гомеостаз кальция что это такое
Кальциопенические состояния и их коррекция
Кальций (Са) — один из важнейших элементов в организме человека, особенности его метаболизма обусловливают физиологический гомеостаз и нормальное функционирование практически всех систем организма [1]. Наибольшее значение содержание и состояние метаболизм
Кальций (Са) — один из важнейших элементов в организме человека, особенности его метаболизма обусловливают физиологический гомеостаз и нормальное функционирование практически всех систем организма [1]. Наибольшее значение содержание и состояние метаболизма кальция имеет в детстве, пожилом возрасте, а также в период беременности [2].
Общие сведения о кальции. Кальций является самым распространенным элементом в теле человека, поэтому его относят к «макроэлементам». Организм взрослого в норме содержит примерно 25 000 ммоль (примерно 1000 г) кальция, из них 99% входят в состав скелета. Общее содержание минеральных веществ в человеческом организме — около 5% от массы тела, а на долю Са приходится почти треть от их общего количества [3].
По химическим свойствам Са относится к элементам, образующим прочные соединения с белками, фосфолипидами, органическими кислотами и другими веществами.
Функции Са. Кальций выполняет многочисленные функции в минеральном обмене, но этим его свойства не ограничиваются. Принято выделять следующие наиболее важные функции: участие в формировании и поддержании структуры костной ткани и зубов; активизация ферментных систем, обеспечивающих гемокоагуляцию и мышечное сокращение; участие в регуляции трансмембранного потенциала клетки, нервной и нервно-мышечной проводимости; поддержание сердечной деятельности; регуляция продукции и высвобождения гормонов и нейропептидов (нейромедиаторов); регуляция сосудистого тонуса; контроль всех этапов каскада свертывания крови; участие в важнейших метаболических процессах (гликогенолиз, глюконеогенез, липолиз и т. д.); функционирование в качестве «информационной» молекулы для многих ферментативных реакций; стимуляция секреторного и инкреторного процессов пищеварительных и эндокринных желез; pегуляция тонуса симпатической и парасимпатической нервной системы; биологическая сигнализация об активации всех стадий клеточного цикла и транскрипции генов; регуляция процессов внутриклеточного метаболизма; обеспечение стабильности клеточных мембран; препятствование высвобождению медиаторов аллергического воспаления; выполнение пластической роли при формировании тканевых и клеточных структур; способствование клеточной адгезии; участие в формировании кратковременной памяти и обучающих навыков; активация апоптоза и транскрипционного аппарата клеток (кофактор эндонуклеаз, участвующих в деградации ДНК при апоптозе); важна роль кальция в иммунологической активности (активация лимфоцитов, в частности, бластная трансформация в ответ на стимуляцию митогенами) [1, 2, 3].
Абсорбция кальция. Всасывается из верхних отделов тонкого кишечника, чему способствуют витамин D, аскорбиновая кислота, лактоза и кислая среда.
Всасыванию Са препятствуют избыток щавелевой кислоты, фитиновой кислоты, жиров, пищевых волокон и фосфатов. Один из важнейших механизмов поддержания уровня Са в крови — его экскреция с мочой, зависящая от фильтрации минерала и реабсорбции в почках [1].
Регуляция метаболизма кальция. Гипокальциемия, независимо от вызвавших ее причин, сопровождается снижением экскреции Са. Предполагается, что уменьшение выведения Са с мочой может происходить за счет увеличения накопления минералов в костной ткани или других тканях организма.
На регуляцию содержания Са в крови оказывают влияние: гормоны (в первую очередь, паратиреоидный гормон (ПТГ) и кальцитриол); сывороточные белки; содержание фосфатов (РО 3- 4) в сыворотке крови (реципрокные взаимоотношения).
Кальций депонируется в трабекулах костей; динамическое равновесие кальция поддерживается ПТГ и тиреокальцитонином. Pегуляция кальциевого гомеостаза является одной из наиболее сложных интегративных реакций организма человека, в осуществлении которой ведущая роль принадлежит нервной системе и железам внутренней секреции [1, 3].
