Calcio: definición, síntesis, absorción, transporte y distribución

Calcio es un elemento químico con el símbolo del elemento Ca y número atómico 20. Pertenece al grupo de los metales alcalinotérreos y es el quinto elemento más abundante en la Tierra. Calcio representa un mineral esencial (vital) para los seres humanos y se encuentra en el organismo exclusivamente como un catión divalente (Ca2 +).

Absorción

Vinculado a los alimentos calcio primero debe ser liberado por los jugos digestivos en el tracto gastrointestinal (tracto GI) para luego ser absorbido (captado) en el intestino delgado, principalmente en el duodeno (duodeno) y yeyuno proximal (yeyuno superior). Absorción ocurre transcelularmentemasa transporte a través de las células epiteliales del intestino) por un mecanismo activo que sigue la cinética de saturación con ingestas de calcio bajas a normales y, además, paracelularmente (transporte de masa a través de los espacios intersticiales de las células epiteliales intestinales) por difusión pasiva a lo largo de un gradiente electroquímico en ingestas elevadas. Intestinal pasivo absorción, que ocurre en todo el tracto intestinal, incluido el colon (intestino grueso), no es tan eficaz en comparación con el mecanismo de reabsorción activa, por lo que la cantidad total absorbida aumenta en términos absolutos al aumentar el calcio dosificar, pero disminuye en términos relativos. Mientras que el calcio transcelular activo absorción está regulada por hormona paratiroidea (PTH, una hormona peptídica sintetizada en el glándula paratiroidea) y calcitriol (forma fisiológicamente activa de vitamina D3, 1,25-dihidroxilcolecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3), respectivamente), la difusión paracelular pasiva no se ve afectada por la hormonas enumerados. La regulación de la reabsorción de calcio transepitelial por PTH y calcitriol, respectivamente, se analiza con más detalle a continuación. En enterocitos (células del intestino delgado epitelio), el calcio se une a una proteína portadora (de transporte) que se une al calcio específica llamada calbindina, que transporta el calcio a través de los enterocitos al basolateral (lejos del intestino) membrana celular. La 1,25- (OH) 2-D3 conduce a la estimulación mediada por receptores de la expresión intracelular (dentro de la célula) de calbindina. El calcio ingresa al torrente sanguíneo por medio de una transmembrana Ca2 + -ATPasa (sistema de transporte que opera con energía y adenosina consumo de trifosfato (ATP), respectivamente) y un transportador de intercambio Ca2 + / 3 Na + (transportador de calcio impulsado por un gradiente de Na +). La tasa de absorción de calcio depende de una variedad de factores y varía entre el 15% y el 60%. Después de la infancia, la absorción de calcio muestra la mayor efectividad en la pubertad (~ 60%), luego disminuye al 15-20% en la edad adulta. Los siguientes factores inhiben la absorción de calcio, incluida la formación de complejos:

Los siguientes factores promueven la absorción de calcio:

  • Absorción simultánea de calcio con alimentos.
  • Distribución en varias dosis individuales al día.
  • 1,25-dihidroxilcolecalciferol (1,25- (OH) 2-D3): estimula la síntesis de calbindina intracelular.
  • Azúcares de fácil absorción, como lactosa (leche azúcar).
  • Ácido láctico
  • El ácido cítrico
  • Aminoácidos
  • Fosfopéptidos de caseína
  • Carbohidratos no absorbibles, como inulina, fructooligosacáridos y lactulosa, que se fermentan bacterianamente a ácidos grasos de cadena corta en el íleon (intestino delgado inferior) y colon (intestino grueso) → la caída resultante del pH en la luz intestinal conduce a una mayor liberación de calcio unido, dejando más calcio libre disponible para la absorción pasiva

