какое действие кальций оказывает на организм человека при его участии осуществляется синтез днк рнк

Макро и микроэлементы

В живом организме обнаружено свыше 60 элементов периодической таблицы, которые принято делить на макро-, микро и ультрамикроэлементы, в зависимости от их количественной потребности организмом. В виде неорганических и органических соединений они входят в состав костей и мягких тканей, крови, тканевых жидкостей, ферментов, гормонов и множества других биологически значимых веществ.

К макроэлементам относятся калий, кальций магний, натрий, фосфор и др., входящие в состав пищевых продуктов в значительных количествах. Микроэлементами являются йод, фтор, медь, цинк, мышьяк, марганец, бром, алюминий, никель, кобальт, кремний и др., ультрамикроэлементами — золото, свинец, ртуть, радий и др.

В пищевых продуктах минеральные вещества содержатся в виде неорганических соединений, в форме солей, органических кислот, а также в связи с белками, жирами. Минеральные элементы поступают в организм человека с пищевыми продуктами и жидкостью. Содержание их в пищевых продуктах неодинаково и зависит от вида, степени зрелости растения, климата, почвы. Содержание минеральных элементов в живых тканях зависит также от вида, возраста животного, характера его питания, времени забоя. Например, мясо молодых животных содержит меньше минеральных элементов, чем мясо старых; мясо морских животных и рыб богаче минеральными веществами, чем мясо пресноводных. В зеленых частях растений и семенах больше минеральных элементов, чем в клубнях и корневищах. Ржаной хлеб более богат минеральными веществами, чем белый. Сушеные бобы, горох, фасоль содержат большее количество солей кальция, калия, натрия, фосфора, чем свежие. Особенно много минеральных элементов содержится в сырах и икре. В овощах — картофеле, моркови, капусте — много калия, в белом и черном хлебе, икре, сыре, сливочном масле — натрия. Минеральные вещества, поступая в организм человека в составе пищевых продуктов, всасываются в кишечнике, накапливаются в костях, коже, печени. Железо депонируется главным образом в печени, соли кальция, магния, фосфора — в костной ткани, калий — в мышцах, поваренная соль — в коже.

Кальций является наиболее распространенным минералом в организме. Девяносто восемь процентов кальция содержится в костях, 1% в тканях зубов и 1% в других тканях. Невозможно переоценить его значение в формировании костей, особенно у детей в период активного роста. Он играет важную роль в поддержании регулярного сердечного ритма и трансмиссии нервных импульсов и вместе с магнием имеет важное значение для здоровья сердечно-сосудистой системы, способствует профилактике сердечно-сосудистых заболеваний и понижает уровень холестерина.

Кальций требуется для роста и сократительной способности мышц и для предупреждения мышечных судорог. Этот важный минерал необходим для свертывания крови и предупреждения рака. Он может снижать кровяное давление и предупреждать разрежение кости (остеопороз). Кальций обеспечивает энергоснабжение и участвует в структурном образовании белков, РНК и ДНК. Он вовлечен в активацию различных ферментов, включая липазу, которая расщепляет жиры для их последующего потребления организмом. Наряду с этим кальций поддерживает нормальную проницаемость клеточной мембраны, повышает нервно-мышечную активность, способствует здоровому состоянию кожи, защищает от развития позднего гестоза у беременных. Кальций защищает кости и зубы от вредного действия свинца, ингибируя абсорбцию этого вредного металла.

При недостаточности кальция свинец может поглощаться организмом и накапливаться в зубах и костях. Кальций оказывает значительное влияние на функцию центральной нервной системы. Он обеспечивает нормальную возбудимость нервной ткани, участвует в установлении равновесия между процессами возбуждения и торможения в коре головного мозга.

Кальций участвует в сохранении кислотно-щелочного равновесия, активировании ферментов желудка, поджелудочной железы, процессах свертывания крови, регулирует проницаемость мембран капилляров. При выраженной гипокальциемии наблюдается повышенная возбудимость нервной системы и мышечной ткани с тетаническими судорогами.

