Gesamtkalzium und ionisiertes Kalzium im Blut

Referenzwerte (Norm) für die Konzentration von Gesamtkalzium im Blutserum betragen 2,15–2,5 mmol/l oder 8,6–10 mg%; ionisiertes Kalzium – 1,15–1,27 mmol/l.

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Bestimmung des Gehalts an ionisiertem Kalzium

Ionisiertes Kalzium kann durch Routinelaboruntersuchungen in der Regel mit angemessener Genauigkeit gemessen werden. Eine Azidose erhöht das ionisierte Kalzium durch eine verminderte Proteinbindung, während eine Alkalose das ionisierte Kalzium verringert. Bei einer Hypoalbuminämie ist der nachweisbare Plasmakalziumspiegel in der Regel niedrig, was auf eine niedrige Proteinbindung hindeutet, während der ionisierte Kalziumspiegel normal sein kann. Der Gesamtkalziumspiegel im Plasma sinkt oder steigt um 0,8 mg/dl (0,2 mmol/l) pro 1 g/dl Albuminabnahme oder -zunahme. So verringert ein Albuminspiegel von 2 g/dl (normal 4,0 g/dl) den nachweisbaren Plasmakalziumspiegel um 1,6 mg/dl. Auch erhöhte Plasmaproteine, wie sie beim multiplen Myelom auftreten, können den Gesamtkalziumspiegel im Plasma erhöhen.

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Physiologische Bedeutung von Kalzium

Kalzium ist für die normale Muskelkontraktion, die Nervenimpulsleitung, die Hormonausschüttung und die Blutgerinnung notwendig. Kalzium trägt auch zur Regulierung vieler Enzyme bei.

Die Aufrechterhaltung der Kalziumspeicher im Körper hängt von der Kalziumaufnahme über die Nahrung, der gastrointestinalen Resorption und der renalen Ausscheidung ab. Bei einer ausgewogenen Ernährung beträgt die Kalziumaufnahme etwa 1.000 mg pro Tag. Etwa 200 mg gehen täglich über die Galle und andere gastrointestinale Sekrete verloren. Abhängig von der Konzentration des zirkulierenden Vitamin D, insbesondere von 1,25-Dihydroxycholecalciferol, das in den Nieren aus der inaktiven Form gebildet wird, werden täglich etwa 200–400 mg Kalzium im Darm resorbiert. Die restlichen 800–1.000 mg werden mit dem Stuhl ausgeschieden. Der Kalziumhaushalt wird durch die renale Kalziumausscheidung aufrechterhalten, die durchschnittlich 200 mg pro Tag beträgt.

Extrazelluläre und intrazelluläre Calciumkonzentrationen werden durch bidirektionalen Calciumtransport über Zellmembranen und intrazelluläre Organellen wie das endoplasmatische Retikulum, das sarkoplasmatische Retikulum von Muskelzellen und die Mitochondrien reguliert. Zytosolisches ionisiertes Calcium wird auf mikromolaren Niveaus gehalten (weniger als 1/1000 der Plasmakonzentration). Ionisiertes Calcium fungiert als intrazellulärer sekundärer Botenstoff und ist an der Kontraktion der Skelettmuskulatur, der Erregung und Kontraktion der Herz- und glatten Muskulatur, der Proteinkinase-Aktivierung und der Enzymphosphorylierung beteiligt. Calcium ist auch an der Wirkung anderer intrazellulärer Botenstoffe wie zyklischem Adenosinmonophosphat (cAMP) und Inositol-1,4,5-triphosphat beteiligt und somit an der Übertragung der zellulären Reaktion auf zahlreiche Hormone wie Adrenalin, Glukagon, ADH (Vasopressin), Sekretin und Cholecystokinin beteiligt.

