Регуляция концентрации кальция и фосфора. Кальций и фосфаты в жидкостях организма
Функционально обмен кальция и фосфатов, формирование костей и зубов, регуляция продукции витамина D, паратгормона и кальцитонина глубоко взаимосвязаны. Концентрация внеклеточного кальция, например, зависит от соотнесенности процессов реабсорбции кальция из кишечника, экскреции кальция почками, поступления и выведения кальция из костей, которые регулируются упомянутыми гормонами. Гомеостатические показатели кальция и фосфатов тесно связаны, поэтому они обсуждаются в статьях по физиологии на сайте совместно.
а) Обзор регуляции кальция и фосфатов во внеклеточной жидкости и плазме. Концентрация кальция во внеклеточной жидкости в норме поддерживается на строго постоянном уровне, редко повышаясь или снижаясь на несколько процентов относительно нормальных величин, составляющих 9,4 мг/дл, что эквивалентно 2,4 ммоль кальция на литр. Такой строгий контроль очень важен в связи с основной ролью кальция во многих физиологических процессах, включая сокращение скелетных, сердечной и гладких мышц, свертывание крови, передачу нервных импульсов. Возбудимые ткани, в том числе нервная, очень чувствительны к изменениям концентрации кальция, и увеличение концентрации ионов кальция по сравнению с нормой (гипсркальциемия) вызывает нарастающее поражение нервной системы; напротив, снижение концентрации кальция (гипокальциемия) повышает возбудимость нервной системы.
Важная особенность регуляции концентрации внеклеточного кальция: только около 0,1% общего количества кальция организма присутствует во внеклеточной жидкости, около 1 % — находится внутри клеток, а остальное количество хранится в костях, поэтому кости могут рассматриваться в качестве большого хранилища кальция, выделяющего его во внеклеточное пространство, если концентрация кальция там снижается, и, напротив, забирающего избыток кальция на хранение.
Приблизительно 85% фосфатов организма хранится в костях, от 14 до 15% — в клетках, и только менее 1% присутствует во внеклеточной жидкости. Концентрация фосфатов во внеклеточной жидкости не так строго регулируется, как концентрация кальция, хотя они выполняют разнообразные важные функции, контролируя многие процессы совместно с кальцием.
б) Кальций в плазме и интерстициальной жидкости. Кальций в плазме представлен в трех формах (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок ниже):
(1) около 41% (1 ммоль/л) кальция связано с белками плазмы крови; в такой форме он не проходит через стенки капилляров;
(2) около 9% кальция (0,2 ммоль/л), связанных с анионами плазмы и интерстициальной жидкости (например, цитратами и фосфатами), может диффундировать за пределы капилляров; в этом случае кальций не ионизируется;
(3) оставшиеся 50% кальция плазмы могут и диффундировать через мембрану капилляров, и ионизироваться.
Распределение ионизированного кальция (Са2+), способного диффундировать неионизированного кальция, связанного с анионами, и не диффундирующего, связанного с белками, кальция в плазме крови
В плазме и интерстициальном пространстве концентрация ионизированного кальция в норме составляет около 1,2 ммоль/л (или 2,4 мэкв/л, т.к. он — двухвалентный ион), что равняется 1/2 концентрации кальция в плазме. Только в ионизированной форме кальций оказывает влияние на такие важные функции, как деятельность сердца, состояние нервной системы, образование костей.
в) Неорганические фосфаты внеклеточной жидкости. Неорганические фосфаты присутствуют в плазме в основном в двух формах: HPO42- и H2PO4-. Концентрация HPO42- составляет около 1,05 ммоль/л, а концентрация H2PO4- — около 0,26 ммоль/л. Если общее количество фосфатов в плазме возрастает, то увеличивается количество обеих форм ионов фосфата. Если рН внеклеточной жидкости смещается в сторону закисления, это указывает на относительное увеличение Н2РО4 и снижение HPO42-, в то время как противоположные сдвиги представленности этих форм фосфатов во внеклеточной жидкости сопровождаются алкалозом.
В связи с трудностями, возникающими при попытке точного определения количества HPO42- и H2PO4- в крови химическими методами, обычно общее количество фосфатов выражают количеством миллиграммов фосфора на децилитр (100 мл) крови. Общее количество неорганического фосфора, представленное в виде обоих ионов, составляет приблизительно 4 мг/дл (3-4 мг/дл у взрослых и 4-5 мг/дл у детей).