Кальций оказывает благоприятное воздействие на организм во время отдыха и улучшает качество сна. Во время гормональных сдвигов в периоде менопаузы преобладание паратиреоидного гормона вызывает удаление кальция из кости, что приводит к остеопорозу. При хронической гипокальциемии нарушаются процессы свертывания в крови (фибриноген превращается в фибрин в присутствии ионов кальция), могут развиваться процессы оссификации, остеопороза, остеомаляции и др.

При недостатке ионов кальция тормозится ресинтез гликогена, удлиняется интервал Q-T электрокардиограммы, что чревато развитием нарушений ритма и проводимости, отмечается повышенная нервная возбудимость, раздражительность, высокое артериальное давление, бессонница, усталость, онемение рук и ног, судороги. Дефицит кальция наносит ущерб и красоте: страдают зубы, становятся хрупкими ногти. Болезненность десен — еще один признак дефицита кальция. У пожилых людей нехватка этого вещества приводит к остеопорозу (деминерализации костной ткани). Очень важно учитывать и то, что кальций не откладывается про запас и быстро выводится из организма, поэтому его содержание нужно постоянно пополнять.

Потребность взрослого человека в кальции составляет 1200–1500 мг в день. Для беременных женщин суточная потребность в ионах кальция гораздо выше, особенно в последние 2 месяца, потому что более половины кальция расходуется на организм младенца.

Таблица суточной потребности организма в кальции

Возрастные и физиологические
периоды жизни человека

Рекомендуемое потребление кальция
здоровым лицам, мг/сут.

Источник

Кальций. Общая информация

В организме человека более 98% Са фиксировано в костной ткани, и только 1–2 % находится в мягких тканях и внеклеточной жидкости, в т.ч. в крови. В сыворотке крови 40% Са циркулирует в комплексе с белками, 9% в виде солей (фосфаты, цитрат), оставшиеся 50% присутствуют в ионизированной (свободной) форме (Са2+) и поэтому способны диффундировать в межклеточную жидкость. Именно свободный кальций является регулятором внутриклеточных процессов.

Физиологически действие Са связано с регуляцией проницаемости клеточных мембран. В клетке его концентрация очень мала, с наружной стороны плазматической мембраны содержание Са2+ многократно выше. Установление такого баланса концентраций обеспечивается энергозависимой работой мембранных каналов и насосов. Благодаря низкому содержанию Са2+ в цитоплазме и высокому градиенту концентрации по обе стороны плазматической мембраны, этот ион имеет важное значение в регуляции жизнедеятельности клеток. Плазматическая мембрана клеток обладает низкой проницаемостью для кальция; выведение иона из клетки является энергозависимым. Изменение проводимости кальциевых каналов мембраны и внутриклеточного содержания Са2+ меняет функционирование многих систем, включая процессы клеточного деления. Ионы кальция играют важную роль при передаче нервных импульсов, сократимости мышц, в процессе свертывания крови, являются кофакторами ряда ферментных реакций. Определение уровня кальция – диагностически и прогностически значимый тест при целом ряде патологических состояний.

Для поддержания нормального уровня кальция в сыворотке крови необходимо достаточное поступление его с пищей. На поступление кальция в организм влияет его содержание в продуктах питания и их состав. Присутствие в пище веществ, связывающих кальций, в первую очередь фосфатов и жирных кислот, существенно уменьшает его абсорбцию. Всасывание кальция происходит преимущественно в проксимальном отделе тонкой кишки и в тощей кишке. В кишечнике абсорбируется от 30 до 70% кальция, поступившего с пищей.

Клинически гиперкальциемия проявляются в виде нарушения работы почек (полиурия, мочекаменная болезнь), ЖКТ (тошнота, рвота, запоры), сердца (укорочение интервала Q–T на ЭКГ), неврологическими симптомами (слабость, утомляемость, спутанность сознания, ступор и кома). Клинические проявления гиперкальциемии более выражены при быстром ее развитии.