Кальций и центральная нервная система (ЦНС). Гомеостаз Са имеет прямое отношение к ЦНС. Наряду с другими микро- и макроэлементами Са играет значительную роль в нейрофизиологических процессах. Еще в 1928 г. А. А. Богомолец подчеркивал исключительную важность Са в регуляции тонуса симпатической и парасимпатической нервной системы [1].
В нервной системе Са имеет значение в модуляции активности рецепторов к нейромедиаторам и нейропептидам. Повышенное высвобождение Ca способствует ишемическому повреждению нейронов вследствие вазоконстрикции и инициации каскада апоптоза [1, 3, 4]. Конкурентные взаимоотношения между различными микроэлементами (Zn, Hg, Cu, Cd) и кальцием могут определять самые разнообразные биологические эффекты и, в конечном счете, — течение неврологических процессов [4].
При рассмотрении Са на клеточном уровне необходимо выделять его участие в регуляции ионной проницаемости мембраны нейрона, генерации возбуждения.
При гипокальциемии различного генеза могут отмечаться симптомы, имеющие отношение к сфере неврологии: отклонения в поведении; онеменение и парестезии; судороги; спазмы мышц; положительные симптомы Хвостека или Труссо (гипопаратиреоз) и т. д. Нарушениям обмена Са нередко сопутствуют фебрильные судороги, пароксизмы гипоксического, метаболического или эндокринного генеза, нейрофиброматоз (1-го типа), гидроцефалия, краниостеноз и ряд других видов патологии ЦНС [1, 4]. У детей первых лет жизни ярким примером кальциопенической соматоневрологической патологии является классический (витамин D-дефицитный) рахит [2].
Существуют данные, свидетельствующие о том, что действие Са зависит от типа нервной деятельности и ее функционального состояния. На необходимость коррекции нарушений содержания Са в организме детей грудного и раннего возраста при неврологических заболеваниях указывает Е. М. Мазурина (2005) [2].
Следует помнить, что избыточное накопление в организме Са может привести к нейротоксичности, угрозе патологической кальцификации стенок сосудов и тканей организма [3, 4].
Потребность в кальции. Ha первом году жизни она составляет (по разным данным) от 350 мг до 1000 мг/сут, на втором — 370–1000 мг/сут, на третьем — 300–1000 мг/сут. У детей более старшего возраста и взрослых она возрастает до 1000–1500 мг/сут [1, 2]. Внимания заслуживает то обстоятельство, что в разных странах мира рекомендации по суточной потребности в Са2+ значительно отличаются. По-видимому, это объясняется особенностями разных регионов (климато-географическими, экологическими и др.).
Алиментарное поступление Са имеет огромное значение в любом возрасте. J. C. Leblanc et al. (2005) изучены паттерны диетического потребления 18 элементов во Франции, a R. B. Ervin et al. (2004) — отдельных минеральных веществ в США [5, 6]. Применительно к Са они признаны неудовлетоворительными в обеих странах.
Нормы содержания кальция в организме. Считается, что около 70% Са экскретируется с калом, 10% — c мочой, а ретенция элемента составляет 15–25% (в зависимости от темпов роста).
Сывороточное содержание Са (в норме) равняется 9–11 мг%, причем 50–60% — в ионизированной форме. У здоровых детей независимо от возраста в сыворотке крови содержится 4,9–5,5 мг% (1,22–1,37 ммоль/л) ионизированного Ca, исходя их данных, полученных с использованием ион-селективных электродов. Экскреция Са с калом (при следовании обычной диете) составляет менее 140 ммоль/сутки (560 мг/сутки). Определяется прямая зависимость содержания Са в кале от особенностей диеты.
Содержание Са в моче также находится в прямой зависимости от количества алиментарно потребляемого элемента. В частности, при нормальной диете суточная экскреция равняется 2,5–7,5 ммоль/сут (100–300 мг/сут, 5–15 мЭкв/сут). При потреблении Са на уровне менее 200 мг/сут — 0,33–4,5 ммоль/сут (13–180 мг/сут), 200–600 мг/сут — 1,25–5,0 ммоль/сут (50–200 мг/сут), 1000 мг/сут — 7,5 ммоль/сут (до 300 мг/сут) [1, 2].
