Calci: definició, síntesi, absorció, transport i distribució

Calci és un element químic amb el símbol de l’element Ca i el número atòmic 20. Pertany al grup dels metalls alcalins terrestres i és el cinquè element més abundant de la Terra. Calci representa un mineral essencial (vital) per als humans i es produeix a l’organisme exclusivament com a catió divalent (Ca2 +).

Absorció

Lligat al menjar calci primer han de ser alliberats pels sucs digestius del tracte gastrointestinal (tracte gastrointestinal) per absorbir-los posteriorment (absorbir-los) al intestí prim, principalment a duodè (duodè) i jejun proximal (jejun superior). Absorció es produeix de manera transcel·lular (massa transport a través de les cèl·lules epitelials de l’intestí) mitjançant un mecanisme actiu que segueix la cinètica de saturació amb ingestes de calci baixes a normals i addicionalment paracel·lular (transport de massa a través dels espais intersticials de les cèl·lules epitelials intestinals) per difusió passiva al llarg d’un gradient electroquímic a ingestes elevades. Intestinal passiu absorció, que es produeix a tot el tracte intestinal, inclòs el còlon (intestí gros), no és tan eficaç en comparació amb el mecanisme actiu de reabsorció, motiu pel qual la quantitat total absorbida augmenta en termes absoluts amb l’augment del calci dosi, però disminueix en termes relatius. Mentre que calci transcel·lular actiu absorció està regulat per hormona paratiroide (PTH, una hormona peptídica sintetitzada al glàndula paratiroide) I calcitriol (forma fisiològicament activa de vitamina D3, 1,25-dihidroxilcolecalciferol, 1,25- (OH) 2-D3), respectivament), la difusió paracel·lular passiva no es veu afectada per la les hormones enumerat. La regulació de la reabsorció del calci transsepitelial per PTH i calcitriol, respectivament, es discuteix amb més detall a continuació. En enteròcits (cèl·lules de l’intestí prim epiteli), el calci s’uneix a una proteïna portadora (transport) d’unió del calci específica anomenada calbindina, que transporta el calci a través dels enteròcits cap al basolateral (lluny de l’intestí) membrana cel · lular. 1,25- (OH) 2-D3 condueix a l’estimulació de l’expressió intracel·lular (dins de la cèl·lula) de calbindina, mediada pel receptor. El calci entra al torrent sanguini mitjançant una transmembrana Ca2 + -ATPasa (sistema de transport que funciona amb energia i adenosina consum de trifosfat (ATP), respectivament) i un portador d’intercanvi de Ca2 + / 3 Na + (transportador de calci impulsat per un gradient de Na +). La taxa d’absorció del calci depèn de diversos factors i varia entre el 15% i el 60%. Després de la infància, l'absorció de calci mostra la major efectivitat a la pubertat (~ 60%) i, a continuació, disminueix fins al 15-20% a l'edat adulta. Els següents factors inhibeixen l'absorció de calci, inclosa la formació de complexos:

Els factors següents afavoreixen l'absorció de calci:

  • Absorció simultània de calci amb els aliments
  • Distribució en diverses dosis individuals al dia
  • 1,25-Dihidroxilcolecalciferol (1,25- (OH) 2-D3): estimula la síntesi intracel·lular de calbindina.
  • Sucres fàcilment absorbibles, com ara lactosa (llet sucre).
  • Àcid làctic
  • Àcid cítric
  • Els aminoàcids
  • Fosopèptids de caseïna
  • Hidrats de carboni no absorbibles, com la inulina, els fructooligosacàrids i la lactulosa, que es fermenten bacterianament per convertir-se en àcids grassos de cadena curta a l’ili (intestí prim inferior) i al còlon (intestí gros) → la conseqüent caiguda del pH a la llum intestinal provoca augment de l'alliberament de calci unit, deixant més calci lliure disponible per a l'absorció passiva

