Các cơ chế hormone điều hoà sự cân bằng canxi trong cơ thể

Canxi có nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào sự phân bố của nó trong cơ thể. Ban đầu, canxi được hấp thụ trong chế độ ăn uống thông qua nhiều loại thực phẩm giàu canxi. Trong khi các loại thực phẩm từ sữa chiếm tới 75% lượng canxi trong khẩu phần ăn, canxi cũng có thể được tìm thấy trong cá, thực phẩm tăng cường canxi hoặc các loại rau có lá màu xanh đậm. Khả dụng sinh học của canxi trong chế độ ăn uống thay đổi tùy thuộc vào các yếu tố vật chủ như tình trạng sức khỏe của cá nhân, tình trạng vitamin D và đa hình di truyền của thụ thể vitamin D (VDR). Điều này cũng có thể thay đổi dựa trên các mô hình hấp thụ khác nhau; Ví dụ, các loại rau lá xanh đậm không chỉ dồi dào canxi mà còn chứa oxalat và axit phytic, liên kết canxi trong ruột và ngăn chặn sự hấp thụ có ý nghĩa.

Trung bình, con người tiêu thụ khoảng 1000 mg canxi mỗi ngày. Sự hấp thụ canxi qua đường ruột sử dụng cả sự vận chuyển tích cực qua tế bào phụ thuộc vitamin D trong tá tràng và đoạn gần hỗng tràng và vận chuyển nội bào thụ động qua ruột non. Khoảng 350-400 mg được hấp thu bởi hệ thống đường tiêu hóa, với sự hỗ trợ của vitamin D. Vì khoảng 200 mg canxi được bài tiết trong dịch ruột mỗi ngày, nên sự hấp thụ thực sự là khoảng 150-200 mg mỗi ngày. Bài tiết canxi qua phân (khoảng 800 mg mỗi ngày) và nước tiểu (khoảng 200 mg mỗi ngày) [2]. Trong khi các vòng phản hồi ngược về nội tiết chủ yếu kiểm soát sự hấp thu canxi, các yếu tố tại chỗ cũng như các cơ chế tự nội tiết và cận nội tiết cũng đóng một vai trò nhất định. Ăn glucose, galactose và axit amin làm tăng hấp thu canxi. Sự hấp thụ cũng được điều chỉnh trong chế độ ăn uống có hàm lượng canxi thấp kinh niên. Ngược lại, sắt và fructose, cũng như canxi nhiều trong niêm mạc tiêu hoá, có thể làm giảm hấp thu canxi [3].

Sau khi được hấp thụ vào máu, canxi có thể ở nhiều dạng: liên kết với protein, không liên kết với protein và tự do. Trong khi lượng canxi này được điều chỉnh và duy trì chặt chẽ, điều quan trọng cần lưu ý là canxi ngoại bào chiếm khoảng 0,1% tổng lượng canxi dự trữ trong cơ thể. Nồng độ canxi trong tế bào chất thấp hơn so với nồng độ canxi ngoại bào, nhưng đáng chú ý là nồng độ bên trong các bào quan nội bào cụ thể như ty thể và mạng lưới nội chất lại cao. Tổng cộng, canxi nội bào chiếm khoảng 1% tổng lượng canxi cơ thể.

Canxi gắn với protein trong huyết thanh chủ yếu được tạo phức với albumin, một protein huyết tương 66,5 kDa có khả năng liên kết và đệm đáng kể; mỗi phân tử albumin có ~ 30 vị trí liên kết canxi [4]. Dạng này chiếm từ 41% đến 46% tổng lượng canxi huyết thanh [1, 2]. Trong khi albumin là protein huyết tương chiếm ưu thế nhất có khả năng liên kết với canxi, điều này cũng xảy ra với các globulin khác. Dạng canxi này, giống như hầu hết các protein mà chúng liên kết, thường không được lọc tự do bởi cầu thận.

Canxi không gắn với protein trong huyết thanh chiếm 7-9% tổng lượng canxi huyết thanh và thường được tạo phức với các anion, chẳng hạn như citrat và phosphat [1, 2]. Vì canxi này không liên kết với protein, nó có thể được thận lọc tự do.

