Einführung

Störungen der Serumcalciumkonzentration sind häufige Ereignisse in der klinischen Praxis. Noch häufiger sind die Störungen im Kalziumhaushalt, die bei einer Vielzahl von Krankheiten oder pathologischen Zuständen auftreten. Während es jedoch einfach ist, die Serumcalciumkonzentrationen zu messen, ist es weitaus schwieriger, den Kalziumhaushalt und den Kalziumgehalt des Körpers zu messen; daher sind viele Kliniker versucht, den Status des Calciumgleichgewichts anhand des Wertes der Serumcalciumkonzentration zu bewerten. Wie in dieser Übersicht erläutert, ist es nicht nur unmöglich, den Kalziumhaushalt basierend auf Serumcalcium vorherzusagen, sondern dies kann auch zu unzureichenden und manchmal schädlichen Entscheidungen für den Patienten führen.

Kalziumstoffwechsel bei gesunden Erwachsenen

Der Körper eines gesunden Erwachsenen enthält ∼25 000 mmol (∼1 kg) Kalzium, von denen >99% Teil der mineralischen Komponente des Knochens ist und <1% (∼20 mmol) im ECF enthalten ist. Das kalziumhomöostatische System zielt nicht so sehr auf den Gesamtkalziumgehalt des Körpers ab, sondern vielmehr auf die Konzentration von ECF-Kalzium. Bei einer bestimmten gesunden Person ist dieser Wert im Laufe der Zeit bemerkenswert stabil und weicht niemals um >2% von seinem Sollwert ab . Unter normalen Bedingungen werden sowohl die ECF-Calciumkonzentration als auch der Körpercalciumgehalt auf festen Werten gehalten; Unter pathologischen Bedingungen kann die Aufrechterhaltung der ECF-Calciumkonzentration jedoch eine Änderung des Calciumgleichgewichts und des Körpercalciumgehalts erfordern.

Kalziumflüsse bei normalen Erwachsenen

Drei Organe können Kalziumbewegungen in oder aus dem ECF erzeugen: der Darm, der Knochen und die Niere. Die intestinale Calciumabsorption nach einer Mahlzeit trägt jedoch nicht dazu bei, das Serumcalcium auf seinem Sollwert zu halten. Im Gegenteil, es induziert einen vorübergehenden Anstieg des Serumcalciums. Dennoch sind eine ausreichende Kalziumaufnahme über die Nahrung und eine normale Kalziumaufnahme im Darm unerlässlich, um ein normales Kalziumgleichgewicht und normale Knochenspeicher aufrechtzuerhalten. Bei westlichen Diäten fällt der Kotverlust aufgrund von nicht resorbiertem Kalzium aus der Darmflüssigkeit niemals unter ∼150 mg (3,75 mmol) täglich und der Harnverlust niemals unter ∼ 100 mg (2,5 mmol) täglich. Aufgrund dieser signifikanten obligatorischen Verluste beträgt der minimale Kalziumbedarf in der Nahrung, basierend auf Gleichgewichtsstudien bei normalen Probanden, ∼600 mg (15 mmol) pro Tag .

Die ECF-Calciumkonzentration hängt im nüchternen Zustand von einer Menge an Calcium ab, die aus dem Knochen freigesetzt wird und dem obligatorischen Calciumverlust im Urin entspricht. Wenn die Calciumaufnahme über die Nahrung unzureichend ist (<600 mg / Tag bei jungen Erwachsenen) und / oder die intestinale Calciumabsorption abnormal ist, kann der Serumcalciumspiegel nur auf Kosten einer allmählichen Erschöpfung der Knochencalciumspeicher stabil gehalten werden. Zum Beispiel führt eine tägliche Kalziumaufnahme von ≤400 mg (10 mmol) zu einem Verlust von 1-4 mmol (40-160 mg) Kalzium aus dem Körper pro Tag . Obwohl die intestinale Calciumabsorption den Serumcalciumspiegel nicht reguliert, liefert sie das Kalzium, das benötigt wird, um die Knochencalciummasse im normalen Bereich zu halten: das im nüchternen Zustand verlorene Kalzium wird durch Absorption einer identischen Menge Kalzium aus dem Darmlumen ersetzt. Folglich entspricht bei gesunden Personen, die ihr Wachstum abgeschlossen haben, und mit Ausnahme von schwangeren oder stillenden Frauen, wenn die Kalziumaufnahme über die Nahrung und die Kalziumaufnahme im Darm normal sind, die im Urin ausgeschiedene Kalziummenge der vom Darm absorbierten Nettomenge.

