате повышается резорбция костной ткани. В почках этот метаболит повышает реабсорбцию Са и фосфора путем активации транспортных белков [12, 18].
Еще одним регулятором кальциевого гомеоста-за является кальцитонин — гормон, вырабатываемый С-клетками щитовидной железы и секретируемый со скоростью 13,8 мкг/сут. Продукция и секреция КТ — автоколебательный процесс, подчиненный циркадному ритму экспрессии гена КТ и связанный с отклонением концентрации ионизированного Са. При высокой концентрации секреция КТ возрастает, при низкой — снижается. КТ снижает концентрацию Са и Р в крови за счет угнетающего действия на остеокласты, а соответственно, на костную резорбцию, подавление которой ведет к снижению экскреции Са и Р в почках, посредником действия является Са-зависимая АТФаза [6, 11]. Кроме того, к факторам, регулирующим процессы костного ремоделирования, относятся другие системные гормоны — глюкокортикоиды, тироксин, половые гормоны, соматотропный гормон, инсулин, а также ростовые факторы (инсулиноподобные ростовые факторы, ростовой фактор фибробластов, трансформирующий фактор роста Ь, ростовой фактор тромбоцитарного происхождения, эпидер-мальный ростовой фактор), и наконец, местные факторы, продуцируемые непосредственно костными клетками, — простагландины, остеокластактивирующий фактор и другие [11].
Регуляция содержания кальция в организме осуществляется и за счет процессов его выведения во внешнюю среду. При этом основным путем выведения (до 80 %) является выведение с экскрементами. Установлено, что около 20 % всосавшегося Са выделяется в просвет кишечника вместе
с продуктами его секреции, желчью, секретами пищеварительных желез, отмершим эпителием; значительная часть выделившегося Са подвергается повторному всасыванию, но уже в дистальных отделах кишечника. Кроме того, выделение Са осуществляется через кожу (пот, слущивающийся эпителий), а также с мочой. Выведение с мочой составляет примерно 20 % всего выводимого Са, параллельно с этим процессом идет обратная реабсорбция Са в почечных канальцах, наиболее интенсивная при условии низкого его поступления с пищей [2, 10, 12]. В физиологических условиях почки фильтруют до 275 ммоль Са в сутки, и только 0,5—1,0 % этого количества выделяется с мочой. Через клубочки фильтруется до 60 % общего Са плазмы крови, составляющего ультрафильтруемую фракцию. В проксимальном извитом канальце реабсорбируется 55—60 % фильтрационной нагрузки, причем реабсорбция Са, натрия и воды происходит параллельно. По механизму это опосредованная диффузия и трансцеллюлярный активный транспорт. В толстом восходящем сегменте петли Генле реабсорбируется 20—30 % профильтровавшегося Са. Здесь также сочетаются транспорт по электрическому градиенту и активный перенос через клетки канальцевого эпителия. В дистальном извитом канальце реабсорбируется 9 % фильтрационного заряда. В системе собирательных трубок реабсорбируется от 3 до 10 % поступающего Са. Большая часть фильтрационного заряда, входящего в этот отдел нефрона, реабсорбируется в срединных и глубоких кортикальных нефронах, имеющих обширные гранулярные сегменты. В дистальных извитых канальцах и собирательных трубках существует только активный транспорт Са [4].
Заслуживает внимания тот факт, что удивительная способность почек сохранять Са не сопровождается такой же способностью освобождать организм от избытка Са при гиперкальциемии. Это, по-видимому, результат взаимосвязи гомеостаза Са и фосфора. Фосфор реабсорбируется и экскретируется почечными канальцами. Вероятно, главенствующая роль почек в усилении экскреции фосфора ограничивает их способность к одновременной экскреции Са из-за явной опасности преципитации фосфата Са в канальцах. Таким образом, способность почек сохранять Са при гипокальциемии намного больше их способности выделять его при гиперкальциемии, что гарантирует достаточное количество Са для осуществления его разнообразных функций [6, 8].
