Heading

Controllo endocrino dell’omeostasi del calcio e dei fosfati

Sarebbe molto difficile nominare un processo fisiologico che non dipenda, in un modo o nell’altro, dal calcio. È fondamentale mantenere le concentrazioni di calcio nel sangue entro uno stretto intervallo di normalità. Le deviazioni al di sopra o al di sotto dell’intervallo normale portano spesso a gravi malattie.

• L’ipocalcemia si riferisce a una bassa concentrazione di calcio nel sangue. I segni clinici di questo disturbo riflettono una maggiore eccitabilità neuromuscolare e comprendono spasmi muscolari, tetania e disfunzione cardiaca.
• L’ipercalcemia indica una concentrazione di calcio nel sangue superiore al normale. La concentrazione normale di calcio e fosfato nel sangue e nel fluido extracellulare è vicina al punto di saturazione; gli aumenti possono portare alla precipitazione diffusa di fosfato di calcio nei tessuti, con conseguente disfunzione d’organo diffusa e danno.

Prevenire l’ipercalcemia e l’ipocalcemia è in gran parte il risultato di robusti sistemi di controllo endocrino.

Distribuzione corporea di calcio e fosfato

Ci sono tre principali riserve di calcio nel corpo:

• Calcio intracellulare: La maggior parte del calcio all’interno delle cellule è sequestrato nei mitocondri e nel reticolo endoplasmatico. Le concentrazioni di calcio libero intracellulare fluttuano notevolmente, da circa 100 nM a più di 1 uM, a causa del rilascio dai depositi cellulari o dell’afflusso dal liquido extracellulare. Queste fluttuazioni sono parte integrante del ruolo del calcio nella segnalazione intracellulare, nell’attivazione degli enzimi e nelle contrazioni muscolari.
• Il calcio nel sangue e nel fluido extracellulare: Circa la metà del calcio nel sangue è legato alle proteine. La concentrazione di calcio ionizzato in questo compartimento è normalmente quasi invariante a circa 1 mM, o 10.000 volte la concentrazione basale di calcio libero all’interno delle cellule. Inoltre, la concentrazione di fosforo nel sangue è essenzialmente identica a quella del calcio.
• Calcio osseo: La stragrande maggioranza del calcio corporeo si trova nelle ossa. All’interno dell’osso, il 99% del calcio è legato alla fase minerale, ma il restante 1% è in un pool che può scambiarsi rapidamente con il calcio extracellulare.

Come il calcio, la maggior parte del fosfato corporeo (circa l’85%) è presente nella fase minerale dell’osso. Il resto del fosfato corporeo è presente in una varietà di composti inorganici e organici distribuiti nei compartimenti intracellulari ed extracellulari. Le concentrazioni normali di fosfato nel sangue sono molto simili a quelle del calcio.

Flussi di calcio e fosfato

Mantenere concentrazioni costanti di calcio nel sangue richiede frequenti aggiustamenti, che possono essere descritti come flussi di calcio tra il sangue e altri compartimenti del corpo. Tre organi partecipano al rifornimento di calcio al sangue e alla sua rimozione dal sangue quando necessario:

L’intestino tenue è il sito dove il calcio alimentare viene assorbito. È importante notare che l’assorbimento efficiente del calcio nell’intestino tenue dipende dall’espressione di una proteina legante il calcio nelle cellule epiteliali. L’osso serve come una vasta riserva di calcio. Stimolare il riassorbimento netto del minerale osseo rilascia calcio e fosfato nel sangue, e sopprimere questo effetto permette al calcio di essere depositato nell’osso. Il rene è criticamente importante nell’omeostasi del calcio. In normali concentrazioni di calcio nel sangue, quasi tutto il calcio che entra nel filtrato glomerulare viene riassorbito dal sistema tubulare nel sangue, il che preserva i livelli di calcio nel sangue. Se il riassorbimento tubulare del calcio diminuisce, il calcio viene perso per escrezione nelle urine.