Aufrechterhaltung des Serumcalciums auf seinem Gleichgewichtswert

Die Regulierung des Serumcalciums umfasst Mechanismen, die den Calciumspiegel auf seinem Sollwert halten, und Mechanismen, die Abweichungen vom Sollwert korrigieren.

Der Knochen und die Niere sind die beiden Organe, die den Serumcalciumspiegel im nüchternen Zustand bestimmen. Um den Serumcalciumspiegel unter dieser Bedingung konstant zu halten, setzt der Knochen eine Menge Kalzium frei, die mit der Menge identisch ist, die während eines bestimmten Zeitraums im Urin ausgeschieden wird. Der Calcium-Gleichgewichtswert (Sollwert) ist der Wert, bei dem der Netto-Calcium-Zufluss vom Knochenpool zum extrazellulären Kompartiment mit dem Netto-Abfluss vom extrazellulären Kompartiment zum Urin übereinstimmt. Dieses Match wird hauptsächlich durch eine adäquate Freisetzung von Parathyroidhormon (PTH) erreicht, das die Freisetzung von Calcium aus dem Knochengewebe erhöht und den renalen Calciumverlust durch eine Verstärkung der tubulären Reabsorption von gefiltertem Calcium in der aufsteigenden Schleife von Henle und im distalen Tubulus begrenzt .

Wichtig ist, dass dieses System auch ein effizientes Mittel zur Korrektur von Abweichungen vom Calcium-Sollwert bietet. Im nüchternen Zustand sinkt das Serumcalcium tendenziell unter seinen Sollwert, da Kalzium im Urin verloren geht. Die Nebenschilddrüsen reagieren sofort, indem sie größere Mengen an PTH freisetzen, was wiederum die Calciumfreisetzung aus dem Knochengewebe und die Calciumreabsorption aus dem Nierentubulus stimuliert, wodurch das Serumcalcium zum Sollwert zurückkehren kann. Die Freisetzung von Knochenkalzium ist schnell, von ausgeprägter Amplitude, aber von begrenzter Kapazität, da nur oberflächliche Knochenschichten beteiligt sein sollen. Diese Eigenschaften eignen sich gut zur schnellen Korrektur des Serumcalciumspiegels . Die Calciumfreisetzung unterscheidet sich vom Knochenumbau, der eine enge Kopplung zwischen der Synthese der organischen Knochenmatrix durch Osteoblasten und der Zerstörung des reifen Knochens durch Osteoklasten beinhaltet: Auf der Skala des gesamten Skeletts und zu einem bestimmten Zeitpunkt unter normalen Bedingungen ist die Menge an neu gebildetem Knochen gleich der Menge an zerstörtem Knochen. Daraus folgt, dass der Knochenumbau keinen Nettozufluss von Kalzium aus dem Knochenpool in das extrazelluläre Kompartiment erzeugt und daher nicht dazu beiträgt, den Serumcalciumspiegel am Sollwert zu halten. Schließlich ist der Knochenumbau ein langsamer Prozess mit begrenzter Amplitude, aber beträchtlicher Kapazität, da er möglicherweise das gesamte Skelett betrifft.

Umgekehrt verringert ein Anstieg des Serumcalciums die Sekretion von PTH, was zu einer Verringerung der aus dem Knochen freigesetzten und in der Niere resorbierten Calciummengen und schließlich zur Normalisierung des Serumcalciums führt.

