Hypofosfatemie

Hypofosfatemie je definována jako hladina fosfátů v séru nižší než 2,5 mg/dl (0,8 mmol/l) u dospělých. Normální hladina sérového fosfátu u novorozenců a dětí je podstatně vyšší, až 7 mg/dl u kojenců.

Fosfát má zásadní význam pro pozoruhodně širokou škálu buněčných procesů. Je jednou z hlavních složek kostry a zajišťuje minerální pevnost kostí. Fosfát je nedílnou součástí nukleových kyselin, které tvoří DNA a RNA. Fosfátové vazby adenosintrifosfátu (ATP) přenášejí energii potřebnou pro všechny buněčné funkce. Funguje také jako pufr v kostech, séru a moči.

Přidávání a odebírání fosfátových skupin enzymům a proteinům je běžným mechanismem regulace jejich aktivity. Vzhledem k obrovské šíři vlivu tohoto minerálu není překvapující, že homeostáza fosfátů je vysoce regulovaný proces.

Fosfáty v těle

Většina celkového množství fosfátů v těle se nachází v kostech jako součást mineralizované extracelulární matrix. Tato zásoba fosfátů je přístupná, i když poněkud omezeně. Přibližně 300 mg fosfátu denně vstupuje do kostní tkáně a vychází z ní. Nadměrné ztráty nebo nedoplňování fosfátu do kosti vede k osteomalacii.

Fosfát je převážně intracelulární aniont s koncentrací přibližně 100 mmol/l, i když stanovení přesné intracelulární koncentrace je obtížné. Většina intracelulárního fosfátu je buď komplexní, nebo vázaná na proteiny a lipidy. V reakci na kinázy a fosfatázy se tyto fosfátové ionty připojují a odpojují od různých molekul a vytvářejí neustále se měnící pool. Intracelulární fosfát je nezbytný pro většinu buněčných procesů, ne-li pro všechny; protože je však intracelulární koncentrace fosfátu vyšší než extracelulární koncentrace, vyžaduje vstup fosfátu do buněk usnadněný transportní proces.

Bylo identifikováno několik transportních proteinů vázaných na sodík, které umožňují intracelulární příjem fosfátu využitím strmého gradientu mezi extracelulárním a intracelulárním sodíkem. Kotransportéry fosfátu sodíku typu 1 jsou exprimovány převážně v ledvinových buňkách na apikálních membránách buněk proximálních tubulů a případně i buněk distálních tubulů. Kromě fosfátů jsou schopny přenášet organické ionty a stimulovat vedení chloridů. Jejich úloha ve fosfátové homeostáze není jasná. Mezi další místa exprese patří játra a mozek.

Kotransportéry fosfátu sodného typu 2 jsou exprimovány v ledvinách, kostech a střevech. V epiteliálních buňkách jsou tyto transportéry zodpovědné za transepiteliální transport, tj. absorpci fosfátu ze střeva a reabsorpci fosfátu z ledvinné tubulární tekutiny. Transportéry typu 2a jsou exprimovány v apikálních membránách proximálních tubulů ledvin, jsou velmi specifické pro fosfát a jsou regulovány několika fyziologickými mediátory homeostázy fosfátu, jako je parathormon (PTH), dopamin, vitamin D a fosfát z potravy. V současné době jsou tyto transportéry považovány (převážně na základě studií na zvířatech) za nejdůležitější pro udržení homeostázy fosfátů v ledvinách. Zhoršená exprese nebo funkce těchto transportérů je spojena s nefrolitiázou.

Přenašeče typu 2b jsou velmi podobné, ale ne totožné s přenašeči typu 2a. Jsou exprimovány v tenkém střevě a jejich exprese se zvyšuje za podmínek deprivace fosfátů ve stravě a působením vitaminu D.

Typ 2c transportérů, původně popsaných jako transportéry fosfátů související s růstem, je třetím členem rodiny kotransportérů fosfátu sodného typu 2. V případě, že se jedná o transportéry typu 2, je jejich exprese zvýšena. Jsou exprimovány výhradně v segmentu S1 proximálního tubulu a spolu s transportéry typu 2a jsou nezbytné pro normální homeostázu fosfátů. Podobně jako transportéry typu 2a jsou i transportéry typu 2c regulovány dietou a PTH. Ztráta funkce transportérů typu 2c vede u lidí k dědičné hypofosfatemické křivici s hyperkalciurií, což naznačuje, že tyto transportéry mohou ve skutečnosti hrát podstatně významnější roli v regulaci homeostázy fosfátů u lidí než u hlodavců.

Typ 3 transportérů (Pit1 a Pit2) byl původně identifikován jako virové transportní proteiny. Téměř všechny buňky exprimují kotransportéry fosforečnanu sodného typu 3, a proto se předpokládalo, že tyto transportéry hrají domácí roli při zajišťování dostatečného množství fosfátu pro všechny buňky. Nedávné studie však ukazují na specifičtější roli Pit1 a Pit2, protože Pit1 se podílí na vzniku vaskulárních kalcifikací a abnormality v Pit2 jsou spojeny se vznikem kalcifikací choroidálního plexu. Faktory, které regulují aktivitu těchto transportních proteinů, nejsou zcela známy. Existují však důkazy, že se tyto transportéry podílejí také na regulaci renálního a střevního transepiteliálního transportu a na regulaci mineralizace kostí.