durante el embarazo, la absorción de calcio aumenta, mediada por PTH y calcitriol, respectivamente - para acomodar la transferencia diaria de calcio a través del placenta (placenta) a la feto (feto), que tiene un promedio de 250 mg en el tercer trimestre (tercer trimestre de el embarazo). Además del aumento intestinal (intestinorelacionados con la absorción de calcio, el requerimiento adicional de la mujer embarazada se satisface mediante una mayor liberación de calcio del esqueleto después del primer trimestre. En comparación con las mujeres embarazadas, las pérdidas de calcio con leche, que varían de 250 a 350 mg / día, se compensan en mujeres lactantes por una mayor movilización de calcio del hueso solo, lo que resulta en un 5% masa pérdida después de seis meses de lactancia. Sin embargo, dentro de los 6-12 meses posteriores al destete, la restauración ósea se produce independientemente de la administración de calcio suplementos-suponiendo que la ingesta de calcio sea adecuada.

Transporte y distribución en el cuerpo

El contenido de calcio del cuerpo humano es de alrededor de 25-30 g (0.8% del peso corporal) al nacer y alrededor de 900-1,300 g (hasta 1.7% del peso corporal) en la edad adulta. Aproximadamente el 99% del calcio corporal total es extracelular (fuera de las células) en el sistema esquelético, incluidos los dientes, donde se almacena predominantemente en forma unida como calcio no disuelto. fosfato o hidroxiapatita (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). En los huesos, el calcio representa aproximadamente el 39% del contenido mineral total. Solo un poco menos del 1% del cuerpo total masa de calcio se localiza en otros tejidos corporales (~ 7 g) y fluidos corporales (~ 1 g). Por tanto, el contenido de calcio intracelular es 10,000 veces menor que el contenido de calcio extracelular. Para mantener el concentración gradiente entre el calcio extracelular e intracelular, el membrana celular es en gran parte impermeable (impermeable) al calcio en condiciones de reposo. Además, existen bombas o sistemas de transporte transmembrana, como Ca2 + -ATPasas (transportadores de Ca2 + que operan bajo consumo de ATP) y transportadores de intercambio Ca2 + / 3 Na + (transportadores de Ca2 + impulsados ​​por un gradiente de Na +), que transportan el calcio fuera de la célula. En las membranas del retículo endoplásmico (RE, sistema de canales ricamente ramificados de cavidades planas en células eucariotas) hay Ca2 + -ATPasas específicas, las denominadas SERCA (retículo sarco- / endoplasmático Ca2 + -ATPasas), que pueden bombear calcio desde el citosol en el RE (almacenamiento intracelular) y transportar el mineral de regreso al citosol para las funciones celulares después de la estimulación de la célula con estímulos apropiados de movilización de calcio. Se pueden distinguir tres fracciones de calcio diferentes en el sangre. El calcio libre ionizado forma la fracción más grande con aproximadamente el 50%, seguido de la proteína- (albúmina-, calcio unido a globulina- (40-45%) y calcio complejado con ligandos de bajo peso molecular, como citrato, fosfato, sulfato y bicarbonato (5-10%). Tanto las deficiencias de proteínas como los cambios de pH afectan la proporción de fracciones de calcio entre sí. Por ejemplo, acidosis (sangre pH <7.35) conduce a una reducción y alcalosis (sangre pH> 7.45) para aumentar enlace proteico de calcio sérico, lo que da como resultado un aumento o disminución correspondiente en la proporción de calcio ionizado libre en el suero, en aproximadamente 0.21 mmol / l de Ca2 + por unidad de pH. La fracción de calcio libre ionizado (1.1-1.3 mmol / l) representa la forma biológicamente activa y está controlada homeostáticamente por hormona paratiroidea, 1,25- (OH) 2-D3 y calcitonina (una hormona peptídica sintetizada en las células C de la tiroides) (ver más abajo). Por tanto, el calcio sérico total concentración se mantiene constante dentro de un rango relativamente estrecho (2.25-2.75 mmol / l).

