Кальций, витамин D и формирование здорового скелета

61 Pages·2008·0.986 MB·Russian

by  Шилин Д.Е.

Д.Е. Шилин
КАЛЬЦИЙ, ВИТАМИН D
И ФОРМИРОВАНИЕ
ЗДОРОВОГО СКЕЛЕТА
Министерство здравоохранения и социального развития РФ
ГОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет
министерства здравоохранения и социального развития РФ»
Кафедра репродуктивной медицины и хирургии ФПДО
Профессор Д.Е. Шилин
КАЛЬЦИЙ, ВИТАМИН D
И ФОРМИРОВАНИЕ
ЗДОРОВОГО СКЕЛЕТА
Учебное пособие для врачей,
клинических ординаторов,
интернов, студентов
Москва - 2008
Профессор Шилин Д.Е.
«Кальций, витамин D и формирование здорового скелета».
Учебное методическое пособие для системы медицинского образования.
М: 2008 г.
В учебно-методическом пособии доктора мед. наук профессора Шил и на Д.Е. (кафедра
репродуктивной медицины и хирургии ФПДОМГМСУ -зав. академик РАМН профессор Л. В. Адамян)
изложены современные представления о нормальной физиологии обмена кальция и витамина
D, а также новые сведения о специфических особенностях минерального обмена костной ткани
в возрастном аспекте (беременная -► плод -► новорождённый -► ребёнок -► подросток).
Обоснована необходимость широкого внедрения в педиатрическую практику превентивных
методов защиты ребёнка от патологических состояний, препятствующих процессам адекватного
формирования здорового скелета у подрастающего поколения россиян. Представлены
современные взгляды на профилактику остеопен и ческого синдрома в педиатрии, приведены
показания к первичной и вторичной профилактике, подробно рассмотрены продукты питания
и фармакологические препараты, применяемые для коррекции алиментарной недостаточности
кальция и витамина D.
Пособие предназначено для педиатров общей практики и широкого круга детских и подростковых
врачей-сп ециал истов (эн докри нол ого в, ортопедов-травматологов, ревматологов, гастроэнтерологов,
нефрологов), акушеров-гинекологов, организаторов здравоохранения, а также клинических
ординаторов, интернов, студентов медицинских вузов.
Ключевые слова: кальций, витамин D, остеопения, переломы, профилактика.
О Шилин Д.Е.
Защищено авторскими правами. Воспроизведение или копирование всего пособия или любого его
фрагмента требует обязательной ссылки на первоисточник.
Пособие подготовлено при поддержке
фармацевтической компании Никомед
Л
Оглавление
Предисловие........................................................................................................................................4
1. Регуляция обмена кальция и фосфора, ключевая роль витамина D..........5
2. Оптимальное потребление кальция, фосфора и суточная
потребность в витамине D в различные периоды жизни...............................12
Оптимальное потребление кальция и фосфора в различные периоды жизни...................1 2
Суточная потребность в витамине D у детей и подростков.................................................15
3. Минеральный гомеостаз и костный метаболизм
в различные периоды жизни.....................................................................................15
Минеральный гомеостаз и костный метаболизм в организме беременной.......................16
Минеральный гомеостаз и костный метаболизм в организме плода..................................17
Минеральный гомеостаз и костный метаболизм у новорождённого и младенца.............17
Минеральный гомеостаз и костный метаболизм в организме детей и подростков..........1 8
4. На пороге глобальной эпидемии остеопороза: прогноз для России?........19
Потребление кальция и распространённость переломов среди молодёжи Москвы........20
Потребление кальция в России у женщин-врачей репродуктивного возраста...................21
5. Эпидемиология переломов в детском возрасте: обоснование
фармакологической коррекции дефицита кальция и витамина D............23
Эпидемиология и структура костных переломов у детей ЦФО России .............................25
Факторы риска костных переломов у детей и подростков ЦФО России...........................27
Влияние потребления кальция и витамина D с молоком на риск переломов....................31
Резюме..........................................................................................................................................34
6. Молоко как источник кальция в питании
современных детей и подростков............................................................................35
Материалы и методы..................................................................................................................35
Результаты и их обсуждение.....................................................................................................36
