Articulo de referencia

Metabolismo del calcio

El organismo regula la homeostasis del calcio mediante dos vías: una se activa cuando los niveles de calcio en sangre descienden por debajo de lo normal y la otra se activa cuan...

El organismo regula la homeostasis del calcio mediante dos vías: una se activa cuando los niveles de calcio en sangre descienden por debajo de lo normal y la otra se activa cuando los niveles de calcio en sangre aumentan.

El metabolismo del calcio es el movimiento y la regulación de los iones de calcio (Ca²⁺ ) dentro ( a través del intestino ) y fuera (a través del intestino y los riñones ) del cuerpo, y entre los compartimentos corporales: el plasma sanguíneo , los fluidos extracelulares e intracelulares y el hueso . El hueso actúa como un centro de almacenamiento de calcio para depósitos y extracciones según las necesidades de la sangre mediante la remodelación ósea continua . [ 1 ] : 276–277

Un aspecto importante del metabolismo del calcio es la homeostasis del calcio plasmático , la regulación de los iones de calcio en el plasma sanguíneo dentro de límites estrechos . [ 2 ] El nivel de calcio en el plasma está regulado por las hormonas 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 de calcio plasmático está por encima del rango normal para disminuirlo.

Contenido de los compartimentos corporales

El calcio es el mineral más abundante en el cuerpo humano . [ 3 ] El cuerpo de un adulto promedio contiene en total aproximadamente 1  kg, el 99% en el esqueleto en forma de sales de fosfato de calcio . [ 3 ] El líquido extracelular (LEC) contiene aproximadamente 22  mmol, de los cuales unos 9  mmol están en el plasma . [ 4 ] Aproximadamente 10  mmol de calcio se intercambian entre el hueso y el LEC en un período de veinticuatro horas. [ 5 ]

concentración sanguínea

La concentración de iones de calcio dentro 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 total de calcio se encuentra en el rango de 2,2–2,6  mmol/L (9–10,5  mg/dL), y el calcio ionizado normal es de 1,3–1,5  mmol/L (4,5–5,6  mg/dL). [ 4 ] 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 consiguiente, es el nivel de calcio ionizado plasmático el que se regula estrictamente para mantenerse dentro de límites muy estrechos mediante sistemas de retroalimentación negativa homeostática .

Entre el 35 y el 50 % del calcio plasmático se encuentra unido a proteínas, y entre el 5 y el 10 % forma complejos con ácidos orgánicos y fosfatos. El resto (50-60 %) está ionizado. El calcio ionizado puede determinarse directamente mediante colorimetría o a partir de nomogramas , aunque la utilidad de estos últimos es limitada cuando el pH y el contenido proteico del plasma se desvían considerablemente de los valores normales. [ 4 ]

Función

El calcio tiene varias funciones principales en el cuerpo.

Unidos a proteínas séricas

Se une fácilmente a las proteínas, en particular a aquellas con aminoácidos cuyas cadenas laterales terminan en grupos carboxilo (-COOH) (por ejemplo, residuos de glutamato). Cuando se produce esta unión, las cargas eléctricas de la cadena proteica cambian, lo que provoca una modificación en la estructura terciaria (es decir, la forma tridimensional) de la proteína. Buenos ejemplos de esto son varios factores de coagulación del plasma sanguíneo, que son inactivos en ausencia de iones de calcio, pero se vuelven completamente funcionales al añadir la concentración adecuada de sales de calcio.

Canales de sodio dependientes de voltaje

Los canales iónicos de sodio dependientes de voltaje en las membranas celulares de nervios y músculos son particularmente sensibles a la concentración de iones de calcio en el plasma. [ 6 ] Disminuciones relativamente pequeñas en los niveles de calcio ionizado en plasma ( hipocalcemia ) hacen que estos canales filtren sodio a las células nerviosas o axones, volviéndolos hiperexcitables ( efecto batmotrópico positivo ), lo que provoca espasmos musculares espontáneos ( tetania ) y parestesia (sensación de hormigueo) en las extremidades y alrededor de la boca. [ 7 ] Cuando el calcio ionizado en plasma aumenta por encima de lo normal ( hipercalcemia ), se une más calcio a estos canales de sodio, ejerciendo un efecto batmotrópico negativo sobre ellos, lo que causa letargo, debilidad muscular, anorexia, estreñimiento y labilidad emocional. [ 7 ]

