6. Metabolismus vody a minerálních látek

Náplň podkapitoly:

1. Úvod do metabolismus vody a minerálních látek
2. Tělesná voda a její distribuce, osmolarita
3. Regulace objemu extracelulární tekutiny a metabolismus sodíku
4. Metabolismus vybraných iontů – chloridový aniont, draselný kationt a hořečnatý kationt
5. Kalciofosfátový metabolismus

_

Úvod do metabolismus vody a minerálních látek

Vnitřní prostředí můžeme definovat jako složení tekutiny, která omývá buňky. Pro lidské tělo je zcela esenciální, aby dokázalo udržet určitou stálost vnitřního prostředí – jeho konstantní složení. Toto patří mezi vitální funkce stejně jako např. krevní oběh nebo dýchání.

Mezi základní komponenty vnitřního prostředí patří:

1) Stálý objem (izovolumie)

2) Stálá tonicita (izoosmolarita) i stálé iontové složení (izoionie)

3) Stálé pH (izohydrie)

V této kapitole se budeme blíže věnovat prvním dvěma bodům. Problematika udržování stálého pH (izohydrie) je podrobně diskutována v následující podkapitole.

_

Tělesná voda a její distribuce, osmolarita

Tělesné tekutiny

Veškerá voda v lidském těle se označuje jako celková tělesná voda (CTV). U dospělých tvoří 55-60 % hmotnosti těla. Ženy přitom mají ve svém těle méně CTV než muži, protože mají vyšší podíl tuku v těle (stejné pravidlo platí i pro lidi s nadváhou či obezitou). Malé děti a těhotné ženy mají zvýšený podíl CTV, naopak ve stáří se podíl vody na hmotnosti těla snižuje (s nadsázkou tedy můžeme říci, že jak stárneme, tak naše těla postupně vysychají).

Celková tělesná voda se dělí do dvou základních skupin – na intracelulární a extracelulární tekutinu.

Intracelulární tekutina (ICT) tvoří u dospělé osoby 2/3 CTV, extracelulární tekutina (ECT) představuje zbylou 1/3 CTV. U novorozenců je ale toto rozdělení prohozené – ICT činí 1/3 CTV, ECT 2/3 CTV.

Extracelulární tekutina se dále dělí na tekutinu uloženou v céváchintravazální tekutina (IVT, plazma + lymfa), která představuje 1/4 ECT, a na intersticiální tekutinu (tkáňový mok), jež tvoří 3/4 ECT.

Někdy jsou výše uvedené údaje vyjádřeny v procentech tělesné hmotnosti (% t. h.):

CTV (60 % t. h.) = ICT (40 % t. h.) + ECT (20 % t. h.)

ECT (20 % t. h.) = IST (15 % t. h.) +  IVT (5 % t. h.)

Zvláštní postavení má tekutina v tzv. třetím prostoru, neboli tekutina obsažená v preformovaných dutinách. Mezi ni například patří:

1) Liquor

2) Tekutina vylučovaná do GIT (trávicí šťávy, …)

3) Synoviální tekutina

4) Tekutina v pleurální, perikardové a peritoneální dutině

Zákony distribuce vody a osmolarita

Voda se v lidském těle pohybuje osmózou (většina tělesných bariér je semipermeabilních). O obsahu vody v jednotlivých tělesných kompartmentech rozhoduje obsah osmoticky aktivních částic osmolarita. Pokud kdekoliv v těle dojde k vychýlení osmolarity, vyvolá se tím přesun molekul vody přes semipermeabilní membrány vedoucí k vyrovnání této výchylky.

Níže jsou zachyceny tři hlavní tělesné kompartmenty a pohyb jednotlivých látek přes jejich hranice.

