Metabolismo del calcio - Calcium metabolism
El metabolismo del calcio es el movimiento y la regulación de los iones de calcio (Ca 2+ ) hacia adentro (a través del intestino ) y hacia afuera (a través del intestino y los riñones ) del cuerpo y entre los compartimentos corporales: el plasma sanguíneo , los fluidos extracelulares e intracelulares , y hueso . El hueso actúa como un centro de almacenamiento de calcio para depósitos y extracciones según lo necesite la sangre a través de la remodelación ósea continua .
Un aspecto importante del metabolismo del calcio es la homeostasis del calcio plasmático , la regulación de los iones calcio en el plasma sanguíneo dentro de límites estrechos . El nivel de calcio en plasma está regulado por las hormonas hormona paratiroidea (PTH) y calcitonina . La PTH es liberada por las células principales de las glándulas paratiroides cuando el nivel de calcio plasmático cae por debajo del rango normal para elevarlo; La calcitonina es liberada por las células parafoliculares de la glándula tiroides cuando el nivel plasmático de calcio está por encima del rango normal para disminuirlo.
Contenido del compartimento del cuerpo
El calcio es el mineral más abundante en el cuerpo humano . El cuerpo de un adulto promedio contiene en total aproximadamente 1 kg, 99% en el esqueleto en forma de sales de fosfato de calcio . El líquido extracelular (LEC) contiene aproximadamente 22 mmol, de los cuales aproximadamente 9 mmol se encuentran en el plasma . Se intercambian aproximadamente 10 mmol de calcio entre el hueso y el ECF durante un período de veinticuatro horas.
Concentración de sangre
La concentración de iones de calcio en el interior de las células (en el líquido intracelular ) es más de 7.000 veces menor que en el plasma sanguíneo (es decir, <0.0002 mmol / L, en comparación con 1,4 mmol / L en el plasma).
Niveles plasmáticos normales
La concentración plasmática de calcio total está en el rango de 2,2 a 2,6 mmol / L (9 a 10,5 mg / dL) y el calcio ionizado normal es de 1,3 a 1,5 mmol / L (4,5 a 5,6 mg / dL). La cantidad de calcio total en la sangre varía con el nivel de albúmina plasmática , la proteína más abundante en el plasma y, por lo tanto, el principal transportador de calcio unido a proteínas en la sangre. Sin embargo, el efecto biológico del calcio está determinado por la cantidad de calcio ionizado , más que por el calcio total. Por lo tanto, es el nivel de calcio ionizado en plasma el que está estrictamente regulado para permanecer dentro de límites muy estrechos por los sistemas de retroalimentación negativa homeostática .
Entre el 35 y el 50% del calcio plasmático está unido a proteínas y entre el 5 y el 10% se encuentra en forma de complejos con ácidos orgánicos y fosfatos. El resto (50 a 60%) está ionizado. El calcio ionizado puede determinarse directamente por colorimetría , o puede leerse en nomogramas , aunque la utilidad de este último es limitada cuando el pH y el contenido de proteínas del plasma se desvían ampliamente de lo normal.
Función
El calcio tiene varias funciones principales en el cuerpo.
Unido a las proteínas séricas
Se une fácilmente a proteínas, particularmente aquellas con aminoácidos cuyas cadenas laterales terminan en grupos carboxilo (-COOH) (por ejemplo, residuos de glutamato). Cuando se produce dicha unión, las cargas eléctricas de la cadena de la proteína cambian, lo que hace que cambie la estructura terciaria de la proteína (es decir, la forma tridimensional). Buenos ejemplos de esto son varios de los factores de coagulación en el plasma sanguíneo, que no funcionan en ausencia de iones de calcio, pero se vuelven completamente funcionales con la adición de la concentración correcta de sales de calcio.
Canales de sodio activados por voltaje
Los canales de iones de sodio dependientes de voltaje en las membranas celulares de los nervios y los músculos son particularmente sensibles a la concentración de iones de calcio en el plasma. Disminuciones relativamente pequeñas de los niveles de calcio ionizado en plasma ( hipocalcemia ) hacen que estos canales filtren sodio hacia las células nerviosas o axones, haciéndolos hiperexcitables ( efecto batmotrópico positivo ), provocando espasmos musculares espontáneos ( tetania ) y parestesia (la sensación de "alfileres y agujas") de las extremidades y alrededor de la boca. Cuando el calcio ionizado en plasma se eleva por encima de lo normal ( hipercalcemia ), más calcio se une a estos canales de sodio, lo que tiene un efecto batmotrópico negativo sobre ellos, provocando letargo, debilidad muscular, anorexia, estreñimiento y emociones lábiles.