Excreción

El calcio se excreta predominantemente en la orina y las heces (heces) y marginalmente en el sudor. El renalriñónLa cantidad de calcio eliminado en condiciones normales es inferior a 4 mg / kg de peso corporal por día o inferior a 300 mg / día en hombres y menos de 250 mg / día en mujeres.La excreción renal de calcio se debe a la filtración glomerular y la reabsorción tubular. (reabsorción por los túbulos renales), que se produce de forma pasiva en el túbulo proximal (parte principal de los túbulos renales) y activamente en el túbulo distal (parte media de los túbulos renales), controlada por PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 y calcitonina - y representa más del 98% de la cantidad filtrada. Esto ilustra que el riñón juega un papel crucial en la homeostasis del calcio, o el mantenimiento de un nivel constante de calcio sérico. Los siguientes factores promueven la excreción renal de calcio:

  • Aumento de la ingesta de calcio oral, por ejemplo, a través de suplementos (p. Ej., Dieta suplementos).
  • Cafeína - en Café, verde y Té negro, etc.
  • Sodio (sal) - como componente de la sal de mesa (sodio cloruro, NaCl); por cada 2 g de dieta sodio, Se pierden 30-40 mg de calcio en la orina.
  • Aumento de la ingesta de proteínas, tanto de origen animal como vegetal; 1 g de proteína aumenta la excreción renal de calcio entre 0.5 y 1.5 mg
  • Mayor ingesta de fosfato: en salchichas, queso procesado, refrescos, etc .; una relación calcio-fosfato en el dieta de 1: 1.0-1.2 se considera óptimo
  • Aumento de la ingesta de alcohol
  • Crónico acidosis (pH de la sangre <7.35)

Hipercalciuria idiopática (calcio urinario no fisiológicamente alto concentración,> 4 mg de calcio / kg de peso corporal / día) se debe a una anomalía genética con expresión variable en la que se desconoce la causa: absortiva (que afecta al intestino), renal (que afecta a los riñones) o nutricional. Las personas con hipercalciuria idiopática, que tienen un mayor riesgo de urolitiasis (formación de riñón piedras) en comparación con individuos sanos, muestran una mayor sensibilidad a la sal (sinónimos: sensibilidad a la sal; sensibilidad a la solución salina; sensibilidad a la solución salina) que las personas con riesgo normal de cálculos renales. La restricción de solución salina y proteínas conduce a la normalización de la excreción renal de calcio en pacientes hipercalciúricos. El calcio secretado (excretado) en el tracto gastrointestinal está sujeto a una reabsorción intestinal del 85% (reabsorción). El 15% restante (18-224 mg / día) se pierde con las heces (heces). Las pérdidas de calcio con el sudor se estiman en 4-96 mg / día, con pérdidas obligatorias que oscilan entre 3 y 40 mg / día.

Regulación hormonal de la homeostasis del calcio

Debido a que el calcio juega un papel central en una serie de funciones vitales en el organismo humano, el mantenimiento de la concentración de calcio libre ionizado extracelular es esencial. El calcio sérico libre ionizado está interrelacionado con los diferentes compartimentos de calcio: hueso, intestino delgado, riñón - y se mantiene constante dentro de límites estrechos por un complejo sistema regulador hormonal. Las siguientes hormonas están involucradas en la regulación del metabolismo del calcio:

  • Hormona paratiroidea
  • Calcitriol (1,25-dihidroxilcolecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3)
  • Calcitonina