Клинические проявления гипокальциемии различаются в зависимости от степени снижения уровня кальция. Мышечная утомляемость, слабость, подёргивание отдельных групп мышц, положительные симптомы Хвостека, Труссо, Люста отмечают при легкой степени гипокальциемии. Алкалоз увеличивает связанную с альбумином фракцию кальция, обостряя симптомы. Тяжелая гипокальциемия вызывает сонливость, спутанность сознания, отмечают спазмы гладкой мускулатуры, гипертонус и судороги, удлинение интервала QT на ЭКГ. Хроническая гипокальциемия может стать причиной катаракты и кальцификации базальных ганглиев.

Обмен кальция в организме тесным образом связан с обменом фосфора. К основным факторам, регулирующим метаболизм фосфатов и кальция, относятся ПТГ, кальцитонин и витамин D. При возникновении гипокальциемии происходит увеличение синтеза ПТГ, который обеспечивает усиление канальциевой реабсорбции и снижение выделения кальция с мочой. Одновременно под влиянием ПТГ повышается экскреция фосфора почками, что приводит к снижению концентрации фосфора в сыворотке крови и внеклеточной жидкости и последующему увеличению уровня кальция в крови. Гиперфосфатемия сопровождается снижением концентрации кальция, что приводит к стимуляции выброса ПТГ, снижению канальцевой реабсорбции фосфата и увеличению его экскреции почками.

Содержание Са в сыворотке крови и моче изменяется при дисфункции паращитовидных и щитовидной желез, новообразованиях разной локализации, особенно при метастазировании в кости, почечной недостаточности. Длительная гиперкальциемия в сочетании как с гипер-, так и с нормофосфатемией может быть причиной отложения фосфата кальция в стенке кровеносных сосудов, соединительной ткани, слизистой оболочке желудка, других органах и тканях.

Источник

Какую роль выполняет кальций в организме? Какие продукты богаты кальцием, и сколько составляют суточные нормы потребления?

Кальций – один из ключевых макроэлементов организма, который участвует в большом количестве жизненно важных функций. Более 99 % кальция содержится в костях и зубах, оставшийся свободный кальций циркулирует в системе кровоснабжения и тканях тела.

Продукты, содержащие кальций, должны обязательно присутствовать в ежедневном рационе человека для обеспечения нормального функционирования и развития организма.

Какую роль кальций выполняет в организме

Кальций – важный компонент скелета, а скелет, в свою очередь, выступает хранилищем кальция для других функций организма. В костях кальций обеспечивает жесткость, прочность и эластичность тканей, что позволяет человеку выполнять необходимый диапазон движений в повседневной жизни.

Основная физиологическая функция макроэлемента, помимо его роли в формировании костей и зубов, заключается в том, что он выступает важным внутриклеточным компонентом в клетках и тканях по всему телу.

Хотя запасы ионизированного (свободно циркулирующего в крови) кальция в количественном отношении невелики, он присутствует в системе кровообращения, внеклеточной жидкости, мышцах и других тканях, где играет решающую роль в сокращении и расширении сосудов, мышц, передачи нервных импульсов и секреции гормонов.

В теле взрослого человека в среднем содержится около 1 кг кальция.

В пубертатный период (8-17 лет у женщин и 10-20 лет у мужчин) необходимо контролировать нормальное потребление кальция, поскольку это играет ключевую роль в формировании пиковой костной массы. Почти 40 % минералов костей накапливается в первые 4 года периода полового созревания. Именно поэтому правильное и сбалансированное питание у детей выступает залогом здоровья костей и зубов в течение всей жизни.

Как выявить дефицит кальция

Потребность в кальции высока на всех этапах жизни. Рекомендуемые суточные нормы потребления составляют согласно ВОЗ:

Дефицит кальция или гипокальциемия – это нарушение баланса электролитов (минеральных соединений, обеспечивающих прохождение электрических импульсов в теле), которое может быть следствием широкого спектра заболеваний. Состояние бывает временным, обратимым при быстром устранении первопричины, или хроническим и даже пожизненным, если вызвано генетическим заболеванием.

