کلسیم

نویسنده: محمدرضا یزدانی، کارشناس ارشد ایمنی شناسی دانشگاه علوم پزشکی شیراز

کلسیم پنجمین عنصر فراوان در بدن است. این عنصر ضروری در درجه اول از طریق مصرف رژیم غذایی در دسترس بدن قرار می گیرد. در بدن، اکثریت قریب به اتفاق کلسیم (بیش از 99٪) در استخوان ها ذخیره می شود و بنابراین نقش عمده ای در معدنی شدن استخوان ایفا می کند. در پلاسما، کلسیم (کمتر از 1 درصد کلسیم بدن) یا به صورت یونیزه آزاد یا متصل (عمدتاً به آلبومین) یافت می شود.

تقریباً 40 درصد از کلسیم سرم به آلبومین و درصد کمتری به لاکتات و سیترات متصل می شود. 4.5 تا 5.5 میلی گرم در دسی لیتر باقیمانده به صورت کلسیم آزاد (یعنی یونیزه) (iCa )بدون پیوند در گردش می شود. با این وجود، فقط کلسیم یونیزه شده فعال است و نقش عمده ای به ویژه در سیگنال دهی داخل و خارج سلولی دارد. هموستاز فیزیولوژیک کلسیم توسط هورمون پاراتیروئید و ویتامین D حفظ می شود. مقدار کلسیم یونیزه در گردش، به جای کلسیم کل پلاسما، تأثیرات بیولوژیکی فراوان کلسیم پلاسما را تعیین می کند.

حدود 80 درصد کلسیم متصل به پروتئین به آلبومین متصل است و 20 درصد باقیمانده به گلوبولین ها متصل هستند از آنجایی که کلسیم به مکان های دارای بار منفی روی پروتئین ها متصل می شود، اتصال آن به pH بستگی دارد. آلکالوز منجر به افزایش بار منفی پروتئین ها می شود که اتصال را افزایش می دهد و در نتیجه کلسیم آزاد را کاهش می دهد. در مقابل، اسیدوز منجر به کاهش بار منفی، کاهش اتصال و در نتیجه افزایش کلسیم آزاد می شود.

در شرایط آزمایشگاهی، برای هر تغییر 0.1 واحد در pH، تقریبا 0.2 میلی گرم در دسی لیتر (0.05 mmol/L) تغییر معکوس در غلظت کلسیم آزاد سرم رخ می دهد. کلسیم را می توان با تغییر در غلظت پروتئین و آنیون های کوچک، تغییر در pH یا تغییر در مقادیر کلسیم آزاد و کلسیم در پلاسما، بین سه مخزن پلاسما، به صورت حاد یا مزمن، دوباره توزیع(بازپخش) کرد.

از نظر فیزیولوژیکی، کلسیم را می توان به دو دسته درون سلولی یا خارج سلولی طبقه بندی کرد. کلسیم داخل سلولی در بسیاری از عملکردهای فیزیولوژیکی مهم از جمله انقباض عضلانی، ترشح هورمون، متابولیسم گلیکوژن و تقسیم سلولی نقش کلیدی دارد. غلظت درون سلولی کلسیم در سیتوزول سلول های تحریک نشده حدود 0.1 میکرومول در لیتر است که کمتر از 1/20000 آن در مایع خارج سلولی است.

کلسیم خارج سلولی یون های کلسیم را برای حفظ کلسیم داخل سلولی، معدنی شدن استخوان، انعقاد خون و پتانسیل غشای پلاسما فراهم می کند. کلسیم غشاهای پلاسما را تثبیت می کند و بر نفوذپذیری و تحریک پذیری تأثیر می گذارد. کاهش غلظت کلسیم آزاد پلاسما باعث افزایش تحریک پذیری عصبی عضلانی می شود و می تواند منجر به تتانی شود. افزایش غلظت تحریک پذیری عصبی عضلانی را کاهش می دهد.

در سیستمهای بیمارستانی، پزشکان معمولاً با بیمارانی مواجه می‌شوند که اختلال در هموستاز کلسیم دارند. هیپرکلسمی یا هیپوکلسمی واقعی تظاهرات بالینی قابل‌توجهی دارد، از جمله خستگی عمومی، نفرولیتیازیس، آریتمی‌های قلبی، و به طور بالقوه مرگ. بنابراین، در بالین نیاز به ارزیابی صحیح و دقیق سطح کلسیم سرم داریم[4].

شکل 2. تعادل و تعیین کلسیم در سرم. کلسیم می تواند بین سه مخزن فیزیکوشیمیایی حرکت کند: (1) کلسیم آزاد، (2) کلسیم متصل به پروتئین و (3) کلسیم کمپلکس با آنیون های معدنی و آلی.

