신장에서의 칼슘 재흡수 및 배설
정상적으로 칼슘이온의 99% 는 nephron 에서 재흡수 됩니다.
사구체에서 여과된 칼슘 이온 중 (혈장단백질에 결합된 칼슘 (45%)을 제외, 나머지 55% (이온화칼슘 50% + 음이온결합 칼슘 5%)는 사구체에서 여과됨. 하루 여과되는 칼슘의 총량 대략 220 mmol (8800mg))
70% 는 proximal tubule 에서 재흡수
20% 는 loop of Henle (주로 TAL 의 cortical portion) 에서 재흡수
9% 는 distal tubule 에서 재흡수
1% 미만은 collecting duct 에서 재흡수
최종적으로 약 1% (200mg/day) 만이 소변으로 배출됩니다.
(대변으로 배출되는 양을 빼고 최종적으로 위장관에서 흡수되는 양과 일치)
Proximal tubule 에서의 칼슘이온 재흡수
2가지 경로로 주로 일어납니다.
Transcellular pathway : 20% 정도 흡수됨
– 칼슘이온은 전기화학적 농도구배에 따라 세포내로 유입
– 세포내로 들어온 칼슘은 Ca++-ATPase 에 의해 혈액쪽으로 유출
Paracellular pathway : 80% 정도 흡수됨
– 세포사이의 tight junction 을 가로질러 재흡수 (Passive)
– proximal tubule 전체에서 solent drag 를 통해 이동
(나트륨과 물이 재흡수되면서 대류(convection) 에 의해 발생)
* 고염식 등으로 인한 체액 과다시 : 나트륨과 물의 재흡수 감소하여 칼슘 재흡수 감소
* 체액 결핍 상황 : 나트륨과 물의 재흡수 증가하여 칼슘의 재흡수도 같이 촉진
(고칼슘혈증 환자에서 체액 결핍이 같이 생기면 고칼슘혈증이 악화될 수 있음)
– proximal tubule 중간 이후부터는 positive luminal voltage 에 의해 이동 (diffusion)
Loop of Henle 에서의 칼슘이온 재흡수
주로 TAL 의 cortical portion 에 국한됩니다.
proximal tubule 에서처럼 2가지 경로를 통해 재흡수되나,
solvent drag 에 의해 재흡수 되지는 않습니다. (TAL 은 water 에 impermeable 하기 때문)
TAL 내부는 전기적으로 양성 (positive transepithelial luminal voltage) 을 띠게되어 칼슘이 paracellular route 로 재흡수되기 유리한 상태입니다.
TAL 에서 칼슘이온은 나트륨 이온의 재흡수는 대체로 비슷하게 이루어집니다.
Loop diuretics 는 나트륨 이온의 재흡수를 억제하여 positive transepithelial luminal voltage 의 폭을 감소시킵니다. 따라서, 칼슘이온의 paracellular pathway를 통한 재흡수를 막아 소변으로의 칼슘 배출을 증가시킵니다.
Distal tubule 에서의 칼슘이온 재흡수
distal tubule 에서 내강은 혈액에 비해 전기적으로 negative 를 띠고 있습니다.
따라서 칼슘 이온의 재흡수는 전적으로 active 한 방식으로 이루어 집니다. (transcellular pathway 경로를 이용)
칼슘이온은 TRPV5/6 (Ca++ permeable ion channels) 을 통해 세포내로 유입되어 calbindin 에 결합, PMCA1b (Ca++-ATPase) 또는 NCX1(3Na+-1Ca++ antiporter) 에 의해 세포밖 혈액으로 유출됩니다.
소변의 나트륨 이온과 칼슘 이온의 배설은 대체로 비슷하게 진행됩니다.
(항상 같지는 않습니다. thiazide 이뇨제는 distal tubule 에서의 나트륨 이온 재흡수를 억제하고 칼슘 이온의 재흡수를 촉진합니다. 따라서 thiazide 를 사용하면 소변 나트륨 배설은 증가하고 소변의 칼슘 배설은 감소합니다.)