Mechanismen, die Anomalien im Serumcalcium zugrunde liegen

Wie oben angegeben, hängt der Gleichgewichtswert von ECF-Calcium vom Gleichgewicht zwischen der Menge an Kalzium ab, die in den ECF gelangt (hauptsächlich aus dem Knochen), und der Menge an Kalzium, die den ECF verlässt (im Urin). Folglich kann ein Anstieg des ECF-Calciumwerts resultieren aus (i) einer Abnahme der Fähigkeit der Niere, in den ECF eintretendes Calcium auszuscheiden, wobei die in den ECF eintretende Calciummenge normal oder geringfügig erhöht ist, und (ii) einer Zunahme des Zuflusses von Calcium in den ECF von ausreichender Größe, um die Fähigkeit der Niere zu überwältigen, die erforderliche Calciummenge im Urin auszuscheiden.

Schematisch ist der erste Zustand typisch für Kalziumstörungen im Zusammenhang mit einer primären Veränderung der PTH-Sekretion (primärer Hyperparathyreoidismus, familiäre benigne Hyperkalzämie). Unter dieser Bedingung ist die Hauptdeterminante für die Änderung der ECF-Calciumkonzentration die Zunahme der renalen tubulären Calciumreabsorption . Die zweite Bedingung zeigt, was bei Patienten mit malignitätsbedingter Hyperkalzämie auftritt, bei denen eine erhöhte Nettoknochencalciumfreisetzung die Hauptdeterminante der Hyperkalzämie ist. Der Anstieg der Nettoknochenresorption kann sehr schwerwiegend sein und für einen starken Anstieg der Serumcalciumkonzentration verantwortlich sein. Normalerweise ist eine Serumcalciumkonzentration >3.5 mmol / l deuten eher auf eine Malignität als auf eine Nebenschilddrüsenerkrankung hin, wobei letztere in der Regel für eine leichte bis mittelschwere Hyperkalzämie verantwortlich ist.

Die ECF-Calciumkonzentration hängt nicht vom Calciumhaushalt ab

Aus dem oben Beschriebenen geht hervor, dass die ECF-Calciumkonzentration und der Calciumhaushalt (oder der Calciumgehalt des Körpers) weitgehend unabhängige Variablen sind. Mindestens zwei Gründe können diese Unabhängigkeit erklären.

Der erste ist, dass der intestinale Calciumzufluss nicht die ECF-Calciumkonzentration im Gleichgewicht bestimmt, sondern eine sehr wichtige Determinante für das Calciumgleichgewicht und den Calciumgehalt des Körpers (Knochen) darstellt. Tatsächlich ist jeder Defekt des intestinalen Kalziumzuflusses in die ECF mit einem negativen Kalziumhaushalt verbunden, der, wenn er aufrechterhalten wird, für einen signifikanten und messbaren Verlust des Kalziumgehalts im Knochen (und damit im Körper) verantwortlich sein kann. Umgekehrt kann eine Erhöhung der Kalziumaufnahme und des intestinalen Kalziumzuflusses den Kalziumhaushalt positiv machen und eine schützende Wirkung auf den mineralischen Knochengehalt ausüben. Viele randomisierte klinische Studien haben die Wirkung einer Erhöhung der Kalziumaufnahme bei Patienten mit postmenopausaler Osteoporose untersucht (überprüft in ). Das Ergebnis dieser Studien ist eindeutig: Eine Erhöhung der Kalziumaufnahme kann den Knochenmineralgehalt aufrechterhalten, was von dem abweicht, was bei gleichaltrigen Kontrollpersonen beobachtet wird, bei denen der Knochenmineralgehalt stetig abnimmt. Mit anderen Worten, die Erhöhung der Kalziumaufnahme induziert eine relativ positive Kalziumbilanz. Es ist erwähnenswert, dass das positive Gleichgewicht ohne messbare Änderung der ECF-Calciumkonzentration auftritt.

