Heading

Endocriene controle van calcium- en fosfaathomeostase

Het zou erg moeilijk zijn om een fysiologisch proces te noemen dat niet op de een of andere manier van calcium afhankelijk is. Het is van cruciaal belang dat de calciumconcentraties in het bloed binnen een strak normaal bereik blijven. Afwijkingen boven of onder het normale bereik leiden vaak tot ernstige ziekte.

• Hypocalcemie verwijst naar een lage calciumconcentratie in het bloed. Klinische verschijnselen van deze aandoening wijzen op een verhoogde neuromusculaire prikkelbaarheid en omvatten spierspasmen, tetanie en hartdysfunctie.
• Hypercalciëmie duidt op een concentratie van bloedcalcium die hoger is dan normaal. De normale concentratie van calcium en fosfaat in bloed en extracellulaire vloeistof ligt in de buurt van het verzadigingspunt; verhogingen kunnen leiden tot diffuse neerslag van calciumfosfaat in weefsels, wat leidt tot wijdverspreide orgaanstoornissen en -schade.

Hypercalciëmie en hypocalciëmie voorkomen is grotendeels het resultaat van robuuste endocriene regelsystemen.

Lichaamsdistributie van calcium en fosfaat

Er zijn drie belangrijke reservoirs van calcium in het lichaam:

• Intracellulair calcium: Het overgrote deel van het calcium in de cellen wordt vastgehouden in de mitochondriën en het endoplasmatisch reticulum. Intracellulaire vrije calciumconcentraties fluctueren sterk, van ruwweg 100 nM tot meer dan 1 uM, als gevolg van vrijkomen uit cellulaire voorraden of instroom vanuit de extracellulaire vloeistof. Deze schommelingen zijn een integraal onderdeel van de rol van calcium in intracellulaire signalering, enzymactivering en spiersamentrekkingen.
• Calcium in bloed en extracellulaire vloeistof: Ruwweg de helft van het calcium in bloed is gebonden aan eiwitten. De concentratie van geïoniseerd calcium in dit compartiment is normaal gesproken vrijwel onveranderlijk op ongeveer 1 mM, of 10.000 maal de basale concentratie van vrij calcium in de cellen. Ook de concentratie van fosfor in het bloed is in wezen identiek aan die van calcium.
• Calcium in de botten: Een overgroot deel van het lichaamscalcium bevindt zich in botten. Binnen het bot is 99% van het calcium gebonden in de minerale fase, maar de resterende 1% bevindt zich in een pool die snel kan uitwisselen met extracellulair calcium.

Net als bij calcium is het grootste deel van het lichaamsfosfaat (ongeveer 85%) aanwezig in de minerale fase van het bot. De rest van het lichaamsfosfaat is aanwezig in een verscheidenheid van anorganische en organische verbindingen verdeeld in zowel intracellulaire als extracellulaire compartimenten. Normale bloedconcentraties van fosfaat zijn zeer vergelijkbaar met die van calcium.

Fluxen van calcium en fosfaat

Het handhaven van constante calciumconcentraties in het bloed vereist frequente aanpassingen, die kunnen worden beschreven als fluxen van calcium tussen bloed en andere lichaamscompartimenten. Drie organen spelen een rol bij het leveren van calcium aan het bloed en het verwijderen ervan uit het bloed wanneer dat nodig is:

De dunne darm is de plaats waar calcium uit de voeding wordt geabsorbeerd. Belangrijk is dat een efficiënte absorptie van calcium in de dunne darm afhankelijk is van de expressie van een calciumbindend eiwit in epitheelcellen. Bot fungeert als een enorm reservoir van calcium. Door de netto-resorptie van botmineraal te stimuleren, komen calcium en fosfaat vrij in het bloed, en door dit effect te onderdrukken kan calcium worden afgezet in het bot. De nier is van cruciaal belang in de calciumhomeostase. Bij normale calciumconcentraties in het bloed wordt bijna al het calcium dat in het glomerulaire filtraat terechtkomt weer uit het tubulaire systeem in het bloed geabsorbeerd, waardoor het calciumgehalte in het bloed behouden blijft. Als de tubulaire reabsorptie van calcium afneemt, gaat calcium verloren door uitscheiding in de urine.

