Диагностическая лаборатория в Уфе
Кальцитонин механизм действия
Кальцитонин и механизм его действия
Кальцитонин является гипокальциемическим гормоном и секретируется парафолликулярными или С-клетками щитовидной железы, которые отличаются от фолликулярных клеток не только конечным продуктом секреции, но и происхождением.
Парафолликулярные клетки несколько крупнее фолликулярных и содержат большое ядро, митохондрии, хорошо развитый комплекс Гольджи и ряд нежных гранул, содержащих кальцитонин, который высвобождается в ответ на гиперкальциемию.
Парафолликулярные клетки относятся к клеткам APUD-системы, имеющим нервное происхождение (эктодерма нервного гребешка). У человека кальцитонин синтезируется не только в щитовидной железе, но также в вилочковой и околощитовидных железах.
Кальцитонин человека представляет собой полипептид, состоящий из 32 аминокислот с такой последовательностью: Цис-Гли-Асп-Лей-Сер-Тре-Цис-Мет-Лей-Гли-Тре-Тир-Тре-Глн-Асп-Фен-Асн-Лиз-Фен-Гис-Тре-Фен-Про-Глн-Тре-Ала-Илей-Гли-Вал-Гли-Ала-Про-Nh3. Мол. м. 3000 дальтон. Период полураспада около 5 мин. Кальцитонин, помимо мономерной формы, может образовывать путем ковалентной связи димерные и, не исключено, полимерные формы гормона, однако биологически активной является только мономерная форма гормона. Было показано, что в процессе трансляции образуется препрокальцитонин и прокальцитонин с мол. м. около 13 кДа. В настоящее время получен кальцитонин человека, крупного рогатого скота, свиньи, овцы и лососевых рыб. Наиболее эффективным (в 10 раз) в биологическом отношении является кальцитонин лососевых рыб по сравнению с кальцитонином человека. Это связано с более длительным периодом полураспада и более длительным существованием гормоно-рецепторного комплекса.
Специфическим стимулятором секреции кальцитонинна является повышение концентрации кальция в крови более 2,25 ммоль/л (9 мг/100 мл). Кроме того, стимуляторами секреции кальцитонина являются катехоламины, осуществляющие свое действие через b-адренергические рецепторы, холецистокинин, глюкагон, гастрин. Глюкагон и катехоламины, взаимодействуя с рецепторами, увеличивают содержание цАМФ, который стимулирует секрецию кальцитонина, так же как и паратгормона, т.е. цАМФ является внутриклеточным медиатором секреции кальцитонина. Кальцитонин метаболизируется в почках, печени и, возможно, в костной ткани.
Биологический эффект кальцитонина проявляется снижением уровня кальция и фосфора в крови, что является следствием влияния кальцитонина на костную ткань и почки. В кости кальцитонин угнетает процессы резорбции как кальция, так и белкового матрикса. Это проявляется снижением экскреции гидроксипролина и содержания кальция в крови. Одновременное уменьшение фосфора в сыворотке крови является результатом снижения мобилизации фосфора из кости и непосредственной стимуляции поглощения фосфора костной тканью. Кальцитонин ингибирует активность и количество остеокластов. Уже через 1 ч после введения кальцитонина уменьшается образование остеокластов из клеток-предшественников. Механизм действия кальцитонина опосредуется цАМФ и активацией протеинкиназ, что сопровождается изменением активности щелочной фосфатазы, пирофосфатазной активности и активности ферментов.
Инфузия кальцитонина человеку или экспериментальным животным приводит к увеличению экскреции кальция, фосфора, натрия, калия и магния. Кальцийурический и фосфоруретический эффект гормона дополняет его действие на костную ткань, приводящее к гипокальциемии и гипофосфатемии. Как в костной ткани, так и в почках взаимодействие кальцитонина с рецепторами приводит к увеличению внутриклеточного медиатора – цАМФ. Если в костной ткани кальцитонин и паратгормон взаимодействуют с рецепторами, локализованными в основном на остеокластах, то в почках эти гормоны комплексируются с рецепторами клеток-мишеней в различных частях нефрона. Рецепторы к кальцитонинну располагаются в восходящей части петли нефрона и дистальных канальцах, тогда как рецепторы к паратгормону находятся в проксимальных канальцах, нисходящей части петли нефрона и дистальных канальцах.
