משק הסידן

משק סידן תקין הוא תנאי הכרחי לקיומו של האדם. הסידן הוא מינרל חשוב מאוד, הנפוץ ביותר בגוף האדם. משקלו הכולל מגיע לעיתים לשני קילוגרמים והוא מהווה כ-2% ממשקל גוף האדם.
הסידן חיוני לתפקודים רבים ושונים בגוף האדם כגון מינרליזציה של העצם והשיניים, פעילותם של אנזימים כגון עמילאז, תהליכי קרישת דם, תפקודי שרירים לרבות מנגנון התכווצותם, הפרשת הורמונים, גדילת תאים וחלוקתם, יציבותם של קרומי תא ותהליכים של גירוי עצבי ורבים אחרים. ויסות מאזן הסידן בגוף נעשה על ידי הורמונים שונים, כגון הורמון בלוטת יותרת התריס- PTH, קלציטריול וקלציטונין.
רמות הסידן בנוזל החוץ תאי בגוף שמורות ברמה קבועה יחסית בטווח צר שנע בין 1.1 ל-1.3 mM. הגוף שומר על רמות הסידן הללו קבועות יחסית, כאשר ישנם מצבים בהם מאזן הסידן חיובי (ספיגת הסידן בגוף עולה על הפרשתו החוצה) - מצבים כגון תקופות גדילה, הריון, ומצבים בהם מאזן הסידן שלילי- מחלות שונות, הנקה, זקנה.

תכולת הסידן בגוף

אצל מבוגר, תכולת הסידן בגוף היא כ-1000 ועד 2000 גרם כאשר למעלה מ-99% מהסידן מצוי בתוך העצם (גבישים של הידרוקסיאפטיט). הסידן בתוך העצם תורם לתפקיד המבני של שלד האדם.
יתרת הסידן מצויה בנוזל החוץ תאי (לרבות נוזל הדם), בכמות מועטה מאוד, כאשר מחצית ממנו הוא סידן יוני (פעיל ומבוקר), כ־40% ממנו קשור לחלבונים בעלי מטען שלילי, וכ־10% מהסידן בנוזל החוץ תאי מצוי בקומפלקסים יחד עם יוני ציטראט, פוספאט, ביקרבונאט ותרכובות אחרות.
בתוך התא, ריכוזו של הסידן מזערי (10-6 M).
שלושה איברים משחקים תפקיד עיקרי בשמירה על רמות הסידן בגוף: המעי, העצם והכליה.

תהליך ספיגת הסידן במעי

הסידן נספג במערכת העיכול, במעי הדק המקורב- התריסריון והמעי הריק. על מנת שתהיה ספיגה בחזרה של סידן לגוף מהמעי, יש צורך בהפרשת חומצה בקיבה. במקרים בהם יש בעיה בהפרשת חומצה, כמו במקרה של תת-חומציות בקיבה, ספיגת הסידן לא תהא מיטבית- כך למשל, עם העלייה בגיל, מאחר שהחומציות במעי יורדת, ספיגת הסידן אף היא יורדת. באופן כללי, מתוך 1000 מיליגרם של סידן אשר עוברים במערכת העיכול, רק כ־200 מיליגרם נספגים בחזרה בגוף (כ־350-400 מיליגרם עוברים מהמעי למערכת הדם, ואולם מערכת הדם "מחזירה" בחזרה כ־150-200 מהסידן בחזרה למעי). יתרת 800 המיליגרם אינם נספגים בגוף.
מרבית הספיגה של סידן במעי מתבצעת בתחילת המעי הדק (תריסריון, ג'גונום- המעי הריק). הספיגה של סידן נעשית הן במנגנון סביל (בין תאים- פארא צלולרי) והן במנגנון פעיל (טרנס צלולרי- בתוך התאים) ומחקרים עדכניים מראים אפשרות למנגנון שלישי, גם הוא סביל, המאפשר מעבר של קומפלקסים דרך המעי (בניגוד למעבר יוני במנגנון הסביל הראשון) .
1.מנגנון פארא-צלולרי: במנגנון זה, הסידן נספג לכל אורך המעי הדק והמעי הגס במרווחים שבין התאים. יש לציין, כי אין מדובר בתהליך פשוט של דיפוזיה, היות שבין תאי המעי ישנם קשרים החוסמים דיפוזיה חופשית (tight junction), ולכן מעבר של יוני סידן (וגם מגנזיום) מווסת על ידי חלבונים מסוג claudin.
2.מנגנון טרנס-צלולרי: במנגנון זה, התלוי בפעילותו של קלציטריול, והמתרחש בעיקר בתחילת המעי הדק, הסידן חודר לתאי המעי דרך תעלות מסוימות (TRPV6, TRPV5) שנמצאות בדופן הלומינלי של התא. תעלות אלו נפתחות בנוכחות ריכוז נמוך של סידן יוני בציטוזול. לאחר כניסתו לתא, הסידן נקשר לחלבון הנקרא calbindin-D, ויוצא מהתא מהצד הבאזו-לטרלי, דרך משאבות סידן תלויות ATP, (ATP dependent Ca-ATPase) הקרויות גם PMCA1b, או על ידי משחלף נתרן/סידן, הקרוי גם NCX1 (אשר מוציא יון סידן בחזרה למערכת הדם בתמורה לשלושה יוני נתרן אשר נכנסים במקומו לתא). תפקיד ויטמין D בתהליך זה, הוא בהגברת הביטוי של תעלות הסידן הלומינליות, וכן הגברת ביטויו של החלבון calbindin. ליתר דיוק, הקלציטריול שהוא מטבוליט של ויטמין D, ונקרא גם 1,25 דיהידרוקסיויטמין D, הוא המטבוליט הפעיל של הוויטמין, והוא זה אשר פועל לצורך הגברת ספיגת הסידן במעי.

