Calcium: définition, synthèse, absorption, transport et distribution

Calcium est un élément chimique avec le symbole de l'élément Ca et le numéro atomique 20. Il appartient au groupe des métaux alcalino-terreux et est le cinquième élément le plus abondant sur Terre. Calcium représente un minéral essentiel (vital) pour l'homme et se trouve dans l'organisme exclusivement sous forme de cation bivalent (Ca2 +).

Absorption

Lié à la nourriture calcium doit d'abord être libéré par les sucs digestifs dans le tube digestif (tube digestif) pour être ensuite absorbé (absorbé) dans le intestin grêle, principalement dans le duodénum (duodénum) et jéjunum proximal (jéjunum supérieur). Absorption se produit de manière transcellulaire (masse transport à travers les cellules épithéliales de l'intestin) par un mécanisme actif suivant une cinétique de saturation à des apports bas à normaux en calcium et en complément paracellulaire (transport de masse à travers les espaces interstitiels des cellules épithéliales intestinales) par diffusion passive le long d'un gradient électrochimique à des apports élevés. Intestinal passif absorption, qui se produit dans tout le tractus intestinal, y compris le côlon (gros intestin), n'est pas aussi efficace que le mécanisme de résorption actif, c'est pourquoi la quantité totale absorbée augmente en termes absolus avec l'augmentation du calcium dose, mais diminue en termes relatifs. Alors que le calcium transcellulaire actif absorption est réglementé par hormone parathyroïdienne (PTH, une hormone peptidique synthétisée dans le glande parathyroïde) et calcitriol (forme physiologiquement active de la vitamine D3, 1,25-dihydroxylcholécalciférol, 1,25- (OH) 2-D3), respectivement), la diffusion paracellulaire passive reste inchangée par le hormones listé. La régulation de la résorption transépithéliale du calcium par la PTH et calcitriol, respectivement, est discuté plus en détail ci-dessous. Dans les entérocytes (cellules du petit intestin épithélium), le calcium est lié à une protéine porteuse (transport) spécifique de liaison au calcium appelée calbindine, qui transporte le calcium à travers les entérocytes vers le basolatéral (loin de l'intestin) membrane cellulaire. La 1,25- (OH) 2-D3 conduit à une stimulation médiée par le récepteur de l'expression intracellulaire (à l'intérieur de la cellule) de la calbindine. Le calcium pénètre dans la circulation sanguine au moyen d'une Ca2 + -ATPase transmembranaire (système de transport fonctionnant sous énergie et adénosine consommation de triphosphate (ATP), respectivement) et un transporteur d'échange Ca2 + / 3 Na + (transporteur de calcium entraîné par un gradient Na +). Le taux d'absorption du calcium dépend de divers facteurs et varie entre 15% et 60%. Après la petite enfance, l'absorption du calcium montre la plus grande efficacité à la puberté (~ 60%), puis diminue à 15-20% à l'âge adulte. Les facteurs suivants inhibent l'absorption du calcium, y compris la formation de complexes:

Les facteurs suivants favorisent l'absorption du calcium:

  • Absorption simultanée de calcium avec de la nourriture
  • Distribution en plusieurs doses individuelles par jour
  • 1,25-dihydroxylcholécalciférol (1,25- (OH) 2-D3) - stimule la synthèse intracellulaire de la calbindine.
  • Sucres facilement absorbables, tels que lactose (lait sucre).
  • Acide lactique
  • Acide citrique
  • Les acides aminés
  • Phosphopeptides de caséine
  • Glucides non résorbables, tels que l'inuline, les fructooligosaccharides et le lactulose, qui sont fermentés de manière bactérienne en acides gras à chaîne courte dans l'iléon (petit intestin inférieur) et le côlon (gros intestin) → la baisse du pH qui en résulte dans la lumière intestinale entraîne une augmentation de la libération de calcium lié, laissant plus de calcium libre disponible pour l'absorption passive

Au cours de grossesse, l'absorption du calcium est augmentée - médiée par la PTH et calcitriol, respectivement - pour permettre le transfert quotidien de calcium à travers le placenta (placenta) au fœtus (enfant à naître), qui est en moyenne de 250 mg au 3ème trimestre (XNUMXème trimestre grossesse). En plus de l'augmentation intestinale (viderliée) à l'absorption de calcium, l'exigence supplémentaire de la femme enceinte est satisfaite par une augmentation de la libération de calcium du squelette après le 1er trimestre. Par rapport aux femmes enceintes, les pertes de calcium avec lait, qui varient de 250 à 350 mg / jour, sont compensés chez les femmes qui allaitent par une mobilisation accrue du calcium à partir de l'os seul, ce qui se traduit par 5% d'os masse perte après six mois de lactation. Cependant, dans les 6 à 12 mois suivant le sevrage, la restauration osseuse se produit quel que soit le administration de calcium suppléments- en supposant que l'apport en calcium est adéquat.

