Parat hormon v krvi

Referenční koncentrace (norma) parathormonu v krevním séru dospělých je 8–24 ng/l (RIA, N-terminální PTH); intaktní molekula PTH - 10–65 ng/l.

Parathormon je polypeptid sestávající z 84 aminokyselinových zbytků, který příštítná tělíska tvoří a vylučují jako vysokomolekulární prohormon. Po opuštění buněk prohormon podléhá proteolýze za vzniku parathormonu. Produkce, sekrece a hydrolytické štěpení parathormonu je regulováno koncentrací vápníku v krvi. Jeho snížení vede ke stimulaci syntézy a uvolňování hormonu a snížení způsobuje opačný účinek. Parathormon zvyšuje koncentraci vápníku a fosfátů v krvi. Parathormon působí na osteoblasty, což způsobuje zvýšenou demineralizaci kostní tkáně. Aktivní není pouze samotný hormon, ale také jeho aminoterminální peptid (1-34 aminokyselin). Vzniká během hydrolýzy parathormonu v hepatocytech a ledvinách, čím větší je množství, tím nižší je koncentrace vápníku v krvi. V osteoklastech se aktivují enzymy, které ničí meziprodukt kosti, a v buňkách proximálních tubulů ledvin je inhibována reverzní reabsorpce fosfátů. Ve střevě se zvyšuje absorpce vápníku.

Vápník je jedním z nezbytných prvků v životě savců. Podílí se na řadě důležitých extracelulárních a intracelulárních funkcí.

Koncentrace extracelulárního a intracelulárního vápníku je striktně regulována cíleným transportem přes buněčnou membránu a membránu intracelulárních organel. Takový selektivní transport vede k obrovskému rozdílu v koncentracích extracelulárního a intracelulárního vápníku (více než 1000krát). Takový významný rozdíl činí z vápníku vhodného intracelulárního posle. V kosterních svalech tedy dočasné zvýšení cytosolické koncentrace vápníku vede k jeho interakci s proteiny vázajícími vápník - troponinem C a kalmodulinem, což iniciuje svalovou kontrakci. Proces excitace a kontrakce v myokardiocytech a hladkých svalech je také závislý na vápníku. Intracelulární koncentrace vápníku navíc reguluje řadu dalších buněčných procesů aktivací proteinkináz a fosforylací enzymů. Vápník se podílí na působení dalších buněčných poslů - cyklického adenosinmonofosfátu (cAMP) a inositol-1,4,5-trifosfátu, a tím zprostředkovává buněčnou odpověď na mnoho hormonů, včetně adrenalinu, glukagonu, vasopresinu a cholecystokininu.

Celkem lidské tělo obsahuje asi 27 000 mmol (přibližně 1 kg) vápníku ve formě hydroxyapatitu v kostech a pouze 70 mmol v intracelulární a extracelulární tekutině. Extracelulární vápník je zastoupen třemi formami: neionizovanou (neboli vázanou na proteiny, zejména albumin) - asi 45-50 %, ionizovanou (dvojmocné kationty) - asi 45 % a v komplexech vápník-anion - asi 5 %. Celková koncentrace vápníku je proto významně ovlivněna obsahem albuminu v krvi (při stanovení koncentrace celkového vápníku se vždy doporučuje tento ukazatel upravit v závislosti na obsahu albuminu v séru). Fyziologické účinky vápníku jsou způsobeny ionizovaným vápníkem (Ca++).

Koncentrace ionizovaného vápníku v krvi se udržuje ve velmi úzkém rozmezí - 1,0-1,3 mmol/l regulací toku Ca++ do a ze skeletu, stejně jako přes epitel ledvinových tubulů a střeva. Navíc, jak je vidět na diagramu, taková stabilní koncentrace Ca++ v extracelulární tekutině může být udržována i přes značné množství vápníku přicházejícího s potravou, mobilizovaného z kostí a filtrovaného ledvinami (například z 10 g Ca++ v primárním ledvinovém filtrátu se 9,8 g reabsorbuje zpět do krve).

Homeostáza vápníku je velmi složitý, vyvážený a vícesložkový mechanismus, jehož hlavními články jsou vápníkové receptory na buněčných membránách, které rozpoznávají minimální kolísání hladin vápníku a spouštějí buněčné kontrolní mechanismy (například snížení vápníku vede ke zvýšení sekrece parathormonu a snížení sekrece kalcitoninu ), a efektorové orgány a tkáně (kosti, ledviny, střeva), které reagují na kalciotropní hormony odpovídající změnou transportu Ca++.