Наряду с паратгормоном и кальцитонином в поддержании фосфорно-кальциевого гомеостаза большое участие принимает витамин D (D-гормон, холекальциферол или витамин D3).
Витамин D3 образуется в коже из 7-дегидрохолестерина под влиянием ультрафиолетового облучения. Однако витамин D3 является неактивным. Некоторые авторы рассматривают его как прогормон, который путем гидроксилирования (25-гидроксилаза) сначала в печени превращается в 25-гидроксихолекальциферол (25-ОНD2), а затем в почках, также путем гидроксилирования (1-гидроксилаза), в 1,25-дигидроксихолекальциферол (1,25-(ОН)2D3. Гидроксилирование в почках может осуществляться и другим путем (24-гидроксилаза) с образованием 24-25-(ОН)2D3. Гидроксилирование витамина D происходит в митохондриях. Необходимо отметить, что витамин D2 (эргокальциферол), содержащийся в растениях, в организме гидроксилируется тем же путем с образованием 1,25-(ОН)2D2, который по биологической активности эквивалентен 1,25-(ОН)2D3. Активирование витамина D в организме представлено на схеме 26.
Схема 26. Схема активирования витамина D в организме (объяснения в тексте).
Синтез 1,25-(ОН)2D3 в почках осуществляется при наличии паратгормона и кальцитонина.
Все формы витамина D в организме циркулируют в крови в связанном с белками состоянии. Это a-глобулин с мол.м. около 56000 дальтон. Концентрация витамина D в крови составляет от 1 до 10 нг/мл. Период полураспада около 24 ч. 1,25-(ОН)2D3 действует в кишечнике, увеличивая синтез кальцийсвязывающего белка, ответственного за транспорт кальция через мембрану клеток слизистой оболочки кишечника. В костной ткани 1,25-(ОН)2D3 мобилизует кальций с использованием его вновь образовавшейся костной ткани для процессов минерализации. Это действие витамина не зависит от паратгормона.
Наряду с этим 1,25-(ОН)2D3 влияет на синтез коллагена, участвующего в образовании матрикса костной ткани. Механизм действия витамина в костной ткани блокируется ингибиторами транскрипции и синтеза белка и, вероятно, не отличается от действия 1,25-(ОН)2D3 в кишечнике. 1,25-Дигидроксивитамин D3 оказывает непосредственное влияние на почки, увеличивая реабсорбцию кальция и фосфора в почечных канальцах.
Мышечная слабость, наблюдаемая при недостатке витамине D, объясняется влиянием этого гормона на обмен в мышечной ткани.
Помимо паратгормона, кальцитонина и витамина D, на гомеостаз кальция в организме влияют и другие гормоны.
1. Глюкокортикоиды увеличивают глюконеогенез, используя матрикс костной ткани и повышая резорбцию кости, снижают активность остеобластов и скорость образования новой костной ткани, повышают экскрецию кальция и снижают абсорбцию кальция в желудочно-кишечном тракте.
2. Гормон роста повышает экскрецию кальция почками, активность остеобластов и процессы минерализации во вновь образовавшейся костной ткани и увеличивает активность остеокластов и деминерализацию в ранее образовавшейся кости.
3. Тироидные гормоны (избыток Т3 и Т4), повышают экскрецию кальция с мочой, увеличивают процессы разорбции кости. Недостаток тироидных горомонов задерживает образование и созревание костной ткани;
4. Глюкагон способствует развитию гипокальциемии посредством прямого влияния на кости (снижая процессы резорбции) и опосредованно – через стимуляцию высвобождения кальцитонина.
5. Половые гормоны снижают экскрецию кальция с мочой и калом, стимулируют активность остеобластов.
Кальцитонин
Высокие концентрации кальция активируют кальций-чувствительнуюпротеазу, гидролизующую один из предшественников гормона, и тем самым снижается образование паратиреоидного гормона.
Механизм действия
Аденилатциклазный.