El hormonas Afectan a la absorción intestinal de calcio, la excreción renal de calcio y la liberación o absorción de calcio en los huesos. En el caso de pequeñas desviaciones de la concentración de calcio libre extracelular, los mecanismos compensatorios intestinales y renales suelen ser suficientes. Solo cuando estos mecanismos reguladores fallan, el calcio se libera del esqueleto, lo que resulta en una pérdida de masa ósea asociada con un debilitamiento de la estabilidad mecánica del hueso. Los cambios en la concentración de calcio libre extracelular son detectados por una membrana específica. proteínas llamados sensores de calcio, que pertenecen a la superfamilia de receptores 7 veces permeables a la membrana acoplados a proteína G. Los receptores específicos de calcio son expresados ​​principalmente por las células paratiroideas, que liberan PTH de una manera dependiente del calcio, por las células C tiroideas, que secretan calcitonina de forma dependiente del calcio, y por las células renales, que sintetizan el 1,25- (OH) 2-D3 activo de forma dependiente del calcio. Además, los sensores de calcio también se pueden detectar en varios otros tipos de células, como los osteoclastos (células de reabsorción ósea) y los enterocitos (células epiteliales intestinales). Se supone que a través de los receptores sensibles al calcio se produce una modulación (aumento) dependiente del calcio del efecto de la hormonas La PTH, el calcitriol y la calcitonina tienen lugar al nivel de las células diana: hueso, intestino delgado, células renales Concentración de calcio libre extracelular baja - hormona paratiroidea y calcitriol.

Cuando los niveles de calcio sérico descienden, como resultado de una ingesta inadecuada o un aumento de las pérdidas, la PTH se sintetiza (forma) cada vez más en las células paratiroideas y se secreta (secreta) en el torrente sanguíneo. La PTH llega al riñón, donde estimula la expresión de 1-alfa-hidroxilasa y, por tanto, la síntesis de 1,25- (OH) 2-D3, la forma biológicamente activa de vitamina D. En el hueso, la PTH y la 1,25- (OH) 2-D3 estimulan la actividad de los osteoclastos, que Lead a la reabsorción (degradación) de la sustancia ósea. Posteriormente, el calcio se libera del hueso y se libera en el espacio extracelular. Dado que el calcio se almacena en el sistema esquelético en forma de hidroxiapatita (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), los iones de fosfato se movilizan desde el hueso al mismo tiempo - estrecha correlación (relación) del metabolismo del calcio y el fosfato. En la membrana del borde en cepillo del intestino delgado proximal, el calcitriol promueve tanto la absorción de calcio transcelular activa como la reabsorción de fosfato y el transporte de calcio y fosfato al espacio extracelular. En el riñón, la PTH aumenta la reabsorción tubular de calcio mientras inhibe la reabsorción tubular de fosfato. Por último, existe un aumento de la excreción renal de fosfato, que ha aumentado la acumulación debido a la movilización de fosfato de calcio del hueso y la reabsorción del intestino. La disminución del nivel de fosfato sérico, por un lado, evita la precipitación de fosfato cálcico en los tejidos y, por otro lado, estimula la liberación de calcio de los huesos, a favor de la concentración sérica de calcio. El resultado de los efectos de la PTH y el calcitriol sobre los movimientos de calcio intercompartamentales a niveles bajos de calcio sérico es un aumento y normalización de la concentración de calcio libre extracelular, respectivamente. Niveles séricos elevados prolongados de 1,25- (OH) 2-D3 Lead a la inhibición de la síntesis de PTH y la proliferación (crecimiento y proliferación) de las células paratiroideas - retroalimentación negativa. Este mecanismo procede a través de los receptores de vitamina D3 de las células paratiroideas. Si el calcitriol ocupa estos receptores específicos para sí mismo, la vitamina puede influir en el metabolismo del órgano diana. Alta concentración de calcio libre extracelular - calcitonina

Un aumento en el calcio ionizado extracelular hace que las células C tiroideas sinteticen y secreten (secreten) más calcitonina. La calcitonina inhibe la actividad de los osteoclastos en el hueso y, por lo tanto, la degradación del tejido óseo, lo que promueve la deposición de calcio en el esqueleto. Al mismo tiempo, la hormona peptídica estimula la excreción renal de calcio. A través de estos mecanismos, la calcitonina conduce a una disminución de la concentración sérica de calcio. La calcitonina representa un antagonista directo (oponente) de la PTH. Por tanto, cuando aumenta el calcio libre extracelular, la síntesis y secreción de PTH del glándula paratiroidea y la producción de 1,25- (OH) 2-D3 renal inducida por PTH están disminuidas. Esto da como resultado una disminución de la movilización de fosfato de calcio del hueso, una reducción de la reabsorción intestinal de calcio y una disminución de la reabsorción tubular de calcio y, por lo tanto, un aumento de la excreción renal de calcio. El resultado, consistente con el mecanismo de acción de calcitonina, es una disminución en la concentración de calcio libre extracelular y la normalización de los niveles de calcio sérico.