Kapitola 07 - 06-01

Osmolarita plazmy

Osmolarita je definována jako počet osmoticky aktivních částic v litru – [mosm/l] = [mmol/l]. Za fyziologické rozmezí považujeme 280-295 mmol/l, přičemž se na ní převážně podílejí nízkomolekulární látky ionty, živiny a metabolity. Z tohoto vyplývá, že přibližnou představu o hodnotě osmolarity získáme prostým součtem plazmatických koncentrací rutinně měřených látek – dostaneme tzv. vypočtenou osmolaritu:

Vypočtená osmolarita = 2 [Na+] + [glukóza] + [urea]

Vzájemným porovnáním hodnot změřené a vypočtené osmolarity získáme tzv. osmotic gap (OG, osmotická mezera/okno):

Osmotic gap = změřená osmolarita – vypočtená osmolarita

OG je fyziologicky tvořen všemi látkami, se kterými nepočítáme při kalkulaci vypočtené osmolarity – jeho normální rozmezí činí 4-12 mmol.

U mnoha patologických stavů nalézáme zvýšení OG nad fyziologické hodnoty. Toto může být obecně podmíněno dvěma příčinami:

1) Akumulací látek tělu cizích – typicky během otrav (např. ethanol, methanol, ethylenglykol)

2) Akumulací látek, které se v těle sice běžně vyskytují, ale jejichž metabolismus je alterován – např. excesivní katabolismus doprovázející diabetes mellitus typ 1 (nadprodukce ketolátek atd.)

Regulace osmolarity

Kolísání tělesné osmolarity je normálně velmi malé – pouze ± 1-2 %. Osmolarita tělesných tekutin je regulována pomocí obsahu volné vody v těle. Hlavními regulačními mechanismy jsou jednoduchá zpětná vazba prostřednictvím antidiuretického hormonu (ADH, vasopresin) a vyvolání pocitu žízně.

V laterálním hypotalamu se nachází oblast, kterou nazýváme centrum žízně. Neurony v této struktuře jsou schopny monitorovat osmolaritu okolní tekutiny. Pokud se nachází v hyperosmotickém prostředí, dojde ke smrštění těchto buněk (difuze vody z intracelulárního prostoru do hyperosmotického extracelulárního prostoru), což vede ke změně jejich aktivity a v konečném důsledku k vyvolání silného pocitu žízně.

V area supraoptica se nacházejí podobné neurony s osmocepční schopností. Ty v hyperosmotické tekutině zvyšují svou aktivitu a prostřednictvím projekcí procházejících přes infundibulum do neurohypofýzy (zadní lalok hypofýzy) uvolňují z axonů do přilehlých kapilár antidiuretický hormon (ADH neboli vazopresin). ADH se následně cirkulací dostává do ledvin, kde se váže na své receptory na membráně buněk distálních tubulů a sběrných kanálků ledvin. ADH způsobuje zvýšení permeability těchto buněk pro vodu, čímž vyvolává tzv. fakultativní resorpci vody a tvorbu více koncentrované moče. Zmíněné buňky nesou v membráně V2 receptory pro ADH, po jehož vazbě dochází k aktivaci adenylátcyklázy – tvorba cAMP – inkorporace aquaporinů-2 (kanály pro vodu) do apikální membrány buněk. Aquaporiny umožní průchod vody dle osmotického gradientu z lumen nefronu do hyperosmolárního prostředí dřeně ledvin, odkud je voda odváděna krevními cévami. Výsledkem je nárůst osmolarity moče (je z ní odebírána voda, ale rozpuštěné látky ne) a pokles tělesné osmolarity (pro zadržování volné vody v těle). ADH současně zvyšuje permeabilitu buněk sběracích kanálků pro ureu skrze zvýšení exprese přenašečů pro ureu (např. UT-A), které usnadňují reabsorpci močoviny do intersticia dřeně. Toto dále posiluje vstřebávání vody.

Antidiuretický hormon vykazuje v těle i jiné účinky, kterými se na tomto místě ale nebudeme zabývat – jsou probrány v jiných kapitolách.

Kromě výše popsané endokrinní regulace vede vzestup tělesné osmolatity i k ovlivnění chování jedince vyvoláním pocitu žízně → hledání tekutin a pití.

Poruchy sekrece antidiuretického hormonu

Při nedostatečném účinku ADH (nedostatečná sekrece hormonu či chybění jeho receptorů) se objeví nadměrná diuréza (polyúrie – až 30 litrů za den) a nadměrná žízeň (polydipsie). Tomuto onemocnění se říká diabetes insipidus (úplavice močová, žíznivka).

