Chuyển hóa canxi là sự di chuyển và điều hòa các ion canxi (Ca2 +) trong (qua ruột) và ra ngoài (qua ruột và thận) của cơ thể. Và giữa các khoang cơ thể: huyết tương, dịch ngoại bào và nội bào, và xương. Xương hoạt động như một trung tâm lưu trữ canxi để gửi vào và rút ra khi cần thiết thông qua việc tái tạo xương liên tục.
Một khía cạnh quan trọng của chuyển hóa canxi là cân bằng nội môi canxi huyết tương, sự điều hòa các ion canxi trong huyết tương trong giới hạn hẹp. Mức độ canxi trong huyết tương được điều chỉnh bởi hormone tuyến cận giáp (PTH) và calcitonin. PTH được giải phóng bởi các tế bào chính của tuyến cận giáp khi mức canxi huyết tương xuống thấp và làm nâng cao mức canxi về mức bình thường. Calcitonin được giải phóng bởi các tế bào parafollicular của tuyến giáp khi mức canxi trong huyết tương cao hơn để hạ thấp nó về mức bình thường.
Canxi là khoáng chất chiếm tỷ lệ nhiều nhất trong cơ thể con người. Cơ thể trưởng thành trung bình chứa tổng cộng khoảng 1 kg canxi. 99% trong bộ xương dưới dạng muối canxi photphat. Dịch ngoại bào (ECF) chứa khoảng 22 mmol, trong đó khoảng 9 mmol có trong huyết tương. Khoảng 10 mmol canxi được trao đổi giữa xương và ECF trong khoảng thời gian 24 giờ
Nồng độ canxi trong máu
Nồng độ của các ion canxi bên trong tế bào (trong dịch nội bào) thấp hơn 7.000 lần so với trong huyết tương (tức là ở mức <0,0002 mmol / L, so với 1,4 mmol / L trong huyết tương)
Nồng độ bình thường trong huyết tương
Nồng độ canxi toàn phần trong huyết tương nằm trong khoảng 2,2-2,6 mmol / L (9-10,5 mg / dL) và canxi ion bình thường là 1,3-1,5 mmol / L (4,5-5,6 mg / dL). Lượng tổng canxi trong máu thay đổi theo mức độ albumin huyết tương, (là loại protein có nhiều nhất trong huyết tương), và do đó là chất vận chuyển chính của canxi gắn với protein trong máu. Tuy nhiên, tác dụng sinh học của canxi được xác định bởi lượng canxi ion, chứ không phải là tổng canxi. Do đó, mức canxi ion trong huyết tương được điều chỉnh chặt chẽ để duy trì trong giới hạn bởi các hệ thống phản hồi tiêu cực cân bằng nội môi
Khoảng 35-50% canxi trong huyết tương có liên kết với protein, và 5-10% ở dạng phức hợp với axit hữu cơ và phốt phát. Phần còn lại (50-60%) bị ion hóa. Canxi bị ion hóa có thể được xác định trực tiếp bằng phương pháp so màu, hoặc có thể được đọc từ chữ tượng hình, mặc dù tính hữu ích của chất này bị hạn chế khi hàm lượng pH và protein của huyết tương lệch so với bình thường
Chức năng của canxi đối với cơ thể
Canxi có một số chức năng chính trong cơ thể.
Đối với người lớn
- Canxi giúp xương chắc khỏe, phòng ngừa những bệnh loãng xương, giảm tình trạng đau nhức và khó khăn trong vận động, làm nhanh lành các vết nứt gãy trên xương.
- Canxi còn cần thiết cho hoạt động của tim. Nếu cơ thể thiếu canxi kéo dài, cơ tim sẽ co bóp yếu, khi làm việc dễ mệt và hay vã mồ hôi.