Cirkulující fosfát se vyskytuje buď jako jednosložkový, nebo dvojsložkový hydrogenovaný druh. Vzhledem k tomu, že ionizační konstanta kyseliny (pK) fosfátu je 6,8, je při normálním okolním pH séra 7,4 dvojmocná forma čtyřikrát častější než jednovalentní forma. Koncentrace fosfátů v séru se mění v závislosti na věku, denní době, stavu nalačno a ročním období. Koncentrace fosfátů v séru je vyšší u dětí než u dospělých; referenční rozmezí je 4-7 mg/dl u dětí ve srovnání s 3-4,5 mg/dl u dospělých. Existuje denní kolísání, přičemž nejvyšší hladina fosfátů se vyskytuje kolem poledne.

Koncentrace fosfátů v séru je regulována stravou, hormony a fyzikálními faktory, jako je pH, jak je uvedeno v následující části. Důležité je, že vzhledem k tomu, že fosfát vstupuje do buněk a opouští je pod několika vlivy, nemusí sérová koncentrace fosfátu odrážet skutečné zásoby fosfátu. Osoby s alkoholismem, které mají závažný nedostatek fosfátových zásob, mohou často přijít k lékařskému ošetření s normální koncentrací fosfátů v séru. Teprve po opětovném nakrmení dojde k poklesu sérové hladiny fosfátů, která často náhle klesne na nebezpečně nízké hodnoty.

Homeostáza fosfátů

Fosfátů je ve stravě dostatek. Běžná strava poskytuje přibližně 1000-2000 mg fosfátů, z nichž dvě třetiny se vstřebávají převážně v proximální části tenkého střeva. Vstřebávání fosfátů lze zvýšit zvýšením příjmu vitaminu D a příjmem stravy s velmi nízkým obsahem fosfátů. Za těchto podmínek střevo zvyšuje expresi fosfátových transportérů spřažených se sodíkem, aby se zvýšil příjem fosfátů.

Regulace střevního transportu fosfátů je celkově málo známá. Ačkoli studie naznačovaly, že většina příjmu fosfátů v tenkém střevě se uskutečňuje neregulovanými cestami nezávislými na sodíku, následná šetření naznačila, že regulované mechanismy závislé na sodíku mohou hrát větší roli v celkové manipulaci s fosfáty ve střevě, než se dříve předpokládalo. Kromě toho mohou střevní buňky hrát roli při manipulaci s fosfáty v ledvinách prostřednictvím tvorby cirkulujících fosfaturických látek v reakci na vnímání fosfátové zátěže. Nedávné studie potvrdily, že schopnost střevního transportu fosfátů ovlivňovat renální transport fosfátů je závislá na PTH; signál do příštítných tělísek však zůstává neznámý.

Absorpci fosfátů mohou blokovat běžně používaná volně prodejná antacida obsahující hliník, vápník a hořčík. Mírné až středně intenzivní užívání těchto fosfátových vazačů obecně nepředstavuje hrozbu pro homeostázu fosfátů, protože příjem stravou značně převyšuje potřeby organismu. Velmi intenzivní užívání těchto antacid však může způsobit významný deficit fosfátů. Ztráty fosfátů stolicí jsou malé (tj. 100-300 mg/d z odloučených střevních buněk a gastrointestinálního sekretu). Tyto ztráty však mohou být výrazně zvýšeny u osob s onemocněním, které způsobuje těžký průjem nebo střevní malabsorpci.

Kosti ztrácejí přibližně 300 mg fosfátu denně, což je však obvykle vyváženo příjmem 300 mg. Metabolismus fosfátů v kostech je ovlivňován faktory, které určují tvorbu a destrukci kostí, tj. PTH, vitaminem D, pohlavními hormony, acidobazickou rovnováhou a celkovým zánětem.

Přebytek přijatých fosfátů je vylučován ledvinami, aby byla zachována fosfátová rovnováha. Hlavním místem renální regulace vylučování fosfátů je časný proximální renální tubulus s určitým přispěním distálního stočeného tubulu. V proximálním tubulu je reabsorpce fosfátů pomocí kotransportérů fosfátu sodného typu 2 regulována fosfáty v potravě, PTH a vitaminem D. Vysoký příjem fosfátů v potravě a zvýšená hladina PTH snižují absorpci fosfátů v proximálním tubulu ledvin, a tím zvyšují renální exkreci.

Naopak nízký příjem fosfátů v potravě, nízká hladina PTH a vysoká hladina vitaminu D zvyšují absorpci fosfátů v proximálním tubulu ledvin. Fosfát do jisté míry regulují jeho vlastní regulátory. Vysoké koncentrace fosfátů v krvi snižují expresi některých transportérů fosfátů, snižují produkci vitaminu D a zvyšují sekreci PTH příštítnými tělísky.