Señalización intracelular

Debido a que la concentración intracelular de iones de calcio es extremadamente baja (véase más arriba), la entrada de cantidades ínfimas de iones de calcio desde el retículo endoplasmático o desde los fluidos extracelulares provoca cambios rápidos, muy marcados y fácilmente reversibles en la concentración relativa de estos iones en el citosol . Esto puede servir, por lo tanto, como una señal intracelular muy eficaz (o " segundo mensajero ") en diversas circunstancias, incluyendo la contracción muscular , la liberación de hormonas (por ejemplo, insulina de las células beta de los islotes pancreáticos ) o neurotransmisores (por ejemplo, acetilcolina de las terminales presinápticas 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 endoplasmático de los músculos estriados ), se unen a la proteína troponina C presente en los filamentos delgados de actina de las miofibrillas . Como resultado, la estructura tridimensional de la troponina cambia , lo que provoca que la tropomiosina a la que está unida se desplace lejos de los sitios de unión de la miosina en las moléculas de actina que forman la estructura principal de los filamentos delgados. La miosina puede entonces unirse a los sitios de unión de miosina expuestos en el filamento delgado, para experimentar una serie repetitiva de cambios conformacionales denominada ciclo de puentes cruzados , para la cual el ATP proporciona la energía. Durante el ciclo, cada proteína de miosina se desplaza a lo largo del filamento delgado de actina, uniéndose repetidamente a los sitios de unión de miosina a lo largo del filamento de actina, apretando y soltándose. En efecto, el filamento grueso se mueve o desliza a lo largo del filamento delgado, lo que produce la contracción muscular . Este proceso se conoce como el modelo de filamento deslizante de la contracción muscular. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Fuentes

No todo el calcio de la dieta se absorbe fácilmente en el intestino. El calcio que se absorbe con mayor facilidad se encuentra en los productos lácteos (72%), las verduras (7%), los cereales (5%), las legumbres (4%), las frutas (3%) y las proteínas (3%). El calcio presente en la materia vegetal suele estar complejado con fitatos , [ 13 ] oxalatos , [ 14 ] citrato y otros ácidos orgánicos, como los ácidos grasos de cadena larga (por ejemplo, el ácido palmítico ), con los que el calcio se une para formar jabones de calcio insolubles. [ 15 ]

Almacenamiento de huesos

El flujo de calcio hacia y desde el hueso puede ser positivo, negativo o neutro. Cuando es neutro,  se renuevan aproximadamente 5-10 mmol al día. El hueso sirve como un importante depósito de calcio, ya que contiene el 99% del calcio total del cuerpo. La liberación de calcio del hueso está regulada por la hormona paratiroidea junto con el calcitriol producido 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 están aumentando; no debe confundirse con el calcitriol, que se produce en el riñón) estimula la incorporación de calcio al hueso.

Absorción intestinal

La dieta normal de un adulto contiene aproximadamente 25 mmol de calcio al día. De este calcio, solo unos 5 mmol se absorben en el cuerpo diariamente (véase más abajo). [ 16 ]  

El calcio se absorbe a través de la membrana del borde en cepillo de la célula epitelial intestinal . Se propuso que el canal TRPV6 era el principal actor en la absorción intestinal de Ca 2+ . [ 17 ] 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 [ 17 ] o incluso sin cambios, [ 18 ] [ 19 ] lo que indica que deben existir otras vías de absorción. Recientemente, se relacionó TRPM7 con la absorción intestinal de calcio. Los autores pudieron demostrar que la eliminación intestinal de TRPM7 resulta en niveles de calcio fuertemente reducidos en suero y huesos, [ 20 ] y niveles intensamente aumentados de calcitriol y PTH , lo que indica que TRPM7 es esencial para la absorción intestinal masiva de calcio. Después de la absorción celular, el calcio se une inmediatamente a la calbindina , una proteína de unión al calcio dependiente de la vitamina D. La calbindina transfiere el calcio directamente al retículo endoplasmático 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 ni en el líquido intracelular. Desde allí, las bombas de calcio ( PMCA1 ) transportan activamente el calcio al organismo. [ 21 ] El transporte activo de calcio ocurre principalmente en el duodeno cuando la ingesta de calcio es baja; y mediante transporte paracelular pasivo en el yeyuno e íleon cuando la ingesta de calcio es alta, independientemente del nivel de vitamina D. [ 22 ]