Мишени и эффекты
Эффект паратиреоидного гормона заключается в увеличении концентрации кальция и снижении концентрации фосфора в крови.
Это достигается тремя способами:
Костная ткань
o при высоком уровне гормона активируютсяостеокласты и происходит деструкция костной ткани. При низких концентрациях активируется перестройка кости и остеогенез.
Почки
o увеличивается реабсорбциякальция и магния,
oуменьшается реабсорбция фосфатов, аминокислот, карбонатов, натрия, хлоридов, сульфатов.
o также гормон стимулирует образование кальцитриола (гидроксилирование по С1).
Кишечник
o при участии кальцитриола усиливается всасывание кальция и фосфатов.
Гипофункция
Возникает при случайном удалении при операциях на щитовидной железе, аутоиммунной деструкции ткани желез. Возникающая гипокальциемия и гиперфосфатемия проявляется в виде высокой нервно-мышечнойвозбудимости, судорог, тетании. При резком снижении кальция возникает дыхательный паралич, ларингоспазм.
Гиперфункция
Первичный гиперпаратиреоз возникает при аденоме желез. Нарастающая гиперкальциемия вызывает повреждение почек, мочекаменную болезнь.
Вторичный гиперпаратиреоз является результатом почечной недостаточности, при которой происходит нарушение образования кальцитриола, снижение концентрации кальция и компенсаторное возрастание синтеза паратиреоидного гормона.
Строение
Представляет собой пептид, включающий 32 аминокислоты с молекулярной массой
3,6 кДа.
Синтез
Осуществляется в парафолликулярных клетках щитовидной железы.
Регуляция синтеза и секреции
Активируют: ионы кальция, глюкагон.
Механизм действия
Аденилатциклазный
Мишени и эффекты
Эффект кальцитонина заключается в уменьшении концентрации кальция и фосфора в крови.
КАЛЬЦИТОНИН И МЕХАНИЗМ ЕГО ДЕЙСТВИЯ
Кальцитонин является гипокальциемическим гормоном и секретируется парафолликулярными или С-клетками щитовидной железы, которые отличаются от фолликулярных клеток не только конечным продуктом секреции, но и происхождением.
Парафолликулярные клетки несколько крупнее фолликулярных и содержат большое ядро, митохондрии, хорошо развитый комплекс Гольджи и ряд нежных гранул, содержащих кальцитонин, который высвобождается в ответ на гиперкальциемию.
Парафолликулярные клетки относятся к клеткам APUD-системы, имеющим нервное происхождение (эктодерма нервного гребешка). У человека кальцитонин синтезируется не только в щитовидной железе, но также в вилочковой и околощитовидных железах.
Кальцитонин человека представляет собой полипептид, состоящий из 32 аминокислот с такой последовательностью: Цис-Гли-Асп-Лей-Сер-Тре-Цис-Мет-Лей-Гли-Тре-Тир-Тре-Глн-Асп-Фен-Асн-Лиз-Фен-Гис-Тре-Фен-Про-Глн-Тре-Ала-Илей-Гли-Вал-Гли-Ала-Про-Nh3. Мол. м. 3000 дальтон. Период полураспада около 5 мин. Кальцитонин, помимо мономерной формы, может образовывать путем ковалентной связи димерные и, не исключено, полимерные формы гормона, однако биологически активной является только мономерная форма гормона. Было показано, что в процессе трансляции образуется препрокальцитонин и прокальцитонин с мол. м. около 13 кДа. В настоящее время получен кальцитонин человека, крупного рогатого скота, свиньи, овцы и лососевых рыб. Наиболее эффективным (в 10 раз) в биологическом отношении является кальцитонин лососевых рыб по сравнению с кальцитонином человека. Это связано с более длительным периодом полураспада и более длительным существованием гормоно-рецепторного комплекса.
Специфическим стимулятором секреции кальцитонинна является повышение концентрации кальция в крови более 2,25 ммоль/л (9 мг/100 мл). Кроме того, стимуляторами секреции кальцитонина являются катехоламины, осуществляющие свое действие через b-адренергические рецепторы, холецистокинин, глюкагон, гастрин. Глюкагон и катехоламины, взаимодействуя с рецепторами, увеличивают содержание цАМФ, который стимулирует секрецию кальцитонина, так же как и паратгормона, т.е. цАМФ является внутриклеточным медиатором секреции кальцитонина. Кальцитонин метаболизируется в почках, печени и, возможно, в костной ткани.