Снижение содержания кальция в физиологических средах организма. Наиболее значимо снижение Са в сыворотке крови. В этой физиологической жидкости Са представлен тремя следующими формами: связанный с белками (недиффундирующий — 30–55%); хелатированный (диффундирующий, но неионизированный — около 15%); ионизированный Са (около 30–55%) [3].
Физиологическое снижение содержания Са в крови может отмечаться при повышенной утилизации углеводов или назначении инсулина. Патологическое снижение содержания Са свойственно следующим клиническим ситуациям: гипопаратиреоидизм (следствие хирургического вмешательства в области паращитовидных желез); псевдогипопаратиреоидизм; дефицит витамина D; стеаторея (сочетанные нарушения абсорбции витамина D, Ca и РО 3- 4); нефрит (снижение неионизированной фракции Са, переносимой белками сыворотки, по-видимому вследствие потери Са с мочой); болезни почек с ретенцией фосфатов; острый панкреатит; внутривенное введение солей Mg, оксалатов или цитратов; остеопороз у пожилых людей (нижняя граница нормы); неонатальная гипокальциемия (первый день жизни — вследствие низкой массы тела при рождении, острой интранатальной асфиксии, наличия у матери сахарного диабета, гиперпаратиреоза или нелеченой целиакии; недоразвития плаценты, гестоза, оперативных родов посредством кесарева сечения, при заменных переливаниях крови; 5–10 день — вследствие гиперфосфатемии, вызванной потреблением коровьего молока или малоадаптированных смесей на его основе); гипомагниемия; длительный прием антиконвульсантов (обычно при эпилепсии); состояние после удаления щитовидной железы; болезнь Педжета — при лечении кальцитонином. Особое внимание в отечественной и зарубежной литературе различных лет уделяется кальциопеническим состояниям при остеопорозе и сходных с ним видах костной патологии [1].
Снижение содержания Са в кале обнаруживается в следующих случаях: остеомаляция, успешно вылеченная препаратами витамина D; гипервитаминоз D; низкое содержание фосфора в рационе питания; саркоидоз Бека (в некоторых случаях).
В моче снижение содержания Са возможно при низком потреблении этого макроэлемента с пищей, а кроме того, нередко отмечается на поздних сроках беременности.
Концентрация Са в спинномозговой жидкости (СМЖ) составляет около 1/2 от сывороточного содержания. Изменения в содержании Са в СМЖ невелики, а их регистрация не имеет большого значения для диагностики различных патологических состояний. Уровень Са в СМЖ может снижаться у некоторых пациентов с эпилепсией, длительно получающих терапию фенитоином и другими аниэпилептическими препаратами (АЭП). Практически все известные к настоящему времени АЭП обладают Са-изгоняющими свойствами. Дети грудного и раннего возраста, страдающие эпилепсией, наиболее подвержены риску гипокальциемии [1].
Методы коррекции кальциопенических состояний. Если при острых нарушениях концентрации Са в сыворотке крови тактика лечения уже давно разработана и является почти хрестоматийной, то в области профилактики и коррекции умеренной гипокальциемии до сих пор отмечается определенный пробел.
В различных областях медицины нередко имеет место эмпирический подход к данной проблеме. Попытки компенсировать индуцированный приемом антиконвульсантов дефицит Са за счет приема антиэпилептических препаратов, в состав которых включены соли кальция, в подавляющем большинстве случаев малоэффективны. Так, одна 300-миллиграммовая таблетка препарата Конвульсофин содержит всего 33 мг кальциевой соли, а в составе Паглюферала обнаруживается 250 мг глюконата Са (в составе глюферала — 200 мг). Указанные количества макроэлемента явно недостаточны для нивелирования Са-изгоняющих эффектов этих антиэпилептических средств.