Резюме..........................................................................................................................................41
7. Современная стратегия профилактики дефицита кальция и витамина D
с позиций профилактики остеопении и переломов.........................................42
Рациональное питание................................................................................................................43
Физические нагрузки..................................................................................................................45
Фармакологическая коррекция препаратами Са и витамина D.........................................46
Профилактический режим приёма препаратов кальция и витамина D..............................49
Современная стратегия профилактики дефицита кальция и витамина D у детей.............51
Приложения.................................................................................................................................52
Список литературы....................................................................................................................55
Публикации автора по теме монографии...............................................................................59
Список сокращений....................................................................................................................60
Предисловие
"Старческий остеопороз - это педиатрическое заболевание"*
Профессор Дент, Чарльз Энрике (1911 -1 976)
Реальное предотвращение остеопороза, являющегося сегодня актуальной проблемой
здравоохранения, и связанного с ним высокого риска переломов в старшем возрас­
те, согласно современным представлениям, возможно при старте профилактического
вмешательства с детства. Уже на этой стадии формирования костного скелета регис­
трируется эпидемический подъём распространённости переломов (фрактур) у детей
и подростков, в том числе, на фоне остеопении и остеопороза. Их частота в эти годы
достигает 15-25%, поэтому уже к 15 годам около 1 0% подростков переносят хотя бы
один перелом (из них каждый 10-й - повторно), что обусловлено накоплением у сов­
ременных детей ряда неблагоприятных факторов риска остеопенического синдрома,
в том числе - управляемых (модифицируемый риск).
В первую очередь, это комбинированная пищевая недостаточность кальция и витами­
на D при проживании в условиях природного дефицита ультрафиолета. В настоящее
время для населения северных зон низкой инсоляции (в том числе, всей России) ха­
рактерно недостаточное потребление молочных продуктов, из-за чего задолженность
обеспечения и кальцием, и витамином D составляет 50-70%. Это служит неблагопо­
лучной особенностью питания не только в старшем возрасте, но и в периоды особо
высокой потребности в этих нутриентах во время форсированного роста и развития -
у детей, подростков, беременных и кормящих.
Клинические рекомендации Российской ассоциации по остеопорозу (2005) включа­
ют в стандарт базовой терапии остеопоротических переломов и профилактики осте­
опороза обязательное назначение комбинированных препаратов карбоната кальция
и витамина D3. Научно-практическая программа Международного Фонда охраны здо­
ровья матери и ребёнка «Остеопенические состояния у детей и подростков», офици­
ально представленная на XI конгрессе педиатров России (февраль 2007 г.), данную
профилактику рекомендует с детства.
Без включения лекарственных средств, содержащих кальций в максимально усвояемой
форме вместе с холекальциферолом (обоих - в дозах, адекватных высокой физиологи­
ческой потребности растущего организма детей и подростков) в схемы профилактики
и базовой терапии, лечение и реабилитация юных пациентов любыми антирезорбтивны-
ми препаратами (как правило, дорогостоящими) имеет низкую эффективность и, в конеч­
ном итоге, не позволяет обеспечить им надёжную профилактику остеопоротических пе­
реломов и восстановить приемлемый уровень качества жизни.
* Dent С.Е. Keynote Address: Problems in Metabolic Bone Disease. //
Proceedings of the International Symposium on Clinical Aspects of Metabolic Bone Disease. 1973; 1-7.
1 • Регуляция обмена кальция
и фосфора, ключевая роль
витамина D
Последнее десятилетие ознаменовано нарастанием практического инте­
реса к проблеме остеопороза в педиатрии [6], поскольку именно в детстве
закладывается та прочность скелета, а в пубертате эффективно накапливается
такая пиковая костная масса, от которых впоследствии во многом зависит
предрасположенность к переломам на протяжении всей будущей жизни.
