تنظیم کلسیم خون توسط کدام هورمون‌ها انجام می‌شود؟

سه هورمون مهم بدن در تنظیم کلسیم خون نقش مهمی دارند. حفظ غلظت کلسیم خون در محدوده طبیعی در سلامت بدن فرد تاثیرگذار است. کلسیتریول (ویتامین D)، هورمون پاراتیروئید و کلسی تونین از مهمترین هورمونها در تنظیم کلسیم خون هستند. سنتز کلسی تریول در کلیه ها تکمیل می شود. هورمون پاراتیروئید PTH توسط غدد پاراتیروئید و کلسی تونین توسط غدد تیروئید ترشح می شود.

نقش کلسیم در خون و تنظیم کلسیم خون از مهمترین سرفصل های علوم پایه هشتم است. در مقاله فعلی نشریه جهان شیمی فیزیک از نقش کلسیم در خون و تنظیم کلسیم خون اطلاعات کاملی در اختیار دانش آموزان عزیز قرار میدهیم.

تنظیم کلسیم خون

تنظیم کلسیم خون یک فرایند مهمی است. شامل ۴ جزء اصلی زیر است: کلسیم سرم، فسفات سرم، ۱،۲۵-دی هیدروکسی ویتامین D-3 و هورمون پاراتیروئید. بیش از ۹۹ درصد کل کلسیم بدن به شکل نمک های فسفات و هیدروکسید در استخوان ذخیره می شود. عمدتا به صورت هیدروکسی آپاتیت است. به طور معمول، بخش بسیار کمی از این کلسیم برای تبادل در سرم موجود است.

فیزیولوژی کلسیم و تنظیم کلسیم خون

تنظیم کلسیم خون در پستانداران ۱۰ میلی گرم در دسی لیتر است. با برخی از تغییرات به دلیل انواع گونه ها (به عنوان مثال، تا ۱۳ میلی گرم در دسی لیتر در اسب و خرگوش طبیعی است)، سن، رژیم غذایی متفاوت است.

کلسیم در پلاسما یا سرم به سه شکل یا بخش وجود دارد:

۱) کلسیم متصل به پروتئین تقریبا یک سوم کل غلظت کلسیم سرم را تشکیل می دهد. کلسیم متصل به پروتئین نمی تواند از طریق غشاها پخش شود و بنابراین توسط بافت ها قابل استفاده نیست.

۲) کلسیم یونیزه یا آزاد فرم فیزیولوژیکی فعال است.۵۰ تا ۶۰ درصد کل کلسیم را تشکیل می دهد.

۳) کلسیم پیچیده یا کلات شده به فسفات، بی کربنات، سولفات، سیترات و لاکتات متصل شده و ۱۰ درصد کل غلظت کلسیم را تشکیل می دهد.

نقش هورمون در تنظیم کلسیم خون

یون کلسیم یک جزء اساسی ساختاری اسکلت است. در انقباض ماهیچه ها، انعقاد خون، فعالیت آنزیم ها، تحریک پذیری عصبی، پیام رسان های ثانویه، ترشح هورمون ها و نفوذپذیری غشا نقش اساسی دارد. کنترل دقیق یون کلسیم در مایعات خارج سلولی برای سلامتی بسیار مهم است. سه هورمون اصلی کلسیتریول (ویتامین D)، هورمون پاراتیروئید و کلسی تونین با تغییر در دریافت و دفع کلسیم، برای حفظ غلظت ثابت کلسیم با یکدیگر همکاری دارند. هورمون های دیگر مانند کورتیکواستروئیدهای آدرنال، استروژن ها، تیروکسین، سوماتوتروپین و گلوکاگون نیز ممکن است به حفظ هموستاز کلسیم کمک کنند.

هورمون پاراتیروئید

هورمون پاراتیروئیدPTH ، که توسط غدد پاراتیروئید ترشح می شود. مسئول تنظیم سطح کلسیم خون است. هرگاه سطح کلسیم خون پایین باشد آزاد می شود.

پاراتیروئیدPTH  سطح کلسیم خون را با تحریک استئوکلاست ها افزایش می دهد. استخوان ها را تجزیه کرده و کلسیم را در جریان خون آزاد می کند.