Metabolismus vápníku je úzce propojen s metabolismem fosforu (zejména fosfátu - PO4) a jejich koncentrace v krvi jsou nepřímo úměrné. Tento vztah je obzvláště důležitý pro anorganické sloučeniny fosforečnanu vápenatého, které představují pro organismus přímé nebezpečí kvůli své nerozpustnosti v krvi. Součin koncentrací celkového vápníku a celkového fosfátu v krvi je tedy udržován ve velmi přísném rozmezí, které v normě nepřesahuje 4 (při měření v mmol/l), protože když je tento ukazatel nad 5, začíná aktivní srážení solí fosforečnanu vápenatého, což způsobuje poškození cév (a rychlý rozvoj aterosklerózy ), kalcifikaci měkkých tkání a ucpávání malých tepen.

Hlavními hormonálními mediátory homeostázy vápníku jsou parathormon, vitamín D a kalcitonin.

Parathormon, produkovaný sekrečními buňkami příštítných tělísek, hraje ústřední roli v homeostáze vápníku. Jeho koordinované působení na kosti, ledviny a střeva vede ke zvýšenému transportu vápníku do extracelulární tekutiny a ke zvýšení koncentrace vápníku v krvi.

Parathormon je protein o hmotnosti 9500 Da, který je kódován genem umístěným na krátkém raménku 11. chromozomu. Vzniká jako pre-pro-parathormon o délce 115 aminokyselin, který po vstupu do endoplazmatického retikula ztrácí oblast o délce 25 aminokyselin. Mezilehlý pro-parathormon je transportován do Golgiho aparátu, kde se odštěpí N-terminální fragment hexapeptidu a vznikne finální molekula hormonu. Parathormon má v cirkulující krvi extrémně krátký poločas rozpadu (2-3 minuty), v důsledku čehož se štěpí na C-terminální a N-terminální fragmenty. Fyziologickou aktivitu si zachovává pouze N-terminální fragment (1-34 aminokyselinových zbytků). Přímým regulátorem syntézy a sekrece parathormonu je koncentrace Ca++ v krvi. Parathormon se váže na specifické receptory na cílových buňkách: renálních a kostních buňkách, fibroblastech, chondrocytech, cévních myocytech, tukových buňkách a placentárních trofoblastech.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ]

Vliv parathormonu na ledviny

Distální nefron obsahuje jak receptory parathormonu, tak receptory vápníku, což umožňuje extracelulárnímu Ca++ vyvíjet nejen přímý (prostřednictvím vápníkových receptorů), ale i nepřímý (prostřednictvím modulace hladin parathormonu v krvi) vliv na renální složku kalciové homeostázy. Intracelulární mediátor účinku parathormonu je cAMP, jehož vylučování močí je biochemickým markerem aktivity příštítných tělísek. Mezi renální účinky parathormonu patří:

1. zvýšená reabsorpce Ca++ v distálních tubulech (současně se při nadměrné sekreci parathormonu zvyšuje vylučování Ca++ močí v důsledku zvýšené filtrace vápníku v důsledku hyperkalcémie);
2. zvýšené vylučování fosfátů (působením na proximální a distální tubuly parathormon inhibuje transport fosfátů závislý na Na);
3. zvýšené vylučování bikarbonátu v důsledku inhibice jeho reabsorpce v proximálních tubulech, což vede k alkalizaci moči (a při nadměrné sekreci parathormonu - k určité formě tubulární acidózy v důsledku intenzivního odstraňování alkalického aniontu z tubulů);
4. zvýšení clearance volné vody a tím i objemu moči;
5. zvýšení aktivity vitaminu D-la-hydroxylázy, která syntetizuje aktivní formu vitaminu D3, jenž katalyzuje mechanismus absorpce vápníku ve střevě, a tím ovlivňuje trávicí složku metabolismu vápníku.

Dle výše uvedeného se u primární hyperparatyreózy, v důsledku nadměrného působení parathormonu, jeho renální účinky projeví ve formě hyperkalciurie, hypofosfatémie, hyperchloremické acidózy, polyurie, polydipsie a zvýšeného vylučování nefrogenní frakce cAMP.

[ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 13 ], [ 14 ], [ 15 ], [ 16 ]

Působení parathormonu na kosti

Parathormon má anabolické i katabolické účinky na kostní tkáň, které lze rozlišit jako časnou fázi účinku (mobilizace Ca++ z kosti pro rychlé obnovení rovnováhy s extracelulární tekutinou) a pozdní fázi, během níž je stimulována syntéza kostních enzymů (jako jsou lysozomální enzymy), což podporuje resorpci a remodelaci kostí. Primárním místem aplikace parathormonu v kostech jsou osteoblasty, protože osteoklasty zřejmě nemají receptory pro parathormon. Pod vlivem parathormonu produkují osteoblasty řadu mediátorů, mezi nimiž zvláštní místo zaujímá prozánětlivý cytokin interleukin-6 a faktor diferenciace osteoklastů, které mají silný stimulační účinek na diferenciaci a proliferaci osteoklastů. Osteoblasty mohou také inhibovat funkci osteoklastů produkcí osteoprotegerinu. Resorpce kostí osteoklasty je tak stimulována nepřímo prostřednictvím osteoblastů. To zvyšuje uvolňování alkalické fosfatázy a vylučování hydroxyprolinu močí, markeru destrukce kostní matrix.