В настоящем обзоре (главы 1-3) суммированы современные представления о нор­
мальной физиологии обмена кальция и витамина D, а также новые сведения о спе­
цифических особенностях минерального обмена костной ткани в возрастном аспек­
те (беременная -*■ плод -*■ новорождённый -*■ ребёнок -*■ подросток).
Костная ткань состоит из трёх компонентов [1]: клеток (остеобластов, остеоцитов и ос­
теокластов - их доля всего ~3% от объёма костной ткани), органического матрикса
(коллагеновых волокон, неколлагенового белка - остеокальцина) и минеральных ве­
ществ (кристаллов гидроксиапатита [Саю(Р04)20Н2] и аморфного фосфата кальция
[Са3(Р04)2]).
Среди факторов, оказывающих решающее влияние на процессы остеогенеза, рост
и формирование здорового скелета, достижение им оптимальной, генетически детер­
минированной пиковой массы, главенствующая роль принадлежит правильному пита­
нию [8'9] и, прежде всего, надежному обеспечению растущего организма всеми мине­
ральными веществами и незаменимыми витаминами.
При обсуждении конкретной роли различных микронутриентов, их взаимодействия
и взаимосвязи в процессах остеогенеза первостепенную роль отводят кальцию (Са).
В организме человека он выполняет несколько чрезвычайно важных функций:
1. опорно-структурную (костная ткань, дентин зубов, межклеточный биоколлоид);
2. сократительную (контроль возбуждения, сокращения и расслабления мышц; осво­
бождение нейромедиаторов);
3. регуляторную или сигнальную (вторичный внутриклеточный мессенджер в гормо­
нальной регуляции ферментных систем в клетках-мишенях);
4. гемокоагуляционную (кофактор компонентов свёртывающей системы).
При появлении на свет в теле новорождённого общее количество Са составляет все­
го около 25 г пз,22,з2,зз]( но по мере созревания скелета эта величина возрастает до
1,3-1,5 кг. В период бурного роста подростки наращивают более трети общей «взрос­
лой» массы костей, что отражает напряжённость процессов обмена Са в это время
и предъявляет жёсткие требования к полному обеспечению им растущего организма
[15,16,34]
Из общего количества Са, присутствующего в организме, 98,9% находятся в кос­
тях, 0,51 % - в зубах и 0,51 % - в мягких тканях. Остальные 0,08% - в плазме крови
и внеклеточной жидкости мягких тканей. Чуть менее половины этого количества свя­
зано с сывороточными белками, главным образом, с альбумином. Другую половину
составляет ультрафильтруемый Са, способный проходить через мембраны (свобод­
ный и в составе комплексонов с бикарбонатом, лактатом, фосфатом и цитратом).
Концентрация общего (свободного и связанного) Са, а также его свободной фрак­
ции - ионизированного Са в плазме крови здорового ребёнка находится в достаточ­
но узком диапазоне (2,2-2,6 мМоль/л и 1,0-1,2 мМоль/л, соответственно).
Жёсткое поддержание концентрации Са в указанных пределах имеет исключитель­
но важное значение [81 Снижение уровня ионизированного Са ниже 0,6-0,7 ммоль/
л ведёт к нарушениям минерализации костей, снижению и утрате мышечного тону­
са, повышенной возбудимости двигательных нейронов и тетаническим судорогам.
В то время как гиперкальциемия оказывает повреждающее действие на многие фер­
ментные системы и клеточные функции, вызывает нарушения сердечной деятельнос­
ти, кальциноз почек, сердца, аорты, коронарных сосудов, базальных ганглиев голо­
вного мозга и других тканей за пределами скелета с необратимым расстройством
их функций.