Opačným stavem je syndrom nepřiměřené sekrece ADHSIADH (syndrome of inappropriate ADH secretion, Schwartzův-Bartterův syndrom), kdy dochází k nadměrné sekreci ADH, která neodráží aktuální stav osmolality. Dochází k retenci vody, hypoosmolaritě a diluční hyponatrémii (relativní nedostatek Na+ – normální množství Na+ je rozpuštěno ve větším množství vody). V těžších stavech se vyvine až postižení mozku v důsledku jeho edému. Příčinou jsou některé nitrolební patologické procesy či nádory ektopicky produkující ADH.

Klinický význam osmolarity plazmy

V klinické praxi se na mnoha místech setkáváme s problematikou osmolarity. Například při každém podání infúze musí lékař brát v potaz, že podávaná infuze má určitou osmolaritu a zda její podání nemůže pacienta poškodit. Vždy tedy musíme respektovat tonicitu infundovaných roztoků. Podle srovnání osmolarity podávaných roztoků s osmolaritou plazmy rozlišujeme následující roztoky:

1) Izotonické roztoky

Izotonické roztoky mají podobnou osmolaritu jako plazma. V praxi se s nimi setkáte nejčastěji. Patří mezi ně například:

a) Fyziologický roztok (FR) – 0,9% NaCl, 154 mmol/l Na+ a Cl

b) 5% glukóza – po zmetabolizování glukózy zůstane volná voda – de facto hypotonický roztok

c) Ringerův a Hartmanův roztokiontové složení podobné plazmě

2) Hypotonické roztoky

Excesivní podání hypotonických roztoků může vyvolat hemolýzu (rozpad červených krvinek či edém mozku). Příklady hypotonických roztoků: FR 1/2, R 2/3, H 2/3

3) Hypertonické roztoky

Hypertonické roztoky mohou dráždit stěnu cév či vést opět k poškození CNS. Příklady hypertonických roztoků: G 10%, G 20%, G 40%, NaCl 10%.

Kapitola 07 - 06-03

Změny osmolarity ohrožují zejména mozek. Rychlý pokles osmolarity ECT může vyústit v edém mozku. Rychlý vzestup osmolarity ECT může naopak vést k tzv. pontinní demyelinizaci.

_

Regulace objemu extracelulární tekutiny a metabolismus sodíku

Objem cirkulující tekutiny je zásadní pro udržení krevního tlaku. Hemodynamické parametry naopak pomáhají regulovat obsah Na+ v těle.

Sodný kationt – Na +

Sodný kationt je hlavní kationt extracelulární tekutiny. Jeho koncentrace v ECT činí 135-145 mmol/l, v intracelulární tekutině je mnohem nižší – kolem 10 mmol/l. Spolu s Cl zodpovídá za 80 % osmolarity ECT – ze všech iontů na sebe váže nejvíce vody (retence Na+ proto způsobuje i retenci vody). Obsah Na+ tedy rozhoduje o obsahu vody v ECT, a tedy i v IVT. Objem IVT je rozhodující pro regulaci krevního tlaku i srdečního výdeje.

Na+ přijímáme v potravě hlavně ve formě soli. Doporučená denní dávka činí přibližně 2,4 g (70 mmol), což odpovídá 6 g NaCl. Reálně je ale příjem ve vyspělých zemích o mnoho vyšší, tím se ovšem zvyšuje riziko rozvoje hypertenze. Na+ je vylučován převážně ledvinami (U-Na = 50-200 mmol/l) a potem (pot je hypotonická tekutina). Ledviny mají přitom vysokou schopnost vylučovat Na+ – k retenci Na+ dochází až při výrazném poklesu glomerulární filtrace.

Regulace obsahu Na+ v těle

Obsah Na+ v těle kontrolují dva hlavní systémy – systém renin – angiotenzin – aldosteron a systém natriuretických peptidů.