پاراتیروئیدPTH  با افزایش مقدار کلسیم جذب شده توسط کلیه ها قبل از اینکه بتواند از طریق ادرار دفع شود.

پاراتیروئیدPTH  با تحریک تشکیل کلسیتریول باعث افزایش جذب کلسیم از طریق روده می شود.

هورمون پاراتیروئید سنتز شده و در سلولهای اصلی غدد پاراتیروئید ذخیره می شود. سنتز توسط یک مکانیسم بازخورد شامل سطح کلسیم خون (و به میزان کمتر، منیزیم) تنظیم می شود. علاوه بر این، آمین های بیولوژیکی، پپتیدها، استروئیدها و چندین گروه از داروها می توانند بر ترشح هورمون پاراتیروئید تاثیر بگذارند.

عملکرد اصلی هورمون پاراتیروئید کنترل غلظت کلسیم در مایع خارج سلولی است. با تاثیر بر میزان انتقال کلسیم به داخل و خارج استخوان، جذب در کلیه ها و جذب از دستگاه گوارش انجام می دهد. سریعترین تاثیر بر روی کلیه ها است که باعث جذب مجدد کلسیم و دفع فسفر می شود. اصلی ترین تاثیر اولیه بر استخوان، انتقال کلسیم از استخوان به مایع خارج سلولی است. هورمون پاراتیروئید به طور مستقیم بر جذب کلسیم از روده تاثیر نمی گذارد. اثر آن به طور غیر مستقیم با تنظیم سنتز متابولیت فعال ویتامین D انجام می شود.

ویتامین دی (ویتامین D)

دومین هورمون اصلی است که در تنظیم متابولیسم کلسیم و بازسازی اسکلت نقش دارد. ویتامین D شامل کلکالسیفرول (ویتامین  D3با منشا حیوانی) و ارگوکلسیفیرول یا ویتامین  D2با منشا گیاهی است.

ویتامین D از دیرباز جزء ضروری رژیم غذایی محسوب می شده است. اما در چندین گونه از جمله گوسفند، گاو، اسب، خوک و انسان ویتامین D در پوست از طریق متابولیت کلسترول (۷-دهیدروکلسترول) پس از قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش ایجاد شود. سگ ها و گربه ها نمی توانند ویتامین D3 را به میزان کافی در پوست سنتز کنند و عمدتا برای دریافت این ویتامین به رژیم غذایی وابسته هستند.

عملکرد ویتامین دی (ویتامین D)

ویتامین D قبل از اینکه بتواند از نظر فیزیولوژیکی عمل کند. باید از نظر متابولیکی فعال شود. عملکردهای بیولوژیکی ویتامین D به هیدروکسیلاسیون در کبد و کلیه بستگی دارد تا ۱،۲۵-دی هیدروکسی فعال بیولوژیکی ایجاد کند. این تبدیل در کلیه مرحله محدود کننده سرعت در متابولیسم ویتامین D است و تا حدی مسئول تاخیر بین تجویز ویتامین D و بیان اثرات بیولوژیکی آن است.

هورمون پاراتیروئید و شرایطی باعث ترشح آن می شود. هیپوفسفاتمی، تشکیل متابولیت فعال ویتامین D را افزایش می دهد. غلظت بالای فسفر در خون اثر معکوس دارد. تحت شرایط خاصی، پرولاکتین، استرادیول، لاکتوژن جفت و احتمالا سوماتوتروپین اثر تقویت کننده مشابهی دارند. به نظر می رسد افزایش ترشح این هورمون ها، به تنهایی یا ترکیبی، در سازگاری کارآمد با کلسیم مورد نیاز در دوران بارداری، شیردهی و رشد مهم است.

کلسی تونین

کلسی تونین یک هورمون پلی پپتیدی ۳۲ آمینو اسیدی است که توسط سلول های پارافولیکولی (سلول هایC) غده تیروئید در پستانداران و توسط بافت فوق شاخه ای در پرندگان و سایر گونه های غیر پستاندار ترشح می شود.

