Phosphat-Calcium-Homöostase

Regulation

Der Körper benötigt ein ausgewogenes Verhältnis zwischen den Mineralstoffen Calcium und Phosphat.

Wenn im Folgenden von "Phosphat" die Rede ist, sind stets die verschiedenen Phosphat-Ionen gemeint, nämlich

1. Phosphat PO₄^3-
2. Hydrogenphosphat HPO₄^2-
3. Dihydrogenphosphat H₂PO₄^-

Alle drei Ionen kommen im Blut und in den Organen vor. In welcher Form das Phosphat tatsächlich vorliegt, hängt vom pH-Wert in dem jeweiligen Medium ab. Je saurer das Medium, desto größer den Anteil von Hydrogenphosphat und Dihydrogenphosphat.

Grundsätzliche Überlegungen

An der Regulation der Phosphat- und Calcium-Homöostase sind drei Organe beteiligt:

1. Der Dünndarm, der Calcium und Phosphat resorbiert.
   Einzelheiten zur Calcium- bzw. Phosphat-Resorption siehe auf den Seiten zu den Mineralstoffen Calcium und Phosphat.
2. Die Nieren, die Calcium- und Phosphat ausscheiden, zum Teil aber auch wieder rückresorbieren, also dem Körper wieder zur Verfügung stellen
3. Die Knochen, in die Calcium und Phosphat eingelagert werden können, die bei Bedarf aber diese Mineralien auch wieder freisetzen können.

Fallbeispiel Calcium

Am Beispiel des Calciums wollen wir zunächst einmal überlegen, wie diese drei Organe reagieren müssten, wenn der Calcium-Spiegel im Blut zu niedrig bzw. zu hoch ist.

Calcium-Spiegel zu niedrig

Im Dünndarm müsste die Ca²⁺-Resorption erhöht werden, ebenso die Ca²⁺-Freisetzung aus den Knochen. Auch die Rückresorption von Ca²⁺ in den Nieren müsste erhöht werden, während die Exkretion von Ca²⁺ durch die Nieren gehemmt werden müsste.

Calcium-Spiegel zu hoch

Im Dünndarm müsste die Ca²⁺-Resorption gehemmt werden, ebenso die Ca²⁺-Freisetzung aus den Knochen. Die Rückresorption von Ca²⁺ in den Nieren müsste ebenfalls gehemmt werden, während die Exkretion von Ca²⁺ durch die Nieren gefördert werden müsste.

Für den Phosphat-Spiegel müsste eigentlich das Gleiche gelten wir für die Regulation des Calcium-Spiegels.

Hormone

Die für die Calcium- und Phosphathomöostase wichtigsten Wirkstoffe sind das Parathormon (PTH), Calcitonin und Calcitriol (aktiviertes Vitamin D). Im Folgenden schauen wir uns an, wie diese drei Hormone im Einzelnen wirken.

Parathormon (PHT)

Das Parathormon ist ein Hormon, das in der Nebenschilddrüse produziert wird, wenn der Ca²⁺-Spiegel im Blut zu niedrig ist.

Daher kommt auch der Name "Parat-Hormon", denn die Nebenschilddrüse heißt medizinisch "Glandulae parathyreoidae".

Das Parathormon bewirkt auf mehrere Weisen eine Erhöhung des Ca²⁺-Spiegels im Blut.

1. Einfluss auf den Dünndarm

Förderung der Ca²⁺-Resorption im Dünndarm.

2. Einfluss auf die Nieren

Förderung der Ca²⁺-Rückresorption in der Niere: Die Bildung von Calcitriol (biologisch aktives Vitamin D) aus Calcidiol in der Niere wird aktiviert, und das wiederum erhöht die Rückresorption von Calcium-Ionen in der Niere. Dadurch steigt der Ca²⁺-Spiegel im Blut.

Hemmung der PO₄^3--Rückresorption in der Niere: Wenn der Phosphat-Spiegel im Blut ausreichend hoch ist, wird der Natrium-Phosphat-Kotransporter (NPT2) gehemmt, so dass weniger weniger Phosphat zurück ins Blut gelangt.