Биологический эффект кальцитонина проявляется снижением уровня кальция и фосфора в крови, что является следствием влияния кальцитонина на костную ткань и почки. В кости кальцитонин угнетает процессы резорбции как кальция, так и белкового матрикса. Это проявляется снижением экскреции гидроксипролина и содержания кальция в крови. Одновременное уменьшение фосфора в сыворотке крови является результатом снижения мобилизации фосфора из кости и непосредственной стимуляции поглощения фосфора костной тканью. Кальцитонин ингибирует активность и количество остеокластов. Уже через 1 ч после введения кальцитонина уменьшается образование остеокластов из клеток-предшественников. Механизм действия кальцитонина опосредуется цАМФ и активацией протеинкиназ, что сопровождается изменением активности щелочной фосфатазы, пирофосфатазной активности и активности ферментов.
Инфузия кальцитонина человеку или экспериментальным животным приводит к увеличению экскреции кальция, фосфора, натрия, калия и магния. Кальцийурический и фосфоруретический эффект гормона дополняет его действие на костную ткань, приводящее к гипокальциемии и гипофосфатемии. Как в костной ткани, так и в почках взаимодействие кальцитонина с рецепторами приводит к увеличению внутриклеточного медиатора – цАМФ. Если в костной ткани кальцитонин и паратгормон взаимодействуют с рецепторами, локализованными в основном на остеокластах, то в почках эти гормоны комплексируются с рецепторами клеток-мишеней в различных частях нефрона. Рецепторы к кальцитонинну располагаются в восходящей части петли нефрона и дистальных канальцах, тогда как рецепторы к паратгормону находятся в проксимальных канальцах, нисходящей части петли нефрона и дистальных канальцах.
Наряду с паратгормоном и кальцитонином в поддержании фосфорно-кальциевого гомеостаза большое участие принимает витамин D (D-гормон, холекальциферол или витамин D3).
Помимо паратгормона, кальцитонина и витамина D, на гомеостаз кальция в организме влияют и другие гормоны.
1. Глюкокортикоиды увеличивают глюконеогенез, используя матрикс костной ткани и повышая резорбцию кости, снижают активность остеобластов и скорость образования новой костной ткани, повышают экскрецию кальция и снижают абсорбцию кальция в желудочно-кишечном тракте.
2. Гормон роста повышает экскрецию кальция почками, активность остеобластов и процессы минерализации во вновь образовавшейся костной ткани и увеличивает активность остеокластов и деминерализацию в ранее образовавшейся кости.
3. Тироидные гормоны (избыток Т3 и Т4), повышают экскрецию кальция с мочой, увеличивают процессы разорбции кости. Недостаток тироидных горомонов задерживает образование и созревание костной ткани;
4. Глюкагон способствует развитию гипокальциемии посредством прямого влияния на кости (снижая процессы резорбции) и опосредованно – через стимуляцию высвобождения кальцитонина.
5. Половые гормоны снижают экскрецию кальция с мочой и калом, стимулируют активность остеобластов
Кальцитонин
В 1962 г. Копп открыл гормон, снижающий уровень кальция в крови, назвав его кальцитонином (Сорр, 1964). Было показано, что перфузия паращитовидных и щитовидной желез собак кровью с высокой концентрацией кальция вызывает быстрый кратковременный гипокальциемический эффект, причем этот эффект развивается раньше, чем после полной паратиреоэктомии. Копп заключил, что паращитовидные железы в ответ на гиперкальциемию секретируют кальцитонин и таким образом нормализуют концентрацию кальция в плазме. Мансон и сотр. (Hirsch et al., 1963) обратили внимание на то, что у крыс паратиреоэктомия путем электрокоагуляции вызывает более выраженную гипокальциемию, чем удаление и щитовидной, и паращитовидных желез вместе, что указывало на присутствие гипокальциемического фактора именно в щитовидной железе. Показав, что экстракты щитовидной железы действительно вызывают гипокальциемию, эти авторы назвали искомый фактор тирокальцитонином. В настоящее время известно, что оба фактора представляют собой одно и то же вещество и что оно действительно вырабатывается в щитовидной железе. Однако за этим гормоном закрепилось название кальцитонин.