Среди наиболее распространенных причин дефицита кальция выделяют:

В целях диагностики гипокальциемии проводят ряд лабораторных исследований, в первую очередь на уровни электролитов, креатинина, гормона паращитовидной железы и полный анализ крови.

Если уровень кальция в сыворотке крови падает ниже 1,9 ммоль/л (при норме 2,2-2,6), или значение ионизированного кальция становится меньше 1 ммоль/л (норма – 1,1-1,3), то назначают экстренные внутривенные инъекции. В остальных случаях сначала выявляют причины гипокальциемии, а затем проводят незамедлительное лечение.

Как выявить избыток кальция

Гиперкальциемия – состояние, при котором уровень кальция в крови становится выше нормы. Значение кальция в сыворотке более 3,5 ммоль/л считается опасным для жизни и требует немедленной госпитализации.

Причинами избытка кальция могут быть:

Высокий уровень кальций проявляется следующими признаками:

Симптомы гиперкальциемии становятся очевидными, когда концентрация кальция в сыворотке приближается к 3 ммоль/л. Первый шаг в лечении заболевания – восстановление нормального значения кальция в крови. Последующее лечение направлено на основную патологию.

В каких продуктах содержится кальций

Кальций поступает в организм с пищей или в форме добавок, которые обычно выпускаются в сочетании с витамином D для лучшей усваиваемости. Низкое потребление макроэлемента – широко распространенная проблема.

Лучшие источники кальция – это молочная продукция (молоко, йогурты, сыры), злаки, орехи и семена (особенно миндаль, кунжут и чиа), морепродукты и некоторые виды овощей (салат кейл, брокколи).

В каких продуктах много кальция (содержание в мг на 100 г и % от суточной нормы):

Как усваивается кальций, и что на это влияет

Кальций всасывается в организм через слизистую оболочку кишечника. В качестве пищевой добавки он обычно выпускается в виде жидкого или таблетированного карбоната. Карбонат требует кислоты в кишечнике, которая обычно вырабатывается с пищей в желудке. Поэтому людям, принимающим добавки кальция, следует делать это во время еды, чтобы улучшить усваиваемость.

Другая форма выпуска добавок – цитрат кальция – растворим и не требует приема пищи для всасывания.

За один раз рекомендуется принимать около 500 мг кальция.

Негативные факторы, которые сказываются на нормальном усвоении кальция:

Адекватное потребление кальция с пищей или в виде добавок на протяжении всей жизни критически важно для здоровья костей и предотвращения остеопороза и связанных с ним переломов. Особое внимание на соблюдение суточных норм потребления должны уделять родители в период полового созревания детей, а также лица пожилого возраста.

Фото: pexels.com/Pixabay, Karolina Grabowska, Cats Coming; unsplash.com/Towfiqu barbhuiya, Rainier Ridao

Напоминаем, что у нас есть раздел со скидками, в котором вы сможете найти промокоды Grow Food.

Источник

Кальций

Кальций – это элемент, без которого не могут протекать нормально основные жизненные процессы. Он незаменим в клеточных структурах, нервных процессах, при сокращении мышц и выработке необходимых гормонов. Нервные импульсы могут нормально передаваться именно благодаря кальцию – он необходим для равновесия процессов возбуждения и торможения в головном мозге. Основным элементом костной ткани является тоже кальций – поэтому при его нехватке в пожилом и старческом возрасте может развиваться остеопороз. Когда кальция достаточно, костный каркас правильно формируется и развивается – это предотвращает ломкость костей. От кальция зависит стабильная деятельность сердца, работа нервной системы и нормальное свёртывание крови. Эмаль зубов будет в порядке, если сразу после их прорезывания в организме ребёнка достаточно кальция. Роль кальция и в том, что он обладает противоаллергическими свойствами. В его присутствии уменьшается проявление аллергических реакций, облегчаются такие заболевания, как поллиноз, крапивница, бронхиальная астма, отёк Квинке и т.д. Нормальная проницаемость сосудов и клеточных мембран, а значит, и обмен веществ, становятся возможными только при достаточном поступлении кальция в организм. Кальций стимулирует активность гормонов и ферментов, обеспечивает нормальный сон, снижает давление, помогает организму избавляться от радионуклидов и солей тяжёлых металлов.