Señalización intracelular
Debido a que la concentración de iones de calcio intracelular es extremadamente baja (ver arriba), la entrada de cantidades minúsculas de iones de calcio del retículo endoplásmico o de los fluidos extracelulares, causa cambios rápidos, muy marcados y fácilmente reversibles en la concentración relativa de estos iones en el citosol . Por lo tanto, esto puede servir como una señal intracelular muy eficaz (o " segundo mensajero ") en una variedad de circunstancias, incluida la contracción muscular , la liberación de hormonas (por ejemplo, insulina de las células beta en los islotes pancreáticos ) o neurotransmisores (por ejemplo, acetilcolina de pre -Terminales sinápticas de los nervios) y otras funciones.
Hueso
El calcio actúa estructuralmente como material de soporte en los huesos como hidroxiapatita de calcio (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ).
Músculo
En el músculo esquelético y cardíaco , los iones de calcio, liberados del retículo sarcoplásmico (el retículo endoplásmico de los músculos estriados ), se unen a la proteína troponina C presente en los filamentos delgados de las miofibrillas que contienen actina . Como resultado, la estructura tridimensional de la troponina cambia , lo que hace que la tropomiosina a la que está unida se separe de los sitios de unión de la miosina en las moléculas de actina que forman la columna vertebral de los filamentos delgados. Luego, la miosina puede unirse a los sitios de unión de miosina expuestos en el filamento delgado, para experimentar una serie repetida de cambios conformacionales llamados ciclo de puente cruzado , para el cual el ATP proporciona la energía. Durante el ciclo, cada proteína de miosina 'avanza' a lo largo del delgado filamento de actina, uniéndose repetidamente a los sitios de unión de miosina a lo largo del filamento de actina, trinqueteando y soltándose. En efecto, el filamento grueso se mueve o se desliza a lo largo del filamento delgado, lo que produce una contracción muscular . Este proceso se conoce como el modelo de filamento deslizante de contracción muscular.
Fuentes
No todo el calcio de la dieta se puede absorber fácilmente en el intestino. El calcio que se absorbe con mayor facilidad se encuentra en los productos lácteos (72%), verduras (7%), cereales (5%), legumbres (4%), frutas (3%), proteínas (3%). El calcio contenido en la materia vegetal a menudo forma complejos con fitatos , oxalatos , citrato y otros ácidos orgánicos, como los ácidos grasos de cadena larga (por ejemplo, ácido palmítico ), con los que se une el calcio para formar jabones de calcio insolubles.
Almacenamiento de huesos
El flujo de calcio hacia y desde el hueso puede ser positivo, negativo o neutro. Cuando es neutral, se dan vuelta alrededor de 5 a 10 mmol al día. El hueso sirve como un punto de almacenamiento importante para el calcio, ya que contiene el 99% del calcio corporal total. La liberación de calcio de los huesos está regulada por la hormona paratiroidea junto con el calcitriol fabricado en el riñón bajo la influencia de la PTH. La calcitonina (una hormona secretada por la glándula tiroides cuando los niveles de calcio ionizado en plasma son altos o en aumento; no debe confundirse con el "calcitriol" que se fabrica en el riñón) estimula la incorporación de calcio en los huesos.
Absorción intestinal
La dieta normal de un adulto contiene aproximadamente 25 mmol de calcio por día. Solo alrededor de 5 mmol de esto se absorben en el cuerpo por día (ver más abajo).
El calcio se absorbe a través de la membrana del borde en cepillo de las células epiteliales intestinales . Se propuso que el canal TRPV6 sea el actor principal en la captación intestinal de Ca 2+ . Sin embargo, los ratones Trpv6 KO no mostraron una reducción significativa de los niveles de calcio sérico y mostraron solo una absorción intestinal de Ca 2+ ligeramente reducida o incluso sin cambios , lo que indica que deben existir otras vías de absorción. Recientemente, TRPM7 se relacionó con la absorción intestinal de calcio. Los autores pudieron demostrar que la deleción intestinal de TRPM7 da como resultado niveles de calcio fuertemente reducidos en suero y huesos, y niveles intensos de calcitriol y PTH , lo que indica que TRPM7 es esencial para la absorción intestinal de calcio en masa. Después de la captación celular, el calcio se une inmediatamente a calbindina , una proteína de unión de calcio-vitamina D-dependiente . La calbindina transfiere el calcio directamente al retículo endoplásmico de la célula epitelial , a través del cual el calcio se transfiere a la membrana basal en el lado opuesto de la célula, sin entrar en su citosol o líquido intracelular. Desde allí, las bombas de calcio ( PMCA1 ) transportan activamente el calcio al cuerpo. El transporte activo de calcio ocurre principalmente en la porción del duodeno del intestino cuando la ingesta de calcio es baja; ya través del transporte paracelular pasivo en las partes del yeyuno e íleon cuando la ingesta de calcio es alta, independientemente del nivel de vitamina D.