Vía metabólica de la vitamina D
Vía metabólica de la vitamina D

La absorción activa de calcio en el intestino está regulada por la concentración de calcitriol (o 1,25-  dihidroxicolecalciferol, o 1,25-  dihidroxivitamina D₃ ) 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 D₃ , que se isomeriza espontáneamente a vitamina D₃ ( o colecalciferol). Posteriormente, en el hígado, se convierte de colecalciferol a calcifediol. [ 23 ] 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:

7-Dehidrocolesterol ultravioleta Previtamina D3 isomerización Vitamina D3 Hígado Calcifediol PTH + Riñones Calcitriol

Los niveles bajos de PTH en sangre (que se producen en condiciones fisiológicas cuando los niveles de calcio ionizado en plasma son altos) inhiben la conversión de colecalciferol en calcitriol, lo que a su vez inhibe la absorción de calcio en el intestino. Lo contrario ocurre cuando los niveles de calcio ionizado en plasma son bajos: se secreta hormona paratiroidea en la sangre y los riñones convierten más calcifediol en calcitriol activo, aumentando así la absorción de calcio en el intestino. [ 24 ]

Reabsorción

Intestino

Dado que se excretan aproximadamente 15  mmol de calcio al intestino a través de la bilis por día, [ 4 ] la cantidad total de calcio que llega al duodeno y al 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 reabsorben (de vuelta) a la sangre. El resultado neto es que  se absorben aproximadamente 5 mmol más de calcio del intestino que los que se excretan 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 del intestino compensan las pérdidas urinarias que solo están parcialmente reguladas. [ 16 ]

Riñones

Los riñones filtran 250  mmol de iones de calcio al día en la pro-orina (o filtrado glomerular ) y reabsorben 245  mmol, lo que resulta en una pérdida neta promedio en la orina de aproximadamente 5  mmol/d. La cantidad de iones de calcio excretados en la orina por día está parcialmente influenciada por el nivel de hormona paratiroidea (PTH) plasmática: los niveles altos de PTH disminuyen la tasa de excreción de iones de calcio, y los niveles bajos la aumentan. [ nota 1 ] Sin embargo, la hormona paratiroidea tiene un mayor efecto sobre la cantidad de iones fosfato (HPO 4 2− ) excretados en la orina. [ 25 ] Los fosfatos forman sales insolubles en combinación con iones de calcio. Por lo tanto, las altas concentraciones de HPO 4 2− en el plasma disminuyen el nivel de calcio ionizado en los fluidos extracelulares. Por lo tanto, la excreción de más iones de fosfato que de calcio en la orina eleva el nivel de calcio ionizado en plasma, aunque la concentración total de calcio pueda disminuir.

El riñón influye en la concentración plasmática de calcio ionizado de otra manera. Transforma la vitamina D3 en calcitriol , la forma activa más eficaz para promover la absorción intestinal de calcio. Esta conversión de vitamina D3 en calcitriol también se ve favorecida por niveles elevados de hormona paratiroidea en plasma. [ 24 ] [ 26 ]

Excreción

Intestino

La mayor parte del exceso de calcio se excreta a través de la bilis y las heces, porque los niveles de calcitriol en plasma (que en última instancia dependen de los niveles de calcio en plasma) 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) al día. Esta cantidad es menor en comparación con la que se excreta a través de las heces (15  mmol al día).

Regulación

Regulación del calcio en el cuerpo humano. [ 27 ]

La concentración plasmática de calcio ionizado se regula dentro de límites estrechos (1,3–1,5  mmol/L). Esto se logra gracias a que tanto las células parafoliculares de la glándula tiroides como las glándulas paratiroides detectan (es decir, miden) constantemente la concentración de iones de calcio en la sangre que fluye a través de ellas.

Nivel plasmático elevado

Cuando aumenta la concentración de calcio, las células parafoliculares de la glándula tiroides incrementan la secreción de calcitonina , una hormona polipeptídica, en la sangre. Al mismo tiempo, las glándulas paratiroides reducen la secreción de hormona paratiroidea (PTH), también una hormona polipeptídica, en la sangre. Los elevados niveles de calcitonina resultantes en la sangre estimulan a los osteoblastos del hueso para que extraigan calcio del plasma sanguíneo y lo depositen en forma ósea.