Поддержание адекватного кальциевого гомеостаза неразрывно связано с вопросами достаточного поступления Са в организм с момента зачатия и на протяжении всей жизни человека. Особого внимания заслуживает тот факт, что низкое потребление Са ребенком может длительно не проявляться клинически. Однако впоследствии это часто становится причиной развития остеопении, остеопороза и увеличения частоты переломов в критические периоды жизни, в зрелом и пожилом возрасте [6, 15, 16].
Говоря в целом о процессах развития и становления организма, следует отметить, что потребность в Са у детей выше, чем у взрослых. Это наглядно демонстрируют среднесуточные нормы потребления Са, которые приведены в табл. 1.
Однако, по данным украинских исследователей, около 72—80 % здоровых детей получают несбалансированное питание, в котором отмечается выраженный дефицит Са и
На допомогу nediampy
4(25) • 2010
Таблица 1. Рекомендуемые среднесуточные нормы потребления кальция, мг [6, 15]
Группа населения Норма потребления кальция
Дети от 0 до 3 мес. 400
От 4 до 6 мес. 500
От 7 до 12 мес. 600
От 1 до 6 лет 800
От 7 до 10 лет 1000
От 11 до 17 лет 1200-1500
Беременные и кормящие грудью женщины 1200-1500
Взрослые (18-30 лет) 800-1000
витамина D3 [6, 7, 11]. В России более 75 % детей потребляют недостаточно Са с продуктами питания [15].
Интересным является тот факт, что рецепторы гормонов, влияющих на гомеостаз Са в организме, располагаются и в отделах головного мозга, ответственных за пищевое поведение (сложный гипоталамо- лимбико- ретикулокортикаль-ный комплекс). При снижении уровня Са в сыворотке крови изменение содержания гормонов приводит к тому, что человек отдает предпочтение молочным продуктам [2]. Однако неожиданный результат получен Д.Е. Шилиным — частота переломов была одинаковой как у детей, полностью избегающих молоко, так и пьющих его в среднем по 1 л в день. Данный парадокс достаточно легко объяснить тем, что в зарубежных странах, где неоднократно описано протективное воздействие молока на костные структуры, технология его производства включает обязательное обогащение витамином D — до 500 МЕ на 1 л, а наши дети получают его невита-минизированным [14]. Эти данные согласуются с данными других исследователей о необходимости адекватного обеспечения детей и взрослых не только Са, но и витамином D [7, 11].
В заключение следует отметить, что совокупность представленных данных научной литературы убедительно свидетельствует о значимой биологической роли Са в организме человека на любом этапе его жизни. Кроме того, ежегодное увеличение количества больных, страдающих как скрытой, так и клинически выраженной формой нарушений кальциевого обмена, доказывает актуальность дальнейших исследований в этом направлении с целью разработки наиболее рациональных схем профилактики и лечения данной группы заболеваний как среди взрослого, так и среди детского населения.
Список литературы
1. Андрианова М.Ю. Кальций крови и его фракции //Анестезиология и реаниматология. —1995. — № 1. — С. 61-65.
2. Булатова Е.М., Габрусская Т.В., Богданова Н.М., Ялфимо-ва Е.А. Современные представления о физиологической роли кальция в организме человека //Педиатрия. — 2007. — Т. 86, №5. — С. 117-124.
3. Буслаева Т.Н. Значение кальция для организма и влияние питания на его метаболизм// Consilium Medicum. Приложение № 3 (Педиатрия). — 2009. — С. 4-6.
4. Григорьев А.И., Ларина И.М. Принципы организации обмена кальция // Успехи физиологических наук. — 1992. — Т. 23, № 3. — С. 24-52.
5. Жабченко И.А Состояние кальций-фосфорного обмена и коррекция его нарушений при нормально протекающей и осложненной беременности (обзор литературы) // Здоровье женщины. — 2005. — № 3(23). — С. 34-38.
6. Квашнина Л.В. Кальций и его значение для растущего организма //Doctor. — 2003. — №2. — С. 68-70.
7. Кваштна Л.В, Апуховська Л.1., Радюнов В.П. Особливостi калъцт-фосфорного обмщ у здорових дтей в сучасних умовах та оnтимiзацiя методiв профлактики його порушень // Перинатологя та пеШатры. — 2004. — № 1. — С. 29-32.