Hormonale regelsystemen

Het handhaven van normale calcium- en fosforconcentraties in het bloed wordt geregeld door de gecoördineerde werking van drie hormonen die de calciumstromen in en uit het bloed en de extracellulaire vloeistof regelen:

Parathyroïdhormoon dient om de calciumconcentraties in het bloed te verhogen. Mechanistisch gezien behoudt bijschildklierhormoon het bloedcalcium door verschillende belangrijke effecten:

• Stimuleert de productie van de biologisch actieve vorm van vitamine D in de nier.
• Vermakkelijkt de mobilisatie van calcium en fosfaat uit het bot. Om een nadelige toename van fosfaat te voorkomen, heeft bijschildklierhormoon ook een krachtig effect op de nier om fosfaat te elimineren (fosfaturisch effect).
• Maximaliseert de tubulaire reabsorptie van calcium in de nier. Deze activiteit resulteert in minimale verliezen van calcium in de urine.

Vitamine D werkt ook om de bloedconcentraties van calcium te verhogen. Het wordt gegenereerd door de activiteit van het bijschildklierhormoon in de nier. Verreweg het belangrijkste effect van vitamine D is het vergemakkelijken van de absorptie van calcium uit de dunne darm. In samenwerking met het bijschildklierhormoon bevordert vitamine D ook de afvoer van calcium uit het bot.

Calcitonine is een hormoon dat het calciumgehalte in het bloed verlaagt. Het wordt afgescheiden als reactie op hypercalciëmie en heeft ten minste twee effecten:

• Onderdrukking van de renale tubulaire reabsorptie van calcium. Met andere woorden, calcitonine bevordert de uitscheiding van calcium in de urine.
• Remming van botresorptie, waardoor de calciumfluxen van bot naar bloed worden geminimaliseerd.

Hoewel calcitonine aanzienlijke calciumverlagende effecten heeft bij sommige diersoorten, lijkt het een minimale invloed te hebben op de calciumspiegels in het bloed bij mensen.

Een nuttige manier om te kijken hoe hormonen weefsels beïnvloeden om calciumhomeostase te behouden, is het onderzoeken van de effecten van calciumdeprivatie en calciumbelasting. De volgende tabel geeft een overzicht van de reacties van het lichaam op omstandigheden die anders zouden leiden tot een ernstige verstoring van het calcium- en fosfaatgehalte in het bloed.

	Calciumdeprivatie	Calcium belading
Parathyroïdhormoon	Secretie gestimuleerd	Secretie geremd
Vitamine D	Productie gestimuleerd door verhoogde afscheiding bijschildklierhormoon	Synthese onderdrukt door lage afscheiding bijschildklierhormoon
Calcitonine	Zeer lage afscheiding	Secretie gestimuleerd door hoog calciumgehalte in het bloed
Intestinale absorptie van calcium	Gestimuleerd door activiteit van vitamine D op darmepitheelcellen	Lage basale opname
Vrijkomen van calcium en fosfaat uit bot	Gestimuleerd door gestimuleerd door verhoogd bijschildklierhormoon en vitamine D	Verlaagd door laag bijschildklierhormoon en vitamine D
Renale uitscheiding van calcium	Verlaagd door verhoogde tubulaire reabsorptie gestimuleerd door verhoogd bijschildklierhormoon en vitamine D; hypocalcemie activeert ook calciumsensoren in de Henle lus om calciumreabsorptie te vergemakkelijken	Verhoogd door verminderde parathyroïdhormoon-gestimuleerde reabsorptie.
Fosfaatuitscheiding in de longen	Zwaar gestimuleerd door parathyroïdhormoon; Deze fosfaturactiviteit voorkomt de nadelige effecten van verhoogd fosfaat door botresorptie	Afname door hypoparathyreoïdie
Algemene respons	Zijn gewoonlijk bijna normale serumconcentraties van calcium en fosfaat als gevolg van compensatiemechanismen. Langdurige ontbering leidt tot botverdunning (osteopenie).	Lage darmabsorptie en verhoogde nieruitscheiding beschermen tegen de ontwikkeling van hypercalciëmie.
Samenvatting