Широкая распространенность, мультифакториальность и потенциальная предотвратимость кальциопенических состояний предполагают необходимость совершенствования методов их профилактики и коррекции. J.-Y. Reginster et al. (2002) подчеркивает влияние ежедневного приема Са и витамина D на секрецию гормонов паращитовидной железой [7]. Сомнения относительно существующих рекомендаций по профилактическому приему препаратов Са и витамина D высказывали A. Prentice (2002) и J. A. Amorim Cruz (2003) [8, 9]. H. L. Newmark et al. (2004) считают необходимым добавление Са и кальциферола в зерновые продукты промышленного производства [10]. В отличие от профилактики кальциопенических состояний, в их коррекции диета малоэффективна. Поэтому для коррекции дефицита Са в организме используются препараты, содержащие этот макроэлемент [1, 2].
Препараты кальция, используемые в медицине, и показания к их применению. В используемых справочниках лекарственных средств приводятся следующие основные формы кальция: хлорид, глюконат, лактат, карбонат и цитрат, хотя данный макроэлемент может быть представлен и другими соединениями (кальция фолинат, ацетат, g-гидроксибутират, глицерофосфат, глутаминат, добезилат, пангамат, пантотенат, тринатрия пентенат, фосфат и др.) [11, 12, 13].
В числе показаний к назначению основных перечисленных препаратов Са фигурируют следующие: недостаточная функция паращитовидных желез, сопровождающаяся тетанией или спазмофилией; усиленное выделение Са из организма (при длительной обездвиженности больных, синдромах мальабсорбции или приеме АЭП); аллергические заболевания; уменьшение проницаемости сосудов; кожные заболевания; паренхиматозный гепатит; токсические поражения печени; нефрит; гиперкалиемическая форма пароксизмальной миоплегии; хроническая почечная недостаточность; остеопороз [11, 12, 13].
В литературе последних лет представлены и другие показания к применению препаратов Са: синдром хронической усталости; сахарный диабет; артериальная гипертензия у детей с солевой чувствительностью. Помимо этого, кальций может назначаться для повышения свертываемости крови (как гемостатическое средство). В качестве показаний к использованию препаратов Са необходимо привести различные виды рахита (витамин D-зависимый, витамин D-резистентный, витамин D-дефицитный, остеопения маловесных детей и т. д.) [1].
К сожалению, даже при продолжительном назначении препаратов, обладающих Са-изгоняющим действием, а также других лекарственных средств, индуцирующих гипокальциемию, рутинной коррекции уровня кальция обычно не проводится, а в существующих рекомендациях подобной процедуры не предусмотрено.
Положительный эффект препаратов кальция проявляется только при индивидуальном подборе их дозировки. При назначении всегда необходимо учитывать утилизацию (усвоение) данного макроэлемента, выраженную в процентах от назначаемого количества. В частности, для глюконата, лактата и хлорида кальция она составляет соответственно 9%, 13% и 27%. Для карбоната и цитрата кальция характерны более высокие показатели всасывания из кишечника. B. W. Downs et al. (2005) cообщают о высокой биологической эффективности новой соли на основе кальций-калиевого соединения гидроксицитрусовой кислоты [14].
Литература
В. М. Студеникин, доктор медицинских наук, профессор
Э. М. Курбайтаева
НЦЗД РАМН, Москва
Нарушение гомеостаза кальция в клетках кожи как фактор ее старения
18 Мар 2017 г.
ООО «Институт фармацевтических реактивов РЕФАРМ», к.х.н. Матковская Т.А., к.т.н. Столяров Ю.Ю.
НИИ Педиатрии и детской хирургии МЗ РФ, д.м.н. Юрьева Э.А.
Московский Институт Красоты, к.м.н. Маяцкая Т.В.
1. Введение
Во второй половине нашего столетия были сделаны существенные открытия в области минерального обмена и его эндокринной регуляции. Полученные новые знания о регуляции и нарушениях обмена кальция позволили понять патогенез различных клинических синдромов, обусловленных этими нарушениями. К таким синдромам относятся рахит, остеохондроз, остеопороз, особенно постменопаузальный с высоким риском переломов позвонков, висцеральные и скелетные формы гиперпаратиреоза, остеодистрофии, мочекаменная болезнь, атеросклероз, болезнь Фара с отложением кальция в мозгу, кальциноз, дерматомиозит и другие.