غلظت یون کلسیم در مایعات خارج سلولی محرک اصلی ترشح کلسی تونین توسط سلول های C است. کلسی تونین هورمونی که توسط تیروئید تولید می شود. با مهار استئوکلاست ها، تحریک استئوبلاست ها و افزایش دفع کلسیم در ادرار توسط کلیه ها، در مقابل پاراتیروئید PTH عمل می کند.

در هیپرکلسمی، میزان ترشح کلسی تونین با تخلیه سریع هورمون ذخیره شده از سلول های C به مویرگ های بین فولیکولی افزایش می یابد. هیپرپلازی سلول های C در پاسخ به هایپرکلسمی طولانی مدت رخ می دهد. هنگامی که کلسیم خون کاهش می یابد، محرک ترشح کلسی تونین کاهش می یابد.

ذخیره مقدار زیادی هورمون پیش ساخته در سلولهای C و آزادسازی سریع در پاسخ به افزایش متوسط ​​کلسیم در گردش، احتمالا نقش فیزیولوژیکی کلسی تونین را به عنوان یک هورمون اورژانسی برای محافظت در برابر توسعه هایپرکلسمی نشان می دهد.

عملکرد کلسی تونین

کلسی تونین اثرات خود را از طریق تعامل با سلولهای هدف، عمدتا در استخوان و کلیه، اعمال می کند. عملکرد پاراتیروئید و کلسی تونین بر تحلیل استخوان نقش متضادی دارد. اما در کاهش بازجذب لوله ای فسفر در کلیه هم افزایی دارد.

اثرات هیپوکلسمیک کلسی تونین در درجه اول نتیجه کاهش ورود کلسیم از اسکلت به پلاسما است. در نتیجه مهار موقت تحلیل استخوان با تحریک پاراتیروئید ایجاد می شود.

هیپوفسفاتمی از اثر مستقیم کلسی تونین ایجاد می شود. سرعت حرکت فسفر را از پلاسمای داخل بافت نرم و استخوان افزایش می دهد و تحلیل استخوان تحریک شده توسط پاراتیروئید و عوامل دیگر را مهار می کند.

اگر چه اثرات زیادی در دوزهای دارویی به کلسی تونین نسبت داده شده است. اما ارتباط فیزیولوژیکی آنها مشکوک است.

از نظر فیزیولوژیکی، کلسی تونین در بهترین حالت نقش جزئی در تنظیم غلظت کلسیم خون دارد. غلظت کلسی تونین در گردش خون نه به صورت زیاد (سرطان تیروئید مدولاری) و نه به صورت مزمن پایین (پس از برداشتن غده تیروئید) باعث تغییر در غلظت کلسیم سرم می شود.

سطح کلسیم خون توسط هورمون پاراتیروئید تنظیم می شود. بر روی استخوان ها، کلیه ها و روده ها تاثیر می گذارد و سطح را ثابت نگه می دارد.

کنترل هورمونی در تنظیم کلسیم خون

تنظیم کلسیم خون برای ایجاد انقباضات عضلانی و عصبی که به صورت الکتریکی تحریک می شوند، مهم است.

اگر سطح کلسیم بیش از حد بالا برود، نفوذپذیری غشا نسبت به سدیم کاهش می یابد و غشاها کمتر پاسخ می دهند. اگر سطح کلسیم بیش از حد پایین بیاید، نفوذپذیری غشا نسبت به سدیم افزایش می یابد. ممکن است تشنج یا اسپاسم عضلانی ایجاد شود.

عملکرد غدد پاراتیروئید در تنظیم کلسیم خون

سطح کلسیم خون توسط هورمون پاراتیروئید تنظیم می شود که توسط غدد پاراتیروئید تولید می شود. پاراتیروئید در پاسخ به سطح پایین کلسیم خون آزاد می شود. با هدف قرار دادن اسکلت، کلیه ها و روده، سطح کلسیم را افزایش می دهد. در اسکلت، پاراتیروئید استئوکلاست ها را تحریک می کند. سلول هایی که باعث جذب مجدد استخوان می شوند و کلسیم را از استخوان در خون آزاد می کنند.

پاراتیروئید همچنین استئوبلاست ها را مهار می کند. رسوب کلسیم را در استخوان کاهش می یابد. در روده ها ، پاراتیروئید جذب کلسیم را در رژیم غذایی افزایش می دهد.