Los niveles reducidos de PTH inhiben la eliminación de calcio del esqueleto. Estos bajos niveles de PTH tienen otros efectos: aumenta la pérdida de calcio en la orina, pero, sobre todo, se inhibe la pérdida de iones fosfato a través de ella. Por lo tanto, los iones fosfato se retienen en el plasma, donde forman sales insolubles con los iones calcio, eliminándolos así del calcio ionizado en la sangre. Los bajos niveles de PTH también inhiben la formación de calcitriol (que no debe confundirse con la calcitonina ) a partir de colecalciferol (vitamina D3 ) por los riñones.

La reducción de la concentración de calcitriol en sangre actúa (de forma relativamente lenta) sobre las células epiteliales ( enterocitos ) del duodeno, inhibiendo su capacidad para absorber calcio del contenido intestinal. [ 2 ] [ 5 ] [ 28 ] [ 29 ] Los bajos niveles de calcitriol también afectan al hueso, provocando que los osteoclastos liberen menos iones de calcio al plasma sanguíneo. [ 25 ]

Homeostasis del calcio

Nivel plasmático bajo

Cuando el nivel de calcio ionizado en plasma es bajo o disminuye, ocurre lo contrario. Se inhibe la secreción de calcitonina y se estimula la secreción de PTH, lo que provoca la eliminación de calcio del hueso para corregir rápidamente el nivel de calcio en plasma. Los altos niveles de PTH en plasma inhiben la pérdida de calcio a través de la orina, a la vez que estimulan la excreción de iones fosfato por esa vía. También estimulan a los riñones para que produzcan calcitriol (una hormona esteroide), que mejora la capacidad de las células que recubren el intestino para absorber calcio del contenido intestinal hacia la sangre, al estimular la producción de calbindina en estas células. La producción de calcitriol estimulada por la PTH también provoca la liberación de calcio del hueso a la sangre, mediante la liberación de RANKL (una citocina u hormona local ) por parte de los osteoblastos , lo que aumenta la actividad de reabsorción ósea por parte de los osteoclastos. Sin embargo, estos son procesos relativamente lentos [ 2 ] [ 5 ] [ 25 ] [ 28 ] [ 29 ].

Por lo tanto, la regulación rápida a corto plazo del nivel de calcio ionizado en plasma implica principalmente movimientos rápidos de calcio hacia dentro o hacia 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. [ 2 ] [ 5 ] [ 28 ] [ 29 ]

Trastornos

La hipocalcemia ( niveles bajos de calcio en sangre) y la hipercalcemia (niveles altos de calcio en sangre) son trastornos médicos graves. La osteoporosis , la osteomalacia y el raquitismo son enfermedades óseas relacionadas con trastornos del metabolismo del calcio y los efectos de la vitamina D. La osteodistrofia renal es 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 el avance de la edad (posmenopáusica ) . [ 30 ] Una ingesta baja de calcio en la dieta puede ser un factor de riesgo para el desarrollo de osteoporosis en la edad adulta; y una dieta con cantidades adecuadas y sostenidas de calcio puede reducir el riesgo de osteoporosis.

Investigación

El papel que el calcio podría desempeñar en la reducción de la incidencia del cáncer colorrectal ha sido objeto de numerosos estudios. Sin embargo, dada su modesta eficacia, actualmente no existe ninguna recomendación médica para el uso de calcio con el fin de prevenir el cáncer.

Véase también

Notas a pie de página

  1. El principal determinante de la cantidad de calcio excretado en la orina por día es la concentración plasmática de calcio ionizado. La concentración plasmática de hormona paratiroidea (PTH) solo aumenta o disminuye la cantidad de calcio excretado para cualquier concentración plasmática de calcio ionizado dada . Por lo tanto, en el hiperparatiroidismo primario,la cantidad de calcio excretado en la orina por día aumenta a pesar de los altos niveles de PTH en la sangre. Esto se debe a que el hiperparatiroidismo produce hipercalcemia , que aumenta la concentración de calcio en la orina ( hipercalciuria ) a pesar del modesto aumento en la tasa de reabsorción de calcio de los túbulos renales causado por el efecto de la PTH en dichos túbulos. Por lo tanto , los cálculos renales suelen ser un primer indicio de hiperparatiroidismo, especialmente porque la hipercalciuria se acompaña de un aumento en la excreción urinaria de fosfato (un resultado directo de los altos niveles plasmáticos de PTH). Juntos, el calcio y el fosfato tienden a precipitar como sales insolubles en agua, que forman fácilmente "cálculos" sólidos.

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