Кальций является важным, но противоречивым питательным веществом: нет единого мнения относительно уровня потребности человека в кальции или значимости дефицита кальция.
Объяснение этому необходимо искать в истории исследований кальция с тех пор, как Помер (1885) впервые установил разницу между остеопорозом и остеомаляцией. Помер показал, что рахит и остеомаляция представляют собой неспособность минерализовать новую кость по мере ее формирования, что в конечном итоге приводит к дефициту кальция в самой костной ткани, тогда как остеопороз представляет собой дефицит всей костной ткани без изменения ее минерального содержания.
Вскоре после этого Мива и Столцнер (1898) показали, что дефицит кальция вызывает остеопороз, а не остеомаляцию у подопытных взрослых животных. Далее Мелланби (1918) в конце концов определил витамин D как фактор, который предотвращал и лечил рахит. Вскоре после этого Телфер (1926) показал, что дефицит витамина D приводит к мальабсорбции кальция. Из этого было сделано предположение, что дефицит витамина D и кальция должен иметь те же метаболические последствия.
Принимая концепцию, что дефицит как кальция, так и витамина D привел к рахиту или остеомаляции, Олбрайт (1938) использовал новый патогенетический механизм – отказ от формирования новых костей из-за недостатка половых гормонов и отрицательного азотного баланса – для объяснения постменопаузы и других форм остеопороза.
Эта парадигма преобладала в течение целого поколения вплоть до эпохального Шведского документа в 1955 году, показавшего, что витамин D не только регулировал поглощение кальция, но и самостоятельно регулировал плазменный гомеостаз кальция. Это позволило отличить дефицит витамина D от дефицита кальция и возродить концепцию, что дефицит кальция привел к остеопорозу и дефицит витамина D к остеомаляции.
Хотя эта концепция все чаще принимается в теории, на практике нет единого мнения о вкладе дефицита кальция в клинический остеопороз или о реальности потребности человека в кальции. Очевидно, что менопауза связана не с падением костной ткани, а скорее с ростом костного растрескивания.
В настоящее время вопрос заключается в том, ингибируют ли эстрогены непосредственно резорбцию костей или же они действуют через кальциевую экономику. Мнение о том, что они способствуют формированию костной ткани, больше не поддерживается.
В то же время, оригинальные идеи Олбрайта и его коллег о остеопорозе выживают в связи с кортикостероидным остеопорозом и, возможно, как часть объяснения возрастного остеопороза, особенно у мужчин.
ФИЗИОЛОГИЯ
Кальций является важнейшим питательным веществом, на долю которого приходится около 2% массы тела, и занимает пятое место после кислорода, углерода, водорода и азота. Почти 99 процентов кальция (1 200 г или 30 моль) хранится в скелете; остальные – в зубах и мягких тканях (каждая содержит 7 г или 175 ммоль) и во внеклеточной жидкости (1 г или 25 ммоль).
Кальций составляет 25% сухого веса скелета и циркулирует в концентрации от 6 до 7 мг на 100 мл (1,5-1,75 ммоль на литр). Общая концентрация кальция в клетках сопоставима с концентрацией кальция во внеклеточной воде, но концентрация свободного кальция примерно в 104 раза ниже.
Наиболее очевидной функцией кальция является обеспечение жесткости скелета за счет нерастворимых солей, которые он образует с помощью фосфорной кислоты. Примитивные эксоскелеты (например, раковины) состоят из карбоната кальция, образующегося в морской воде с высоким содержанием кальция и низким содержанием фосфора. Рыбий эндоскелет может состоять из хрящей или костей. Все скелеты млекопитающих состоят из настоящей кости, жесткость которой обеспечивается особенно нерастворимой солью кальция, аналогичной минеральному гидроксиапатиту [Ca10(OH)2 (PO4)6], но содержащей также небольшой компонент карбоната кальция.
Соли кальция не только обеспечивают жесткость скелета. Они также представляют собой очень большой резервуар кальция для поддержания (ионизированной) концентрации кальция во внеклеточной воде на уровне 4,8 мг на 100 мл (1,2 ммол на литр) или очень близком к нему.
Защита этой критической концентрации паратиреоидным гормоном и витамином D отражает ту жизненно важную роль, которую кальций играет в нервно-мышечной системе, в регуляции сердца, в фермент-опосредованных реакциях и во многих других метаболических процессах.
Поскольку обычно циркулирует только около 1 г (25 ммоль) кальция, скелет может поддерживать внеклеточный ионизированный кальций против внешнего лишения кальция в течение многих лет, прежде чем он понесет значительные повреждения. Важно помнить, что при удалении кальция из кости матрица также рассасывается, поэтому результат - остеопороз, а не остеомаляция.
РОСТ И РАСПАД КОСТЕЙ
Кальций поступает в организм через желудочно-кишечный тракт, всасывается преимущественно в верхнюю часть тонкой кишки и выводится через кишечник, почки и кожу. Во время роста и созревания скелета, т.е. до двадцатилетнего возраста, кальций накапливается в скелете человека со средней скоростью 150 мг в день. Во время созревания организм – и, следовательно, скелет – находится в более или менее кальциевом равновесии.
С возраста около 50 лет у мужчин и менопаузы у женщин костный баланс становится отрицательным, и кость теряется во всех местах скелета. Эта потеря костной ткани связана с заметным ростом частоты переломов, начиная с переломов без костей у женщин после менопаузы, но заканчивая ростом частоты переломов бедра у мужчин и женщин.
МЕНОПАУЗА
Хотя приведенные выше данные могут служить возможным объяснением очевидных различий в потреблении кальция и темпах переломов тазобедренного сустава в разных странах, важная роль менопаузы остается необъяснимой.
Менопауза связана с увеличением обязательной экскреции кальция и возможным снижением поглощения кальция, что обычно объясняется увеличением дефицита цитокина в костной смоле. Этот аспект имеет тенденцию отделять постменопаузальную потерю костей от остального и подразумевает потребность в гормонах или других дорогостоящих схемах лечения.
Однако можно утверждать, что менопаузальная потеря костной ткани является результатом увеличения потребности в кальции и может быть устранена соответствующим образом. Увеличение потери кальция в климактерический период составляет от 20 до 40 мг (0,5-1,0 мг), что сопоставимо с эффектом соли и белка.
До сих пор много споров о роли кальция и витамина D в питании человека в целом и в остеопорозе в частности, учитывая, что оба признаны в качестве основных питательных веществ.
Тезисы последних исследований в этой области о том, что:
- первичный отрицательный баланс кальция является основной, но не единственной причиной остеопороза;
- такой отрицательный баланс может быть результатом недостаточного потребления кальция, низкого поглощения кальция или высокого выделения кальция;
- низкое поглощение кальция может быть результатом умеренной недостаточности витамина D;
- такое высокое выделение кальция может быть результатом недостаточности натрия (таких как белок) и диетических факторов (таких как белки),
формируют довольно понятную общемировую картину остеопороза.