Unikátní dvojí účinek parathormonu na kostní tkáň byl objeven již ve 30. letech 20. století, kdy bylo možné prokázat nejen jeho resorpční, ale i anabolický účinek na kostní tkáň. Avšak až o 50 let později, na základě experimentálních studií s rekombinantním parathormonem, se ukázalo, že dlouhodobý konstantní účinek nadbytku parathormonu má osteoresorpční účinek a jeho pulzní přerušovaný vstup do krve stimuluje remodelaci kostní tkáně [87]. Dosud má terapeutický účinek na osteoporózu (a nejen zastavuje její progresi) z těch, které byly schváleny k použití americkým Úřadem pro kontrolu potravin a léčiv (FDA), pouze syntetický přípravek parathormonu (teriparatid).

[ 17 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 21 ], [ 22 ]

Působení parathormonu na střeva

PTH nemá přímý vliv na absorpci vápníku v gastrointestinálním traktu. Tyto účinky jsou zprostředkovány regulací syntézy aktivního (l,25(OH)2D3) vitaminu D v ledvinách.

Další účinky parathormonu

Experimenty in vitro odhalily i další účinky parathormonu, jehož fyziologická role dosud není plně objasněna. Byla tedy prokázána možnost změny průtoku krve ve střevních cévách, zvýšení lipolýzy v adipocytech a zvýšení glukoneogeneze v játrech a ledvinách.

Vitamin D3, který již byl zmíněn výše, je druhým silným humorálním činidlem v systému regulace kalciové homeostázy. Jeho silný jednosměrný účinek, způsobující zvýšenou absorpci vápníku ve střevě a zvýšení koncentrace Ca++ v krvi, ospravedlňuje další název tohoto faktoru - hormon D. Biosyntéza vitaminu D je složitý vícestupňový proces. V lidské krvi může být současně přítomno asi 30 metabolitů, derivátů nebo prekurzorů nejaktivnější 1,25(OH)2-dihydroxylované formy hormonu. První fází syntézy je hydroxylace v poloze 25 atomu uhlíku styrenového kruhu vitaminu D, který buď přichází s potravou (ergokalciferol), nebo se tvoří v kůži pod vlivem ultrafialového záření (cholekalciferol). Ve druhé fázi dochází k opakované hydroxylaci molekuly v poloze 1a specifickým enzymem proximálních renálních tubulů - vitaminem D-la-hydroxylázou. Z mnoha derivátů a izoforem vitaminu D mají pouze tři výraznou metabolickou aktivitu – 24,25(OH)2D3, l,24,25(OH)3D3 a l,25(OH)2D3, ale pouze ten druhý působí jednosměrně a je 100krát silnější než jiné varianty vitaminu. Působením na specifické receptory enterocytového jádra stimuluje vitamin Dg syntézu transportního proteinu, který přenáší vápník a fosfát přes buněčné membrány do krve. Negativní zpětná vazba mezi koncentrací 1,25(OH)2 vitaminu Dg a aktivitou lа-hydroxylázy zajišťuje autoregulaci a zabraňuje nadbytku aktivního vitaminu D4.

Existuje také mírný osteoresorpční účinek vitaminu D, který se projevuje výhradně v přítomnosti parathormonu. Vitamin Dg má také inhibiční, na dávce závislý, reverzibilní účinek na syntézu parathormonu příštítnými tělísky.

Kalcitonin je třetí z hlavních složek hormonální regulace metabolismu vápníku, ale jeho účinek je mnohem slabší než u předchozích dvou látek. Kalcitonin je protein o 32 aminokyselinách, který je vylučován parafolikulárními C-buňkami štítné žlázy v reakci na zvýšení koncentrace extracelulárního Ca++. Jeho hypokalcemický účinek se realizuje inhibicí aktivity osteoklastů a zvýšením vylučování vápníku močí. Fyziologická role kalcitoninu u lidí dosud nebyla plně objasněna, protože jeho vliv na metabolismus vápníku je nevýznamný a je překrýván jinými mechanismy. Úplná absence kalcitoninu po totální tyreoidektomii není doprovázena fyziologickými abnormalitami a nevyžaduje substituční terapii. Významný nadbytek tohoto hormonu, například u pacientů s medulární rakovinou štítné žlázy, nevede k významným poruchám homeostázy vápníku.