תלות ספיגת הסידן בפרמטרים נוספים

ישנם מספר פרמטרים נוספים המשפיעים על ספיגת הסידן לגוף כאשר השניים העיקריים הם החומרים הנוספים שמתעכלים ביחד עם הסידן וריכוז הסידן במנה הנצרכת.
1. חומרים המשפיעים על ספיגת הסידן: כאשר סידן נלקח ביחד עם תזונה עשירה בפוספטים, בחלבונים או בסיבים תזונתיים ספיגתו בגוף יורדת. מחקרים הראו שכאשר סידן ופוספט מתעכלים ביחד נוצר מלח קשה תמס הנקרא סידן פוספט אשר מוריד את יכולתו של הסידן להיספג הגוף. באותה הצורה חלבונים וסיבים תזונתיים משפיעים לרעה על הספיגה של סידן. על מנת לשפר את הספיגה של הסידן לגוף יש לקחת אותו עם ארוחה דלת חלבונים, סיבים תזונתיים ומוצרי חלב (העשירים בפוספט).
2. מנגנון הספיגה הפארא-צלולרי הוא תלוי ריכוזים ולכן ככל שלוקחים כמות גדולה יותר של סידן בפעם אחת, כך אחוז הספיגה מאותה תוספת יורדת ולכן רופאים ממליצים לפזר את מנת הסידן היומית על פני היום ולא לקחת אותה בפעם אחת במרוכז.

תהליך השחלוף של סידן בעצם

בנוזל החוץ תאי, כפי שצוין לעיל, קיים מאגר של כ־1 עד 2 גרם סידן. מתוכו, כ־500 מיליגרם עובר שחלוף מול יוני הסידן שבעצם (כחלק מתהליכי השחלוף בעצם) כך שכמותו בנוזל החוץ תאי אינה משתנה.
העצם היא רקמה דינמית, אשר עוברת תהליכים של הרס ובניה לכל אורך החיים. תהליכים אלו קרויים תהליכי שחלוף, והם מתבצעים על ידי תאים ייחודיים לעצם (אוסטאובלסטים- בוני עצם, אוסטאוקלסטים- מפרקי עצם). המרכיב החוץ תאי של העצם כולל שני מרכיבים- מרכיב אורגני, רובו (90%) עשוי מקולגן סוג 1, וכן מחלבונים שונים המשמשים לקשירת סידן, העברת אותות ועוד. המרכיב השני הוא מרכיב מינרלי - בעיקר הידרוקסיאפטיט.