Процесс роста и формирования скелета не сводится к простому увеличению массы
костной ткани и степени ее минерализации [91 Скелет, как и любой другой орган или
ткань, находится в состоянии постоянного самообновления, ремоделирования, явля­
ющегося результатом двух одновременно идущих процессов: резорбции, рассасыва­
ния уже существующей, предобразованной кости, осуществляемой остеокластами,
и её образования, моделирования остеобластами. В результате этих процессов в пе­
риод интенсивного роста у детей и подростков скелет полностью обновляется за 1-2
года. Сочетание этих двух процессов создает механизм постоянного «авторемонта»,
удаления и замены старых, поврежденных участков костной ткани, поддержания её
в постоянно «юном», здоровом состоянии.
Единство процессов резорбции и формирования кости при доминировании последне­
го обеспечивает точное воспроизведение тонкой и специфической внутренней архи­
тектуры костей при увеличении их размеров в процессе роста. И, наконец, резорб­
ция ранее образованных участков кости играет важную роль не только в обновлении
скелета, но также в поддержании гомеостаза Са в организме. Резорбция усиливает­
ся всякий раз, когда уровень Са в крови по той или иной причине обнаруживает тен­
денцию к снижению. Освобождаемый из подвергающихся рассасыванию участков
кости Са поступает в кровоток, восполняя его временно возникший дефицит, что поз­
воляет скелету выполнять, когда необходимо, функцию депо этого элемента.
В силу этих особенностей обмена Са, обусловленных одновременным сочетанием
процессов его отложения во вновь образуемой костной ткани и освобождения из
резорбируемых участков скелета, потребность как растущего, так и закончившего
рост организма в Са намного превышает среднесуточную величину его абсолютно­
го прироста, отложения в скелете, или ретенции [21
Л
Обмен этого минерала в организме складывается из нескольких мощных
и разнонаправленных потоков:
• всасывание в тонком кишечнике и поступление в кровоток;
перенос кровью и отложение в скелете (минерализация);
• освобождение, мобилизация из кости в кровоток;
поступление в мягкие ткани (нервная, мышечная и др.) и выход из них в кровоток;
секреция из крови в просвет кишечника и удаление с экскрементами (основной
путь выведения Са из организма);
фильтрация в почечных клубочках с мочой и обратная реабсорбция в канальцах (с
мочой выделяется не более 20-30% Са, выводимого из организма).
Обмен Са в организме находится под жёстким регулирующим контролем сложной,
многоуровневой гормональной системы. Главные регуляторы обмена Са и фосфора -
паратиреоидный гормон (ПТГ), витамин-гормон кальцитриол (1,25-дигидрокси-вита-
мин D3) и кальцитонин. Мишени этих гормонов - костная ткань, почки и тонкая кишка.
В поддержании минерального гомеостаза активное участие принимают также ПТГ-по-
добные пептиды (ПТГпП), цитокины (интерлейкины-1, -2, -6; трансформирующие фак­
торы роста а и (3; факторы некроза опухолей а и (3), тромбоцитарный фактор роста,
инсулиноподобные факторы роста (ИФР) 1 и 2 типа, ИФР-связывающие белки, гормон
роста, половые гормоны, инсулин, пролактин и ряд других [1].
Именно благодаря чёткому взаимодействию этих регуляторов организму удаётся свя­
зать воедино перечисленные выше столь разнонаправленные и чрезвычайно мощные
потоки Са (за сутки через организм ребенка проходит от 400-500 до 800-1200 мг эле­
мента в зависимости возраста). При этом поддерживается постоянство уровня (гомеос­
таз) минерала в плазме и обеспечение организма нужным его количеством при возмож­
ных колебаниях поступления с пищей и изменениях физиологической потребности.