Trotz seiner wichtigen intrazellulären Rolle befinden sich nahezu 99 % des gesamten Körperkalziums in den Knochen, vorwiegend in Form von Hydroxylapatitkristallen. Etwa 1 % des Knochenkalziums ist frei mit der extrazellulären Flüssigkeit austauschbar und kann daher an der Pufferung von Veränderungen im Kalziumhaushalt beteiligt sein. Normale Plasmakalziumspiegel liegen zwischen 8,8 und 10,4 mg/dl (2,2 und 2,6 mmol/l). Etwa 40 % des gesamten Blutkalziums sind an Plasmaproteine, vor allem Albumin, gebunden. Die restlichen 60 % sind ionisiertes Kalzium sowie mit Phosphat und Citrat komplexiertes Kalzium. Der Gesamtkalziumgehalt (d. h. proteingebundenes, komplexiertes und ionisiertes) wird üblicherweise klinisch im Labor gemessen. Idealerweise sollte ionisiertes oder freies Kalzium gemessen werden, da es die physiologisch aktive Form im Plasma darstellt. Aufgrund technischer Schwierigkeiten sind solche Bestimmungen jedoch üblicherweise auf Patienten beschränkt, bei denen der Verdacht auf einen signifikanten Defekt der Protein-Kalzium-Bindung besteht. Ionisiertes Kalzium macht im Allgemeinen etwa 50 % des gesamten Plasmakalziums aus.

Die physiologische Bedeutung von Kalzium besteht darin, die Wasserbindungsfähigkeit von Gewebekolloiden zu verringern, die Durchlässigkeit von Gewebemembranen zu reduzieren, am Aufbau des Skeletts und des Hämostasesystems sowie an der neuromuskulären Aktivität beteiligt zu sein. Es kann sich an Stellen anreichern, an denen Gewebe durch verschiedene pathologische Prozesse geschädigt wurde. Etwa 99 % des Kalziums befinden sich in den Knochen, der Rest hauptsächlich in der extrazellulären Flüssigkeit (fast ausschließlich im Blutserum). Etwa die Hälfte des Serumkalziums zirkuliert in ionisierter (freier) Form, die andere Hälfte liegt in einem Komplex vor, hauptsächlich mit Albumin (40 %) und in Form von Salzen – Phosphaten, Citrat (9 %). Veränderungen des Albumingehalts im Blutserum, insbesondere Hypoalbuminämie, beeinflussen die Gesamtkalziumkonzentration, ohne den klinisch wichtigeren Indikator – die Konzentration an ionisiertem Kalzium – zu beeinflussen. Die „korrigierte“ Gesamtkalziumkonzentration im Serum bei Hypoalbuminämie lässt sich mit folgender Formel berechnen:

Ca (korrigiert) = Ca (gemessen) + 0,02 × (40 – Albumin).

Im Knochengewebe gebundenes Kalzium interagiert mit Serumionen. Als Puffersystem verhindert das abgelagerte Kalzium, dass der Serumgehalt über große Bereiche schwankt.

Kalziumstoffwechsel

Der Kalziumstoffwechsel wird durch Parathormon (PTH), Calcitonin und Vitamin-D-Derivate reguliert. Parathormon erhöht die Serumkalziumkonzentration, indem es dessen Auswaschung aus den Knochen, die Reabsorption in den Nieren und die Umwandlung von Vitamin D in den aktiven Metaboliten Calcitriol fördert. Parathormon erhöht zudem die renale Phosphatausscheidung. Der Blutkalziumspiegel reguliert die Parathormonsekretion über einen negativen Rückkopplungsmechanismus: Hypokalzämie stimuliert, Hyperkalzämie unterdrückt die Parathormonausscheidung. Calcitonin ist ein physiologischer Antagonist des Parathormons und stimuliert die renale Kalziumausscheidung. Vitamin-D-Metaboliten stimulieren die intestinale Aufnahme von Kalzium und Phosphaten.