אוסטאובלסטים

אוסטאובלסטים הם תאים האחראים על תהליך בניית העצם. את מייצרים את המצע החלבוני של העצם ופעילים בהשקעת המינרלים. מקור תאים אלו בתאים מזנכימאליים, והתמיינותם מושפעת מהורמונים כגון קלציטריול, PTH וגורמי צמיחה שונים. תאים אלו אחראים לייצר ולהפריש את המרכיב האורגני של העצם. מלבד זאת, תאים אלו מייצרים חלבונים החיוניים להתמיינות של אוסטאוקלסטיים (כגון RANKL) אולם גם חלבונים אשר מעכבים התמיינות של אוסטאוקלסטים (osteoprotegerin). האוסטאובלסטים הפעילים נמצאים על פני שטח עצם חדשה, ולאחר השקעת המינרלים במצע האורגני הם הופכים לאוסטאוציטים - אלו הם תאי עצם בוגרים אשר שקועים ברקמת העצם ומחוברים ברשת של תעלות. תפקיד האוסטאוציטים הוא ככל הנראה סנסור מכני- הם חשים עומס מכני המופעל על העצם ומעבירים מידע זה באמצעות רשת התעלות אל האוסטאובלסטים ואל תאי האב שלהם.

אוסטאוקלסטים

אוסטאוקלסטים הם תאים האחראים על תהליך פירוק העצם. אלו הם תאים מרובי גרעינים, הפעילים בתהליך ספיגת העצם, ומקורם מתאי מקרופאגים (נוצרו כתוצאה מהתמזגות תאים מהשורה המונוציטרית- מקרופאגית). רוב ההורמונים המשפיעים על תפקוד תאים אלו פועלים עליהם באופן עקיף- כך למשל, על האוסטיאובלסט (תא בונה עצם) קיימים קולטנים אליהם נקשרים חומרים שונים (כגון, PTH, אסטרוגן, קלציטריול), ועל ידי היקשרות זו משפיע האוסטיאובלסט על פעילותו של האוסטיאוקלסט. לעומת זאת, קלציטונין נקשר ישירות לקולטן ספציפי על האוסטיאוקלסט ומדכא את פעילותו (למעשה, תורם לבניית העצם). האוסטיאוקלסטים נצמדים לחלבוני מצע בשטח העצם, (כגון osteopontin) באמצעות אינטגרינים- חלבוני קישור. כתוצאה מהקישור נוצרת סביבה המפרידה או ממדרת בין תא האוסטאוקלסט לבין פני העצם- קרום התא הפונה לעצם הופך לקרום מזוגזג (ruffled border) ומכיל משאבות פרוטונים ותעלות כלוריד. כתוצאה מפעילות המשאבות והתעלות, יוצא HCl אל האזור המפריד בין התא לבין פני העצם, וגורם להחמצה. הסביבה החומצית ממיסה את מינרל העצם וחושפת את המצע האורגני. במקביל, משחרר האוסטיאוקלסט אנזימים אשר מפרקים את המצע האורגני (כגון, cathepsin K).
תהליך השחלוף: בתהליך זה, העצם נבנית ונהרסת באופן מחזורי. התהליך מתרחש לכל אורך החיים, והוא מתוזמן ומבוקר על ידי תאי עצם הנקראים BMU- basic multicellular unit. תהליך זה מתרחש לצורכי תחזוקה ותיקון נזקים, וכן לצורך אספקת סידן וזרחן בכמויות שיתאימו לשמירת מאזן הסידן והזרחן בגוף (ההומיאוסטזיס).
מחזור השחלוף מתחיל בשלב פעיל של ספיגת (פירוק) עצם (תהליך הנמשך כ-3 שבועות)- על ידי האוסטאוקלסטים, ולאחריו התמיינות של אוסטיאובלסטים (אשר ככל הנראה מושפעת כתוצאה מהשתחררות גורמי צמיחה שונים במהלך פירוק העצם) לתאים בשלים ויצירת עצם חדשה במשך כ־3 חודשים. ניתן להבחין באמצעות סמנים ביוכימיים האם מתבצעת ספיגת עצם (נבחין בתוצרי פירוק של קולגן או אנזימים של האוסטיאוקלסט) או האם יש בניית עצם (נבחין בתוצרי ביניים של תהליך יצירת הקולגן או אנזימים של האוסטאובלסט, אוסטיאוקלצין- חלבון רגולטורי).