ПТГ синтезируется околощитовидными железами в виде предшественника препроПТГ
(115 аминокислот), который входе процессинга превращается в проПТГ (90 амино­
кислот), а затем в секретируемый зрелый ПТГ (84 аминокислоты). Гормональной актив­
ностью обладает связывающийся с рецепторами в клетках-мишенях амино-терминаль-
ный фрагмент ПТГ (26 аминокислот). Скорость секреции ПТГ зависит прежде всего от
концентрации Са в сыворотке, к которому на клетках околощитовидных желёз име­
ются специфические Са-чувствительные рецепторы, сопряжённые с G-белком. При
незначительном снижении уровня Са секреция ПТГ быстро возрастает. Кроме того,
аналогичный эффект на ПТГ оказывает уменьшение концентрации магния и/или гор-
монально-активной формы витамина D3 - кальцитриола (1,25(ОН)20з).
Основная функция ПТГ - поддержание гомеостаза Са в крови. ПТГ быстро (в течение
30-60 мин.) усиливает поступление минерала в кровоток параллельно тремя путями:
непосредственно стимулируя резорбцию костной ткани, снижая его экскрецию с мочой
(путём прямой активации реабсорбции в дистальных канальцах нефрона), и опосредо­
ванно, способствуя всасыванию элемента в тонкой кишке (за счёт активации синтеза
кальцитриола из 25(ОН)D3 на уровне проксимальных канальцев). На уровень фосфата
в крови ПТГ оказывает обратный эффект: подавляя канальцевую реабсорбцию, увели­
чивает его экскрецию с мочой и тем самым снижает связывание Са в циркуляции [11
Витамин D- это собирательное понятие, объединяющее группу жирорастворимых ве­
ществ (табл. 1). Гормональной активностью обладает, о чём указывалось выше, только
его дважды гидроксилированная форма - продукт эндогенного превращения витами­
на D3 (холекальциферола), который имеет как эндогенное происхождение (синтезиру­
ется в коже под воздействием ультрафиолетовых лучей из предшественника 7-дегид-
рохолестерина), так и экзогенное (из животной пищи: рыбьего жира, печени, яичного
желтка). Все остальные продукты питания практически лишены витамина D. В связи
с этим в ряде стран его специально добавляют в некоторые продукты, например, в мо­
локо, фруктовые соки, маргарин. Напротив, витамин D2 (эргокальциферол) поступает
в организм только с растительными продуктами питания (хлеб, зелень), причём весь­
ма немного.
Таблица 1. Синтез витамина D, его источники и номенклатура названий
Животного происхождения Растительного происхождения
7-дегидрохолестерин (предшественник) эргостерол (предшественник)
холекалыдиферол (витамин D3) эргокалыдеферол (витамин D2)
калыдидиол (25-гидрокси-витамин D3) эркалыдидиол (2 5-ги дроке и-витамин D2)
калыдитриол (1,25-ди гидрокеи-витамин D3] эркалыдитриол (1,25-дигидрокси-витамин D2)
Эндогенное образование витамина D3 - достаточно сложный процесс,
состоящий из нескольких стадий171:
• биосинтез сквалена и холестерина;
превращение холестерина в провитамин D3: 7-дегидрохолестерин;
образование превитамина D3 в ходе неферментативной, зависимой от ультрафио­
летового света фотохимической реакции;
• термическая трансформация превитамина D3 в витамин D3.
Затем эндогенный витамин D3 (и его метаболиты) из кожи и (или) поступивший с пищей
витамин D3 с помощью D-связывающего белка, выполняющего транспортную функ­
цию, поступает на последующие этапы в печень, почки, где происходит синтез гормо­
на кальцитриола.
При достаточной и регулярной инсоляции потребность человека в витамине D полно­
стью обеспечивается фотохимическим синтезом в коже. Вот почему витамин D3 назы­
вают «солнечным витамином». Именно фотохимические стадии во многих аспектах яв­
ляются определяющими и лимитирующими в деятельности D-гормональной системы.
