Kalsiumhomeostasen


posted October 23, 2013 by Lars-Kristian Eriksen

Kalsium (Ca2+) er et kation som er svært viktig. En voksen mann består av ca 1,2 kg Ca2+, hvor vi finner ca. 0,1% i ekstracellulærvæsken, ca. 1% i intracellulærvæsken og ca. 99% som strukturelement i tenner og benvev hvor det er bundet til fosfat. Oppbygging og nedbryting av benvev skjer kontinuerlig og styres av hormenene kalsitonin, vitamin D og parathyorideahormon (PTH). 

Ca2+ som befinner seg i blod og vevsvæske har en rekke viktige fysiologiske oppgaver. Det spiller blant annet en sentral rolle i overføringer av impulser i nervesystemet, det styrer muskelsammentrekninger i skjelettmuskler, hjertemuskulatur og glatt muskulatur, og det er viktig for normal koagulasjon av blodet. Kalsiumblokkere kan derfor være et viktig legemiddel når det gjelder hjerte- og karsykdommer, og vil blant annet kunne senke blodtrykket, hjertets frekvens og slagkraft, og i tillegg gi økt tilførsel av oksygen til hjertet. Ved økende alder er det vanlig at Ca2+ akkumuleres rundt omkring i skadet vev, denne type kalsifisering er som oftest et tegn på vevsskade eller celledød.

I blodet sirkulerer Ca2+ på tre forskjellige måter:

  • Fritt Ca2+ - ca 50%
  • Bundet til plasmaproteiner, særlig albumin – ca 40%
  • Bundet til anioner, f.eks karbonat og sitrat – ca 10%

Bindingen til plasmaproteiner er pH-avhengig og vil øke ved alkalose og avta ved acidose. Så lenge Ca2+ er bundet til transportproteiner kan de ikke diffundere ut av blodårene og utøve sin virkning. Det er derfor kun fritt Ca2+ som har biologisk virkning. Cellemembranen er nesten impermeabel for Ca2+, dette ser man fordi normal konsentrasjon av fritt Ca2+ i plasma er ca 1,2 mmol/l, omtrent 10 000 ganger høyere enn konsentrasjonen av fritt Ca2+ i cytosol. Plasmakonsentrasjonen av fritt Ca2+ er nøye regulert, og avviker normalt med kun 1-2 %. Dette er svært viktig fordi lav ekstracellulær konsentrasjon av Ca2+ gjør at nervecellene og muskelcellene blir lettere å stimulere (mer eksitable). Dersom konsentrasjonen av fritt Ca2+ reduseres med 30 – 35%, vil det kunne oppstå kramper. En økning i konsentrasjon på 25 – 20% vil ha motsatt effekt, noe som gjør det vanskeligere å stimulerer muskel- og nerveceller. Det kan blant annet føre til muskellammelser og respirasjonsvansker, i tillegg til hjertearytmier. 

Organene

Tre organer er sentrale i reguleringen av fritt Ca2+:

  • Tarmkanalen – Normalt absorberes kun 40 – 50 % av matens kalsiuminnhold, noe som til dels skjer ved passiv diffusjon og dels aktiv transport. Den passive transporten varierer med konsentrasjonen av Ca2+ i maten, mens den aktive transporten tilpasses den passive. I tillegg kan den aktive transporten reguleres ut i fra kroppens behov, slik at den ekstracellulære konsentrasjonen av Ca2+ kan reguleres.
  • Nyrene – Her vil Ca2+ filtreres og reabsorberes etter behov. Normalt vil ca 98% av filtrert Ca2+ reabsorberes.
  • Benvev – I benvevet er Ca2+ lagret som kalsiumfosfat. Her skjer det en stadig oppbygging og nedbryting, og ca 5-10% av benvevet vil byttes ut i løpet av ett år. Dette er derfor en stor kilde til Ca2+, og derfor svært viktig i reguleringen av den ekstracellulære konsentrasjonen.  kalsium

Parathyroideakjertelen

Vi har fire kjertler som er plassert på hvert sitt hjørne på baksiden av glandula thyroidea, og veier til sammen ca 150 mg. Disse kjertlene står for produksjonen av PTH, som er et proteinhormon med 84 aminosyrer. Sekresjonen reguleres av fritt Ca2+ via negativ feedback som fungere ved at Ca2+ binder seg til spesielle Ca2+-reseptorer kalt CaR på de PTH-produserende cellene. Disse reseptorene finnes i mange ulike vev, blant annet i skjoldbrusken, biskjoldbruskkjertelen,  i nyrene og i tarmcellene, og registrerer kontinuerlig mengden fritt Ca2+ i ekstracellulærvæsken. En endring på kun 1-2% vil endre sekresjonen av PTH fra parathyroideakjertelen. Synker konsentrasjonen av fritt Ca2+ vil sekresjon av PTH øke. I tillegg har også vitamin D3 negativ feedback på parathyroidea, og en økning av vitamin D3 vil redusere sekresjonen av PTH. PTH virker ved å binde seg til membranreseptorer på målcellene, hvor det så aktiveres adenylsyklase og fører til økt intracelluær cAMP. Det har et plasmahalvliv på ca 20 – 30 minutter, noe som betyr at en gitt mengde vil halveres i løpet av 20-30 min.

PTH har til hensikt å øke mengde Ca2+ i blodet, og gjør dette på fire måter.