Durant embaràs, augmenta l'absorció de calci, mediada per PTH i calcitriol, respectivament, per acomodar la transferència diària de calci a través de la la placenta (placenta) al fetus (nen no nascut), que té una mitjana de 250 mg en el 3r trimestre (tercer trimestre de embaràs). A més de l’augment de l’intestí (intestí(relacionada) amb l’absorció de calci, el requisit addicional de la dona embarassada es compleix amb l’augment de l’alliberament de calci de l’esquelet després del primer trimestre. En comparació amb les dones embarassades, les pèrdues de calci amb llet, que oscil·len entre els 250 i els 350 mg / dia, es compensen en les dones en lactància mitjançant una major mobilització del calci només des de l’os, donant lloc al 5% massa pèrdua després de sis mesos de lactància. Tanmateix, dins dels 6-12 mesos posteriors al deslletament, es produeix una restauració òssia independentment del administració de calci suplements-assumir la ingesta de calci és adequada.

Transport i distribució al cos

El contingut de calci del cos humà és d'aproximadament 25-30 g (0.8% del pes corporal) al néixer i d'aproximadament 900-1,300 g (fins a l'1.7% del pes corporal) a l'edat adulta. Al voltant del 99% del calci total del cos és extracel·lular (fora de les cèl·lules) del sistema esquelètic, incloses les dents, on s’emmagatzema principalment en forma lligada com a calci no resolt fosfat o hidroxiapatita (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). A l’os, el calci representa aproximadament el 39% del contingut total de minerals. Només una mica menys de l'1% del cos total massa de calci es localitza en altres teixits del cos (~ 7 g) i fluids corporals (~ 1 g). Per tant, el contingut de calci intracel·lular és 10,000 vegades inferior al contingut de calci extracel·lular. Per mantenir el concentració gradient entre el calci extracel·lular i intracel·lular, el membrana cel · lular és en gran part impermeable (impermeable) al calci en condicions de repòs. A més, existeixen sistemes de transport o bomba transmembrana, com ara Ca2 + -ATPases (transportadors de Ca2 + que funcionen sota consum d’ATP) i portadors d’intercanvi de Ca2 + / 3 Na + (transportadors de Ca2 + impulsats per un gradient de Na +), que transporten el calci fora de la cèl·lula. A les membranes del reticle endoplasmàtic (ER, sistema de canals ricament ramificat de les cavitats planes de les cèl·lules eucariotes) hi ha Ca2 + -ATPases específiques, les anomenades SERCA (sarco- / retopoli endoplasmàtic Ca2 + -ATPases), que poden bombar calci del citosol cap a l'ER (emmagatzematge intracel·lular) i transporta el mineral cap al citosol per a les funcions cel·lulars després de l'estimulació de la cèl·lula amb estímuls adequats de mobilització del calci. Es poden distingir tres fraccions de calci diferents sang. El calci lliure ionitzat forma la fracció més gran amb aproximadament un 50%, seguit de proteïnes (albúmina- Calci lligat a globulina (40-45%) i calci complexat amb lligands de baix pes molecular, com ara el citrat, fosfat, sulfat i bicarbonat (5-10%). Tant les deficiències de proteïnes com els canvis de pH afecten la proporció de fraccions de calci entre si. Per exemple, acidosis (sang pH <7.35) condueix a una reducció i alcalosi (sang pH> 7.45) a augment unió a proteïnes de calci sèric, resultant en un augment o disminució corresponent de la proporció de calci ionitzat lliure al sèrum, aproximadament en 0.21 mmol / l de Ca2 + per unitat de pH. La fracció ionitzada de calci lliure (1.1-1.3 mmol / l) representa la forma biològicament activa i la controla homeostàticament hormona paratiroide, 1,25- (OH) 2-D3 i calcitonina (una hormona peptídica sintetitzada a les cèl·lules C de la tiroide) (vegeu més avall). Així, calci sèric total concentració es manté constant dins d’un rang relativament estret (2.25-2.75 mmol / l).