Дефицит кальция приводит к рахиту, задержке роста у детей и подростков, сколиозу, искривлению костей, аллергии, нарушению свёртываемости крови, хрупкости капилляров, образованию камней в почках. Люди, страдающие хронической нехваткой кальция, плохо переносят умственные и физические нагрузки, становятся восприимчивы к инфекциям; у них непроизвольно сокращаются мышцы, возникают судороги, кровоточат дёсны и разрушаются зубы. Наиболее тяжёлые заболевания, вызываемые дефицитом кальция в организме – это остеопороз и остеомаляция – размягчение костей, которое медики называют «взрослым рахитом». Недостаток кальция также может привести к рассеянному склерозу – неизлечимому неврологическому заболеванию.

Суточные нормы потребления кальция отличаются для детей, подростков и взрослых. Больше всего кальция необходимо беременным и кормящим женщинам – до 2000 мг в сутки. Особенно важно получать достаточно кальция в первые и последние недели беременности.

До 3-х лет ребёнку достаточно 600 мг кальция в сутки, до 10-ти – 800 мг. Подросткам требуется от 1000 до 1200 мг – в это время активно формируются и растут многие органы и системы нашего организма, а их правильное развитие возможно только при оптимальном балансе всех необходимых веществ. Потом потребность в кальции несколько уменьшается: после 16 лет его требуется около 1000 мг, а взрослым – 800-1200 мг, в зависимости от особенностей организма. К сожалению, сегодня в нашей стране суточное потребление кальция составляет в среднем всего около 400 мг в сутки на человека – это очень мало.

Избыток кальция возникает только в случае его приёма в форме препаратов – токсичной может быть доза более 2000 мг.

Источниками кальция являются зелёные листовые овощи – например, шпинат, другие овощи и фрукты, но больше всего его в кунжутном семени. Поскольку семена кунжута не присутствуют постоянно в рационе большинства жителей нашей страны, нам вряд ли удастся быстро решать проблему восполнения кальция. Однако овощи, фрукты, молочные продукты, орехи – если есть их постоянно, не позволят дефициту кальция развиться в нашем организме.

Любые орехи и семечки, сухофрукты и зелень, морская капуста тоже содержат кальций; есть он и в сыре, соевых бобах, сардинах и розовом лососе.

Из фруктов и ягод особенно богаты кальцием смородина, абрикосы, виноград, ежевика, земляника, крыжовник, вишня, клубника, ананасы, персики и апельсины; из овощей – морковь, свекла, огурцы, лук, петрушка, молодая репа с ботвой, зелёная фасоль, укроп и сельдерей. Много кальция в отрубях, мёде и кисломолочных продуктах.

Продукты, в которых есть не только кальций, но и другие микроэлементы – например, фосфор, а также витамины – С, D, B₉ и т.д., можно считать основными источниками этого элемента для человека. Когда эти продукты попадают в организм, вещества, содержащиеся в них, включаются в обмен веществ и начинают взаимодействовать, усваиваясь гораздо лучше, чем поодиночке.

Соединения кальция и фосфора вместе с витамином D содержатся в основном в говяжьей печени и печени рыб. Затем идут рыба – скумбрия, сельдь, и морепродукты – крабы, креветки, лангусты, морская капуста. Есть эти соединения также в сыром желтке и сливочном масле.

