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Contrôle endocrinien de l’homéostasie du calcium et du phosphate

Il serait très difficile de citer un processus physiologique qui ne dépende pas, d’une manière ou d’une autre, du calcium. Il est essentiel de maintenir les concentrations de calcium dans le sang dans une fourchette normale étroite. Les écarts au-dessus ou en dessous de la fourchette normale entraînent fréquemment des maladies graves.

• L’hypocalcémie fait référence à une faible concentration de calcium dans le sang. Les signes cliniques de ce trouble reflètent une excitabilité neuromusculaire accrue et comprennent des spasmes musculaires, de la tétanie et un dysfonctionnement cardiaque.
• L’hypercalcémie indique une concentration de calcium sanguin supérieure à la normale. La concentration normale de calcium et de phosphate dans le sang et le liquide extracellulaire est proche du point de saturation ; les élévations peuvent entraîner une précipitation diffuse de phosphate de calcium dans les tissus, ce qui entraîne un dysfonctionnement et des dommages étendus aux organes.

La prévention de l’hypercalcémie et de l’hypocalcémie résulte en grande partie de systèmes de contrôle endocrinien robustes.

Distribution corporelle du calcium et du phosphate

Il existe trois grands pools de calcium dans l’organisme :

• Calcium intracellulaire : Une grande majorité du calcium à l’intérieur des cellules est séquestrée dans les mitochondries et le réticulum endoplasmique. Les concentrations intracellulaires de calcium libre fluctuent fortement, d’environ 100 nM à plus de 1 uM, en raison de la libération des réserves cellulaires ou de l’afflux du liquide extracellulaire. Ces fluctuations font partie intégrante du rôle du calcium dans la signalisation intracellulaire, l’activation des enzymes et les contractions musculaires.
• Calcium dans le sang et le liquide extracellulaire : Environ la moitié du calcium présent dans le sang est lié à des protéines. La concentration de calcium ionisé dans ce compartiment est normalement presque invariable à environ 1 mM, soit 10 000 fois la concentration basale de calcium libre à l’intérieur des cellules. De même, la concentration de phosphore dans le sang est essentiellement identique à celle du calcium.
• Calcium osseux : Une grande majorité du calcium corporel se trouve dans les os. Au sein de l’os, 99% du calcium est lié à la phase minérale, mais le 1% restant se trouve dans un pool qui peut rapidement s’échanger avec le calcium extracellulaire.

Comme pour le calcium, la majorité du phosphate corporel (environ 85%) est présent dans la phase minérale de l’os. Le reste du phosphate corporel est présent dans une variété de composés inorganiques et organiques répartis dans les compartiments intracellulaires et extracellulaires. Les concentrations sanguines normales de phosphate sont très similaires à celles du calcium.

Flux de calcium et de phosphate

Maintenir des concentrations constantes de calcium dans le sang nécessite des ajustements fréquents, qui peuvent être décrits comme des flux de calcium entre le sang et les autres compartiments de l’organisme. Trois organes participent à l’apport de calcium au sang et à son élimination du sang lorsque cela est nécessaire :

L’intestin grêle est le site où le calcium alimentaire est absorbé. Fait important, l’absorption efficace du calcium dans l’intestin grêle dépend de l’expression d’une protéine liant le calcium dans les cellules épithéliales. L’os sert de vaste réservoir de calcium. La stimulation de la résorption nette du minéral osseux libère le calcium et le phosphate dans le sang, et la suppression de cet effet permet au calcium de se déposer dans l’os. Le rein est d’une importance capitale dans l’homéostasie du calcium. En cas de concentration normale de calcium dans le sang, la quasi-totalité du calcium qui pénètre dans le filtrat glomérulaire est réabsorbé par le système tubulaire dans le sang, ce qui préserve la calcémie. Si la réabsorption tubulaire du calcium diminue, le calcium est perdu par excrétion dans l’urine.