Sistemi di controllo ormonale

Il mantenimento di concentrazioni normali di calcio e fosforo nel sangue è gestito attraverso l’azione concertata di tre ormoni che controllano i flussi di calcio dentro e fuori il sangue e il liquido extracellulare:

L’ormone paratiroideo serve ad aumentare le concentrazioni di calcio nel sangue. Meccanicamente, l’ormone paratiroideo preserva il calcio nel sangue attraverso diversi effetti principali:

• Stimola la produzione della forma biologicamente attiva della vitamina D all’interno del rene.
• Facilita la mobilitazione di calcio e fosfato dall’osso. Per prevenire aumenti dannosi di fosfato, l’ormone paratiroideo ha anche un potente effetto sul rene per eliminare il fosfato (effetto fosfaturico).
• Massimizza il riassorbimento tubulare del calcio all’interno del rene. Questa attività si traduce in perdite minime di calcio nelle urine.

La vitamina D agisce anche per aumentare le concentrazioni di calcio nel sangue. Viene generato attraverso l’attività dell’ormone paratiroideo all’interno del rene. L’effetto più importante della vitamina D è quello di facilitare l’assorbimento del calcio dall’intestino tenue. Di concerto con l’ormone paratiroideo, la vitamina D migliora anche i flussi di calcio fuori dall’osso.

La calcitonina è un ormone che funziona per ridurre i livelli di calcio nel sangue. Viene secreto in risposta all’ipercalcemia e ha almeno due effetti:

• Suppressione del riassorbimento tubulare renale del calcio. In altre parole, la calcitonina aumenta l’escrezione di calcio nelle urine.
• Inibizione del riassorbimento osseo, che minimizzerebbe i flussi di calcio dall’osso al sangue.

Anche se la calcitonina ha effetti significativi di riduzione del calcio in alcune specie, sembra avere un’influenza minima sui livelli di calcio nel sangue negli esseri umani.

Un modo utile di guardare come gli ormoni influenzano i tessuti per preservare l’omeostasi del calcio è quello di esaminare gli effetti della privazione di calcio e del carico di calcio. La seguente tabella riassume le risposte del corpo a condizioni che altrimenti porterebbero a gravi squilibri nei livelli di calcio e fosfato nel sangue.

	Deprivazione di calcio	Calcio carico
Ormone paratiroideo	Secrezione stimolata	Secrezione inibita
Vitamina D	Produzione stimolata dall’aumentata secrezione di ormone paratiroideo	Sintesi soppressa a causa della bassa secrezione di ormone paratiroideo
	Calcitonina	Secrezione molto bassa	Secrezione stimolata da elevato di calcio nel sangue
Assorbimento intestinale del calcio	Maggiore grazie all’attività della vitamina D sulle cellule epiteliali intestinali	Basso assorbimento basale
Rilascio di calcio e fosfato dalle ossa	Stimolato da aumento dell’ormone paratiroideo e della vitamina D	Riduzione a causa di un basso livello di ormone paratiroideo e di vitamina D
Escrezione renale di calcio	Riduzione a causa di un maggiore riassorbimento tubulare stimolato da un elevato ormone paratiroideo e dalla vitamina D; l’ipocalcemia attiva anche i sensori di calcio nell’ansa di Henle per facilitare direttamente il riassorbimento del calcio	Aumentata a causa del diminuito riassorbimento stimolato dall’ormone paratiroideo.
Escrezione renale di fosfato	Fortemente stimolato da ormone paratiroideo; questa attività fosfaturica previene gli effetti negativi del fosfato elevato dal riassorbimento osseo	Ridotta a causa dell’ipoparatiroidismo
Risposta generale	In genere si vedono concentrazioni sieriche quasi normali di calcio e fosfato a causa di meccanismi di compensazione. La privazione a lungo termine porta all’assottigliamento delle ossa (osteopenia).	Basso assorbimento intestinale e maggiore escrezione renale proteggono dallo sviluppo di ipercalcemia.
Summary