칼슘의 소변배출에 영향을 주는 요인들
몇몇 호르몬들과 인자들이 소변 칼슘이온 배출에 영향을 줍니다.
PTH (Parathyroid hormone)
이 중에서 PTH 는 가장 파워풀한 조절인자입니다.
PTH 는 칼슘이온의 재흡수를 촉진합니다.
PTH 가 proximal tubule 에서 NaCl 재흡수를 억제하고 fluid 재흡수를 억제하여 칼슘 이온의 재흡수도 억제하지만 TAL 과 Distal tubule 에서는 칼슘의 재흡수를 촉진합니다.
Hypercalcemia 일때는 아래와 같은 기전으로 소변으로의 칼슘 배설이 증가합니다.
(Hypocalcemia 일때는 반대작용)
(1) proximal tubule 에서의 칼슘 재흡수 억제
(interstitial fluid 내 칼슘이온의 증가로 paracellular pathway 를 통한 재흡수가 억제됨)
(2) TAL 에서의 칼슘 재흡수 억제
(세포의 basolateral membrane 에 위치한 CaSR 에 의한 조절 : 1Na+-1K+-2Cl- symporter 의 activity 를 감소시켜 positive transepithelial luminal voltage 의 폭을 감소시킴)
(3) Distal tubule 에서의 칼슘 재흡수 억제 (PTH level 을 감소시킴으로써)
* PTHrP 가 증가하여 고칼슘혈증이 유발될 경우에는 칼슘의 사구체 여과량이 증가하여 칼슘의 소변 배설량도 증가
Calcitonin
Calcitonin 은 TAL 과 distal tubule 에서 칼슘이온의 재흡수를 촉진합니다.
하지만 이는 PTH 보다는 효과가 약합니다.
Phosphate
인섭취 증가 등으로 인해 혈액 내 Phosphate 가 증가하면 PTH 가 상승하여 칼슘 이온의 소변 배출이 감소합니다. 반대로 phosphate 가 감소하면 반대 효과가 생깁니다.
ECF volume
ECF volume 도 칼슘 배출에 영향을 줍니다.
ECF volume 이 감소하면 Proximal tubule 에서의 NaCl 과 fluid 의 재흡수가 증가하고 칼슘의 재흡수도 촉진되어 칼슘의 소변배설은 감소합니다. 반대로 ECF volume 이 증가하면 반대 효과가 생깁니다.
Acid-Base balance
Alkalosis 에서는 TRPV5 를 자극하여 칼슘의 재흡수를 촉진합니다. 따라서 칼슘의 소변배출은 감소합니다. Acidosis 에서는 반대 효과가 생깁니다. (뼈에서도 칼슘 분해를 증가)
Diuretics
loop diuretics 와 만니톨은 소변 칼슘 배설량을 증가
thiazide, amiloride 는 소변 칼슘 배설량을 감소
CaSR (Calcium sensing receptor)
세포막에 발현되는 수용체
ECF 의 칼슘이온의 작은 변화도 감지
CaSR 가 위치하는 곳
부갑상선의 PTH-secreting cell
갑상선의 calcitonin-secreting parafollicular cell
Proximal tubule 의 calcitriol-producing cell
ECF 의 칼슘이온 농도가 증가하여 CaSR 이 활성화 되면 PTH 분비와 calcitriol 생성은 억제되고 calcitonin 분비는 늘어납니다. 게다가 PTH 는 그 자체로 calcitriol 의 합성을 자극하므로, PTH 가 감소하면 calcitriol 생성을 감소시킵니다. 혈액내 칼슘 이온이 감소하면 반대 현상이 생깁니다.
CaSR 은 직접적으로 칼슘 이온의 신장배출에도 관여합니다. 혈액내 칼슘 농도가 증가하면 TAL 과 distal tubule 에 있는 CaSR 이 활성화되어 칼슘의 재흡수를 억제합니다.
* 인용출처 : Berne and Levy physiology 6e, 임상신장학 3e