Endokrinologie
Calciumstoffwechsel
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Übersicht
Der menschliche Körper enthält circa 1kg Calcium und 0,7kg Phosphat. Beide Stoffe sind fast ausschließlich im Knochen gebunden, sie liegen jeweils nur zu weniger als 1% extrazellulär gelöst vor. Sie erfüllen in ihrer freien gelösten Form essenzielle Aufgaben im menschlichen Organismus. Calcium und Phosphat müssen immer gemeinsam betrachtet werden, da sich die Konzentrationen gegenseitig beeinflussen.
Das ionisierte Calcium spielt eine entscheidende Rolle als intrazellulärer dient außerdem als intrazellulärer Botenstoff. Zudem wird es,als Gerinnungsfaktor benötigt und und es beeinflusst die Durchlässigkeit von Tight junctions. Nur das freie ionisierte Calcium ist biologisch aktiv. Phosphat wird im Körper an vielerlei Stellen benötigt, so zum Beispiel in Form von ATP, bei der Phosphorylierung von Proteinen und als Puffer.
Die Konzentration des ionisierten Calciums und des freien Phosphats wird durch verschiedene Regelkreisläufe konstant gehalten, da kleine Abweichungen große Auswirkungen auf den Organismus haben. Wichtigste Regulatoren sind das Parathormon, das Calcitriol und in geringem Maße das Calcitonin. An den Regelkreisen beteiligt sind die Nebenschilddrüsen, der Magendarmtrakt, die Nieren und die Knochen.
Calciumaufnahme
Oral wird täglich circa 1 Gramm Calcium aufgenommen. Hiervon werden über den Magendarmtrakt circa 400mg resorbiert. 200mg werden wieder in das Darmlumen ausgeschieden. 800mg Calcium werden letztlich pro Tag über den Stuhlgang ausgeschieden. Unter normalen Bedingungen filtrieren die Nieren pro Tag 10 Gramm Calcium. Hiervon wird der überwiegende Teil wieder reabsorbiert, 200mg Calcium werden schließlich über den Urin ausgeschieden. In den Knochen werden täglich 500mg Calcium freigesetzt und wieder eingebaut.
Regelkreise
Parathormon
Das Parathormon, PTH, wird in den Nebenschilddrüsen gebildet. Die Ausschüttung von PTH wird durch den Calcium-sensing receptor der Nebenschilddrüse reguliert, der die Konzentration des freien ionisierten Calciums misst. Niedriges freies Calcium stimuliert, hohes freies Calcium supprimiert die Ausschüttung von PTH. PTH hat seine Hauptwirkungen am Knochen und in der Niere. Ziel ist der schnelle Ausgleich einer Störung des Calciumhaushalts.
- PTH stimuliert am Knochen Osteoklasten und hemmt Osteoblasten und mobilisiert so Calcium und Phosphat. Steigen der Calcium- und der Phosphatspiegel gleichermaßen an, kommt es zur Ausfällung von Calciumphosphat. Das eigentliche Ziel des Anstiegs des freien ionisierten Calciums kann so nicht erreicht werden.
- Aus diesem Grund senkt PTH die Phosphatreabsorption in den Nieren und steigert somit die Phosphaturie. Gleichzeitig steigert es die renale Calciumreabsorbtion.
- PTH stimuliert außerdem die 1alpha-Hydroxylase und damit die Bildung von Calcitriol.
Calcitriol
Der zweite wichtige Regulator des Calcium- und Phosphathaushalts ist Calcitriol. Die Nomenklatur ist verwirrend, synonym genutzt werden für Calcitriol auch Vitamin-D-Hormon und 1,25-Dihydroxycholecalciferol. Der Einfachheit halber wird im Folgenden von Calcitriol gesprochen. Calcitriol ist ein Steroid. Die Synthese ist komplex und involviert verschiedene Organsysteme. Vitamin D3 oder auch Cholecalciferol wird insbesondere in der Haut unter Einwirkung von UV-Strahlen synthetisiert und außerdem durch den Verzehr tierischer Produkte aufgenommen. Vitamin D2 oder auch Ergocalciferol wird über pflanzliche Produkte zugeführt. Vitamin D3 und Vitamin D2 werden auf die gleiche Weise verstoffwechselt. Zunächst erfolgt in der Leber die Hydroxylierung zum 25-Hydroxy-Cholecalciferol per 25-Hydroxylase und schließlich in der Niere durch die 1alpha-Hydroxylase die Hydroxylierung zum 1,25-Dihydroxy-Cholecalciferol bzw. Calcitriol. Calcitriol wirkt insbesondere auf den Darm und zudem auf die Niere und den Knochen.
