В данной статье обсуждаются гормоны, которые регулируют уровень кальция в крови, их механизм действия и эффекты.
Ключевые слова: медицина, кровь, кальций, гормон, рецептор.
This article discusses hormones that regulate the level of calcium in the blood, their mechanism of action and effects.
Keywords: medicine, blood, calcium, hormone, receptor.
Регуляция фосфорно-кальциевого обмена в организме осуществляется с помощью кальцийрегулирующих гормонов: паратиреоидного гормона или паратрогормона (ПТГ), кальцитонина и активного метаболита витамина Д3-кальцитриола. Кальциевые рецепторы экспрессируются во многих тканях организма (околощитовидные железы, почки, С-клетки щитовидной железы, мозг, кишечник, гипофиз, костный мозг, кожа и другие ткани) и являются высокочувствительными к минимальным изменениям содержания кальция во внеклеточной жидкости и крови [5].
В исследовании рассмотрены паратиреоидного гормона или паратрогормон (ПТГ), и кальцитонин и их особенности.
Паратгормон — гиперкальциемический гормон, синтезируется и инкретируется в кровь околощитовидными железами. Что же представляют собой эти железы? Околощитовидные (паращитовидные) железы в количестве 4–5 расположены на задней поверхности щитовидной железы и отделены от неё капсулой. Каждая железа покрыта соединительнотканной капсулой, от которой вглубь отходят прослойки соединительной ткани, формирующие строму железы, в прослойках соединительной ткани многочисленные кровеносные сосуды. Между прослойками соединительной ткани располагаются эпителиальные тяжи, состоящие из эндокриноцитов. Эти клетки имеют округлую форму, слабо базофильную цитоплазму, соединяются друг с другом при помощи десмосом и интердигитаций; в них хорошо развиты гранулярная ЭПС, комплекс Гольджи и митохондрии.
По химической структуре паратгормон представляет собой одноцепочечный полипептид, состоящий из 84 аминокислотных остатков и имеющий молекулярный вес около 9500Д. Последовательность аминокислотных остатков полностью расшифрована для паратгормона крупного рогатого скота и свиньи; в молекуле паратгормона человека установлена последовательность 37 аминокислот N-концевого участка полипептидной цепи. Биосинтез паратгормона начинается с синтеза его предшественника — препропаратгормона (полипептид, состоящий у крупного рогатого скота из 115 аминокислотных остатков) [1, с. 38-40].
В результате действия специфических протеолитических ферментов от N-конца молекулы предшественника паратгормона отщепляется пептид из 25 аминокислот и образуется малоактивный в гормональном отношении продукт — пропаратгормон, который после протеолитического отщепления N-концевого гексапептида превращается в активный паратгормон, инкретируемый в кровь. Основным местом катаболизма паратгормона являются почки и печень; период полужизни активного паратгормона в крови составляет около 18 минут.
Регуляция продукции осуществляется уровнем гормона в крови и содержанием кальция в ней, то есть регулирование идет по принципу обратной связи. Если содержание кальция в крови снижено, то продукция гормона нарастает. Если содержание кальция в крови повышено, то продукция гормона подавляется. Второй сигнал для обратной связи — это содержание самого гормона в крови.
Так как это белково-пептидный гормон, он действует на клетку-мишень через вторичные посредники, а именно через аденилатциклазную мессенджерную систему. Гормон соединяется с рецептором и образуется гормон-рецепторный комплекс, по принципу комплементарности, меняется конформация рецептора. Активируется Gi белок, который состоит из трёх субъединиц — Gs. Альфа-субъединица активирует аденилатциклазу, которая превращает аденозинтрифосфат (АТФ) в циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) — вторичный мессенджер. Молекулы цАМФ могут обратимо соединяться с регуляторными субъединицами протеинкиназы А, которая состоит из 2 регуляторных и 2 каталитических субъединиц.
Присоединение цАМФ к регуляторным субъединицам вызывает диссоциацию комплекса, каталитические субъединицы отделяются и становятся активными. Активная протеинкиназа А с помощью АТФ фосфорилирует специфические белки по серину и треонину, в результате изменяются конформация и активность фосфорилированных белков, а это приводит к изменению скорости и направления регулируемых ими процессов в клетке [1, с. 46].
Физиологические эффекты паратгормона. Для всех кальцийрегулирующих гормонов есть три органа-мишени: костная ткань, почки и кишечник.
Как действует гормон на кость? Из кости кальций вымывается в кровь. Оказывается паратирин меняет энергетику обмена в костной ткани, в результате чего в ней начинают накапливаться цитраты и оксалаты, то есть кислоты цикла Кребса, не окисляемые до конца, и в результате обмена с фосфорнокислым кальцием формируются кальциевые соли этих органических кислот. Соли, которые растворимы в воде. То есть из нерастворимой соли фосфата кальция образуются растворимые соли, и кальций вымывается из кости в кровь. Органические кислоты также сдвигают рН костной ткани [6].
Таким образом, паратирин в костной ткани снижает активность щелочной фосфотазы, фермента, необходимого для синтеза фосфорнокислого кальция. Кроме того, паратирин усиливает деятельность остеокластов — клеток, разрушающих костную ткань. Итак, из костной ткани кальций вымывается в кровь, повышается его уровень в крови.