Der zweite Grund ist, dass der Knochenumbau die ECF-Calciumkonzentration im Gleichgewicht nicht bestimmt, während er eine wichtige Determinante für den Calciumgehalt von Knochen (und Körper) darstellt. Ein gutes Beispiel ist wiederum die postmenopausale Osteoporose: dieser Zustand ist unter anderem durch eine Zunahme des Knochenumbaus zusammen mit einem Verlust der Kopplung gekennzeichnet, wobei die Knochenresorption stärker zunimmt als die Knochenbildung. Infolgedessen ist ein Kalziumverlust, der auf 20-40 mg täglich (dh 8-16 g jährlich) geschätzt wird, für Osteoporose verantwortlich. Bei Frauen nach der Menopause tritt jedoch keine konsistente Änderung der ECF-Calciumkonzentration auf.

Viele andere Bedingungen veranschaulichen die Unabhängigkeit zwischen Änderungen der ECF-Calciumkonzentration und dem Calciumhaushalt (Tabelle 1). In Übereinstimmung mit dem, was oben erwähnt wurde, können hohe oder niedrige Werte der Serumcalciumkonzentration mit negativen, Null- oder positiven Werten für das Calciumgleichgewicht koexistieren. Der Zustand des Calciumhaushalts ist durch die bloße Untersuchung der ECF-Calciumkonzentration eindeutig unvorhersehbar.

ECF calcium concentration and calcium balance in patients with altered renal function

The situation ist viel komplexer bei Patienten mit verminderter Nierenfunktion aus vielen Gründen. Erstens ist der Rückgang der glomerulären Filtrationsrate, der für Nierenversagen charakteristisch ist, für eine Abnahme der gefilterten Calciumbelastung verantwortlich, die die Fähigkeit zur Ausscheidung von Kalzium einschränkt und dazu neigt, das Calciumgleichgewicht positiv zu machen. Chronisches Nierenversagen ist jedoch auch mit einer Abnahme der renalen tubulären Calciumreabsorption und der intestinalen Calciumabsorption verbunden, von denen erwartet wird, dass sie entgegengesetzte Auswirkungen auf den Calciumhaushalt haben. Darüber hinaus ist chronisches Nierenversagen für einen fortschreitenden sekundären Hyperparathyreoidismus mit erwarteten Auswirkungen auf den Knochenstoffwechsel verantwortlich. Schließlich führt bei Patienten mit metabolischer Azidose die Pufferung von Wasserstoffionen durch den Knochen zu einem Nettoausfluss von Kalzium aus dem Knochen und einer fortschreitenden Verringerung der skelettalen Kalziumspeicher . Die integrierte Folge dieser verschiedenen Veränderungen im Kalziumhaushalt ist sehr unvorhersehbar. Leider hat nur eine begrenzte Anzahl von Studien das Gesamtkörpercalcium bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz gemessen . Es scheint weit verstreut zu sein und reicht von niedrigeren bis zu höheren Werten als normal. Konsistent wurden niedrige Werte bei Patienten mit Osteomalazie beobachtet, während normale bis hohe Werte bei Patienten mit Osteitis fibrosa beobachtet wurden. Interessanterweise sind die Serumcalciumkonzentrationen bei Patienten mit normalem, hohem oder niedrigem Körpercalciumgehalt sehr ähnlich . Darüber hinaus waren bei urämischen Patienten, die prospektiv nachbeobachtet wurden, die Veränderungen des Knochencalciumgehalts (induziert durch eine Änderung der Dialysatcalciumkonzentration, der Calciumversorgung und / oder der Vitamin-D-Metaboliten) nicht mit konsistenten Veränderungen der Serumcalciumkonzentration verbunden. Daher kann die Serumcalciumkonzentration unter der besonderen Bedingung des chronischen Nierenversagens auch das Calciumgleichgewicht nicht vorhersagen.