- Calcitriol induziert das Calcium-bindende Protein im Darm und verstärkt damit die enterale Calciumaufnahme. Auch Phosphat wird durch den Einfluss von Calcitriol vermehrt absorbiert.
- Es spielt außerdem eine wichtige Rolle bei der Mineralisation der Knochen.
- Im Zusammenspiel mit PTH senkt Calcitriol die renale Ausscheidungvon Calcium.
- Calcitriol hemmt die PTH-Sekretion und schließt damit den Regelkreis.
Calcitonin
Der dritte Regulator des Calcium-Stoffwechsels ist das Calcitonin, der Gegenspieler von PTH und Calcitriol. Ist das Calcium zu hoch, wird Calcitonin aus den C-Zellen der Schilddrüse ausgeschüttet. Vor allem wird durch das Calcitonin der Einbau von Calciumphosphat in den Knochen stimuliert bzw. die Abgabe von Calcium gehemmt. Zum anderen wird die Magendarmpassage verzögert und damit die enterale Resorption von Calcium verlangsamt. Außerdem wird die renale Calcium- und Phosphatreabsorption gehemmt. Calcitonin wirkt nur kurzzeitig. Bei länger bestehender Hyperkalzämie verliert es an Wirksamkeit, dies wird als Escape-Phänomen bezeichnet.
Niere
Die gesunde Niere trägt zudem in Abhängigkeit der Calcium- und Phosphat-Konzentration selbst per intrinsischer Steigerung bzw. Drosselung der Ausfuhr zur konstanten Konzentration der beiden Stoffe bei.
Der menschliche Körper enthält circa 1kg Calcium und 0,7kg Phosphat. Beide Stoffe sind fast ausschließlich im Knochen gebunden, sie liegen jeweils nur zu weniger als 1% extrazellulär gelöst vor. Sie erfüllen in ihrer freien gelösten Form essenzielle Aufgaben im menschlichen Organismus. Calcium und Phosphat müssen immer gemeinsam betrachtet werden, da sich die Konzentrationen gegenseitig beeinflussen.
Das ionisierte Calcium spielt eine entscheidende Rolle als intrazellulärer dient außerdem als intrazellulärer Botenstoff. Zudem wird es,als Gerinnungsfaktor benötigt und und es beeinflusst die Durchlässigkeit von Tight junctions. Nur das freie ionisierte Calcium ist biologisch aktiv. Phosphat wird im Körper an vielerlei Stellen benötigt, so zum Beispiel in Form von ATP, bei der Phosphorylierung von Proteinen und als Puffer.
Die Konzentration des ionisierten Calciums und des freien Phosphats wird durch verschiedene Regelkreisläufe konstant gehalten, da kleine Abweichungen große Auswirkungen auf den Organismus haben. Wichtigste Regulatoren sind das Parathormon, das Calcitriol und in geringem Maße das Calcitonin. An den Regelkreisen beteiligt sind die Nebenschilddrüsen, der Magendarmtrakt, die Nieren und die Knochen.
Oral wird täglich circa 1 Gramm Calcium aufgenommen. Hiervon werden über den Magendarmtrakt circa 400mg resorbiert. 200mg werden wieder in das Darmlumen ausgeschieden. 800mg Calcium werden letztlich pro Tag über den Stuhlgang ausgeschieden. Unter normalen Bedingungen filtrieren die Nieren pro Tag 10 Gramm Calcium. Hiervon wird der überwiegende Teil wieder reabsorbiert, 200mg Calcium werden schließlich über den Urin ausgeschieden. In den Knochen werden täglich 500mg Calcium freigesetzt und wieder eingebaut.