Regulace pomocí systému renin – angiotenzin – aldosteron (RAAS)

Ledviny významně ovlivňují metabolismus vody a minerálních látek. To nejen skrze v nich probíhající procesy tvorby moči, ale i prostřednictvím sekrece některých látek. Jednou z nich je protein renin, který se tvoří v odpovědi na snížení krevního zásobení ledvin (kupř. pro pokles objemu ECT). Registrace tohoto stavu i následná sekrece reninu je lokalizována do buněk juxtaglomerulárního aparátu ledvin. Po uvolnění do plazmy katalyzuje renin přeměnu plazmatické bílkoviny angiotenzinogenu na angiotenzin I. Ten je následně převeden na potentnější angiotenzin II činností angiotenzin konvertujícího enzymu (ACE). Angiotenzin II vykazuje jednak silné vazokonstrikční účinky, jednak stimuluje tvorbu aldosteronu v kůře nadledvin. Pro ledvinou cirkulaci je významné, že angiotenzin II vykazuje silnější působení na vas efferens (oproti vas afferens), čímž vede k nárůstu filtračního tlaku v glomerulech. Tvorba aldosteronu je také stimulována zvýšením kalemie.

renin-angiotenzin-aldosteron-01

RAAS-animace

Aldosteron (mineralokortikoidy) vykazuje tyto hlavní účinky:

1) Posiluje zpětné vstřebávání Na+ v distálním tubulu ledvin, společně s ním se do organismu resorbuje i vodaroste objem extracelulární tekutiny

2) Následkem bodu 1) je i zvýšení krevního tlaku

3) Zvyšuje exkreci K+ a H+ v distálním tubulu ledvin

Regulace pomocí systému natriuretických peptidů

V současnosti známe několik natriuretických peptidů. Za hlavní považujeme dva – ANP (atriální natriuretický peptid) a BNP (mozkový natriuretický peptid, brain natriuretic peptide). Oba dva mají významný vazodilatační účinek, zvyšují natriurézu (v distálních tubulech inhibují zpětnou resorpci Na+ – zvýšení ztrát Na+ močí) a diurézu a snižují aktivitu sympatiku. Poměrně netypické je, že oba jsou secernovány buňkami srdce – srdce je tedy endokrinní orgán.

ANP je secernován kardiomyocyty srdečních síní, stimulem pro jeho sekreci je zvýšené napětí ve stěně srdečních síní (např. při zvýšení žilního návratu – způsobí roztažení síní). BNP byl poprvé popsán v prasečím mozku (důvod názvu). U člověka je nicméně secernován především kardiomycyty srdečních komor – signálem je zvýšené napětí ve stěně komor nebo dilatace komor. Natriuretické peptidy tedy zprostředkovávají reakci organismu na přebytek Na+ a zvýšený objem krve – k jejich výrazné sekreci kardiomyocyty dochází při přetížení srdce.

Klinická korelace:

V klinické praxi se stanovují hladiny natriuretických peptidů, převážně N-terminálního fragmentu proBNP (NT-proBNP), k vyloučení srdečního selhání u náhle dušné osoby a pro určení prognózy pacienta se srdečním selháním.

Zásoby Na+ v těle posoudíme klinickým vyšetřením. Snížený objem ECT signalizují suché sliznice, ortostatická hypotenze, tachykardie (event. až šok). Zvýšený objem ECT naopak signalizují otoky a chrůpky na plících. Pro posouzení zásob Na+ v těle je laboratorní vyšetření (S-Na+) až druhotné.

Ztráty Na+ mohou nastat několika cestami – močí, skrze GIT či při silném pocení. Ke ztrátám močí vede například podání diuretik, osmotická diuréza (při DM strhává glukóza vodu) či nedostatečná produkce aldosteronu. Ztráty skrze GIT nastávají při průjmech či zvracení.

_

Metabolismus ostatních iontů

Chloridový aniont – Cl

Chloridový aniont je hlavní aniont extracelulární tekutiny. Jeho koncentrace v ECT činí 97-108 mmol/l, v intracelulární tekutině je mnohem nižší – 3-10 mmol/l. Chloridy přijímáme v potravě hlavně ve formě soli, kde doprovází ionty sodíku. Jaké jsou funkce chloridových iontů?