Excreció

El calci s’excreta principalment per l’orina i les femtes (femta) i marginalment per la suor. El renal (ronyó(relacionada), la quantitat de calci eliminada en condicions normals és inferior a 4 mg / kg de pes corporal al dia o inferior a 300 mg / dia en homes i inferior a 250 mg / dia en dones. (reabsorció pels túbuls renals), que es produeix passivament al túbul proximal (part principal dels túbuls renals) i activament al túbul distal (part mitjana dels túbuls renals) - controlada per PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 i calcitonina - i representa més del 98% de la quantitat filtrada. Això il·lustra que ronyó juga un paper crucial en l’homeòstasi del calci o en el manteniment d’un nivell sèric constant de calci. Els factors següents afavoreixen l'excreció renal de calci:

  • Augment de la ingesta de calci per via oral, per exemple, mitjançant suplements (per exemple, dietètics suplements).
  • Caffeine - dins cafè, verd i té negre, Etc
  • Sodi - com a component de la sal de taula (sodi clorur, NaCl); per cada 2 g de dieta sodiEs perden 30-40 mg de calci a l’orina.
  • Augment de la ingesta de proteïnes: tant proteïna animal com vegetal; 1 g de proteïna augmenta l’excreció renal de calci entre 0.5-1.5 mg
  • Augment de la ingesta de fosfat: salsitxes, formatges elaborats, refrescos, etc. una proporció de calci-fosfat al dieta d'1: 1.0-1.2 es considera òptim
  • Augment de la ingesta d’alcohol
  • Crònic acidosis (pH sanguini <7.35)

Hipercalciúria idiopàtica (calci urinari no fisiològicament alt concentració,> 4 mg de calci / kg de pes corporal / dia) es deu a una anomalia genètica amb expressió variable en què es desconeix la causa: absorbent (que afecta l’intestí), renal (que afecta els ronyons) o nutricional. Individus amb hipercalciúria idiopàtica que presenten un risc augmentat d 'urolitiasi (formació de ronyó pedres) en comparació amb individus sans, mostren una sensibilitat a la sal més alta (sinònims: sensibilitat a la sal; sensibilitat a la sal; sensibilitat a la sal) que les persones amb risc normal de pedres al ronyó. La restricció salina i proteïna condueix a la normalització de l'excreció renal de calci en pacients hipercalciúrics. El calci secretat (excretat) al tracte gastrointestinal està subjecte a un 85% de reabsorció intestinal (reabsorció). El 15% restant (18-224 mg / dia) es perd amb femta (femta). Es calcula que les pèrdues de calci amb suor són de 4 a 96 mg / dia, amb pèrdues obligatòries que oscil·len entre els 3 i els 40 mg / dia.

Regulació hormonal de l’homeòstasi del calci

Com que el calci té un paper central en diverses funcions vitals de l’organisme humà, el manteniment de la concentració de calci lliure ionitzat extracel·lular és essencial. El calci sèric lliure ionitzat està relacionat amb els diferents compartiments de calci: ossos, intestí prim, ronyó i es manté constant dins de límits estrets per un complex sistema regulador hormonal. Les hormones següents intervenen en la regulació del metabolisme del calci:

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

El les hormones enumerats afecten l’absorció de calci intestinal, l’excreció renal de calci i l’alliberament o absorció de calci a l’os. En el cas de petites desviacions de la concentració de calci lliure extracel·lular, els mecanismes compensatoris renals i intestinals solen ser suficients. Només quan fallen aquests mecanismes reguladors, el calci s’allibera de l’esquelet, cosa que provoca una pèrdua de massa òssia associada a un debilitament de l’estabilitat mecànica de l’os. Els canvis en la concentració de calci lliure extracel·lular són detectats per una membrana específica proteïnes anomenats sensors de calci, que pertanyen a la superfamília dels receptors permeables a la membrana, acoblats per 7 proteïnes G. Els receptors específics del calci s’expressen principalment per cèl·lules paratiroides, que alliberen PTH de manera dependent del calci, per cèl·lules C de la tiroide, que secreten calcitonina d'una manera dependent del calci i per cèl·lules renals, que sintetitzen l'actiu 1,25- (OH) 2-D3 d'una manera dependent del calci. A més, els sensors de calci també es poden detectar en altres tipus de cèl·lules, com ara osteoclasts (cèl·lules que absorbeixen els ossos) i enteròcits (cèl·lules epitelials intestinals). Se suposa que a través dels receptors sensibles al calci es produeix una modulació (augment) dependent de calci de l'efecte del les hormones El PTH, el calcitriol i la calcitonina tenen lloc al nivell de les cèl·lules diana: os, intestí prim, cèl·lules renals. Concentració de calci lliure extracel·lular baixa - hormona paratiroide i calcitriol.

Quan els nivells sèrics de calci disminueixen, com a conseqüència d’una ingesta inadequada o de pèrdues augmentades, el PTH es sintetitza (forma) cada vegada més a les cèl·lules paratiroides i se segrega (segrega) al torrent sanguini. La PTH arriba al ronyó, on estimula l'expressió de 1-alfa-hidroxilasa i, per tant, la síntesi de 1,25- (OH) 2-D3, la forma biològicament activa de vitamina D. A l’os, PTH i 1,25- (OH) 2-D3 estimulen l’activitat dels osteoclasts, que lead a la reabsorció (descomposició) de la substància òssia. Posteriorment, el calci s’allibera de l’os i s’allibera a l’espai extracel·lular. Atès que el calci s’emmagatzema al sistema esquelètic en forma d’hidroxiapatita (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), els ions fosfat es mobilitzen des de l’os al mateix temps: estreta correlació (relació) del metabolisme del calci i el fosfat. A la membrana de la vora del pinzell de l'intestí prim proximal, el calcitriol afavoreix tant l'absorció activa de calci transcel·lular com la reabsorció de fosfat i el transport de calci i fosfat a l'espai extracel·lular. Al ronyó, la PTH augmenta la reabsorció tubular del calci mentre que inhibeix la reabsorció tubular del fosfat. Finalment, augmenta l’excreció renal de fosfat, que augmenta l’acumulació a causa de la mobilització del fosfat de calci de l’os i la reabsorció de l’intestí. La disminució del nivell de fosfat sèric, per una banda, evita la precipitació de fosfat de calci als teixits i, per altra banda, estimula l’alliberament de calci de l’os, a favor de la concentració sèrica de calci. El resultat dels efectes de PTH i calcitriol sobre els moviments intercompartimentals de calci a nivells sèrics baixos de calci és un augment i normalització de la concentració de calci lliure extracel·lular, respectivament. Nivells sèrics elevats prolongats de 1,25- (OH) 2-D3 lead a la inhibició de la síntesi i proliferació de PTH (creixement i proliferació) de cèl·lules paratiroides: retroalimentació negativa. Aquest mecanisme procedeix a través dels receptors de vitamina D3 de les cèl·lules paratiroides. Si el calcitriol ocupa aquests receptors específics de si mateix, la vitamina pot influir en el metabolisme de l'òrgan objectiu. Concentració extracel·lular de calci lliure elevada - calcitonina

Un augment del calci ionitzat extracel·lular fa que les cèl·lules C de la tiroide sintetitzin i secretin (secretin) més calcitonina. La calcitonina inhibeix l'activitat dels osteoclasts a l'os i, per tant, la degradació del teixit ossi, que afavoreix la deposició de calci a l'esquelet. Al mateix temps, l’hormona peptídica estimula l’excreció renal de calci. Mitjançant aquests mecanismes, la calcitonina condueix a una disminució de la concentració sèrica de calci. La calcitonina representa un antagonista directe (oponent) a la PTH. Així, quan s’incrementa el calci lliure extracel·lular, la síntesi i secreció de PTH a partir del glàndula paratiroide i la producció renal induïda per PTH 1,25- (OH) 2-D3 disminueix. Això es tradueix en una disminució de la mobilització del fosfat de calci des de l’os, una reducció de la reabsorció intestinal de calci i una disminució de la reabsorció tubular de calci i, per tant, un augment de l’excreció renal de calci. El resultat, coherent amb el mecanisme d'acció de calcitonina, és una disminució de la concentració de calci lliure extracel·lular i la normalització dels nivells sèrics de calci.