Кальций и фосфор в больших количествах есть в зелёном горошке, яблоках, свежих огурцах, бобах, пшеничных зёрнах, любой капусте, редисе и его ботве, салате, сельдерее, твороге и белом сыре.

Большое количество фосфора содержится во всех орехах, грушах, сое и чечевице, ячмене, ржи, пророщенной пшенице, грибах, рыбе, яйцах и мясе.

Сочетая продукты с большим содержанием этих двух элементов, можно также добиться их лучшего усвоения.

Достаточно при приготовлении блюд выбирать те продукты, в которых есть элементы, помогающие усвоению кальция, который, в свою очередь, помогает усваиваться им. Если питание в целом здоровое и сбалансированное, небольшое количество этих продуктов вряд ли сможет вызвать дефицит кальция в организме.

Источник

Кальций и биосинтез коллагена: систематический анализ молекулярных механизмов воздействия

Известно, что повышение уровней внеклеточного кальция стимулирует синтез/секрецию коллагена. В настоящей работе представлены результаты системно-биологического анализа кальций-зависимых белков протеома человека. Проведенный анализ указывает на перспективн

The increase of extra-cellular calcium level is known to stimulate collagen synthesis/secretion. This paper introduces results of systematic and biological analysis of calcium-dependent proteins of human proteome. This analysis indicates promising ways of increase in efficiency of calcium preparations for nutritional support of osseous metabolism.

Достаточный уровень биосинтеза коллагена является одним из важнейших показателей нормофизиологического метаболизма соединительной ткани. Фундаментальные и клинические исследования показали, что уровни кальция во внеклеточной среде стимулируют синтез/секрецию коллагена клетками внеклеточного матрикса соединительной ткани.

В эксперименте недостаточное потребление кальция негативно сказывается на состоянии биосинтеза коллагена в костной ткани [1]. Известно, в частности, что так называемые «блокаторы кальциевых каналов» ингибируют синтез коллагена I типа и его секрецию фибробластами, а аскорбат-анион противодействует эффектам блокаторов кальция [2] (рис. 1). Исследования с использованием изотопных меток показали, что блокаторы кальциевых каналов снижают преимущественно биосинтез коллагена, а не биосинтез неколлагеновых белков соединительной ткани [3].

Показано также, что использование препаратов кальция стимулирует синтез коллагена, ускоряя заживление ран и переломов. Например, альгинат кальция улучшает заживление ран в эксперименте, повышая синтез коллагена I типа и соотношение количеств фибриллярного коллагена I типа и ретикулярного коллагена III типа. Скорость закрытия раны при использовании альгината увеличивалась по сравнению с контрольной группой [4].

В проведенном нами экспериментальном исследовании были изучены эффекты синергидной комбинации кальция с цинком, медью, марганцем, бором, магнием и витамином D (препарат Кальцемин Адванс) на модели резаной раны. Введение препарата в виде водной суспензии в течение 21 сут приводило к снижению среднего времени до полного заживления раны на 6 сут по сравнению с контролем (вода, p 2+ [11]. Рассмотрим и другие потенциальные возможности участия препаратов кальция в процессе биосинтеза коллагена, основные стадии которого представлены на рис. 5.

Осуществляемый фибробластами или другими типами клеток соединительной ткани биосинтез коллагена включает в себя следующие стадии [12]:

Системно-биологический анализ Са-зависимых белков, которые могут воздействовать на биосинтез коллагена

Для установления Са-зависимых белков протеома, которые могут воздействовать на синтез коллагена, был проведен поиск с использованием перечисленных в табл. 2 биологических ролей. В результате был получен список из 15 белков (табл. 3).

Для оценки вклада каждого из анализируемых 15 белков во взаимосвязь между уровнями кальция и коллагена была разработана балльная шкала оценки релевантности биологических функций белков, содержащая следующие пункты:

В табл. 3 приведены результаты оценки релевантности различных Са-зависимых белков по отношению к воздействию ионов Са 2+ на биосинтез коллагена. Очевидно, что наиболее интересными «таргетными белками» являются Са-чувствительный рецептор (CASR) и костный морфогенетический белок 4 (BMP4). Далее представлен более подробный анализ перечисленных в табл. 3 белков.