Společně s Na+ zodpovídají za většinu osmolarity ECT. Dále můžeme jmenovat produkci kyselé žaludeční šťávy probíhající v parietálních buňkách žaludeční sliznice, či tvorbu reaktivních chlornanů pomocí enzymu myeloperoxidázy, jež probíhá v buňkách našeho imunitního systému.

tvorba reaktivnich forem kyslku-01

O významu chloridů v udržování acidobazické rovnováhy (chloridy jsou anionty odvozené od silné kyseliny) pojednává příslušná podkapitola.

Hypochloridemie se rozvíjí například během zvracení, odsávání žaludeční šťávy či při silném pocení.

Draselný kationt – K+

Spolu s hořečnatým kationtem patří K+ mezi hlavní intracelulární kationty. Přibližně 98 % draselného kationtu se nachází intracelulárně – koncentrace ~ 155 mmol/l, jen asi 2 % je lokalizováno extracelulárně – koncentrace 3,8-5,2 mmol/l. Z tohoto rozdělení je patrné, že o stavu jeho zásob v těle nás plazmatická hladina informuje jen velmi omezeně. Změna S-K+ nastane až při změně obsahu K+ v těle kolem 100 mmol.

Denně přijímáme přibližně 100 mmol K+, hlavním zdrojem je rostlinná strava (ovoce a zelenina). Ztráty K+ probíhají především močí – U-K+ = ~ 45 mmol/l a stolicí – 12-18 mmol/den. Ledviny modifikují exkreci K+ v odpovědi na působení regulačních hormonů – mineralokortikoidů (hl. aldosteronu). Ty účinkují převážně v distálním tubulu, kde vyvolávají resorpci Na+ a sekreci K+. Z porovnání sérových koncentrací a koncentrací v moči je patrné, že ledvina mohutně zadržuje Na+ a naopak vylučuje K+: S-Na+ = 140 mmol/l, S-K+ = 4 mmol/l, U-Na+ = 110 mmol/l a U-K+ = 45 mmol/l → v séru je poměr Na+/K+ 32:1, v moči 2-3:1.

Ovlivnění distribuce K+ mezi intracelulární a extracelulární tekutinou

Intra- a extracelulární distribuci K+ ovlivňuje například:

1) Funkce Na+/K+-ATPázy

2) pH

3) Buněčný katabolismus a anabolismus

4) Inzulin a glukóza

1) Funkce Na+/K+-ATPázy

Na+/K+-ATPáza funguje jako antiport a za spotřeby ATP přenáší 3 kationty Na+ směrem ven z buňky, výměnou za 2 kationty K+ směřující dovnitř buňky (podrobnější informace viz Kapitola 2). Při nedostatečné tvorbě energie v buňkách dochází ke zpomalení přečerpávání iontů pomocí Na+/K+-ATPázy – K+ zůstává v ECT a jeho zdejší hladina roste, koncentrace v ICT naopak klesá.

2) pH

Během acidózy fungují buňky jako obří pufr” – přijímají H+. Protože ale přijaly kationt, musí nějaký jiný kationt zase vypustit do ECT – z buněk odchází K+ a jeho EC koncentrace roste. Celý proces se otočí při alkalóze. Další informace viz podkapitola pojednávající o acidobazické rovnováze.

3) Buněčný katabolismus a anabolismus

Během katabolismu dochází ke štěpení intracelulárních bílkovin, na nichž jsou fyziologicky navázané draselné kationty. Ty po uvolnění z vazby unikají do extracelulárního prostoru a jejich zdejší koncentrace roste. V anabolických podmínkách se proces obrátí – riziko rozvoje hypokalemie se všemi jejími negativními důsledky.

4) Inzulin a glukóza

Inzulinem podmíněný vstup glukózy do buněk je doprovázen i přechodem K+ do buněk. Tohoto se často využívá v akutní terapii hyperkalemie, kdy se podá infúze glukózy společně s inzulinem.