اندازه گیری کلسیم

روش‌های مورد استفاده برای تعیین کمیت کلسیم در خون می‌توانند یون Ca2+ آزاد یا غلظت کل کلسیم و متعاقباً محاسبه کلسیم تنظیم‌شده با آلبومین را اندازه‌گیری کنند. واژه کلسیم یونیزه شده، اگرچه به طور گسترده استفاده می شود، یک نام اشتباه است زیرا تمام کلسیم پلاسما یا سرم یونیزه می شود، صرف نظر از اینکه آزاد باشد یا نه، با اتصال یونی با پروتئین یا آنیون های کوچک متصل است.

روش های مورد استفاده برای تعیین کمیت کلسیم در خون می تواند کلسیم آزادca2+ را اندازه گیری کند . کلسیم آزاد بخش بیولوژیکی فعال کلسیم خون است، که به شدت توسط PTH و 1,25 (OH) 2D تنظیم می شود. بنابراین بهترین شاخص وضعیت کلسیم است. روش‌هایی هم برای کلسیم کل، هم برای کلسیم تنظیم‌شده با آلبومین و هم کلسیم آزاد در حال حاضر در حال استفاده هستند و منابع خطای خاص خود را دارند.

تنظیم کلسیم کل برای غلظت آلبومین غالب اغلب در تلاش برای ارتباط غلظت کل کلسیم با کلسیم آزاد انجام می شود. اندازه گیری کلسیم آزاد و کلسیم اصلاح شده بر اساس آلبومین به دلیل عواقب تاخیر در درمان و هزینه درمان بیماران با نتایج گمراه کننده کلسیم کل، توصیه شده است.

اگرچه اندازه‌گیری کلسیم فعال بیولوژیکی  (یعنی کلسیم یونیزه ) استاندارد طلایی برای ارزیابی سطح کلسیم است، اما آزمایشگاه‌ها برای به دست آوردن اندازه‌گیری مستقیم و دقیق کلسیم یونیزه به دلیل شرایطخاص و محدودیت‌های زمانی مورد نیاز برای پردازش نمونه‌ها با چالش روبرو هستند[3]. در نتیجه، در آزمایشگاههای بیوشیمی بصورت  روتین کلسیم کل  اندازه‌گیری می شود و مجموع iCa و کلسیم متصل گزارش میگردد.[6]

بنابراین برای تخمین کلسیم یونیزه از  کلسیم کل، کلسیم تصحیح شده را می توان تعیین کرد. از این رو، بسیاری از معادلات کلسیم تصحیح شده با استفاده از سطوح آلبومین مانند Payne ( بیشترین استفاده را در عمل دارد)، فرمول های Clase یا Jain و غیره ایجاد شده است[7-9].

کلسیم اصلاح شده/ تعدیل شده

اندازه گیری کلسیم کل در آزمایشگاه آسان تر است، اما این نتیجه باید با توجه به شرایط بالینی تفسیر شود. به عنوان مثال، بیماران مبتلا به بدخیمی ها اغلب هیپوآلبومینمی را نشان می دهند، وضعیتی که ممکن است منجر به کاهش گمراه کننده سطح کلسیم کل شود. با این حال، تغییرات در سطح آلبومین بر سطح کلسیم یونیزه تأثیر نمی گذارد.

از آنجایی که کلسیم دارای آلبومین کمتری برای اتصال است، هیپوآلبومینمی باید از نظر تئوری میزان کلسیم متصل را کاهش دهد و منجر به کاهش کلسیم گزارش شده شود. بنابراین، سطح کل کلسیم بیمار ممکن است پایین به نظر برسد، حتی اگر کلسیم یونیزه آنها طبیعی باشد. این امر می تواند می تواند منجر به تشخیص نادرست هیپوکلسمی یا تخمین بیش از حد میزان هیپوکلسمی موجود شود.

علاوه بر این، این سطوح پایین‌تر کلسیم گزارش‌شده می‌تواند به اشتباه نورموکلسمی (normocalcemia)را در بیماران مبتلا به هیپرکلسمی گزارش کند یا میزان هیپرکلسمی بیمار را کمتر در نظر بگیرد. سال‌هاست که پزشکان تلاش کرده‌اند تا با محاسبه کلسیم «تصحیح‌شده»، این نقص را برطرف نمایند. واژه کلسیم تعدیل شده به کلسیم تصحیح شده ارجحیت دارد، زیرا “تصحیح” ممکن است نشان دهد که نتیجه به دلیل یک خطا اصلاح شده است.