- Ngoài ra, canxi có vai trò quan trọng đối với hệ thần kinh. Ở người già thiếu canxi dễ bị suy nhược thần kinh, trí nhớ kém, tinh thần không ổn định, đau đầu,…
Đối với trẻ em
- Nhờ có canxi sẽ giúp trẻ cao lớn, tăng cường cho khả năng miễn dịch và tiêu diệt các loại vi khuẩn gây bệnh khi chúng xâm nhập vào cơ thể.
- Với những trẻ thiếu canxi, trẻ sẽ chậm lớn, xương nhỏ và yếu dễ dẫn đến bệnh còi xương, chất lượng răng kém, dễ sâu và răng mọc không đều.
- Bên cạnh đó, canxi rất quan trọng với hệ thần kinh của trẻ em, những trẻ bị thiếu canxi thường có biểu hiện khóc đêm, hay giật mình và dễ nổi cáu
Canxi nào là tốt nhất?
Không phải tất cả canxi trong chế độ ăn có thể dễ dàng hấp thụ từ ruột. Canxi dễ hấp thu nhất được tìm thấy trong các sản phẩm sữa, cá, rau quả, ngũ cốc, các loại đậu, trái cây, protein. Canxi có trong chất thực vật thường phức tạp với phytates, oxalate, citrate và các axit hữu cơ khác.
Canxi lưu trữ trong xương
Xương đóng vai trò là điểm lưu trữ quan trọng đối với canxi. Xương chứa 99% canxi của cơ thể. Sự giải phóng canxi từ xương được điều hòa bởi hormone tuyến cận giáp kết hợp với calcitriol được sản xuất ở thận, dưới ảnh hưởng của PTH. Calcitonin (một loại hormone do tuyến giáp tiết ra khi nồng độ canxi ion hóa trong huyết tương cao hoặc tăng; không nên nhầm lẫn với “calcitriol” được sản xuất ở thận) kích thích kết hợp canxi vào xương.
Sự hấp thụ canxi ở ruột
Chế độ ăn uống bình thường của người trưởng thành chứa khoảng 25 mmol canxi mỗi ngày. Chỉ khoảng 5 mmol này được hấp thụ vào cơ thể mỗi ngày (xem bên dưới).
Canxi được hấp thụ qua màng viền của tế bào biểu mô ruột. Sau khi hấp thu qua tế bào, canxi ngay lập tức được liên kết với calbindin, một protein liên kết với canxi phụ thuộc vitamin D. Calbindin chuyển canxi trực tiếp vào mạng lưới nội chất của tế bào biểu mô, qua đó canxi được chuyển đến màng đáy ở phía đối diện của tế bào, mà không đi vào cytosol hoặc dịch nội bào. Từ đó canxi được tích cực vận chuyển vào cơ thể. Vận chuyển tích cực canxi xảy ra chủ yếu ở phần tá tràng của ruột khi lượng canxi thấp. Và thông qua vận chuyển tế bào nội bào thụ động ở phần jejunum và hồi tràng khi lượng canxi cao, độc lập với mức Vitamin D
Sự hấp thu canxi tích cực từ ruột được điều hòa bởi nồng độ calcitriol (hoặc 1,25 dihydroxycholecalciferol, hoặc 1,25 dihydroxyv vitamin D3) trong máu. Calcitriol là một dẫn xuất cholesterol. Dưới ảnh hưởng của tia cực tím lên da, cholesterol được chuyển đổi thành vitamin D3 tự nhiên được đồng phân hóa thành vitamin D3 (hoặc cholecalciferol). Sau đó nó được chuyển đổi từ cholecalciferol thành calcifediol trong gan. Dưới ảnh hưởng của hormone tuyến cận giáp, thận chuyển calcifediol thành hormone hoạt động calcitriol, hoạt động trên các tế bào biểu mô (enterocytes) lót ruột non để tăng tốc độ hấp thu canxi từ nội dung của ruột. Trong ngắn hạn, chu trình là như sau:
Cholesterol dưới tác động của tia cực tím → Đồng phân hóa vitamin D3 → Vitamin D3 → Calcifediol → Calcitriol
Nồng độ hormone tuyến cận giáp trong máu thấp (xảy ra trong điều kiện sinh lý khi nồng độ canxi ion hóa trong huyết tương cao) ức chế chuyển cholecalciferol thành calcitriol, từ đó ức chế sự hấp thu canxi từ ruột. Điều ngược lại xảy ra khi nồng độ canxi ion hóa trong huyết tương thấp: hormone tuyến cận giáp được tiết vào máu và thận chuyển nhiều calcifediol thành calcitriol hoạt động, làm tăng hấp thu canxi từ ruột
Tái hấp thụ
Tại ruột
Vì khoảng 15 mmol canxi được bài tiết vào ruột qua mật mỗi ngày. Tổng lượng canxi đạt đến tá tràng và jejunum mỗi ngày là khoảng 40 mmol (25 mmol từ chế độ ăn cộng với 15 mmol từ mật) , trong đó, trung bình, 20 mmol được hấp thụ (trở lại) vào máu. Kết quả cuối cùng là khoảng 5 mmol canxi được hấp thụ từ ruột hơn là được bài tiết vào qua đường mật. Nếu không có cấu trúc xương hoạt động (như thời thơ ấu), hoặc tăng nhu cầu canxi trong khi mang thai và cho con bú, canxi 5 mmol được hấp thụ từ ruột sẽ bù cho việc mất nước tiểu chỉ được điều chỉnh một phần
Tại thận
Thận lọc 250 mmol các ion canxi mỗi ngày trong nước tiểu (hoặc dịch lọc cầu thận), và tái hấp thu 245 mmol, dẫn đến mất trung bình trong nước tiểu khoảng 5 mmol / ngày. Số lượng các ion canxi bài tiết qua nước tiểu mỗi ngày một phần chịu ảnh hưởng của mức độ hormone tuyến cận giáp (PTH) trong huyết tương. Mức PTH cao làm giảm tốc độ bài tiết ion canxi và mức độ thấp làm tăng nó. Tuy nhiên, Hormon tuyến cận giáp có ảnh hưởng lớn hơn đến lượng ion photphat (HPO42−) bài tiết qua nước tiểu. Phosphate tạo thành muối không hòa tan kết hợp với các ion canxi. Do đó, nồng độ HPO42− cao trong huyết tương, làm giảm mức canxi bị ion hóa trong chất lỏng ngoài tế bào. Do đó, sự bài tiết nhiều phosphate hơn các ion canxi trong nước tiểu làm tăng mức canxi ion hóa trong huyết tương, mặc dù tổng nồng độ canxi có thể bị hạ thấp.
Thận ảnh hưởng đến nồng độ canxi ion hóa trong huyết tương theo cách khác. Nó chuyển hóa vitamin D3 thành calcitriol, dạng hoạt động có hiệu quả nhất trong việc thúc đẩy sự hấp thu canxi của đường ruột. Sự chuyển đổi vitamin D3 này thành calcitriol, cũng được thúc đẩy bởi nồng độ hormone tuyến cận giáp cao.
Bài tiết
Tại đường ruột
Hầu hết sự bài tiết canxi dư thừa là qua mật và phân, vì nồng độ calcitriol trong huyết tương (cuối cùng phụ thuộc vào nồng độ canxi trong huyết tương) điều chỉnh lượng canxi đường mật được tái hấp thu từ ruột
Tại thận
Bài tiết canxi qua nước tiểu thường khoảng 5 mmol (200mg) / ngày. Ít hơn so với bài tiết qua phân là15 mmol / ngày
Điều hòa canxi trong cơ thể
Nồng độ canxi ion hóa trong huyết tương được điều hòa trong giới hạn hẹp (1,3 che1,5 mmol / L). Điều này đạt được bởi cả các tế bào parafollicular của tuyến giáp và tuyến cận giáp liên tục cảm nhận (tức là đo lường) nồng độ của các ion canxi trong máu chảy qua chúng.