Кальцитонин вырабатывается и секретируется парафолликулярными С-клетками щитовидной железы, развивающимися в эмбриогенезе из эктодермы нервного гребешка. У позвоночных, не принадлежащих к классу млекопитающих, кальцитонин присутствует в ультимобранхиальных тельцах, расположенных вне щитовидной железы. У человека С-клетки локализуются не только в щитовидной железе, но и в паращитовидных железах, а также в тимусе.
Кальцитонин — это одноцепочечный пептид из 32 аминокислот. Восемь из них, включая С-концевой пролинамид и цистеины в положениях 1 и 7 (образующие дисульфидный мостик), консервативны и необходимы для проявления биологической активности гормона. Аминокислотные остатки середины молекулы (в положениях 10—27) вариабельны и, по-видимому, влияют на активность и продолжительность действия кальцитонина. Кальцитонины, выделенные из ультимобранхиальных телец лосося и угря, обладают большей активностью in vivo и in vitro, чем гормон из щитовидных желез млекопитающих, и отличаются от кальцитонина человека аминокислотными остатками соответственно в положениях 13 и 16. Кальцитонин лосося оказывает больший лечебный эффект, чем гормон человека, отчасти потому, что обладает большим Т1/2.
У человека кальцитонин образуется из пропептида, состоящего из 135 аминокислотных остатков; из того же пропептида образуются еще два пептида, биологическая роль которых не известна. Ген кальцитонина содержит шесть экзонов. Сам кальцитонин кодируется 4-м экзоном. В С-клетках сплайсинг происходит таким образом, что в конечной мРНК представлены только первые 4 экзона. В нервных же клетках последовательность, соответствующая 4-му экзону, вырезается, и в конечной мРНК представлены экзоны 1—3, 5 и 6. После трансляции и расщепления пропептида образуется зрелый пептид, состоящий из 37 аминокислотных остатков, — кальцитониноподобный пептид. У некоторых животных действие этого пептида отчасти сходно с действием кальцитонина, но у других кальцитониноподобный пептид проявляет ПТГ -подобную активность и взаимодействует с рецепторами, отличающимися от рецепторов кальцитонина. Поскольку С-клетки щитовидной железы почти не образуют этот пептид, он вряд ли принимает участие в регуляции обмена кальция. Кальцитониноподобный пептид и его рецепторы широко представлены в ЦНС, где он, вероятно, выполняет функцию медиатора. Этот пептид обнаружен во многих биполярных нейронах спинномозговых ганглиев и обладает выраженным сосудорасширяющим действием. Подробнее о строении и синтезе кальцитонина см. в обзоре MacIntyre etal. (1987).
В плазме присутствуют различные формы кальцитонина, включая высокомолекулярные агрегаты и перекрестно связанные молекулы. Это затрудняет разработку надежных иммунологических методов его определения. Предложены методы определения интактного мономерного пептида (Body and Heath, 1983). Регуляция секреции. Синтез и секреция кальцитонина регулируются концентрацией ионизированного кальция в плазме. При высокой концентрации секреция кальцитонина возрастает, а при низкой — снижается или прекращается. У человека нормальная концентрация кальцитонина не достигает и 10 пг/мл (Body and Heath, 1983). У женщин его средняя концентрация и реакция на стимуляторы секреции (пентагастрин и кальций) меньше, чем у мужчин. Т1/2 кальцитонина в крови равен примерно 10 мин.
