Кальций выполняет в организме целый ряд важнейших функций, принимая участие в процессах свертывания крови, взаимодействия между клетками, экзо- и эндоцитоза, мышечного сокращения и проведения нервных импульсов. Механизмы регуляции обмена кальция направлены на обеспечение нормального роста, минерализации костной ткани и на поддержание его в крови в очень узких пределах, без чего невозможны многие физиологические функции. Вторая задача обмена кальция оказывается более важной, и нормальный уровень в крови может поддерживаться ценой снижения минерализации костей.
Общий кальций дает представление об ионизированном кальции. Но в некоторых ситуациях это не так. Расхождения чаще всего возникают в условиях гипоальбуминемии, как это имеет место при нефротическом синдроме, болезнях печени, повышенной проницаемости капилляров или экссудативной энтеропатии. Каждый 1 г% альбумина в сыворотке крови связывает примерно 0,8 мг% иона, и низкая концентрация общего иона при значительной гипоальбуминемии — нормальное явление. Для коррекции в условиях гипоальбуминемии используют следующую формулу:
Сак = Са + (0,8 х снижение концентрации альбумина в сравнении с нормой, г%),
где Сак — корригированная концентрация общего кальция, Са — измеренная его концентрация.
Неточность приведенной формулы связана с влиянием ряда факторов на соотношение общего элемента с ионизированным. Глобулин сыворотки крови связывает мало вещества и поэтому слабо влияет на указанное соотношение. Связывание же этого и других ионов (например, фосфата) альбумином зависит от pH сыворотки крови. При алкалозе связывается больший процент, а при ацидозе — меньший, в результате чего концентрация его ионизированной формы увеличивается. Это может иметь клиническое значение при введении бикарбоната для коррекции ацидоза; повышение pH приводит к увеличению количества связанного элемента и снижению процента ионизированного, что может сопровождаться клиническими симптомами.
Обмен кальция в крови регулируется сложной гормональной системой. В острых случаях эта система использует его большие запасы в костях. В хронической же ситуации должно поддерживаться равновесие между всасыванием в ЖКТ и его выведением с мочой. Для обеспечения роста и минерализации костей у детей необходим положительный баланс обмена кальция.
Сохранение и увеличение общего кальция в организме требует его всасывания в ЖКТ, которое происходит в двенадцатиперстной и тощей кишке. Грудное молоко (300 мг/л), детские питательные смеси (примерно 530 мг/л) и коровье молоко (около 1200 мг/л) — прекрасные источники элемента, и дети получают большую часть необходимого им вещества с молоком и другими молочными продуктами. Хотя в диете много кальция некоторая его часть всасывается пассивно, основное его количество, особенно при низком потреблении, поглощается с помощью системы активного транспорта. Витамин D (1,25-дигидроксивитамин D) стимулирует активный транспорт, усиливая продукцию кальцийсвязывающих белков и активируя кальциевый насос. При дефиците активного витамина D всасывание элемента в ЖКТ значительно снижается.
Модификация синтеза витамина D — важный механизм регуляции обмена кальция. Паратгормон, паратиреоидный гормон (ПТГ), секретируемый паращитовидными железами на снижение кальция крови, стимулирует почечную 1а-гидроксилазу, в результате чего образуется больше 1,25-дигидроксивитамина D, усиливается всасывание кальция в кишечнике. Секреция ПТГ опосредуется кальциевыми рецепторами, расположенными в паращитовидных железах.
Если витамин D контролирует обмен кальция в ЖКТ, то экскреция этого катиона контролируется почками. Не связанный с белками кальций сыворотки крови, как ионизированный, так и находящийся в комплексе с анионами, свободно фильтруется в почечных клубочках, поступает в проксимальные канальцы. В канальцах реабсорбируется примерно 99% профильтрованного элемента, причем более 50% — в проксимальных канальцах. Дальнейшая реабсорбция происходит в петле Генле, дистальных канальцах, собирательных трубочках. В проксимальном канальце и петле Генле кальций реабсорбируется вместе с натрием. Это особенность обмена кальция очень важна для клиники. Увеличение внутрисосудистого объема при гиперкальциемии путем введения физиологического раствора снижает реабсорбцию натрия и значительно увеличивает почечную экскрецию кальция. Экскреция возрастает и при угнетении реабсорбции натрия в петле Генле петлевыми диуретиками, например фуросемидом. Гиперкальциурия способствует устранению гиперкальциемии при обмене кальция, но постоянное использование петлевых диуретиков повышает риск нефрокальциноза, образования камней в почках.
Главный регулятор обмена кальция с мочой — ПТГ. Он усиливает реабсорбцию в восходящей части петли Генле и дистальном отделе нефрона. Реабсорбция кальция в дистальном отделе нефрона усиливается под действием 1,25-дигидроксивитамина D. В отсутствие ПТГ экскреция с мочой возрастает. К тому же приводят гормон роста, метаболический ацидоз, тиреоидные гормоны, гиперфосфатемия, глюкагон, осмотический диурез, гиперволемия, петлевые диуретики и длительное голодание. Несмотря на всю важность регуляции почечного обмена кальция, основную роль играет регуляция его всасывания в ЖКТ. При широких колебаниях потребления кальция его экскреция с мочой меняется незначительно.
В острых ситуациях обмен кальция поддерживается изменением его больших запасов в костях. ПТГ увеличивает количество, активность остеокластов, которые растворяют кость и высвобождают кальций. Он повышает активность 1а-гидроксилазы в почках, что ускоряет превращение 25-гидроксивитамина D в 1,25-дигидроксивитамин D. Эта активная форма витамина в свою очередь усиливает мобилизацию кальция костей. Кальцитонин, секретируемый парафолликулярными клетками щитовидной железы при гиперкальциемии, ослабляет действие остеокластов на кость и увеличивает экскрецию иона с мочой.
Для понимания патофизиологии нарушений обмена кальция важно учитывать взаимодополняющие эффекты ПТГ и витамина D. ПТГ усиливает экскрецию с мочой фосфата и бикарбоната. Это компенсирует высвобождение фосфата и оснований, которое происходит в процессе стимулируемой ПТГ резорбции костной ткани. Усиленное выведение фосфата с мочой объясняет гипофосфатемию, часто развивающуюся при гиперпаратиреозе. 1,25-дигидроксивитамин D, синтез которого под действием ПТГ ускоряется, по механизму отрицательной обратной связи тормозит секрецию ПТГ. Гипокальциемия усиливает секрецию ПТГ.