8. Кон P.M., Рот К. С. Ранняя диагностика болезней обмена веществ: Пер. с англ. — М.: Медицина, 1986. — С. 114-144.
9. Коровина НА, Захарова И.Н., Дмитриева ЮА. Современные представления о физиологической роли витамина D у здоровых и больных детей //Педиатрия. — 2008. — Т. 87, № 4. — С. 124-130.
10.ЛободаВ.Ф., ШнашМ.1. Участьпечткивтдтриманткальцй-фосфорного гомеостазу в органiзмi // Перинатологш та nедiатрiя. — 2003. — № 1. — С. 52-55.
11. Лукьянова ЕМ, Антипкин Ю.Г., Омельченко Л.И. и др. Роль витамина D3 в сохранении и улучшении здоровья детей//Перинатоло-гия и педиатрия. — 2006. — № 3(27). — С. 91-96.
12. Поворознюк В.В, Лук'янова О.М., Выенський А.Б. Регуляця калъцт-фосфорного гомеостазу, формування кктково1 тканини у дтей в нормi та при ди радiацШного чинника (огляд лтератури) // ПАТ. — 2000. — № 1. — С. 42-48.
13. Романенко В.Д. (Физиология обмена кальция. — К..: Наукова думка, 1975. —172с.
14. Шилин Д.Е. Эпидемиология переломов в детском возрасте: обоснование фармакологической коррекции дефицита кальция и витамина D//Педиатрия. — 2007. — Т. 3, №3. — С. 71-79.
15. Остеопения у детей: диагностика, профилактика и коррекция: Пособие для врачей/ Щеплягина ЛА, Моисеева Т.Ю., Коваленко М.В. и др. / Под ред. Л.А. Щеплягиной. — Москва, 2005. — 40 с.
16. Щеплягина ЛА., Лебедева ЕА, Моисеева Т.Ю. и др. Эффективность антенатальной профилактики дефицита кальция у младенцев//Врач. — 2008. — № 4. — С. 11-13.
17. Behrman R..E., Kliegman R.M., Jenson H.B. et al. Nelson textbook of pediatrics. — 17h ed. — Indian Reprint by Thomson Press (India) Ltd. — 2005. — P. 208-209.
18. Christakos S., Dhawan P., Liu Y. et al. New insights into the mechanisms of vitamin D action // J. Cell Biachem. — 2003. — № 88. — P. 695-705.
19. Mannion CA, Gray-Donald K., Koski K.G. Association of low intake of milk and vitamin D during pregnancy with decreased birth weight// CMAJ. — 2006. — 174(9). — P. 937-95.
20. Thomas M., Weisman S.M. Calcium supplementation during pregnancy and lactation: effects on the mother and the fetus //Am. J. Obstet. Gynecol. — 2006. —194(4). — P. 908-915.
Получено 27.01.10 □
Ричкова T.A., Черепаюна А.П.
Луганськийлержавниймедичний унверситет
BiKOBi АСПЕКТИ КАЛЬШвВОГО ГОМЕОСТАЗУ
Резюме. У статп висвилеш питання щодо фiзюлоriчноi ролi кальцш в opram3Mi людини, становлення й регуляци кальць евого гомеостазу в pi3m вiковi перюди. Наведет вiковi норми вживання кальцш, поширешсть незбалансованого харчуван-ня та його наслщки для оргашзму у вжовому аспекп.
Kro40Bi слова: кальцш, фiзiологiчна роль, гомеостаз, вiковi особливосп.
Rychkova T.A., Cherepakhina L.P. Lugansk State Medical University, Ukraine
AGE ASPECTS OF CALCIUM HOMEOSTASIS
Summary. This article provides the data on calcium physiological role in a human organism, forming and regulation of a calcium homeostasis during various age periods. There are age norms of calcium consumption, prevalence of an unbalanced nutrition and its consequences for an organism in the age aspect.
Key words: calcium, physiological role, homeostasis, age features.
утробье ^¿Г/ребёнка