La absorción activa de calcio del intestino está regulada por la concentración de calcitriol (o 1,25 dihidroxicolecalciferol o 1,25 dihidroxivitamina D 3 ) en la sangre. El calcitriol es un derivado del colesterol. Bajo la influencia de la luz ultravioleta en la piel, el colesterol se convierte en previtamina D 3 que se isomeriza espontáneamente a vitamina D 3 (o colecalciferol). Luego se convierte de colecalciferol en calcifediol en el hígado. Bajo la influencia de la hormona paratiroidea , los riñones convierten el calcifediol en la hormona activa calcitriol, que actúa sobre las células epiteliales ( enterocitos ) que recubren el intestino delgado para aumentar la tasa de absorción de calcio del contenido intestinal. En resumen, el ciclo es el siguiente:
Los niveles bajos de PTH en la sangre (que ocurren en condiciones fisiológicas cuando los niveles de calcio ionizado en plasma son altos) inhiben la conversión de colecalciferol en calcitriol, que a su vez inhibe la absorción de calcio en el intestino. Lo contrario sucede cuando los niveles de calcio ionizado en plasma son bajos: la hormona paratiroidea se secreta a la sangre y los riñones convierten más calcifediol en calcitriol activo, lo que aumenta la absorción de calcio en el intestino.
Reabsorción
Intestino
Dado que aproximadamente 15 mmol de calcio se excretan en el intestino a través de la bilis por día, la cantidad total de calcio que llega al duodeno y yeyuno cada día es de aproximadamente 40 mmol (25 mmol de la dieta más 15 mmol de la bilis), de los cuales , en promedio, 20 mmol se absorben (devuelven) a la sangre. El resultado neto es que el intestino absorbe aproximadamente 5 mmol más de calcio del que se excreta a través de la bilis. Si no hay formación ósea activa (como en la infancia) o una mayor necesidad de calcio durante el embarazo y la lactancia, los 5 mmol de calcio que se absorben en el intestino compensan las pérdidas urinarias que solo están parcialmente reguladas.
Riñones
Los riñones filtran 250 mmol de iones de calcio al día en pro-orina (o filtrado glomerular ) y reabsorben 245 mmol, lo que lleva a una pérdida media neta en la orina de aproximadamente 5 mmol / d. La cantidad de iones de calcio excretados en la orina por día está parcialmente bajo la influencia del nivel de hormona paratiroidea (PTH) en plasma : los niveles altos de PTH disminuyen la tasa de excreción de iones de calcio y los niveles bajos la aumentan. Sin embargo, la hormona paratiroidea tiene un efecto mayor sobre la cantidad de iones fosfato (HPO 4 2− ) excretados en la orina. Los fosfatos forman sales insolubles en combinación con iones de calcio. Las altas concentraciones de HPO 4 2− en el plasma, por lo tanto, reducen el nivel de calcio ionizado en los fluidos extracelulares. Por tanto, la excreción de más fosfato que iones de calcio en la orina eleva el nivel de calcio ionizado en plasma, aunque la concentración de calcio total podría reducirse.
El riñón influye en la concentración de calcio ionizado en plasma de otra manera más. Procesa la vitamina D 3 en calcitriol , la forma activa más eficaz para promover la absorción intestinal de calcio. Esta conversión de vitamina D 3 en calcitriol también es promovida por niveles altos de hormona paratiroidea en plasma.
Excreción
Intestino
La mayor parte de la excreción del calcio en exceso se realiza a través de la bilis y las heces, porque los niveles plasmáticos de calcitriol (que en última instancia dependen de los niveles plasmáticos de calcio) regulan la cantidad de calcio biliar que se reabsorbe del contenido intestinal.
Riñones
La excreción urinaria de calcio es normalmente de unos 5 mmol (200 mg) / día. Esto es menor en comparación con lo que se excreta a través de las heces (15 mmol / día).