В почке паратирин по-разному влияет на реабсорбцию кальция в проксимальном и дистальном отделах канальцев. В проксимальных канальцах ослабляется реабсорбция, а в дистальных извитых канальцах — усиливается. Но в итоге реабсорбция кальция из мочи в кровь повышается, то есть больше кальция возвращается в кровь, но одновременно с этим снижается реабсорбция фосфора и избыток фосфора выводится с мочой. Кальций — в кровь, фосфор — в мочу.
И, наконец, в кишечнике гормон действует весьма слабо. Гормон усиливает всасывание кальция в кровь. Все три эффекта на органы-мишени — кость, почку, кишечник — направлены на поступление кальция в кровь. Хотя сам паратирин на всасывание кальция в кишечнике влияет слабо, однако он усиливает действие другого кальцийрегулирующего гормона — кальцитриола, а тот уже повышает всасывание кальция из кишечника. То есть паратирин действует на всасывание кальция опосредованно через кальцитриол [6].
Кальцитонин — гипокальциемический гормон, синтезируется и инкретируется К-клетками щитовидной железы. По химической природе кальцитонин представляет собой пептид с молекулярным весом 3600Д; расшифрована первичная структура кальцитонина свиньи, быка, овцы, лосося, а также человека. Молекулы кальцитонина, различаясь в деталях, имеют общую схему строения — состоят из 32 аминокислотных остатков с полуцистином на N-конце, дисульфидным мостиком (S—S-связью) между 1-м и 7-м аминокислотными остатками и амидом пролина на C-конце [2, С.252–256].
Кальцитонин вырабатывается не только в щитовидной, но и в вилочковой и околощитовидных железах. Опять таки здесь происходит регуляция секреции по принципу обратной связи. Уровень кальция в крови — это основной сигнал, что регулирует секрецию. Если кальция в крови становится много, то К-клетки начинают секретировать больше кальцитонина. Органы-мишени те же — кость, почка и кишечник, при этом эффект гормона на кишечник крайне слабый. Некоторые считают, что вообще этого эффекта нет. Кальцитонин способствует минерализации кости, то есть формированию фосфорнокислого кальция, связыванию с костью и кальция и фосфата. Отсюда из крови кальций и фосфор усиленно уходят в костную ткань [5, с. 260].
В почках кальцитонин снижает реабсорбцию и кальция, и фосфора, в результате чего и кальций, и фосфор уходят из крови в мочу. Мало того, не только кальций, но и магний. То есть кальцитонин вызывает кальцийурез и магнийурез. Задержка всасывания в кишечнике чрезвычайно мала. Вообще роль кальцитонина в регулировании уровня кальция значительно слабее, чем роль паратирина.
Гиперпаратиреоз — повышенное образование паратгормона, возникающее при опухоли паращитовидных желёз. Так как Са2+ усиленно выходит из кости, то наблюдаются самопроизвольные переломы вследствие рассасывания костной ткани. Повышение концентрации Са2+ в крови приводит:
а) к окостенению внутренних органов, обызвествлению ушибов, кровоподтёков;
б) к понижению нервно-мышечной возбудимости, что проявляется как атрофия и слабость мышц, а также депрессией, нарушением памяти и внимания.
Избыток паратгормона резко увеличивает секрецию гастрина, что, в свою очередь, приводит к повышению секреции HCl и пепсина в желудке, поэтому при избытке паратгормона могут развиться язвы желудка [6, с. 234].
Гипопаратиреоз — может наблюдаться после операций на щитовидной железе, когда по ошибке были удалены и паращитовидные железы, либо возникает у детей при инфекциях дыхательных путей. Такое состояние сопровождается снижением концентрации Са2+ в крови, что приводит к повышению нервномышечной возбудимости. У взрослых наблюдаются конвульсии, судороги, что характеризуется как тетания. У детей может возникнуть спазмофилия, т. е. состояние, когда ребенок во время плача внезапно синеет из-за спазма дыхательных мышц. [4, с. 203-207].
Литература:
- Ахполова В. О., Брин В. Б. Обмен кальция и его гормональная регуляция // Журнал фундаментальной медицины и биологии, 2017.- C.38–46.
- Брин В. Б. Кальций-регулирующие гормоны. В кн.: Избранные лекции по современной физиологии. Казань: Арт-Кафе, 2009.- 216–342.
- Вейсман, М. Астма, эндокринные и гинекологические заболевания: лечение без гормонов / М. Вейсман. — М.: Вектор, 2011. — 128 c.
- Верин, В. К. Гормоны и их эффекты / В. К. Верин, В. В. Иванов. — М.: Фолиант, 2011. — 136 c.
- Взаимодействие гормонов с рецепторами. Молекулярные аспекты. — М.: Мир, 1979. — 434 c.
- Дедов И.И, Мельниченко Г.А, Фадеев В. В. Эндокринология: учебник. — М.: Медицина, 2000–630 с.
- Крукович Е. В., и др. Особенности структурно-функционального состояния опорно-двигательного аппарата и кальцийрегулирующих гормонов у здоровых подростков/ Е.В Крукович, Н. Г. Плехова, Д.А., Е. А. Каблуков Корнеева, Л.М.//Матиенко.- Современные проблемы науки и образования. ООО «Издательский дом «Академия естествознания» — 2020. — № 3,С.117–125.