Parathormon
Das Parathormon, PTH, wird in den Nebenschilddrüsen gebildet. Die Ausschüttung von PTH wird durch den Calcium-sensing receptor der Nebenschilddrüse reguliert, der die Konzentration des freien ionisierten Calciums misst. Niedriges freies Calcium stimuliert, hohes freies Calcium supprimiert die Ausschüttung von PTH. PTH hat seine Hauptwirkungen am Knochen und in der Niere. Ziel ist der schnelle Ausgleich einer Störung des Calciumhaushalts.
- PTH stimuliert am Knochen Osteoklasten und hemmt Osteoblasten und mobilisiert so Calcium und Phosphat. Steigen der Calcium- und der Phosphatspiegel gleichermaßen an, kommt es zur Ausfällung von Calciumphosphat. Das eigentliche Ziel des Anstiegs des freien ionisierten Calciums kann so nicht erreicht werden.
- Aus diesem Grund senkt PTH die Phosphatreabsorption in den Nieren und steigert somit die Phosphaturie. Gleichzeitig steigert es die renale Calciumreabsorbtion.
- PTH stimuliert außerdem die 1alpha-Hydroxylase und damit die Bildung von Calcitriol.
Calcitriol
Der zweite wichtige Regulator des Calcium- und Phosphathaushalts ist Calcitriol. Die Nomenklatur ist verwirrend, synonym genutzt werden für Calcitriol auch Vitamin-D-Hormon und 1,25-Dihydroxycholecalciferol. Der Einfachheit halber wird im Folgenden von Calcitriol gesprochen. Calcitriol ist ein Steroid. Die Synthese ist komplex und involviert verschiedene Organsysteme. Vitamin D3 oder auch Cholecalciferol wird insbesondere in der Haut unter Einwirkung von UV-Strahlen synthetisiert und außerdem durch den Verzehr tierischer Produkte aufgenommen. Vitamin D2 oder auch Ergocalciferol wird über pflanzliche Produkte zugeführt. Vitamin D3 und Vitamin D2 werden auf die gleiche Weise verstoffwechselt. Zunächst erfolgt in der Leber die Hydroxylierung zum 25-Hydroxy-Cholecalciferol per 25-Hydroxylase und schließlich in der Niere durch die 1alpha-Hydroxylase die Hydroxylierung zum 1,25-Dihydroxy-Cholecalciferol bzw. Calcitriol. Calcitriol wirkt insbesondere auf den Darm und zudem auf die Niere und den Knochen.
- Calcitriol induziert das Calcium-bindende Protein im Darm und verstärkt damit die enterale Calciumaufnahme. Auch Phosphat wird durch den Einfluss von Calcitriol vermehrt absorbiert.
- Es spielt außerdem eine wichtige Rolle bei der Mineralisation der Knochen.
- Im Zusammenspiel mit PTH senkt Calcitriol die renale Ausscheidungvon Calcium.
- Calcitriol hemmt die PTH-Sekretion und schließt damit den Regelkreis.
Calcitonin
Der dritte Regulator des Calcium-Stoffwechsels ist das Calcitonin, der Gegenspieler von PTH und Calcitriol. Ist das Calcium zu hoch, wird Calcitonin aus den C-Zellen der Schilddrüse ausgeschüttet. Vor allem wird durch das Calcitonin der Einbau von Calciumphosphat in den Knochen stimuliert bzw. die Abgabe von Calcium gehemmt. Zum anderen wird die Magendarmpassage verzögert und damit die enterale Resorption von Calcium verlangsamt. Außerdem wird die renale Calcium- und Phosphatreabsorption gehemmt. Calcitonin wirkt nur kurzzeitig. Bei länger bestehender Hyperkalzämie verliert es an Wirksamkeit, dies wird als Escape-Phänomen bezeichnet.
Niere
Die gesunde Niere trägt zudem in Abhängigkeit der Calcium- und Phosphat-Konzentration selbst per intrinsischer Steigerung bzw. Drosselung der Ausfuhr zur konstanten Konzentration der beiden Stoffe bei.
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UpToDate