در کلیه ها، پاراتیروئید باعث جذب مجدد کلسیم می شود. در حالی که پاراتیروئید به طور مستقیم روی کلیه ها عمل می کند تا جذب مجدد کلسیم را افزایش دهد ، تاثیرات آن بر روده غیر مستقیم است. پاراتیروئید باعث تشکیل کلسیتریول، شکل فعال ویتامین D می شود. بر روی روده ها تاثیر می گذارد و باعث افزایش جذب کلسیم در رژیم غذایی می شود. تولید پاراتیروئید با افزایش سطح کلسیم خون مهار می شود.

توزیع کلسیم و فسفات در بدن

سه منبع اصلی کلسیم در بدن وجود دارد:

کلسیم درون سلولی

اکثریت کلسیم در سلول ها در میتوکندری و شبکه آندوپلاسمی ترشح می شود. غلظت کلسیم آزاد درون سلولی به دلیل آزاد شدن از ذخایر سلولی یا هجوم مایع خارج سلولی، از حدود ۱۰۰ نانومولار تا بیش از ۱ میلی آمپر نوسان می کند. این نوسانات نقش مهمی در نقش کلسیم در سیگنال دهی داخل سلولی، فعال شدن آنزیم ها و انقباضات ماهیچه ای دارد.

کلسیم در خون و مایع خارج سلولی

تقریبا نیمی از کلسیم موجود در خون به پروتئین ها متصل است. غلظت کلسیم یونیزه در این محفظه به طور معمول تقریباً در ۱ میلی مولار یا ۱۰۰۰۰ برابر غلظت پایه کلسیم آزاد در سلولها ثابت است. همچنین، غلظت فسفر در خون مشابه کلسیم است.

کلسیم در استخوان

اکثریت قریب به اتفاق کلسیم بدن در استخوان است. در استخوان، ۹۹٪ کلسیم در فاز معدنی به هم چسبیده است ، اما ۱٪ باقی مانده در آزاد است که می تواند به سرعت با کلسیم خارج سلولی مبادله شود.

همانند کلسیم، اکثر فسفات بدن در فاز معدنی استخوان وجود دارد. بقیه فسفات بدن در انواع ترکیبات معدنی و آلی موجود است که در دو بخش درون سلولی و خارج سلولی توزیع شده است. غلظت طبیعی فسفات در خون بسیار شبیه به کلسیم است.

حفظ غلظت کلسیم و تنظیم کلسیم خون

حفظ غلظت ثابت کلسیم و تنظیم کلسیم خون نیاز به تنظیمات مکرر دارد. به عنوان جریان کلسیم بین خون و سایر بخشهای بدن توصیف میشود. سه اندام در تامین کلسیم خون و حذف آن از خون در صورت لزوم شرکت می کنند:

۱-روده باریک

روده باریک محلی است که کلسیم در رژیم غذایی جذب می شود. نکته مهم این است که جذب موثر کلسیم در روده کوچک به بیان پروتئین متصل کننده کلسیم در سلولهای اپیتلیال بستگی دارد.

۲-استخوان

استخوان به عنوان مخزن کلسیم شناخته شده است. با تحریک جذب خالص مواد معدنی استخوان، کلسیم و فسفات در خون آزاد می شود. سرکوب این اثر باعث می شود که کلسیم در استخوان رسوب کند.

۳-کلیه

کلیه در هموستاز کلسیم بسیار مهم است. در غلظت طبیعی کلسیم خون، تقریبا کلسیم وارد شده به فیلتراسیون گلومرولی مجددا از سیستم لوله ای به خون باز جذب می شود که سطح کلسیم خون را حفظ می کند. اگر جذب مجدد لوله ای کلسیم کاهش یابد، کلسیم با دفع در ادرار از بین می رود.

عدم تعادل هورمون و عدم تنظیم کلسیم خون

در بیماریهای زیر تعادل هورمون ها بهم ریخته است. سبب تغییراتی در تنظیم کلسیم خون شده است.