Кальций по природе является фосфатофилом и содержится в разных тканях, в частности в митохондриях клеток в виде фосфатных солей (гидроксиапатит кальция). Если апатиты являются наиболее малорастворимыми солями кальция, то соединения с неорганическими бисфосфатами (пирофосфатами) могут становиться в зависимости от условий нерастворимыми (в костях) или растворимыми (в мягких тканях), т.е. неорганические бисфосфаты являются естественными регуляторами обмена кальция в организме. При постепенном снижении активности многочисленных регуляторных механизмов с возрастом обмен кальция нарушается и нерастворимые соли кальция откладываются в мягких тканях. Возникает вопрос, является ли кожа исключением? Для ответа на этот вопрос было проведено исследование изменения содержания кальция в клетках различных слоев кожи в зависимости от возраста.
2. Роль кальция в организме и его естественная регуляция
Особая роль кальция заключается в регуляции внутриклеточных процессов, развитие которых определяется изменениями внутриклеточной концентрации кальция:
3. Патологии кальциевого обмена
4. Патологические состояния кожи, вызванные отложением солей кальция
С целью изучения характера накопления солей кальция (в основном фосфатов) в коже в зависимости от возраста нами были исследованы гистологические образцы кожи передней поверхности бедра у 8 людей различного возраста: 4 года, 9 лет, 12 лет, 30 лет, 50 лет, 60 лет, 65 лет, 70 лет. У детей образцы кожи были взяты попутно, при диагностической биопсии скелетных мышц. Выбор места для биопсии кожи обусловлен практическим отсутствием воздействия внешней среды (УФ лучи, обветривание) и косметических средств. Для оценки характера накопления солей кальция в коже использовался метод гистохимической окраски по Косса. Фиксация биопсийного материала проводилось в крепком спирте с последующим приготовлением срезов из парафиновых блоков. Окраска срезов осуществлялась с помощью 5% азотнокислого серебра в течении 60 минут на свету с дальнейшей обработкой 5% раствором гипосульфита, промывкой и заключением в парафин. Анализ отложения солей кальция, окрашенных в черный цвет, проводился с помощью светового микроскопа. Оценивалась интенсивность и распространенность отложения солей кальция в клетках кожи (Рис. 1, 2, 3).
Рис.1. Кожа ребенка 12 лет. Определяются микроконгломераты солей кальция в малом количестве в основном в области базального (росткового) слоя эпидермиса. Окраска по Косса, ув. 40х.
Рис.2. Кожа женщины 50 лет. Определяется значительное количество микроконгломератов солей кальция в области базального (росткового) слоя эпидермиса. Окраска по Косса, ув. 40х.
Рис.3. Кожа женщины 70 лет. Определяется резкое увеличение микроконгломератов солей кальция в области базального (росткового) слоя эпидермиса. Окраска по Косса, ув. 40х.
Результаты анализа показали, что для кожи детей было характерно малое количество микроконгломератов солей кальция. Гистологические препараты характеризовались наличием небольшого количества диффузных пылевидных включений, в основном, в базальном слое эпидермиса. У лиц более старшего возраста как количество, так и размеры микроконгломератов солей кальция в коже повышались. Наибольшая степень их накопления отмечалась в базальном слое эпидермиса 65- и 70-ти летних людей. Помимо накопления в базальном слое, выявлялись грубые микроконгломераты солей кальция в соединительных тканях сосочкового и сетчатого слоев кожи. На рис. 4 показано нарастание количества кальциевых депозитов в коже с учетом характера отложений их в клетке. На рис. 5 представлена суммарная оценка в баллах интенсивности заполнения кальциевыми солями клеток кожи человека в зависимости от возраста. При расчете баллов учитывалась доля и степень заполнения клеток ростковой зоны кальциевыми отложениями.
Таким образом, морфологически показано, что с возрастом повышается степень накопления солей кальция в коже людей, максимальные отложения кальция обнаруживаются у лиц пожилого возраста, а отложение солей кальция преимущественно в клетках росткового слоя эпидермиса вносит свой вклад в процесс старения кожи, усиливающийся с возрастом.