Mức canxi trong huyết tương cao
Khi nồng độ canxi tăng, các tế bào parafollicular của tuyến giáp sẽ tăng bài tiết calcitonin, một loại hormone polypeptide, vào máu. Đồng thời các tuyến cận giáp làm giảm tiết hormone tuyến cận giáp (PTH), cũng là một hormone polypeptide, vào máu. Kết quả là nồng độ calcitonin cao trong máu kích thích các nguyên bào xương trong xương để loại bỏ canxi khỏi huyết tương và gửi nó dưới dạng xương.
Nồng độ PTH giảm ức chế loại bỏ canxi khỏi bộ xương. Nồng độ PTH thấp có một số tác dụng khác: chúng làm tăng mất canxi trong nước tiểu, nhưng quan trọng hơn là ức chế sự mất ion photphat thông qua con đường đó. Do đó, các ion photphat sẽ được giữ lại trong huyết tương nơi chúng tạo thành muối không hòa tan với các ion canxi, do đó loại bỏ chúng khỏi bể canxi bị ion hóa trong máu. Nồng độ PTH thấp cũng ức chế sự hình thành calcitriol (không bị nhầm lẫn với calcitonin) từ cholecalciferol (vitamin D3) của thận.
Sự giảm nồng độ calcitriol trong máu tác động (tương đối chậm) lên các tế bào biểu mô (tế bào ruột) của tá tràng, ức chế khả năng hấp thụ canxi từ các chất trong ruột. Nồng độ calcitriol thấp cũng tác động lên xương khiến các nguyên bào xương giải phóng ít ion canxi hơn vào huyết tương
Mức canxi trong huyết tương thấp
Khi nồng độ canxi ion hóa trong huyết tương thấp hoặc giảm thì điều ngược lại xảy ra. Sự bài tiết calcitonin bị ức chế và bài tiết PTH bị kích thích, dẫn đến việc canxi được loại bỏ khỏi xương để nhanh chóng điều chỉnh mức canxi huyết tương. Nồng độ PTH trong huyết tương cao ức chế mất canxi qua nước tiểu đồng thời kích thích sự bài tiết các ion photphat qua con đường đó. Chúng cũng kích thích thận sản xuất calcitriol (một loại hormone steroid), giúp tăng cường khả năng của các tế bào lót ruột để hấp thụ canxi từ các chất trong ruột vào máu, bằng cách kích thích sản xuất calbindin trong các tế bào này. Việc sản xuất calcitriol được kích thích bằng PTH cũng làm cho canxi được giải phóng từ xương vào máu, bằng cách giải phóng RANKL (một cytokine, hoặc hormone) từ các nguyên bào xương làm tăng hoạt động hủy xương của xương. Tuy nhiên, đây là những quá trình tương đối chậm
Do đó, sự điều hòa ngắn hạn nhanh chóng của mức canxi ion hóa trong huyết tương chủ yếu liên quan đến sự di chuyển nhanh chóng của canxi vào hoặc ra khỏi bộ xương. Điều chỉnh lâu dài đạt được bằng cách điều chỉnh lượng canxi hấp thụ từ ruột hoặc bị mất qua phân.
Rối loạn canxi
Hạ canxi máu (canxi máu thấp) và tăng calci máu (canxi máu cao) đều là những rối loạn y tế nghiêm trọng. Loãng xương, nhuyễn xương và còi xương là những rối loạn xương liên quan đến rối loạn chuyển hóa canxi và ảnh hưởng của vitamin D. Loạn dưỡng xương do thận là hậu quả của suy thận mạn liên quan đến chuyển hóa canxi.
Một chế độ ăn uống giàu canxi có thể làm giảm mất canxi từ xương khi tiến triển (sau mãn kinh). Một lượng canxi trong chế độ ăn uống thấp có thể là một yếu tố nguy cơ trong sự phát triển của bệnh loãng xương trong cuộc sống sau này; và chế độ ăn uống với lượng canxi duy trì đủ có thể làm giảm nguy cơ mắc bệnh loãng xương.