血液中の総カルシウムとイオン化カルシウム

血清中の総カルシウム濃度の基準値（標準値）は 2.15～2.5 mmol/l または 8.6～10 mg%、イオン化カルシウムは 1.15～1.27 mmol/l です。

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イオン化カルシウム濃度の測定

イオン化カルシウムは通常、通常の臨床検査で測定でき、十分な精度が得られます。アシドーシスはタンパク質結合を減少させることでイオン化カルシウムを増加させますが、アルカローシスはイオン化カルシウムを減少させます。低アルブミン血症では、検出可能な血漿カルシウムは通常低く、これはタンパク質結合カルシウムの減少を反映していますが、イオン化カルシウムは正常範囲である場合があります。アルブミンが1g/dL減少または増加するごとに、血漿総カルシウムは0.8mg/dL（0.2mmol/L）減少または増加します。したがって、アルブミン値が2g/dL（正常範囲は4.0g/dL）の場合、検出可能な血漿カルシウムは1.6mg/dL減少します。また、多発性骨髄腫でみられるような血漿タンパク質の上昇も、血漿総カルシウムを増加させる可能性があります。

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カルシウムの生理学的意義

カルシウムは、正常な筋肉の収縮、神経インパルスの伝導、ホルモンの分泌、血液凝固に不可欠です。また、多くの酵素の調節にも役立ちます。

体内のカルシウム貯蔵量は、食事からのカルシウム摂取量、消化管からのカルシウム吸収、そして腎臓からのカルシウム排泄に依存します。バランスの取れた食事を摂れば、1日あたり約1,000mgのカルシウムを摂取できます。胆汁やその他の消化管分泌物によって、1日あたり約200mgが失われます。体内のビタミンD濃度、特に腎臓で不活性型から生成される1,25-ジヒドロキシコレカルシフェロールの濃度に応じて、1日あたり約200～400mgのカルシウムが腸管から吸収されます。残りの800～1,000mgは便中に排泄されます。カルシウムバランスは、平均1日あたり200mgの腎臓からのカルシウム排泄によって維持されます。

細胞外および細胞内のカルシウム濃度は、細胞膜および小胞体、筋細胞の筋小胞体、ミトコンドリアなどの細胞内器官を介した双方向のカルシウム輸送によって調節されています。細胞質のイオン化カルシウムは、マイクロモル濃度（血漿濃度の1/1000未満）に維持されています。イオン化カルシウムは細胞内のセカンドメッセンジャーとして作用し、骨格筋の収縮、心筋および平滑筋の興奮と収縮、タンパク質キナーゼの活性化、酵素のリン酸化に関与しています。カルシウムは、環状アデノシン一リン酸（cAMP）やイノシトール1,4,5三リン酸などの他の細胞内メッセンジャーの作用にも関与しており、エピネフリン、グルカゴン、ADH（バソプレシン）、セクレチン、コレシストキニンなどの多くのホルモンに対する細胞応答の伝達に関与しています。

細胞内における重要な役割にもかかわらず、体内総カルシウムの約99%は骨に存在し、主にハイドロキシアパタイト結晶として存在します。骨カルシウムの約1%は細胞外液と自由に交換可能であり、カルシウムバランスの変化を緩和する役割を果たします。正常な血漿カルシウム濃度は8.8～10.4 mg/dL（2.2～2.6 mmol/L）です。血中総カルシウムの約40%は、主にアルブミンなどの血漿タンパク質に結合しています。残りの60%は、イオン化カルシウムと、リン酸およびクエン酸と複合体を形成したカルシウムです。総カルシウム（すなわち、タンパク質結合カルシウム、複合体カルシウム、イオン化カルシウム）は、通常、臨床検査室で測定されます。理想的には、血漿中の生理活性物質であるイオン化カルシウムまたは遊離カルシウムを測定するべきですが、技術的な困難さから、このような測定は通常、タンパク質とカルシウムの結合に重大な欠陥があると疑われる患者に限定されます。イオン化カルシウムは、一般的に血漿総カルシウムの約50%を占めると考えられています。

カルシウムの生理学的意義は、組織コロイドの水分結合能を低下させ、組織膜の透過性を低下させ、骨格の構築と止血系、そして神経筋活動に関与することです。カルシウムは、様々な病理学的プロセスによって組織損傷部位に蓄積する能力を持っています。カルシウムの約99%は骨に存在し、残りは主に細胞外液（ほぼすべて血清）に存在します。血清中のカルシウムの約半分はイオン化（遊離）した形で循環し、残りの半分は主にアルブミン（40%）との複合体、またはリン酸塩、クエン酸塩（9%）などの塩の形で存在します。血清中のアルブミン含有量の変化、特に低アルブミン血症は、臨床的により重要な指標であるイオン化カルシウム濃度に影響を与えることなく、血清中のカルシウム総濃度に影響を与えます。低アルブミン血症における血清中の「補正」カルシウム総濃度は、以下の式で計算できます。