Manipulace s fosfáty v distálních tubulech je méně známá. PTH zvyšuje vstřebávání fosfátů v distálním tubulu, ale mechanismy, kterými k tomu dochází, nejsou známy. Renální vylučování fosfátů může být také zvýšeno podáváním kličkových diuretik.

PTH a vitamin D byly dříve jedinými uznávanými regulátory metabolismu fosfátů. Na základě studií sérových faktorů spojených se syndromy fosfátového strádání, jako je onkogenní osteomalacie a dědičné formy hypofosfatemické křivice, však bylo objeveno několik nových regulátorů minerální homeostázy.

Jako první byl objeven gen regulující fosfáty s homologií s endopeptidázami na chromozomu X (PHEX), neutrální endopeptidáza mutovaná u syndromu X-vázané hypofosfatemické křivice. Charakteristiky tohoto syndromu (tj. hypofosfatemie, renální ztráta fosfátů, nízké hladiny 1,25-dihydroxyvitaminu D) a skutečnost, že PHEX byla identifikována jako endopeptidáza, naznačily možnost, že PHEX by mohla být zodpovědná za katabolismus cirkulujícího faktoru, který není PTH a který reguluje transport fosfátů v proximálních tubulech a metabolismus vitaminu D. Na základě této mutace byla PHEX označena za endopeptidázu. Potenciální substrát pro PHEX byl následně identifikován jako fibroblastový růstový faktor 23 (FGF23).

Několik důkazů podporuje fosfaturickou roli FGF23. Další syndrom dědičné hypofosfatemické křivice, autozomálně dominantní hypofosfatemická křivice, je charakterizován mutací v genu FGF23, která činí protein rezistentním vůči proteolytickému štěpení, a tedy pravděpodobně dostupnějším pro inhibici renálního transportu fosfátů. Podávání rekombinantního FGF23 vyvolává fosfaturii a myši s knockoutem FGF23 vykazují hyperfosfatémii.

Syndrom onkogenní osteomalacie, charakterizovaný získanou hypofosfatemickou křivicí a ztrátou fosfátů v ledvinách v souvislosti se specifickými nádory, je spojen s nadměrnou expresí FGF23. Zajímavé je, že u tohoto syndromu je nadměrná exprese FGF23 doprovázena dvěma dalšími fosfaturickými činiteli, matrixovým extracelulárním fosfoglykoproteinem (MEPE) a frizzled related proteinem-4. Role těchto dvou posledně jmenovaných proteinů a jejich vztah k FGF23 a PHEX nejsou známy.

Fyziologická role FGF23 v regulaci fosfátové homeostázy je stále předmětem zkoumání. FGF23 je produkován v několika typech tkání, včetně srdce, jater, štítné žlázy/paratyreoidey, tenkého střeva a kostní tkáně. Zdroj cirkulujícího FGF23 nebyl jednoznačně stanoven, nicméně nejvyšší exprese mRNA pro FGF23 u myší je v kostech. Produkce FGF23 osteoblasty je stimulována 1,25 vitaminem D. Naopak jedinci s X-vázanou hypofosfatemickou křivicí vykazují nepřiměřeně snížené hladiny 1,25 vitaminu D v důsledku potlačení aktivity 1-alfa hydroxylázy zprostředkované FGF23.

Studie u pacientů s chronickým onemocněním ledvin a konečným stadiem onemocnění ledvin zjistily, že hladiny FGF23 stoupají s klesající mírou clearance kreatininu a zvyšující se hladinou fosforu v plazmě,dlouho předtím, než je zjištěno zvýšení sérových hladin PTH. Klotho, transmembránový protein syntetizovaný v ledvinách (převážně v distálním nefronu), je nezbytným kofaktorem pro účinky FGF23 na buňky proximálních tubulů ledvin. Inaktivace nebo delece exprese Klotho vede k hyperfosfatemii a zrychlenému stárnutí.

Vztah mezi těmito dvěma funkcemi Klotho zůstává neznámý. Klotho má však prokazatelné antioxidační, antifibrotické a proživotní účinky v celém organismu.

Studie také prokázala, že hladina FGF23 po transplantaci ledviny rychle klesá, což naznačuje, že FGF23 je ledvinami odstraňován. Reziduální FGF23 by tak mohl přispívat k hypofosfatemii, která je často pozorována u pacientů po transplantaci. U zdravých mladých mužů bez onemocnění ledvin příjem fosfátů významně nezvyšoval hladiny FGF23, což naznačuje, že FGF23 nemusí hrát roli v akutní homeostáze fosfátů.

Jednou z dalších skupin faktorů regulujících fosfát jsou stanniokalciny (STC1 a STC2). U ryb, kde byly poprvé popsány, brání STC1 vstupu vápníku do organismu přes žábry a střeva. U savců však STC1 stimuluje reabsorpci fosfátů v tenkém střevě a proximálních tubulech ledvin a STC2 inhibuje promotorovou aktivitu kotransportéru fosfátu sodného typu 2, zatímco účinky na homeostázu vápníku jsou menšího rozsahu. Velmi málo je známo o klinickém významu těchto nově popsaných látek regulujících minerály nebo o možných interakcích buď s osou PTH-vitamin D, nebo se systémem fosfatonin-PHEX.