Equilibrio de calcio

Calcio equilibrar depende de la edad. Durante la fase de crecimiento en la infancia y adolescencia, asumiendo una ingesta adecuada de calcio, hay un calcio positivo equilibrar, con más calcio absorbido por el cuerpo que eliminado por los riñones y los intestinos. El aumento de la actividad de los osteoblastos (células formadoras de hueso) conduce a un mayor almacenamiento de calcio en la sustancia ósea y, por lo tanto, a un mayor almacenamiento de calcio. La masa mineral ósea máxima o pico densidad osea se adquiere predominantemente durante la adolescencia y la adultez temprana. Por lo tanto, las niñas y las mujeres tienen, respectivamente, alrededor del 90% del contenido mineral esquelético total a la edad de 16.9 ± 1.3 años y alrededor del 99% a la edad de 26.2 ± 3.7 años. En niños y hombres, respectivamente, se puede observar un retraso de aproximadamente 1.5 años. Como regla general, la masa ósea máxima se alcanza alrededor de los 30 años. El contenido mineral óseo solo caracteriza de manera inadecuada al hueso real. fuerza. Más bien, está determinada por factores como la actividad física, la masa muscular, la constitución y el tamaño del cuerpo. A partir de los 30 años, existe un equilibrio de calcio equilibrar durante varias décadas de vida, y la cantidad de calcio absorbida por el cuerpo se correlaciona con la cantidad de calcio excretada por vía renal y fecal. Por ejemplo, con una ingesta de calcio de 1,000 mg, aproximadamente 200 mg se absorben y aproximadamente 200 mg se eliminan por los riñones, mientras que 250-500 mg se liberan del hueso y se reabsorben como parte de los procesos de remodelación. Para evitar que el balance de calcio se vuelva negativo, se debe tener cuidado de asegurar una ingesta adecuada de calcio en la dieta. A pesar de un metabolismo del calcio equilibrado, densidad osea disminuye continuamente a partir de los 30 años. En personas sanas, la pérdida de masa mineral ósea es de aproximadamente un 1% anual. La causa de la pérdida de masa ósea con el aumento de la edad es el aumento de la actividad de los osteoclastos (células que degradan los huesos), que se acompaña de una mayor degradación del tejido óseo y una mayor liberación de calcio de los huesos. Por último, se excreta más calcio en la orina y las heces que el que absorbe el intestino delgado y los huesos. Por tanto, las personas mayores tienen un balance de calcio negativo. En particular, la masa ósea disminuye progresivamente en mujeres posmenopáusicas (menopausia; menopausia en mujeres) debido al estado alterado de los estrógenos. Como resultado de los estudios, se pudo observar la aparición de una pérdida de sustancia ósea y mineral en las mujeres en la región femoral. cuello a partir de los 37 años y en la columna vertebral a partir de los 48. Por lo tanto, las mujeres posmenopáusicas tienen un mayor riesgo de desarrollar osteoporosis (pérdida de hueso). Cuanto menor sea el "pico de masa ósea", mayor será el riesgo de osteoporosis. Los estudios en mujeres posmenopáusicas han demostrado que el nivel de ingesta de calcio oral está estrechamente relacionado con el riesgo de fracturas de cadera. Calcio administración de 800-1,000 mg / día resultó en una reducción de la actividad de los osteoclastos en los sujetos, lo que detuvo la resorción ósea o la pérdida de masa ósea y redujo fractura incidencia.