Секреция кальцитонина стимулируется многими факторами, включая катехоламины, глюкагон, гастрин и холецистокинин, но их роль в физиологической регуляции секреции кальцитонина сомнительна. Не известно даже, играет ли сам кальцитонин существенную роль в обмене кальция у человека. Удаление щитовидной железы, после которого кальцитонин из крови исчезает, не сказывается ни на обмене кальция, ни на массе костной ткани. При медуллярном раке щитовидной железы в плазме, моче и опухолевой ткани больных концентрации кальцитонина очень высоки (в 50—5000 раз выше нормы). Эта опухоль развивается из парафолликулярных клеток; все ее проявления связаны с избытком кальцитонина. Для диагностики обычно проводят пробу с пентагастрином или кальцием: сравнивают уровни кальцитонина плазмы до и после инфузии пентагастрина или кальция глюконата (Wells et al., 1978). Поскольку одна из форм медуллярного рака щитовидной железы наследуется как доминантный признак (при множественной эндокринной неоплазии типа II), соответствующие исследования необходимо регулярно проводить и у родственников больного, начиная с раннего детства (Tashjian etal., 1974). В большинстве случаев множественной эндокринной неоплазии типа II обнаружена мутация протоонкогена RET; это позволяет надеяться, что на смену пробам с пентагастрином и кальцием придет генодиагностика (Donis- Keller etal., 1993; Carlson et al., 1994).
Механизм действия
Кальцитонин снижает концентрации кальция и фосфата в крови преимущественно за счет прямого угнетающего действия на остеокласты, а следовательно, на резорбцию костной ткани (MacIntyre etal., 1987).
Хотя кальцитонин противодействует усилению резорбции костной ткани под действием ПТГ, его нельзя считать ингибитором всех эффектов ПТГ. Так, кальцитонин не препятствует активирующему действию ПТГ ни на аденилатциклазу, ни на поглощение кальция костной тканью. Ингибиторы синтеза РНК и белка не блокируют действие кальцитонина. Кальцитонин непосредственно взаимодействуете рецепторами остеокластов, быстро и значительно уменьшая площадь гофрированной каемки и тем самым интенсивность резорбции.
Подавление резорбции костной ткани приводит к снижению экскреции кальция, магния и гидроксипролина с мочой. Концентрация фосфата в плазме снижается — как из-за уменьшенной мобилизации из костей, так и вследствие увеличенной экскреции с мочой. Прямое действие кальцитонина на почки у разных видов неодинаково. У человека этот гормон стимулирует экскрецию кальция, фосфата и натрия. По крайней мере некоторые из эффектов кальцитонина на почки и костную ткань опосредуются цАМФ (Murad et al., 1970; Heersche et al., 1974). Биологическую активность препаратов кальцитонина определяют по их способности снижать концентрацию кальция в плазме крыс. Кальцитонины лосося и угря активнее гормонов человека и свиньи (см. выше).
Применение
Кальцитонин снижает концентрации кальция и фосфата у больных с гиперкальциемией в течение 6—10 ч после однократного введения. Этот эффект связан с подавлением резорбции костей и особенно выражен при высокой исходной скорости обновления костной ткани. Однако уже через несколько суток лечения кальцитонин перестает действовать. Лечение кальцитонином нельзя рассматривать как замену интенсивной инфузионной терапии; другие средства (например, дифосфонаты) могут оказаться более эффективными.
Кальцитонин оказывает положительный эффект при состояниях, сопровождающихся ускорением обновления костной ткани, таких, как болезнь Педжета, а также в некоторых случаях остеопороза. Длительное применение кальцитонина при болезни Педжета надолго ослабляет симптомы заболевания и снижает активность щелочной фосфатазы в сыворотке. При продолжительном лечении могут появляться антитела к кальцитонину, но это не обязательно сопровождается резистентностью к гормону. Побочные эффекты кальцитонина включают тошноту, отек кистей, крапивницу и (в редких случаях) кишечные колики. Риск побочных эффектов при введении кальцитонинов человека и лосося, по-видимому, одинаков. При лечении гиперкальциемии кальцитонин вводят п/к или в/м, дозы кальцитонина лосося — от 100 ME до 8 МЕ/кг каждые 12 ч. При болезни Педжета лечение начинают со 100 МЕ/сут. По достижении эффекта дозу снижают; для поддерживающей терапии обычно достаточно вводить по 50 ME 3 раза в неделю. При постклимактерическом остеопорозе кальцитонин лосося назначают в виде аэрозоля для интраназального введения 1 раз в сутки (см. ниже).