Equilibri calci

Calci equilibrar depèn de l’edat. Durant la fase de creixement a infància i l’adolescència, suposant una ingesta adequada de calci, hi ha un calci positiu equilibrar, amb més calci absorbit pel cos que eliminat pels ronyons i els intestins. L’augment de l’activitat dels osteoblasts (cèl·lules formadores d’ossos) condueix a un major emmagatzematge de calci a la substància òssia i, per tant, a un augment de l’emmagatzematge de calci. La massa mineral màxima o pic màxim densitat òssia s’adquireix predominantment durant l’adolescència i la joventut. Per tant, les nenes i les dones tenen respectivament aproximadament el 90% del contingut total de minerals esquelètics a l'edat de 16.9 ± 1.3 anys i al voltant del 99% a l'edat de 26.2 ± 3.7 anys. En nois i homes, respectivament, es pot observar un retard d’uns 1.5 anys. Com a regla general, el màxim de massa òssia s’assoleix aproximadament als 30 anys. El contingut mineral ossi només caracteritza de forma inadequada l’os real força. Més aviat, està determinat per factors com l’activitat física, la massa muscular, la formació corporal i la mida. A partir dels 30 anys hi ha un equilibri de calci equilibrar durant diverses dècades de vida, amb la quantitat de calci absorbida pel cos correlacionant-se amb la quantitat de calci excretat per via renal i fecal. Per exemple, amb una ingesta de calci de 1,000 mg, s’absorbeixen aproximadament 200 mg i els ronyons eliminen uns 200 mg, mentre que 250-500 mg s’alliberen de l’os i es reabsorbeixen com a part dels processos de remodelació. Per evitar que el balanç de calci es converteixi en negatiu, s’ha de procurar garantir una ingesta adequada de calci en la dieta. Tot i un metabolisme del calci equilibrat, densitat òssia disminueix contínuament a partir dels 30 anys. En persones sanes, la pèrdua de massa mineral òssia és d’aproximadament l’1% anual. La causa de la pèrdua de massa òssia amb l’edat creixent és l’augment de l’activitat dels osteoclasts (cèl·lules que degraden l’os), que s’acompanya d’un augment de la degradació del teixit ossi i un augment de l’alliberament de calci des de l’os. Finalment, s’excreta més calci per l’orina i les femtes del que absorbeix l’intestí prim i l’os. Per tant, les persones grans tenen un balanç de calci negatiu. En particular, la massa òssia disminueix progressivament en dones postmenopàusiques (menopausa; menopausa en dones) a causa de la alteració de l'estat dels estrògens. Com a resultat d'estudis, es va poder observar una aparició de pèrdua d'os i substàncies minerals en femelles a la femoral coll a partir dels 37 anys i a la columna vertebral a partir dels 48 anys. Per tant, les dones postmenopàusiques tenen un major risc de desenvolupar-se osteoporosi (pèrdua òssia). Com més baixa sigui la "massa òssia màxima", major serà el risc de patir osteoporosi. Els estudis realitzats en dones postmenopàusiques han demostrat que el nivell d’ingesta de calci per via oral està estretament relacionat amb el risc de fractures de maluc. Calci administració de 800-1,000 mg / dia va provocar una reducció de l'activitat dels osteoclasts en els subjectes, que va aturar la reabsorció òssia o la pèrdua de massa òssia i va reduir fractura incidència.