5. Способы искусственного регулирования обмена кальция в клетках кожи
Кальцийрегулирующий эффект бисфосфоната на кожу подтвержден нами в аутоэксперименте на биопсии кожи 2 женщин (40 и 60 лет), у которых на кожу бедра с одной стороны наносился крем, содержащий 0.5% препарата – 1 раз в день в течение 10 дней. В качестве контроля исследовалась кожа бедра другой ноги. В результате показано, что в коже без применения крема имеются отложения кальция. В одном случае — во всех клетках в виде единичных отложений в апикальной области клеток ростковой зоны (40 лет), что равно 1 баллу, а в другом (60 лет) – 80% клеток имеют отложения солей кальция в виде единичных депозитов в апикальной части ростковой зоны и 40% клеток – в виде циркулярных отложений, что равно 2.4 балла. В коже бедра обоих женщин после применения крема не обнаружено отложений солей кальция в клетках ростковой зоны (Рис. 6а и 6б). Отсутствие отложений солей кальция после лечения в клетках зон роста эпидермиса подтверждает положительный эффект препарата как профилактического средства кальцификации клеток росткового слоя кожи. При окраске биопсийных срезов на ксидифон (1% сернокислый кобальт в щелочной среде) показано, что препарат накапливается именно в клетках росткового (базального) слоя эпидермиса, которые наиболее часто подвергаются кальцификации.
Рис 6. Кожа женщины 40 лет до (а) и после (б) применения крема РЕФАРМ (окраска по Косса на кальций, ув. 40х).
Таким образом, кожа с возрастом теряет способность к регенерации и, как следствие, эластичность, не только в результате изменения ее органических составных частей, но и, очевидно, в связи с нарастающим накоплением в клетках росткового слоя нерастворимых солей кальция.
6. Изучение клинической эффективности косметических кремов, содержащих ксидифон
Применение кремов, содержащих бисфосфонат оказывает лечебный и профилактический эффект, предупреждая отложения кальция в клетках кожи, что в сочетании с профилактическим действием питательной основы крема позволило предположить усиление омолаживающего влияния косметических средств. В этой связи данная часть работы посвящена экспериментально-клиническому изучению биологической активности кремов, производимых Институтом фармацевтических реактивов «РЕФАРМ».В эксперименте было проведено:
Были получены следующие результаты:
Изучение влияния кремов на влагоудерживающую способность кожи проводилось с помощью прибора «Влагомер», Россия. Через 20 минут после первой аппликации крема содержание влаги в коже повысилось в среднем на 67,3% по сравнению с исходным уровнем, через 2 часа этот показатель составил 51,5%, через 4 часа – 36,6%, после курсового применения на 15,6%.
Полученные данные свидетельствовали о положительном влиянии крема на водно-электролитный обмен в коже и выраженном гидратантном эффекте препарата.
При исследовании влияния кремов на эластические свойства кожи было констатировано, что показатель растяжения в результате курсового применения крема увеличился в среднем на 10.9% по сравнению с исходным.
При изучении профиля кожи (ширины и глубины морщин) с помощью прибора Теstеr Т-2000 было установлено, что в результате 3-х недельного использования крема было отмечено снижение зубца Rt на 5,09%, Rmax – на 6.7%, Rz-d на 6.3 % по сравнению с исходным уровнем, т.е. было констатировано положительное влияние крема на показатели, характеризующие профиль кожи.
На основании анализа рецептуры и результатов проведенных исследований можно сделать заключение о том, что косметические кремы РЕФАРМ, в состав которых входит регулятор кальциевого обмена, являются эффективными косметическими средствами, применение которых оказывает выраженный гидратантный эффект, улучшает эластичность и тонус кожи, разглаживает сеть мелких морщин, улучшает защитную функцию кожи.
Данные косметические средства могут быть рекомендованы для применения в широкой косметологической практике с целью ухода за кожей тела в качестве эффективного средства профилактики и коррекции процессов старения кожи.
7. Литература
(Статья приведена с сокращениями. Полный текст опубликован в журнале: Косметика и медицина, 1999, № 5/6, с.71.)