Der Kalziumgehalt im Blutserum verändert sich bei Funktionsstörungen der Nebenschilddrüsen und Schilddrüsen, Neoplasien verschiedener Lokalisationen, insbesondere bei Knochenmetastasen, bei Nierenversagen. Eine sekundäre Beteiligung von Kalzium am pathologischen Prozess tritt bei gastrointestinalen Erkrankungen auf. Hypo- und Hyperkalzämie können häufig die primäre Manifestation des pathologischen Prozesses sein.

Regulierung des Kalziumstoffwechsels

Der Kalzium- und Phosphatstoffwechsel (PO) ist eng miteinander verknüpft. Die Regulierung des Kalzium- und Phosphathaushalts wird durch die zirkulierenden Parathormon- (PTH), Vitamin-D- und in geringerem Maße auch durch Calcitoninspiegel bestimmt. Die Konzentrationen von Kalzium und anorganischem PO hängen durch ihre Fähigkeit zusammen, an einer chemischen Reaktion zur Bildung von CaPO teilzunehmen. Das Produkt aus Kalzium- und PO-Konzentration (in mEq/l) beträgt normalerweise 60; über 70 ist die Ausfällung von CaPO-Kristallen in Weichteilen wahrscheinlich. Ausfällungen im Gefäßgewebe tragen zur Entstehung von Arteriosklerose bei.

Parathormon wird von den Nebenschilddrüsen produziert. Es hat verschiedene Funktionen, die wichtigste davon ist jedoch die Vorbeugung von Hypokalzämie. Nebenschilddrüsenzellen reagieren auf einen Abfall des Plasmakalziums mit der Freisetzung von Parathormon in den Blutkreislauf. Parathormon erhöht den Plasmakalziumspiegel innerhalb weniger Minuten, indem es die renale und intestinale Kalziumabsorption steigert und Kalzium und PO aus dem Knochen mobilisiert (Knochenresorption). Die renale Kalziumausscheidung ähnelt im Allgemeinen der Natriumausscheidung und wird durch dieselben Faktoren reguliert, die den Natriumtransport im proximalen Tubulus steuern. Parathormon erhöht jedoch unabhängig von Natrium die Kalziumrückresorption im distalen Nephron. Parathormon verringert auch die renale Rückresorption von PO und erhöht somit den renalen PO-Verlust. Renale PO-Verluste verhindern einen Anstieg des Plasma-Ca2+PO2-Bindungsprodukts, da der Kalziumspiegel als Reaktion auf Parathormon ansteigt.

Parathormon erhöht zudem den Plasmakalziumspiegel, indem es Vitamin D in seine aktivste Form (1,25-Dihydroxycholecalciferol) umwandelt. Diese Form von Vitamin D erhöht den Anteil des aus dem Darm aufgenommenen Kalziums. Trotz erhöhter Kalziumaufnahme führt eine erhöhte Parathormonsekretion typischerweise zu einer weiteren Knochenresorption, indem sie die Osteoblastenfunktion unterdrückt und die Osteoklastenaktivität stimuliert. Parathormon und Vitamin D sind wichtige Regulatoren des Knochenwachstums und -umbaus.

Zu den Untersuchungen der Nebenschilddrüsenfunktion gehören die Bestimmung des zirkulierenden Parathormonspiegels mittels Radioimmunoassay und die Messung der gesamten oder nephrogenen cAMP-Ausscheidung im Urin. cAMP-Tests im Urin sind selten, genaue Parathormon-Bestimmungen hingegen sind üblich. Die besten Tests sind für intakte Parathormon-Moleküle.

Calcitonin wird von den parafollikulären Zellen der Schilddrüse (C-Zellen) sezerniert. Calcitonin senkt die Plasmakalziumkonzentration, indem es die zelluläre Kalziumaufnahme, die renale Ausscheidung und die Knochenbildung steigert. Die Effekte von Calcitonin auf den Knochenstoffwechsel sind deutlich schwächer als die von Parathormon oder Vitamin D.