  • Frigjør Ca2+ fra benvev ved å først og fremst øke overføringen av løst Ca2+ fra benkrystallenes overflate til ekstracellulærvæsken. På lengre sikt kan PTH også øke nedbryting av benvev ved å stimulere de cellene som er ansvarlig for nedbryting (osteoklaster) og hemme de som er ansvarlig for oppbygging (osteoblaster).
  • Øker reabsorpsjon av Ca2+ i nyrene, noe som vil redusere mengden Ca2+ som skilles ut med urinen.
  • Ved å redusere reabsorpsjon av fosfat fra nyrene. Økt fosfatutskillelse vil senke konsentrasjonen av fosfat i ekstracellulærvæsken, og på den måten skilles ut det fosfatet som ble frigjort fra benvevet sammen med Ca2+ (Ca2+ er bundet til fosfat i benvev). Dette er nødvendig fordi høy konsentrasjon av fosfat i ekstracellulærvæsken hemmer frigjøring av Ca2+ fra benvev.
  • Aktiverer vitamin D3 i nyrene og dermed økt aktiv transport av Ca2+ fra tarm til ekstracellulærvæsken.

PTH utøver ikke alle sine virkninger med en gang, men har en trinnvis funksjon:

  1. Først vil PTH øke reabsorpsjon av Ca2+ fra nyrene, noe som vil skje i løpet av minutter. Dette er en virkningsmekanisme som oftest er nok til å justere mengden fritt Ca2+.
  2. Hvis reabsorpsjon fra nyrene ikke er nok, vil PTH noen timer senere begynne å frigjøre Ca2+ fra benvev.
  3. Hvis de to foregående mekanismene ikke er nok til å øke nivåene av fritt kalsium, vil PTH aktivere vitamin D i nyrene. Dette vil komme igang noen dager etter punkt 1 og 2, og effektene av det kan du lese lenger nede i artikkelen.

Vitamin D (kalsitriol)

Vitamin D er en fellesbetegnelse for en gruppe beslektede steroider (fettløselige) som sirkulerer i blodet bundet til transportproteinet DBP. Kolekalsiferol er det naturlige vitamin D3 hos mennesket, mens ergokalsiferol, vitamin D2, er det naturlige hos planter. Begge former har de samme biologiske virkningne hos mennesket. Kroppens vitamin D3 er enten dannet i huden fra kolesterol, under påvirkning av ultrafiolette stråler fra solen, eller tilført via kosten. Vitamin D3 har ingen biologisk effekt og transporteres fra huden eller tarmen til leveren, her hydroksileres det til kalsidiol (25-OH-D3) av enzymet D3-25-hydroksylase. Kalsidiol er lagerformen av vitamin D3 og lagres i fettvevet fordi det er fettløselig.

Kalsidiol har liten biologisk virkning, og fraktes med blodet til nyrene hvor det er to mulige reaksjonsveier.  Disse to mulige veiene bestemmes av konsentrasjonen av PTH og Ca2+ i plasma, i tilleg har også 1,25-(OH)2-D3 negative feedback-virkning på enzymet 1-Hydroksylase, og regulerer dermed sin egen produksjon.

  1. Høy konsentrasjon av PTH og lav konsentrasjon av Ca2+ i plasma vil føre til at enzymet 1-Hydroksylase hydroksylerer kalsidiol i karbonatom 1, og dermed omdanner kalsidiol til kalsitriol (1,25-dihydroksivitamin D3, 1,25-(OH)2-D3), som er den aktive formen for vitamin D3 og formidler de biologiske virkningene.
  2. Lav konsentrasjon av PTH og høy konsentrasjon av Ca2+ i plasma vil føre til at enzymet 24-Hydroksylase hydroksylerer kalsidiol i karbonatom 24, og omdanner kalsidiol til 24-hydroksikalsidiol. Denne vitamin D metabolitten er lite studert, og ser ut til å være langt mindre aktivt enn 1,25-(OH)2-D3. I dyreforsøk har man kunne påvise at denne metabolitten på en eller annen måte virker sammen med 1,25-(OH)2-D3, og blant annet har museforsøk vist at tilheling av benbrudd går raskere når 24-hydroksikalsidiol er tilstede.

Kalsidiol er derfor som tyroksin (T4) et prohormon som kan aktiveres til kalsitriol eller inaktiveres til 24-hydroksikalsidiol etter behov.

Kalsitriol virker sammen med PTH og øker konsentrasjonen av Ca2+ i ekstracellulærvæsken. Dette skjer ved følgende mekanismer:

  1. Kalsitriol øker den aktive transporten av Ca2+ i fra tarmen.
  2. Reabsorpsjonen av Ca2+ i nyrene øker.
  3. Overføring av kalsium fra skjelett til blod øker.

Kalsitonin

Dette er et peptidhormon som består av 34 aminosyrer og produseres i glandula thyroideas c-celler. C-cellene sitter rundt folliklene, og kalsitonin har motsatt virkning av PTH og vitamin D. Frisettingen skjer når konsentrasjonen av Ca2+ i plasma stiger over en viss grense, og hensikten er å senke denne konsentrasjonen. Kalsitonin har disse virkningene:

  • Hemmer nedbryting av Ca2+ fra skjelettet.
  • Øker opptaket av Ca2+ fra blod til skjelett.
  • Hemmer Ca2+-reabsorpsjon i nyrene.

Andre hormoner

Bortfall av østradiol hos kvinner og testosteron hos menn vil gjøre at nydanningen av benvev reduseres, mens overproduksjon av kortisol og thyroideahormon vil øke nedbrytingene av benvev.

Kilder: 

Erdman jr., J, W. MacDonald. I, A. Zeisel, H (2012) Present knowledge in nutrition (10th edition). Wiley-Blackwell: A John Wiley & sons, Ltd, Publication.

Qybele.no

Sand, O. Sjaastad, Ø, V. Haug, E. (2010). Menneskets fysiologi (1 utgave, 6 opplag). Oslo: Gyldendal Norske Forlag AS

www.friskogfunksjonell.no