Са-чувствительный рецептор CASR

Са-чувствительный рецептор (CASR), или «сенсор кальция» [13], — рецептор, взаимодействующий с различными G-белками (Gα(q), Gα(i), G(q/11), G(i/o), G(12/13) и G(s)) [14]. Рецептор CASR (рис. 6) присутствует, в частности, в клетках паращитовидной железы, секретирующих паратиреоидный гормон (ПТГ) и в клетках эндотелия почечных канальцев. Врожденные повреждения гена CASR приводят к гиперкальциемическим или гипокальцемическим расстройствам: семейной гипокальциурической гиперкальциемии, неонатальному острому первичному гиперпаратиреозу, аутосомно-доминантной гипокальцемической гиперкальциурии [15]. Заметим, что осуществлению биологических эффектов рецептора CASR способствует активность калиевых каналов [16].

В паращитовидной железе CASR «измеряет» концентрации ионов Са 2+ в плазме крови и активирует внутриклеточные сигнальные пути, регулирующие секрецию ПТГ или фильтрацию катионов в почках. В остеоцитах CASR детектирует уровни внеклеточного кальция и активирует остеогенез. Высокие внеклеточные уровни ионов Ca 2+ (порядка 10 мМ) стимулируют экспрессию остеогенных маркеров, включая щелочную фосфатазу, костный сиалопротеин, коллаген, остеокальцин IA1, и увеличивают минерализацию кости. Кроме того, блокада рецептора CASR ингибирует клеточный ответ остеоцитов на изменения внеклеточной концентрации Ca2+ [17].

Также CASR является физиологическим регулятором роста, дифференцировки и выживания остеобластов и остеокластов [19]. Экспрессия рецептора CASR в хрящевой и костной ткани непосредственно регулирует скелетный гомеостаз и метаболизм соединительной ткани. Рецептор CASR вносит важный вклад в рост хрящевой пластинки, в т. ч. в процессы роста и дифференцировки остеобластов и остеокластов [20] (рис. 7).

На рис. 7 можно видеть, что остеобластогенез протекает посредством дифференциации мезенхимальных клеток-предшественников остеобластов, которые делятся и дифференцируются в преостеобласты, которые, в свою очередь, созревают в остеобласты. Зрелые остеобласты секретируют неминерализованный костный матрикс (остеоид), который минерализуется с образованием кости, в которой зрелые остеобласты становятся остеоцитами. Во время стимуляции остеобластов экспрессия активной R-формы рецептора CASR увеличивается в остеобластах, а экспрессия неактивной O-формы рецептора снижается, что повышает соотношение R:O и способствует остеокластогенезу. У молодых животных стимулируемый ионами кальция Са 2+ рецептор CASR индуцирует апоптоз зрелых остеокластов и предотвращает резорбцию кости, что ведет к интенсивному росту костной ткани.

В эксперименте было показано, что активируемый ионами Ca 2+ рецептор стимулирует деление фибробластов и секрецию матриксных металлопротеиназ ММР-3, ММР-9 [21]. Повышение уровней внеклеточного кальция in vitro дозозависимо стимулирует деление фибробластов (рис. 8, контроль — 10 5 клеток, кальций — 2,2 × 10 5 клеток, p 2+ является наиболее убедительным механизмом коллаген-продуцирующего действия кальциевых препаратов.

Костный морфогенетический белок 4

Костный морфогенетический белок 4 индуцирует образование хряща и кости, участвует в развитии зубов, формировании конечностей и заживлении переломов. Интересно, что механическая нагрузка на кость способствует синтезу внеклеточного матрикса остеобластами на фоне увеличения уровней белков BMP-2/4 [22].