Systèmes de contrôle hormonal

Le maintien de concentrations normales de calcium et de phosphore dans le sang est géré par l’action concertée de trois hormones qui contrôlent les flux de calcium dans et hors du sang et du liquide extracellulaire :

L’hormone parathyroïdienne sert à augmenter les concentrations sanguines de calcium. Mécaniquement, l’hormone parathyroïdienne préserve le calcium sanguin par plusieurs effets majeurs :

• Stimule la production de la forme biologiquement active de la vitamine D au sein du rein.
• Facilite la mobilisation du calcium et du phosphate à partir des os. Pour prévenir les augmentations néfastes de phosphate, l’hormone parathyroïdienne a également un effet puissant sur le rein pour éliminer le phosphate (effet phosphaturique).
• Maximise la réabsorption tubulaire du calcium au sein du rein. Cette activité entraîne des pertes minimales de calcium dans l’urine.

La vitamine D agit également pour augmenter les concentrations sanguines de calcium. Elle est générée par l’activité de l’hormone parathyroïdienne au sein du rein. L’effet de loin le plus important de la vitamine D est de faciliter l’absorption du calcium au niveau de l’intestin grêle. De concert avec l’hormone parathyroïdienne, la vitamine D améliore également les flux de calcium hors des os.

La calcitonine est une hormone qui a pour fonction de réduire les taux de calcium dans le sang. Elle est sécrétée en réponse à l’hypercalcémie et a au moins deux effets :

• Suppression de la réabsorption tubulaire rénale du calcium. En d’autres termes, la calcitonine augmente l’excrétion du calcium dans l’urine.
• Inhibition de la résorption osseuse, ce qui minimiserait les flux de calcium des os vers le sang.

Bien que la calcitonine ait des effets hypocaloriques significatifs chez certaines espèces, elle semble avoir une influence minime sur la calcémie chez l’homme.

Une façon utile de voir comment les hormones affectent les tissus pour préserver l’homéostasie du calcium est d’examiner les effets de la privation de calcium et de la charge calcique. Le tableau suivant résume les réponses de l’organisme à des conditions qui, autrement, entraîneraient de graves déséquilibres des taux de calcium et de phosphate dans le sang.

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Absorption intestinale du calcium

Libération du calcium et du phosphate de l’os

	Privation de calcium	Charge de calcium. Loading
Hormone parathyroïdienne	Sécrétion stimulée	Sécrétion inhibée
Vitamine D	Production stimulée par une augmentation de la sécrétion de l’hormone parathyroïdienne	Synthèse supprimée en raison d’une faible sécrétion de l’hormone parathyroïdienne
Calcitonine	Sécrétion de très faible niveau	Sécrétion stimulée par une un taux élevé de calcium sanguin
Augmentée par l’activité de la vitamine D sur les cellules épithéliales intestinales	Absorption basale faible
Stimulée par l’augmentation de l’hormone parathyroïdienne et de la vitamine D	Diminuée en raison de la faiblesse de l’hormone parathyroïdienne et de la vitamine D
Excrétion rénale du calcium	Diminuée en raison de la réabsorption tubulaire accrue stimulée par l’augmentation de l’hormone parathyroïdienne et de la vitamine D ; l’hypocalcémie active également les capteurs de calcium dans la boucle de Henle pour faciliter directement la réabsorption du calcium	Élevée en raison de la diminution de la réabsorption stimulée par l’hormone parathyroïdienne.
Excrétion rénale de phosphate	fortement stimulée par l’hormone parathyroïdienne ; cette activité phosphaturique prévient les effets néfastes d’un taux élevé de phosphate provenant de la résorption osseuse	Diminuée en raison de l’hypoparathyroïdie
Réponse générale	Typiquement, voir des concentrations sériques de calcium et de phosphate proches de la normale en raison de mécanismes compensatoires. Une privation à long terme entraîne un amincissement des os (ostéopénie).	La faible absorption intestinale et l’excrétion rénale accrue protègent contre le développement d’une hypercalcémie.
Summary

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