۱-هیپرپاراتیروئیدیسم

هیپرپاراتیروئیدیسم ناشی از تولید بیش از حد پاراتیروئید است. منجر به حذف مقدار زیادی کلسیم از استخوان ها و وارد گردش خون می شود. ممکن است ضعف ساختاری استخوان ها را ایجاد کند. منجر به تغییر شکل و شکستگی شود، به علاوه اختلال در سیستم عصبی به دلیل سطح بالای کلسیم خون.

در هیپوپاراتیروئیدیسم، تولید ناکافی پاراتیروئید، منجر به سطوح بسیار پایین کلسیم خون می شود. باعث اختلال در عملکرد ماهیچه ها و ممکن است منجر به تتانی یا انقباض شدید پایدار عضلات شود.

۲-هیپوکلسمی

هیپوکلسمی به عنوان سطح تنظیم شده کلسیم تعریف می شود. هیپوکلسمی به غلظت پایین کلسیم خون اشاره دارد. بیمارانی که به طور شدید به هیپوکلسمی مبتلا می شوند در مقایسه با بیمارانی که در مدت زمان طولانی دچار هیپوکلسمی (هیپوکلسمی مزمن) می شوند ، علامت دارتر هستند.

علائم هیپوکلسمی

علائم بالینی این اختلال شامل موارد زیر است:

• افزایش تحریک پذیری عصبی عضلانی
• اسپاسم عضلات، تتانی و اختلال عملکرد قلب می شود.
• بی حسی یا سوزن سوزن شدن دهان
• آریتمی های قلبی (طولانی شدن فاصله QT در نوار قلب)

به دلیل کاهش پتانسیل غشای در حال استراحت است و باعث تحریک بیش از حد سلول می شود.

علل هیپوکلسمی

علل هیپوکلسمی عبارتند از:

• هیپوپاراتیروئیدیسم
• کمبود ویتامین D

۳-هایپرفسفاتمی

فسفات به کلسیم متصل شده و کلسیم فسفات را تشکیل می دهد و کلسیم آزاد را کاهش می دهد.

موارد زیر سبب هایپرفسفاتمی میشود:

• بیماری کلیوی: کاهش سنتز کلسیتریول.
• پانکراتیت حاد: اسیدهای چرب آزاد کلسیم را متصل می کنند. سطح کلسیم آزاد را کاهش می دهند.
• آلکالوز تنفسی: در آلکالوز، یونهای کلسیم با میل آلبومین ارتباط بیشتری دارند. بنابراین کلسیم آزاد و فعال را کاهش می دهند.

۴-هایپرکلسمی

بیماران مبتلا به هایپرکلسمی خفیف معمولا بدون علامت هستند. هایپرکلسمی نشان دهنده غلظت کلسیم خون بیشتر از حد طبیعی است. غلظت طبیعی کلسیم و فسفات در خون و مایع خارج سلولی نزدیک نقطه اشباع است. افزایش می تواند منجر به رسوب پراکنده کلسیم فسفات در بافت ها شود. منجر به اختلال و آسیب گسترده اندام ها می شود.

علائم هایپرکلسمی

علائم هایپرکلسمی شامل موارد زیر است:

• ضعف عضلانی
• آریتمی های قلبی
• یبوست
• سنگ کلیه
• افسردگی

علل هایپرکلسمی

علل هایپرکلسمی عبارتند از:

• هیپرپاراتیروئیدیسم
• تومور بدخیم: برخی از تومورها پپتید مرتبط با هورمون پاراتیروئید ترشح می کنند. PTH را تقلید می کند و منجر به هیپرکلسمی می شود.
• مسمومیت با ویتامینD : ویتامین D اضافی باعث افزایش جذب کلسیم در روده می شود.
• دیورتیک های تیازیدی: جذب مجدد کلسیم توسط کلیه را افزایش می دهد. باعث افزایش کلسیم در خون می شود.

جلوگیری از هایپرکلسمی و هیپوکلسمی تا حد زیادی نتیجه سیستم های کنترلی غدد درون ریز است.

کلام آخر

مقدار کلسیم خون و تنظیم کلسیم خون در محدوده نرمال بسیار مهم است. غلظت بیشتر یا کمتر از محدوده نرمال اغلب منجر به بیماری جدی در فرد می شود.