Shrnutí regulace K+ v těle

1) Regulace distribuce K+ mezi ECT a ICT – zodpovídá za akutní změny S-K+:

a) Energetický stav buněk, Na+/K+-ATPáza

b) pH: alkalóza snižuje S-K+, acidóza naopak

2) Regulace exkrece K+ v distálním tubulu ledvin mineralokortikoidy (aldosteron) zvyšují zdejší exkreci K+

Význam draselného kationtu

Sodné a draselné kationty spolurozhodují o membránovém potenciálu a o procesech s ním spojených (depolarizace a repolarizace). Na+ fyziologicky převládá v ECT a K+ naopak v ICT. Toto uspořádání je zcela esenciální pro správné fungování našich buněk, a to převážně buněk vzrušivých tkání (např. neurony a svalové buňky). K jeho udržování slouží aktivní transport pomocí Na+/K+-ATPázy.

AP

Změny kalemie – hyperkalemie a hypokalemie
Hyperkalemie

Hyperkalemie, neboli zvýšená hladina plazmatického K+, může mít tyto příčiny:

1) Nedostatečné vylučování K+ ledvinami při jejich selhání

2) Defekt produkce aldosteronu kůrou nadledvin (Addisonova choroba)

Mezi příznaky hyperkalemie patří svalová slabost, abnormální nález na EKGzástava srdce. Hodnoty K+ nad 7,0 mmol/l jsou indikací k provedení hemodialýzy.

kalemie

Hypokalemie

Hypokalemie, neboli snížená hladina plazmatického K+, může mít tyto příčiny:

1) Nežádoucí efekt podávání diuretik (furosemid) či glukokortikoidů (vysoké dávky vykazují mineralokortikoidní účinky)

2) Hyperaldosteronismus

3) Ztráty tekutin skrze GITprůjmy

Mezi příznaky hyperkalemie patří opět svalová slabost (až zástava střevní pasáže – paralytický ileus) a patologické nálezy na EKG (arytmie).

Jak se změny kalemie odrazí na EKG?

Pro hyperkalemii je typický nález zkrácení repolarizace, zkrácení QT a úzké hrotnaté T. Pro hypokalemii naopak prodloužení repolarizace, prodloužené QT a ploché T.

Kapitola 07 - 06-05

Hořečnatý kationt – Mg2+

Hořečnatý kationt je po K+ druhým hlavním intracelulárním kationtem. Koncentrace v extracelulární tekutině činí 0,7-1 mmol/l.

Hořečnatý kationt vykazuje v těle tyto funkce:

1) Kofaktor přibližně 300 enzymů

2) Strukturní funkce v kostech (2/3 Mg v těle)

3) Snižuje nervosvalovou dráždivost

Denně přijímáme potravou řádově jednotky mmol Mg2+ (luštěniny, zrno, zelenina, mléko). Exkrece probíhá převážně močí.

Hypomagnesemie se projevuje svalovou slabostí, křečemi, poruchami GIT a nespecifickými změnami EKG. Je častá u alkoholiků.

V léčbě některých onemocnění, například preeklampsie a jiných křečových stavů, se používá terapeutické navození hypermagnesemieiatrogenní hypermagnesemie (infúze 20% MgSO4 ).

_

Kalciofosfátový metabolismus

Vápenatý kationt – Ca2+

Vápník tvoří kolem 1,5 % celkové tělesné hmotnosti. Hladina vápenatého kationtu v extracelulárním prostředí (2,25-2,75 mmol/l), je o čtyři řády vyšší než jeho intracelulární koncentrace. 99 % Ca2+ se vyskytuje v kostech ve formě hydroxyapatitu (strukturní funkce). V plazmě můžeme rozlišit dvě základní frakce Ca2+vázanou a volnou – blíže viz Kapitola 5. Mezi jeho množstvím v kostní tkáni a plazmatickou koncentrací existuje dynamická rovnováha.

Význam Ca2+

Kromě své strukturní funkce v kostech a zubech vykazuje vápník v našem těle mnoho dalších významných rolí: stabilizace membrán vzrušivých tkání (proto při jeho poklesu dochází ke křečím), umožnění svalové kontrakce a hemokoagulace krevního srážení (je aktivátorem vitamin K-dependentních koagulačních faktorů – f. II, VII, IX, X, protein C a S, sám Ca2+ je faktor IV) či laktace.