Пищевой источник витамина D выполняет лишь компенсирующую роль в случаях де­
фицита эндогенного витамина. Активность фотохимических стадий синтеза витамина
D3 находится в прямой зависимости от интенсивности, а также спектрального состава
УФ-облучения и в обратной - от степени пигментации (загара) кожи. Наличие пигмен­
та при сформированном загаре существенно увеличивает время достижения максиму­
ма накопления превитамина D3 в коже, вместо 15 минут - 3 часа. Летний загар и зим­
няя депигментация людей в северных широтах позволяют регулировать интенсивность
образования витамина D3 в коже [7].
Одна из версий развития цивилизации (с юга на север, от чёрного цвета кожи к бело­
му) говорит, что естественный отбор по цвету кожи способствовал образованию бе­
лой расы. На севере селекция шла в направлении белого цвета кожи в связи с необ­
ходимостью компенсации недостатка солнечного излучения и дефицита витамина, что
могло быть причиной рахита и других заболеваний. А в южных широтах тёмный цвет
кожи был необходим для защиты от избытка УФ-лучей.
Фотохимический процесс синтеза витамина D3 происходит только под воздействием
на кожу световой и тепловой энергии с определёнными характеристиками. Исходным
субстратом реакции синтеза витамина D3 является провитамин D3. Более 80% про­
дукции витамина D3 в коже происходит в эпидермисе, а остальное количество в де­
рме. Наиболее оптимальным излучением для синтеза превитамина D3 являются лучи
с длиной волны 290-300 нм (средняя часть УФ-лучей типа В). Снижение синтеза ви­
тамина D3 в коже с возрастом, вероятно, является результатом локального дефицита
субстрата, поскольку уровень 7-дегидрохолестерола в эпидермисе в детстве и отро­
честве вдвое выше, чем у взрослых, а в возрасте 20-80 лет снижается примерно на
50%, что отрицательно сказывается на балансе Са и других функциональных свойс­
твах D-гормональной системы.
Известно, что спектральный состав солнечного света зависит от географической ши­
роты и изменяется циклично в соответствии с сезонами года. Это явление связано
с тем, что вращение Земли меняет угол оси и толщину атмосферного слоя, через кото­
рый проходит солнечный луч. В связи с этим, существенно изменяется спектр солнеч­
ного излучения, в частности, по содержанию УФ-лучей типа В, которые необходимы
для синтеза витамина D3 [71
Для средних широт в период весна-лето характерно появление и увеличение УФВ-
составляющей в солнечном спектре, а в период осень-зима происходит её снижение
и последующее исчезновение в солнечном свете. Данные изменения безусловно отра­
жаются на синтезе витамина D3 и активности D-гормональной системы.
Для жителей высоких широт характерно, что в зимнее время даже в ясные дни синтез
витамина D3 в коже практически прекращается, и только в определённое время года
солнечное воздействие способно эффективно обеспечивать потребности организма
в этом витамине. Если популярно интерпретировать эти данные с учётом географичес­
кого расположения России, то можно нарисовать следующую картину - солнечное из­
лучение способно обеспечить образование витамина D3 в коже в течение:
всего года в зоне 34° с.ш. и ближе к экватору (таких зон в России нет);
около 7 месяцев в году (с марта по октябрь) для жителей в зоне 40-43° с.ш. (Сочи,
Владикавказ, Махачкала);
около 6 месяцев в году (с середины марта до середины сентября) в зоне около 45°
с.ш. (Краснодарский край, Владивосток);
около 5 месяцев в году (с апреля по сентябрь) в зоне около 50° с.ш. (Волгоград,
Воронеж, Саратов, Иркутск, Хабаровск);
около 4 месяцев в году (с середины апреля до середины августа) в зоне около 55°
с.ш. (Москва, Нижний Новгород, Казань, Новосибирск, Екатеринбург, Томск);
около 3 месяцев и менее (с мая по июль) в зоне 60° с.ш. и севернее (Санкт-Петер-
бург, Архангельск, Сургут, Сыктывкар).