ספיגת הסידן בכליה והפרשתו בשתן

לכליה יש תפקיד מרכזי בשמירת מאזן קבוע של סידן. באופן כללי, בין 8 ל-10 גרם של סידן יוני או סידן הקשור לאניונים, עובר סינון בגלומרולוס שבכליה. כ־98% מכמות זו, חוזרת בחזרה לגוף, כך שרק 200 מיליגרם מופרשים בשתן.
תפקוד תקין של תהליכים אלו יבטיח כי מאזן הסידן בגוף יישמר, (1000 מיליגרם בתזונה לעומת הפרשה של 800 מיליגרם ממערכת העיכול (צואה) ו- 200 מיליגרם במערכת השתן).
כאשר צריכת הסידן נמוכה יותר, הגוף פועל לצורך ספיגה גדולה יותר מהכמות הנצרכת (יכול לספוג בין 20% ועד 60% מהכמות הנצרכת). גם כאשר צריכת הסידן אינה משתנה, אולם ישנם תהליכי גדילה (או לחלופין, הריון) גדלה יכולתו של הגוף לספוג את הסידן באופן יעיל יותר.
1.אבובית מקורבת, לולאת הנלה- באזורים אלו של הנפרון ספיגת הסידן מתבצעת באופן סביל. מרבית הספיגה מתבצעת באבובית המקורבת (בין 65%-70%) בצמידות לספיגה של NaCl ומים (מנגנון של solvent drag). בזרוע העולה של לולאת הנלה מתקיימת ספיגה פאסיבית של כ־20% נוספים מהסידן, במנגנון של מפל חשמלי: נוצר מפל חיובי בחלל האבובית כתוצאה מפעילותו של הסימפורטר NA-K-2CL וחזרתו של כלוריד לקפילרות. המפל החיובי משפיע על יציאתו של הסידן מתוך התא אל הנוזל הבין תאי (כדי ליצור שוויון במפל הריכוזים החשמלי). בלולאת הנלה ישנה בקרה על ספיגת הסידן, על ידי קיומם של קולטנים רבים (CaSR) לסידן בצד הבאזו-לטרלי של התא אשר "חשים" את ריכוז הסידן בדם: אם יש עלייה ברמת הסידן הנספג, חל עיכוב בפעולתו של הסימפורטר וכך פוחתת הספיגה הטובולרית של הסידן. ספיגת הסידן לאורך חלק זה מתבצעת כאמור באופן סביל, בין התאים (מנגנון פארא-צלולרי), ואולם גם כאן, כמו במעי, ישנם קשרים בין תאיים- tight junction, כך שיש צורך בקיומו של החלבון paracellin 1 (שהוא מאותה משפחה של חלבון ה- claudin אשר קיים במעיים) לצורך מעבר הסידן. מוטציות בחלבון זה גורמות להפרעה בספיגה חזרה של סידן, וליתר סידן בשתן- היפרקלציאוריה.
2.אבובית מרוחקת- ספיגת הסידן באזור זה מתבצעת באופן מבוקר על ידי ההורמון PTH וסידן עצמו. בחלק זה, נספג בחזרה כ־10% מהסידן, במנגנון טרנס-צלולרי (תוך תאי). הספיגה היא ספיגה פעילה של סידן, כנגד מפל ריכוזים ומטענים חשמליים, ופועלת באופן הבא: הסידן נכנס לתאי האבובית על ידי תעלות סידן (ECAC), כשמספר תעלות אלו מווסת על ידי קלציטריול ועל ידי הסידן עצמו- שני אלו משרים את יצורן של התעלות. ההורמון PTH מקל על פתיחת התעלות למעבר הסידן, והסידן משונע דרך התא כשהוא קשור לחלבון calbindin (כך נמנעת עלייה בריכוז הסידן החופשי בתוך התא, היות שהוא קשור לחלבון). גם יצירה של חלבון זה תלויה בקלציטריול, בדומה למנגנון הספיגה במעי. הסידן יוצא באופן פעיל מהתא כנגד מפל כימי, באמצעות משחלף נתרן/סידן, או על ידי משאבת סידן אקטיביות (תלויות ATP)- ההורמון PTH מעודד את תהליך יצוא הסידן מהתא. גם ב- collecting duct מתבצעת ספיגה של סידן (פחות מ-5%) באופן אקטיבי ובהשפעת ההורמון PTH.