Số phận cuối cùng của canxi trong máu là canxi tự do hoặc canxi ion hóa. “Ion hóa” không chính xác về mặt kỹ thuật, vì tất cả canxi trong cơ thể đều bị ion hóa, và thuật ngữ đúng hơn là canxi “tự do” [5]. Tuy nhiên, thuật ngữ “ion hóa” vẫn được sử dụng rộng rãi bởi các bác sĩ lâm sàng và phòng xét nghiệm. Dù vậy, canxi này không có trong huyết thanh và có thể tự do khuếch tán qua màng tế bào. Đây là tỷ lệ canxi lớn nhất trong huyết thanh, chiếm khoảng từ 48% đến 50% tổng lượng canxi huyết thanh [1, 2].

Khi đo lượng canxi huyết thanh, tổng lượng canxi huyết thanh được báo cáo bởi các phòng xét nghiệm – kết quả này bao gồm tất cả canxi tự do hoặc ion hóa và canxi liên kết với protein và phức tạp. Tùy thuộc vào phòng xét nghiệm, mức bình thường điển hình cho mức tổng lượng calci trong huyết thanh là 8,5–10,5 mg/dL. Tuy nhiên, có tầm quan trọng sinh lý lớn hơn là mức canxi tự do hay canxi “ion hóa”. Như đã nói ở trên, canxi tự do có thể bị thay đổi bởi khả năng gắn kết với canxi của protein huyết tương, chủ yếu là albumin. Hơn nữa, khả năng liên kết canxi của albumin có thể bị ảnh hưởng bởi độ pH hoặc liên kết thuốc khác. Vì các ion hydro cũng liên kết với albumin, khi có nhiều, cũng như với pH thấp hơn, ái lực liên kết với canxi tự do thấp hơn, do đó làm tăng phần calci bị ion hóa. Điều ngược lại cũng đúng. Với chứng kiềm hoá máu, ít ion hydro liên kết với albumin hơn, làm tăng ái lực với canxi tự do và do đó làm giảm phần canxi tự do. Tình huống này với tình trạng kiềm máu có thể dẫn đến hạ canxi đe dọa tính mạng, nếu kéo dài hoặc nghiêm trọng.

Một chiến lược để ước tính canxi huyết thanh chính xác hơn là bằng cách “hiệu chỉnh” nồng độ canxi toàn phần trong huyết thanh theo nồng độ albumin huyết thanh. Thực hành này dựa trên giả định rằng albumin liên kết với canxi một cách cố định khi pH huyết thanh bình thường – khi nồng độ albumin thấp hơn, tổng lượng canxi đo được trong phòng xét nghiệm bị thấp do giảm tổng lượng canxi gắn với albumin. Để điều chỉnh lỗi này, chúng tôi thường sử dụng công thức dưới đây:

Canxi hiệu chỉnh = tổng lượng canxi huyết thanh đo được + 0,8 [4 – albumin tính bằng g/dL]

Một chiến lược khác để đánh giá chính xác hơn canxi tự do, có hoạt tính sinh lý là đo canxi ion hóa trực tiếp trong phòng xét nghiệm. Giá trị bình thường điển hình của canxi “ion hóa” tự do là khoảng 1,2 mmol/L, hoặc 2,4 meq/L [1].

Xương là cơ quan dự trữ canxi chính trong cơ thể

Nguồn dự trữ canxi chính trong cơ thể con người là xương và răng, chiếm khoảng 99% tổng lượng canxi cơ thể [1, 2]. Để hiểu về cân bằng nội môi và chuyển hóa canxi trong xương, trước tiên điều quan trọng là phải hiểu những kiến ​​thức cơ bản về cấu trúc xương. Xương người được cấu tạo chủ yếu từ chất nền và muối canxi hữu cơ. Trong chất nền là collagen, chất quan trọng đối với độ bền của gân và chất nền, là sự kết hợp của chondroitin sulfat và axit hyaluronic được tiết ra bởi nguyên bào xương. Xen kẽ với chất nền là các muối canxi – chúng có thể là tinh thể hoặc vô định hình. Các muối vô định hình bao gồm khoảng 1% tất cả các muối trong xương và đại diện cho một phần canxi dễ “tiêu hóa” để nhanh chóng được giải phóng vào huyết thanh để duy trì phạm vi canxi sinh lý chặt chẽ. Tuy nhiên, phần tinh thể chiếm một tỷ lệ lớn hơn nhiều, xấp xỉ 99%. Đây là hydroxyapatite, được đại diện bởi công thức hóa học Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 [1]. Hình 1.1 tóm tắt sự phân bố canxi qua các ngăn khác nhau.