Повышение уровня внеклеточного кальция стимулирует увеличение числа остеобластов и ингибирует образование остеокластов, в частности, посредством воздействия на уровни экспрессии костных морфогенетических белков. Например, добавление 0,1–0,4 мМ CaCl₂ к клеткам в культуре достоверно увеличивало уровни мРНК BMP-2 и BMP-4, количество синтезируемого коллагена I типа, оцененного по уровням карбокси-концевого пептида проколлагена I [23]. Повышенные уровни Ca 2+ увеличивают экспрессию генов белков морфогенеза костей (в частности, BMP-2) [24].

Взаимосвязи между активностью рецептора CASR и экспрессией морфогенетических белков остаются недостаточно изученными. С одной стороны, считается, что регулируемая секреция BMP-2 происходит в ответ на активацию рецептора CASR [25].

О других Са-зависимых белках и их воздействии на метаболизм коллагена

К другим Са-зависимым белкам, так или иначе влияющим на метаболизм коллагена, относятся матриксные металлопротеиназы (ММП) и некоторые ростовые факторы (табл. 3). Матриксные металлопротеиназы осуществляют протеолиз тройных спиралей коллагенов различных типов и играют роль в процессе заживления ран, ремоделировании соединительной ткани, деградации хряща, развитии и минерализации кости и заживлении переломов костей [26]. В структурах ММП содержатся Са-связывающие сайты, так что достаточные уровни кальция необходимы для деградации коллагена посредством ММП. Таким образом, ММП не могут непосредственно усиливать процессы биосинтеза коллагена.

Преобразующий фактор роста бета-1 (TGF-бета1) контролирует деление и дифференцировку многих типов клеток, в т. ч. фибробластов и остеобластов. TGF-бета1 стимулирует приток ионов Са 2+ в цитоплазму клетки [27] и непосредственно стимулирует синтез коллагена в остеобластах (р = 0,001), что имеет важное значение для образования костной ткани. На остеобластах в культуре одновременное добавление к среде Ca(OH)₂ и TGF-бета1 значительно увеличило синтез белка вообще и синтез коллагена в частности (р = 0,048) [28].

Фактор роста соединительной ткани (CTGF) способствует делению и дифференцировке хондроцитов, обеспечивает клеточную адгезию фибробластов, осуществляет положительное регулирование процесса биосинтеза коллагена [31] посредством сигнальных путей Rac1/MLK3/JNK/AP-1 [32]. В частности, CTGF связывается с рецептором-2 факторов роста фибробластов (FGFR2) и стимулирует Са-зависимую внутриклеточную передачу сигнала [33].

Заключение

Улучшение биосинтеза коллагена — необходимое условие для восстановления структуры кости при срастании переломов, регенерации кости при постменопаузальном, лекарственном остеопорозе, а также при других нарушениях целостности кости. Нормализация биосинтеза коллагена способствует лучшему удержанию кальция в костной ткани и, следовательно, повышению минеральной плотности кости. Миллионам женщин старше сорока лет грозит перелом из-за хрупкости костей вследствие вымывания кальция. Каждые 5 минут в России происходит перелом кости. В особой группе риска 34 миллиона женщин России старше 40 лет, и 24 миллиона не знают об этом. Основная причина хрупкости костей — вымывание кальция и утрата коллагена. В отличие от других препаратов, Кальцемин Адванс содержит кальций и минералы, формирующие коллагеновую сетку, что удерживает кальций в костях. Она препятствует вымыванию кальция и сохраняет прочность костной ткани.

Системно-биологический анализ кальций-зависимых белков протеома человека показал, что ионы кальция стимулируют биосинтез коллагена посредством действия ионов кальция на Са-чувствительный рецептор CASR и костный морфогенетический белок BMP4.

Литература

* ГБОУ ВПО ИвГМА МЗ РФ, Иваново
** РСЦ Института микроэлементов ЮНЕСКО при РНИМУ им. Н. И. Пирогова, Москва
*** Клиника RHANA, Москва

Источник