Regulace sekrece parathormonu je normální

Hlavním regulátorem rychlosti sekrece parathormonu je extracelulární vápník. I malé snížení koncentrace Ca++ v krvi způsobuje okamžité zvýšení sekrece parathormonu. Tento proces závisí na závažnosti a délce trvání hypokalcemie. Počáteční krátkodobé snížení koncentrace Ca++ vede k uvolnění parathormonu nahromaděného v sekrečních granulích během prvních několika sekund. Po 15–30 minutách hypokalcemie se zvyšuje i skutečná syntéza parathormonu. Pokud stimul pokračuje v působení, pak je během prvních 3–12 hodin (u potkanů) pozorováno mírné zvýšení koncentrace RNA genu parathormonu v matrixu. Dlouhodobá hypokalcemie stimuluje hypertrofii a proliferaci buněk příštítných tělísek, což je detekováno po několika dnech až týdnech.

Vápník působí na příštítná tělíska (a další efektorové orgány) prostřednictvím specifických vápníkových receptorů. Existenci takových struktur poprvé navrhl Brown v roce 1991 a receptor byl později izolován, klonován a studována jeho funkce a distribuce. Je to první receptor objevený u lidí, který rozpoznává iont přímo, spíše než organickou molekulu.

Lidský receptor Ca++ je kódován genem na chromozomu 3ql3-21 a skládá se z 1078 aminokyselin. Molekula receptorového proteinu se skládá z velkého N-terminálního extracelulárního segmentu, centrálního (membránového) jádra a krátkého C-terminálního intracytoplazmatického konce.

Objev receptoru umožnil vysvětlit původ familiární hypokalciurické hyperkalcemie (u nositelů tohoto onemocnění bylo již nalezeno více než 30 různých mutací genu receptoru). Nedávno byly také identifikovány mutace, které aktivují receptor Ca++, což vede k familiární hypoparatyreóze.

Receptor Ca++ je v těle široce exprimován, a to nejen v orgánech zapojených do metabolismu vápníku (příštítná tělíska, ledviny, C-buňky štítné žlázy, kostní buňky), ale také v dalších orgánech (hypofýza, placenta, keratinocyty, mléčné žlázy, buňky vylučující gastrin).

Nedávno byl objeven další membránový kalciový receptor, který se nachází na buňkách příštítných tělísek, placentě a proximálních renálních tubulech, jehož role vyžaduje další studium kalciového receptoru.

Z dalších modulátorů sekrece parathormonu je třeba zmínit hořčík. Ionizovaný hořčík má na sekreci parathormonu podobný vliv jako vápník, ale mnohem méně výrazný. Vysoké hladiny Mg++ v krvi (mohou se vyskytnout při selhání ledvin) vedou k inhibici sekrece parathormonu. Zároveň hypomagnezémie nezpůsobuje zvýšení sekrece parathormonu, jak by se dalo očekávat, ale paradoxní snížení, které je zjevně spojeno s intracelulární inhibicí syntézy parathormonu v důsledku nedostatku hořčíkových iontů.

Vitamin D, jak již bylo zmíněno, také přímo ovlivňuje syntézu parathormonu prostřednictvím genetických transkripčních mechanismů. Kromě toho 1,25-(OH)2D potlačuje sekreci parathormonu při nízkých hladinách vápníku v séru a zvyšuje intracelulární degradaci jeho molekuly.

Jiné lidské hormony mají určitý modulační účinek na syntézu a sekreci parathormonu. Katecholaminy, působící hlavně prostřednictvím 6-adrenergních receptorů, tak zvyšují sekreci parathormonu. To je zvláště výrazné při hypokalcemii. Antagonisté 6-adrenergních receptorů normálně snižují koncentraci parathormonu v krvi, ale při hyperparatyreóze je tento účinek minimální kvůli změnám v citlivosti buněk příštítných tělísek.

Glukokortikoidy, estrogeny a progesteron stimulují sekreci parathormonu. Kromě toho mohou estrogeny modulovat citlivost parathormonu na Ca++ a mít stimulační účinek na transkripci genu parathormonu a jeho syntézu.

Sekrece parathormonu je také regulována rytmem jeho uvolňování do krve. Kromě stabilní tonické sekrece bylo tedy stanoveno i pulzující uvolňování, které zaujímá celkem 25 % celkového objemu. Při akutní hypokalcémii nebo hyperkalcémii reaguje jako první pulzující složka sekrece a poté, po prvních 30 minutách, reaguje i tonická sekrece.