فرمول‌های اصلاحی از کلسیم کل و آلبومین سرم برای تخمین iCa مورد انتظار استفاده می‌کنند. اصلاحات در فرمول اصلی، که توسط پین و همکاران در سال 1973 ایجاد شد، منجر به رایج‌ترین فرمول مورد استفاده امروزی شد:

کلسیم تصحیح شده= کلسیم سرم+ 8/0 ( آلبومین نرمال- آلبومین بیمار)

مقدار در نظر گرفته شده برای آلبومین نرمال بر اساس کتاب هنری 2022 معادل 4/4  و در کتاب تیتز 2018 معادل 4 می باشد، که بنظر میرسد در کشور ما (با توجه به مصرف بیشتر ترکیبات پروتئینی) عدد 4/4 کاربرد بیشتری داشته باشد. از آنجایی که آلبومین پروتئین اولیه ای است که به کلسیم متصل می شود، تغییرات در این پروتئین از نظر بالینی مهم است. تنها درصد کمی از کلسیم به پروتئین های دیگر مانند γ-گلوبولین ها متصل می شود. بنابراین، شرایط بالینی مانند هیپوگاماگلوبولینمی بعید است که سطح کلسیم کل را به شدت تغییر دهد.

محدودیت های کلسیم اصلاح شده/تعدیل شده

بسیاری از منابع و انجمن های علمی، اصلاح غلظت کلسیم سرم در بیماران مبتلا به هیپوآلبومینمی را توصیه می کنند[1]. در حالی که محاسبه کلسیم تصحیح شده از نظر تئوری باید تخمین دقیق تری از iCa فعال فیزیولوژیکی در بیماران مبتلا به هیپوآلبومینمی ارائه دهد، معادلات تصحیح رایج استفاده شده با بدتر شدن هیپوآلبومینمی دارای دقت کمتری می شود.[2] پین و همکاران فرمول اصلی را از 200 بیمار با استفاده از یک آزمایشگاه منفرد استخراج کردند. با این حال، مطالعات گذشته نگر بعدی از استفاده از محاسبات کلسیم تصحیح شده با آلبومین برای تخمین iCa حمایت نکرده است[3-5]. برای مثال، اگرچه معادلات کلسیم تصحیح شده پین ​​یک رابطه ثابت بین آلبومین و اتصال کلسیم در تمام غلظت‌های سرم-آلبومین را فرض می‌کند، مطالعات نشان داده‌اند که با کاهش آلبومین، یون‌های کلسیم بیشتری به هر گرم آلبومین موجود متصل می‌شوند.

عوامل زیادی بر توزیع کلسیم در میان فراکسیون های آزاد، کمپلکس و پروتئینی تأثیر می گذارند(جدول1).

جدول1. عوامل تغییر دهنده توزیع بین کلسیم متصل به پروتئین، کمپلکس و آزاد و مداخله گر در تفسیر کلسیم کل

عوامل تغییر دهنده اتصال پروتئین و کلسیم تغییر غلظت آلبومین یا گلوبولین ها پروتئین های غیر طبیعی هپارین pH اسیدهای چرب آزاد بیلی روبین مواد مخدر درجه حرارت عوامل دگرگون کننده تشکیل کمپلکس سیترات بی کربنات لاکتات فسفات پیرووات و β-هیدروکسی بوتیرات سولفات شکاف آنیونی

فرض پین منجر به تخمین بیش از حد کلسیم کل سرم پس از اصلاح در مقایسه با iCa می شود. اگرچه قابلیت اطمینان تنظیم آلبومین سرم در بیماران با غلظت آلبومین سرم بسیار پایین یا بالا و در بیماران مبتلا به بیماری شدید و نارسایی چند عضوی که اغلب در بخش‌های مراقبت‌های ویژه دیده می‌شود، بدتر می‌شود.

معادلاتی که برای گروه‌های بیمار مرجع خاص، مانند بیماران همودیالیزی یا بیماران مبتلا به بیماری کبدی به دست می‌آیند، ممکن است بهتر از عدم تعدیل در آن گروه از بیماران باشد.

استفاده از فرمول‌های کلسیم اصلاح‌شده در بیماران مبتلا به هیپوآلبومینمی می‌تواند کلسیم سرم را بیش از حد تخمین بزند، که منجر به یافته‌های مثبت کاذب و تشخیص نادرست هیپرکلسمی یا نورموکلسمی می‌شود. نکته مهم این است که فرمول های اصلاحی می توانند هیپوکلسمی واقعی یا شدت واقعی هیپوکلسمی را پنهان کنند.

استفاده از فرمول‌های اصلاحی در بیماران مبتلا به هیپوکلسمی و هیپوآلبومینمی از نظر بالینی می‌تواند به بیمارستان‌ها این باور را بدهد که سطح کلسیم طبیعی است یا آنطور که در ابتدا به نظر می‌رسید از نظر بالینی قابل توجه نیست. این می تواند منجر به خودداری از درمان مناسب شود[10].