Für Biologie-Experten:
Interessant ist, wie die Hemmung dieses Transportproteins funktioniert. Man könnte ja denken, dass sich das Parathormon direkt in eine Rezeptorregion des Transporters setzt und ihn durch eine Konformationsänderung deaktiviert. So ist es aber nicht, der Hemm-Mechanismus ist ein ganz anderer.

Die Regionen der Membran, in denen die Transportproteine sitzen, werden durch Endocytose in das Cytoplasma verfrachtet. Die Endocytose-Vesikel mit den NPT2-Proteinen verschmelzen dann mit Lysosomen aus dem Golgi-Apparat, und die Transporter-Proteine werden schlicht und einfach "verdaut".

Hier der Vorgang noch genauer erläutert:
Das Parathormon dockt an einen speziellen Rezeptor in der Zellmembran der proximalen Tubuluszellen an. Über ein G-Protein und die Adenylatcyclase wird die cAMP-Konzentration in der Zelle erhöht, das cAMP aktiviert dann die Proteinkinase A, und diese sorgt dann schließlich für die eben beschriebene Endocytose.

Indirekt steigt dadurch die Ca²⁺-Konzentration im Blut, denn es können nun weniger Calcium-Phosphat-Komplexe gebildet werden, die freie Ca²⁺-Ionen binden.

3. Einfluss auf die Knochen

Freisetzung von Ca²⁺ und Phosphat: Parathormon stimuliert die Osteoklasten. Diese amöboiden Zellen bauen Knochenmasse ab und erhöhen so den Ca²⁺- und den PO₄^3--Spiegel im Blut.

Calcitonin

Calcitonin ist ein Hormon, das in der Schilddrüse produziert wird. Seine Ausschüttung ist abhängig von der Höhe des Ca²⁺-Spiegels im Blut: Je höher der Ca²⁺-Spiegel, desto mehr Calcitonin wird ausgeschüttet.

Es bewirkt dann über verschiedene Mechanismen eine Erniedrigung des Ca²⁺-Spiegels im Blut ^{[5, 6]}. Die Ca²⁺-Resorption des Dünndarms wird gehemmt, ebenso die Ca²⁺-Freisetzung aus den Knochen, während die Ca²⁺-Ausscheidung der Nieren gefördert wird.

Calcitonin-Wirkung auf den Calcium/Phosphat-Spiegel des Blutes
Autor: Ulrich Helmich 11/2023, Lizenz: siehe Seitenende

1. Einfluss auf den Dünndarm

Calcitonin kann die Calcium-Resorption im Dünndarm hemmen, dadurch sinkt der Calcium-Spiegel im Blut. Die Phosphat-Resorption des Dünndarms wird durch Calcitonin dagegen nicht beeinflusst.

2. Einfluss auf die Nieren

Calcitonin fördert die Calcium- und Phosphat-Exkretion der Nieren, was sowohl den Calcium wie auch den Phosphat-Spiegel im Blut niedrig hält. Zusätzlich hemmt Calcitonin die Rückresorption von Phosphat, auch dadurch wird ein Ansteigen des Phosphat-Spiegels schwieriger.

3. Einfluss auf die Knochen

Calcitonin hemmt die Aktivität der Osteoklasten und damit die Freisetzung von Calcium und Phosphat aus den Knochen. Auch dadurch wird der Spiegel der beiden Mineralstoffe im Blut niedrig gehalten.

Calcium-Phosphat-Verhältnis

Wird mit der Nahrung mehr Phosphat als Calcium aufgenommen, kann das zu Problemen führen. Der Phosphatspiegel des Blutes steigt stärker an als der Calcium-Spiegel, und das Calcium-Phosphat-Verhältnis ist nicht mehr ausgewogen.

Eine Folge davon ist, dass der Körper Calcium aus den Knochen mobilisiert, um das Missverhältnis auszugleichen.

Zu viel Phosphat in der Nahrung vermindert außerdem die Resorption von Calcium, was das Calcium-Phosphat-Verhältnis ebenfalls verschiebt.

Bei einer natürlichen und ausgewogenen Ernährung spielt das alles keine Rolle, aber heute nehmen viele Menschen zu viel Fleisch, Wurst und Fertigprodukte sowie phosphathaltige Getränke (zum Beispiel Cola) zu sich ^[7].