Hình 1.1. Cân bằng nội môi hàng ngày và phân phối trong các mô của canxi

Các loại hormones điều hoà Canxi

Như đã đề cập trước đó, mức canxi trong máu được điều chỉnh rất chặt chẽ trong khoảng 8,5–10,5 mg/dL, tùy thuộc vào từng phòng xét nghiệm. Sự tương tác phức tạp này liên quan đến nhiều loại hormone và chất điện giải bao gồm hormone tuyến cận giáp (PTH), calcitonin, vitamin D, phốt pho, magiê và yếu tố tăng trưởng nguyên bào sợi 23 (FGF23).

Hormone tuyến cận giáp

Hormone tuyến cận giáp (PTH) là một hormone polypeptide 84 axit amin đóng vai trò là chất điều hòa chính của canxi tự do trong máu. Chất này được giải phóng từ các tế bào chính của tuyến cận giáp – bốn tuyến hình quả hạnh ở mặt sau của tuyến giáp. Giải phóng PTH hoạt động theo cách phản hồi ngược, trong khi mức canxi thấp hơn kích thích giải phóng PTH, hoạt động mạnh hơn khi canxi huyết thanh giảm đột ngột [6]. PTH liên kết với thụ thể PTH, một thụ thể kết hợp với protein G, tín hiệu thông qua cả adenylate cyclase và phospholipase C. Sự liên kết này chủ yếu xảy ra thông qua đầu tận cùng N, với ái lực cao với thụ thể trong 34 axit amin đầu tiên của PTHH phân tử. Trong vòng vài phút kể từ khi PTH liên kết với thụ thể của nó, thụ thể sẽ được giải mẫn cảm và thụ thể được nội hóa [7].

Thụ thể cảm nhận canxi ngoại bào (CaSR) hoạt động như một cảm biến canxi tự do và được biểu hiện trong vô số mô. Sự biểu hiện của nó ở mức độ tế bào cận giáp, tế bào C của tuyến giáp, và ở quai henle của thận cho phép CaSR đóng một vai trò trung tâm trong việc cân bằng nội môi canxi. Các ion cat- hóa trị hai khác là chất chủ vận thụ thể tiềm năng đối với CaSR, đặc biệt là magiê. Trong tuyến cận giáp, nồng độ canxi tự do tăng cao sẽ kích hoạt các con đường nội bào dẫn đến ức chế giải phóng PTH và biểu hiện gen PTH. Ở cấp độ tế bào C của tuyến giáp, sự hoạt hóa CaSR dẫn đến sự xuất bào của calcitonin. Ở thận, chức năng được biết đến nhiều nhất của CaSR là ở mức độ của quai Henle, nơi việc kích hoạt CaSR làm giảm sự tái hấp thu của cả canxi và magiê.

Trong tuần hoàn, ngoài 84-axit amin peptit còn nguyên vẹn, một số đoạn của hoocmôn còn có mặt. Vùng tận cùng C không hoạt động của PTH cũng có mặt, vùng này có thời gian bán hủy dài hơn, đặc biệt là trong bệnh thận. Thời gian bán hủy của PTH nguyên vẹn (iPTH) là từ 2 đến 4 phút. Các phương pháp đo PTH trong phòng xét nghiệm đã trải qua một số cải tiến, với các loại xét nghiệm PTH gần đây hơn được hướng tới đầu cuối N hoạt động sinh học. Vì vậy, về lý thuyết, điều quan trọng là khi so sánh các mức PTH để sử dụng cùng một xét nghiệm mọi lúc vì chúng có thể khác nhau giữa các phòng xét nghiệm. Ngày nay, hầu hết các phòng xét nghiệm thương mại đều sử dụng thử nghiệm iPTH thế hệ thứ hai. Xét nghiệm này đo toàn bộ phân tử (PTH 1–84) và các đoạn lớn hơn (ví dụ PTH 7–84). Các xét nghiệm PTH toàn bộ, chỉ đo PTH 1–84, có sẵn nhưng ít được sử dụng hơn.