Intracelulární Ca2+

Ca2+ vykazuje nejvýraznější koncentrační gradient mezi extracelulární a intracelulární tekutinou (rozdíl koncentrací je až 104). V cytosolu je fyziologicky velmi nízká koncentrace Ca2+10-7-10-8 mol/l, která narůstá po otevření kalciových kanálů. Vypumpuvání  vápníku zajišťuje jednak sekundárně aktivní transport Ca2+ za 3 Na+, jednak aktivní transport Ca2+-ATPázou.

Ca2+ působí v buňce jako second messenger, některé jeho účinky jsou zprostředkovány kalmodulinem (hlavní intracelulární bílkovina vázající Ca2+).

kalmodulin-animace

Nárůst jeho koncentrace v buňce například vyvolá vylití synaptických vezikul či moduluje buněčný energetický metabolismus (aktivace rozkladu glykogenu). Ca2+ je esenciální pro svalovou kontrakci. Intracelulární Ca2+ může ale současně vykazovat i nežádoucí účinky, které mohou ve výsledku vést až ke smrti dané buňky a případně i celého organismu.

Resorpce a exkrece vápenatého kationtu

Doporučená denní dávka vápníku činí pro dospělou osobu přibližně 1 g, hlavními zdroji jsou mléko, mléčné výrobky a vejce. Jeho resorpce z GIT se fyziologicky pohybuje kolem 25-40 %, jejími hlavními místy jsou duodenum a jejunum. Na apikální membráně enterocytů se nachází specifická transportní bílkovina calbindin, na bazolaterální straně je vápník aktivně transportován proti koncentračnímu gradientu do ECT.

Exkrece vápníku probíhá močí a stolicí. Do primární moči neprochází Ca2+ vázaný na plazmatické bílkoviny. V proximálním tubulu a vzestupné části Henleovy kličky dochází k jeho zpětné resorpci.

Regulace obsahu Ca2+ a fosfátů v těle

V lidském těle hrají klíčovou roli v regulaci obsahu Ca2+ a fosfátů tři hormony – parathormon, kalcitriol a kalcitonin.

Kapitola 07 - 06-07

1,25-dihydroxycholekalciferol – kalcitriol (derivát vitaminu D)

Vitamin D, zejména ve formě vitaminu D3, je do těla přijímán v potravě, ale organismus ho dokáže také sám syntetizovat z jeho provitaminu 7-dehydrocholesterolu. Ten je lokalizovaný v buňkách epidermis a fotolýzou UV zářením se z něho tvoří vitamin D3. V játrech je nasyntetizovaný i potravou přijatý vitamin D3 hydroxylován na poloze 25 a vzniká 25-hydroxycholekalciferol. Ten může být podle potřeby organismu dále hydroxylován na poloze 1 (výsledkem je účinný 1,25-dihydroxycholekalciferol, neboli kalcitriol) nebo na poloze 24 (za vzniku neúčinného metabolitu). Enzymy katalyzující 1-hydroxylaci jsou přítomné v ledvinách, kostech a placentě.

Kalcitriol stimuluje v tenkém střevě syntézu bílkovin umožňujících absorpci Ca2+ a fosfátů. Tím zajišťuje dostupnost Ca2+ a fosfátů pro stavbu kosti. Souběžně aktivuje osteoblasty k syntéze kolagenu.

Hypovitaminóza vede k poruchám mineralizace kostí, která se u dětí projeví vznikem křivice (rachitis) charakterizované deformací lebky, páteře, hrudníku a dlouhých kostí. U dospělých se dekalcifikace kostí projeví jejich měknutím – tzv. osteomalácie. Příčinou nedostatku vitaminu D nemusí být jen jeho nedostatečný příjem ale i nedostatečné vystavovaní se slunečnímu záření či onemocnění ledvin.

Hypervitaminóza D se projevuje žízní, zvracením a průjmy, svěděním kůže a depozicí vápenatých solí v měkkých tkáních (například v cévních stěnách nebo v ledvinách).

Další informace o vitaminu D a kalcitriolu viz Kapitola 9.