Ca（補正値）＝Ca（測定値）＋0.02×（40 - アルブミン）。

骨組織に固定されたカルシウムは血清イオンと相互作用します。沈着したカルシウムは緩衝系として働き、血清中のカルシウム濃度の大きな変動を防ぎます。

カルシウム代謝

カルシウム代謝は、副甲状腺ホルモン（PTH）、カルシトニン、ビタミンD誘導体によって調節されます。副甲状腺ホルモンは、骨からのカルシウムの浸出、腎臓での再吸収を促進し、ビタミンDから活性代謝物であるカルシトリオールへの変換を刺激することで、血清中のカルシウム濃度を高めます。また、副甲状腺ホルモンは腎臓からのリン酸の排泄も促進します。血中カルシウム濃度は、負のフィードバック機構を介して副甲状腺ホルモンの分泌を制御します。低カルシウム血症は副甲状腺ホルモンの分泌を促進し、高カルシウム血症は副甲状腺ホルモンの分泌を抑制します。カルシトニンは副甲状腺ホルモンの生理的拮抗薬であり、腎臓からのカルシウム排泄を促進します。ビタミンD代謝物は、腸管におけるカルシウムとリン酸の吸収を促進します。

血清中のカルシウム含有量は、副甲状腺および甲状腺の機能不全、様々な部位の腫瘍、特に骨転移、腎不全によって変化します。病態過程におけるカルシウムの二次的関与は、消化管病変によって生じます。多くの場合、低カルシウム血症および高カルシウム血症が病態過程の主症状となることがあります。

カルシウム代謝の調節

カルシウムとリン酸（PO）の代謝は相互に関連しています。カルシウムとリン酸のバランスは、副甲状腺ホルモン（PTH）、ビタミンD、そしてある程度はカルシトニンの血中濃度によって調節されます。カルシウムと無機POの濃度は、CaPOを形成する化学反応に関与する能力によって相関しています。カルシウムとPOの濃度（mEq/L）の積は通常60ですが、70を超えると軟部組織にCaPO結晶が析出する可能性が高くなります。血管組織への析出は動脈硬化の発症に寄与します。

PTHは副甲状腺で産生されます。副甲状腺には様々な機能がありますが、おそらく最も重要なのは低カルシウム血症の予防です。副甲状腺細胞は血漿カルシウムの減少に反応してPTHを循環血中に放出します。PTHは、腎臓と腸管でのカルシウム吸収を促進し、骨からカルシウムとPOを動員（骨吸収）することで、数分以内に血漿カルシウム濃度を高めます。腎臓からのカルシウム排泄は、ナトリウム排泄とほぼ同様であり、近位尿細管でのナトリウム輸送を制御するのとほぼ同じ因子によって制御されます。しかし、PTHは、ナトリウムとは独立して、遠位ネフロンでのカルシウム再吸収を促進します。また、PTHは腎臓でのPO再吸収を低下させるため、腎臓からのPO損失が増加します。腎臓からのPO損失は、PTHに反応してカルシウム濃度が上昇するため、血漿Ca2+PO2結合産物の増加を抑制します。

PTHはビタミンDを最も活性の高い形態（1,25-ジヒドロキシコレカルシフェロール）に変換することで、血漿中のカルシウム濃度を上昇させます。この形態のビタミンDは、腸管からのカルシウム吸収率を高めます。カルシウム吸収が増加したにもかかわらず、PTH分泌量の増加は、骨芽細胞の機能を抑制し、破骨細胞の活性を刺激することで、通常、骨吸収の促進につながります。PTHとビタミンDは、骨の成長とリモデリングの重要な調節因子です。

副甲状腺機能検査には、ラジオイムノアッセイによる血中副甲状腺ホルモン（PTH）濃度の測定、および尿中総cAMP排泄量または腎性cAMP排泄量の測定が含まれます。尿中cAMP検査はまれですが、正確なPTH検査は一般的です。最も優れた検査は、完全なPTH分子を対象とすることです。

カルシトニンは甲状腺の傍濾胞細胞（C細胞）から分泌されます。カルシトニンは、細胞へのカルシウムの取り込み、腎排泄、そして骨形成を促進することで、血漿カルシウム濃度を低下させます。カルシトニンの骨代謝に対する作用は、PTHやビタミンDよりもはるかに弱いです。