به جای آن چه کاری باید انجام دهید؟

اگر مقدار معینی کلسیم بر نتایج بالینی تأثیر بگذارد، پزشکان باید اندازه گیری مستقیم iCa را درخواست کنند. فاصله مرجع برای کلسیم یونیزه (آزاد) در بزرگسالان عادی 4.6 تا 5.3 میلی گرم در دسی لیتر (1.16-1.32 میلی مول در لیتر) است. در حالت ایده آل، اندازه گیری Ica باید در خون کامل جمع آوری شده به صورت بی هوازی در سرنگ های گاز خون برای تعیین وضعیت کلسیم بیماران ترجیح داده شود. [5]

نمونه های خون کامل باید در عرض 15 تا 30 دقیقه پس از نمونه برداری تجزیه و تحلیل شوند، اگرچه گزارش شده است که کلسیم آزاد در نمونه های خون کامل حداقل به مدت 1 ساعت در دمای اتاق و به مدت 4 ساعت در دمای 4 درجه سانتی گراد پایدار است.

اگرچه بهتر است که نمونه ها را به صورت بی هوازی جمع آوری کرد، روی یخ حمل کرد و در دمای 4 درجه سانتیگراد نگهداری کرد تا از دست دادن دی اکسید کربن (CO2) و گلیکولیز جلوگیری شود و pH تثبیت شود (زیرا تغییرات pH باعث تغییر کسر کلسیم یونیزه می شود). تکنیک جمع آوری مناسب برای اطمینان از نتایج دقیق کلسیم یونیزه مهم است. یک تورنیکت که برای مدت طولانی روی آن بماند می تواند PH را در محل جمع آوری پایین بیاورد و به طور کاذب سطوح را بالا ببرد. بنابراین، پزشکان باید کلسیم یونیزه را بدون توجه به سطح کلسیم سرم اصلاح نشده در بیمارانی که به شدت بیمار هستند یا هیپوپاراتیروئیدیسم یا سایر اختلالات در کلسیم یونیزه شناخته شده اند، ارزیابی کنند. از آنجایی که سطوح iCa نیز با pH در نوسان است، نمونه‌ها باید به سرعت پردازش شوند و خنک نگه داشته شوند[11].

منابع:

1. Ladenson JH, Lewis JW, Boyd JC. Failure of total calcium corrected for protein, albumin, and pH to correctly assess free calcium status. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 1978;46(6):986-93.
2. Besarab A, Caro JF. Increased absolute calcium binding to albumin in hypoalbuminaemia. Journal of clinical pathology. 1981;34(12):1368-74.
3. Steen O, Clase C, Don-Wauchope A. Corrected calcium formula in routine clinical use does not accurately reflect ionized calcium in hospital patients. Canadian Journal of General Internal Medicine. 2016;11(3):14-21.
4. Ridefelt P, Helmersson-Karlqvist J. Albumin adjustment of total calcium does not improve the estimation of calcium status. Scandinavian Journal of Clinical and Laboratory Investigation. 2017;77(6):442-7.
5. Lian IA, Åsberg A. Should total calcium be adjusted for albumin? A retrospective observational study of laboratory data from central Norway. BMJ open. 2018;8(4):e017703.
6. Payne R, Little A, Williams R, Milner J. Interpretation of serum calcium in patients with abnormal serum proteins. Br Med J. 1973;4(5893):643-6.
7. Payne RB, Little AJ, Williams RB, Milner JR. Interpretation of serum calcium in patients with abnormal serum proteins. Br Med J. 1973;4(5893):643-6.
8. Jain A, Bhayana S, Vlasschaert M, House A. A formula to predict corrected calcium in haemodialysis patients. Nephrol Dial Transplant. 2008;23(9):2884-8.
9. Clase CM, Norman GL, Beecroft ML, Churchill DN. Albumin-corrected calcium and ionized calcium in stable haemodialysis patients. Nephrol Dial Transplant. 2000;15(11):1841-6.
10. Kenny CM, Murphy CE, Boyce DS, Ashley DM, Jahanmir J. Things We Do for No Reason™: Calculating a “Corrected Calcium” Level. J Hosp Med. 2021;16(8):499-501.
11. Mirzazadeh M, Morovat A, James T, Smith I, Kirby J, Shine B. Point-of-care testing of electrolytes and calcium using blood gas analysers: it is time we trusted the results. Emergency Medicine Journal. 2016;33(3):181-6.

12- کتاب TIETZ TEXTBOOK OF CLINICAL CHEMISTRY AND MOLECULAR DIAGNOSTICS, SIXTH EDITION ,Copyright © 2018 by Elsevier, Inc.

13- کتاب HENRY’S CLINICAL DIAGNOSIS AND MANAGEMENT BY LABORATORY METHODS TWENTY-FOURTH EDITION. Copyright © 2022

هیپرکلسمی شدید

Calcium – Consumer – NIH Office of Dietary Supplements