Parathormon

Parathormon je peptidový hormon tvořený v příštítných tělíscích (gl. parathyroidea). Stimuluje odbourávání (resorpci) kosti zvýšením aktivity osteoklastů (stimuluje transformaci monocytů na osteoklasty). Výsledkem je zvýšené uvolňování Ca2+ a fosfátů z kosti. Souběžně parathormon účinkuje na ledviny inhibuje vylučování Ca2+ ledvinami (zvyšuje zpětné vstřebávání Ca2+ z primární moči) a naopak brání zpětné resorpci fosfátů z moči. Také podporuje exkreci HCO3. Ve výsledku tedy zvyšuje kalcemii, snižuje fosfatemii a vede k mírné acidóze.

Patrathormon také podporuje tvorbu kalcitriolu – podporuje 1-hydroxylaci v ledvinách.

Kalcitonin

Kalcitonin je peptidový hormon tvořený parafolikulárními buňkami štítné žlázy (tzv. C-buňky). Inhibuje aktivitu osteoklastů (tlumí transformaci monocytů na osteoklasty), čímž snižuje resorpci kosti a výsledkem je zvýšené ukládání Ca2+ v kostech. Souběžně kalcitonin snižuje resorpci Ca2+ i fosfátů v ledvinách. Oba jeho účinky vedou ke snížení kalcemie.

Kalcitriol

Parathormon

Kalcitonin

Kost Zajišťuje dostupnost Ca2+ a fosfátů pro stavbu kosti Aktivace osteoklastů, stimulace resorpce kosti, nárůst kalcemie a fosfatemie Inhibice osteoklastů, snížení resorpce kosti, ukládání Ca2+ do kosti
Ledviny Mírně snižuje vylučování Ca2+ Snižuje vylučování Ca2+ (zvyšuje resorpci), zvyšuje vylučování fosfátů (brání resorpci) Stimuluje tvorbu kalcitriolu Snižuje resorpci Ca2+ i fosfátů
Střevo Stimuluje resorpci Ca2+ Pouze nepřímo skrze efekt na tvorbu kalcitriolu

Další informace o parathormonu a kalcitoninu viz Kapitola 11.

Změny kalcemie – hypokalcemie a hyperkalcemie
Hypokalcemie

Hypokalcemie může mít tyto příčiny:

1) Nedostatek vitaminu D (hypovitaminóza) či parathormonu

2) Chronické ledvinné selhání

V ledvinách dochází fyziologicky ke tvorbě kalcitriolu (1-hydroxylace). Při jejich postižení je tento proces defektní a vstřebání vápníku ve střevech je nedostatečné. Kromě toho jsou ledviny významným místem exkrece fosfátů z těla. Jejich postižení tedy vyústí v retenci fosfátů, čímž se ještě více vychýlí rovnováha Ca/P.

3) Nedostatečné vstřebávání

Pokles extracelulární koncentrace Ca2+ může vést k rozvoji křečí (Ca2+ stabilizuje buněčné membrány, jeho nedostatek tedy zvyšuje nervosvalovou dráždivost).

Hyperkalcemie

Mezi příčiny hyperkalcemie patří hyperparatyreóza či různá onemocnění kostí (např. nádory). Jejími příznaky jsou nadměrná diuréza, zácpa či únava. Může vyústit až v zastavení srdce během systoly.

Fosfáty

Lidské tělo celkově obsahuje kolem 700 g fosfátů. Asi 80 % je obsaženo v kostech a zubech. Fosfáty (sérová koncentrace 0,7-1,5 mmol/l) plní v těle mnoho funkcí:

1) Strukturní součást kostí a zubů

2) Součást fosfolipidů, nukleových kyselin, fosforylovaných sacharidů či makroergních sloučenin (ATP, GTP atd.)

3) Pufr

Resorpce a exkrece fosfátů

Potravou denně přijímáme 800-1400 mg fosfátů, přičemž z tohoto množství se ve střevu vstřebá  60-80 %.

Většina fosfátů se v ledvinách vstřebává v proximálním tubulu, zde se uplatňuje i vliv parathormonu.

Změny fosfatemie – hyperfosfatemie a hypofosfatemie

Hyperfosfatemie může být vyvolána selháním ledvin či hypoparatyreózou, hypofosfatemie naopak nedostatkem vitaminu D či nadbytkem parathormonu.

Autoři podkapitoly: Petra Lavríková a Josef Fontana

cc-by-sa