Regulación
La concentración plasmática de calcio ionizado se regula dentro de límites estrechos (1.3 a 1.5 mmol / L). Esto se logra tanto por las células parafoliculares de la glándula tiroides como por las glándulas paratiroides que constantemente detectan (es decir, miden) la concentración de iones de calcio en la sangre que fluye a través de ellas.
Nivel plasmático alto
Cuando la concentración aumenta, las células parafoliculares de la glándula tiroides aumentan su secreción de calcitonina , una hormona polipeptídica, en la sangre. Al mismo tiempo, las glándulas paratiroideas reducen la secreción de hormona paratiroidea (PTH), también una hormona polipeptídica, en la sangre. Los altos niveles resultantes de calcitonina en la sangre estimulan los osteoblastos en el hueso para eliminar el calcio del plasma sanguíneo y depositarlo como hueso.
Los niveles reducidos de PTH inhiben la eliminación de calcio del esqueleto. Los niveles bajos de PTH tienen varios otros efectos: aumentan la pérdida de calcio en la orina, pero lo que es más importante inhiben la pérdida de iones fosfato a través de esa ruta. Por lo tanto, los iones de fosfato se retendrán en el plasma donde forman sales insolubles con iones de calcio, eliminándolos de la reserva de calcio ionizado en la sangre. Los bajos niveles de PTH también inhiben la formación de calcitriol (que no debe confundirse con calcitonina ) a partir del colecalciferol (vitamina D 3 ) por los riñones.
La reducción de la concentración de calcitriol en sangre actúa (comparativamente lentamente) sobre las células epiteliales ( enterocitos ) del duodeno, inhibiendo su capacidad para absorber calcio del contenido intestinal. Los niveles bajos de calcitriol también actúan sobre el hueso, lo que hace que los osteoclastos liberen menos iones de calcio al plasma sanguíneo.
Nivel plasmático bajo
Cuando el nivel de calcio ionizado en plasma es bajo o cae, ocurre lo contrario. Se inhibe la secreción de calcitonina y se estimula la secreción de PTH, lo que resulta en la eliminación del calcio de los huesos para corregir rápidamente el nivel de calcio plasmático. Los altos niveles de PTH en plasma inhiben la pérdida de calcio a través de la orina mientras estimulan la excreción de iones fosfato por esa vía. También estimulan a los riñones para que fabriquen calcitriol (una hormona esteroidea), que mejora la capacidad de las células que recubren el intestino para absorber calcio del contenido intestinal en la sangre, estimulando la producción de calbindina en estas células. La producción de calcitriol estimulada por la PTH también hace que el calcio se libere del hueso a la sangre, mediante la liberación de RANKL (una citocina u hormona local ) de los osteoblastos, lo que aumenta la actividad de resorción ósea por parte de los osteoclastos. Sin embargo, estos son procesos relativamente lentos
Por tanto, la regulación rápida a corto plazo del nivel de calcio ionizado en plasma implica principalmente movimientos rápidos de calcio dentro o fuera del esqueleto. La regulación a largo plazo se logra regulando la cantidad de calcio absorbido del intestino o perdido a través de las heces.
Trastornos
La hipocalcemia (niveles bajos de calcio en sangre) y la hipercalcemia (niveles altos de calcio en sangre) son trastornos médicos graves. La osteoporosis , osteomalacia y raquitismo son trastornos óseos relacionado con trastornos del metabolismo del calcio y los efectos de la vitamina D . La osteodistrofia renal es una consecuencia de la insuficiencia renal crónica relacionada con el metabolismo del calcio.
Una dieta suficientemente rica en calcio puede reducir la pérdida de calcio de los huesos con la edad avanzada ( posmenopáusica ). Una ingesta baja de calcio en la dieta puede ser un factor de riesgo en el desarrollo de osteoporosis en la vejez ; y una dieta con cantidades adecuadas sostenidas de calcio puede reducir el riesgo de osteoporosis.
Investigar
El papel que podría tener el calcio en la reducción de las tasas de cáncer colorrectal ha sido objeto de muchos estudios. Sin embargo, dada su modesta eficacia, no existe una recomendación médica actual para usar calcio para la reducción del cáncer.
Ver también
Notas al pie
Referencias
enlaces externos
- Calcio en pruebas de laboratorio en línea
- Nosek, Thomas M. "Sección 5 / 5ch6 / 5ch6line" . Fundamentos de la fisiología humana .