Transport et distribution dans le corps

La teneur en calcium du corps humain est d'environ 25 à 30 g (0.8% du poids corporel) à la naissance et d'environ 900 à 1,300 1.7 g (jusqu'à 99% du poids corporel) à l'âge adulte. Environ XNUMX% du calcium corporel total est extracellulaire (à l'extérieur des cellules) dans le système squelettique, y compris les dents, où il est principalement stocké sous forme liée sous forme de calcium non dissous phosphate ou l'hydroxyapatite (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2). Dans les os, le calcium représente environ 39% de la teneur totale en minéraux. Seulement un peu moins de 1% du corps total masse de calcium est localisé dans d'autres tissus corporels (~ 7 g) et fluides corporels (~ 1 g). Ainsi, la teneur en calcium intracellulaire est 10,000 XNUMX fois inférieure à la teneur en calcium extracellulaire. Pour maintenir le concentration gradient entre le calcium extracellulaire et intracellulaire, le membrane cellulaire est largement imperméable (imperméable) au calcium au repos. De plus, il existe des pompes transmembranaires ou des systèmes de transport, tels que les Ca2 + -ATPases (transporteurs de Ca2 + fonctionnant sous consommation d'ATP) et les transporteurs d'échange Ca2 + / 3 Na + (transporteurs de Ca2 + entraînés par un gradient de Na +), qui transportent le calcium hors de la cellule. Dans les membranes du réticulum endoplasmique (ER, système de canaux richement ramifiés de cavités planaires dans les cellules eucaryotes) se trouvent des Ca2 + -ATPases spécifiques, appelées SERCA (sarco- / endoplasmatic reticulum Ca2 + -ATPases), qui peuvent à la fois pomper le calcium du cytosol dans l'ER - stockage intracellulaire - et transporter le minéral dans le cytosol pour les fonctions cellulaires après stimulation de la cellule avec des stimuli de mobilisation du calcium appropriés. Trois fractions de calcium différentes peuvent être distinguées dans le sang. Le calcium libre ionisé forme la plus grande fraction avec environ 50%, suivi de la protéine- (albumine-, le calcium (40-45%) lié à la globuline et le calcium complexés avec des ligands de bas poids moléculaire, tels que le citrate, phosphate, sulfate et bicarbonate (5-10%). Les carences en protéines et les changements de pH affectent le rapport des fractions de calcium les unes aux autres. Par exemple, acidose (sang pH <7.35) conduit à une réduction et alcalose (sang pH> 7.45) pour augmenter liaison protéique de calcium sérique, entraînant une augmentation ou une diminution correspondante de la proportion de calcium ionisé libre dans le sérum - d'environ 0.21 mmol / l de Ca2 + par unité de pH. La fraction de calcium libre ionisé (1.1-1.3 mmol / l) représente la forme biologiquement active et est contrôlée de manière homéostatique par hormone parathyroïdienne, 1,25- (OH) 2-D3, et calcitonine (une hormone peptidique synthétisée dans les cellules thyroïdiennes C) (voir ci-dessous). Ainsi, le calcium sérique total concentration est maintenu constant dans une plage relativement étroite (2.25-2.75 mmol / l).

Excrétion

Le calcium est excrété principalement dans l'urine et les matières fécales (selles) et marginalement dans la sueur. Le rein (un reinde calcium éliminé dans des conditions normales est inférieur à 4 mg / kg de poids corporel par jour ou inférieur à 300 mg / jour chez l'homme et inférieur à 250 mg / jour chez la femme L'excrétion rénale du calcium résulte de la filtration glomérulaire et de la réabsorption tubulaire (réabsorption par les tubules rénaux), qui se produit passivement dans le tubule proximal (partie principale des tubules rénaux) et activement dans le tubule distal (partie médiane des tubules rénaux) - contrôlée par PTH, 1,25- (OH) 2 -D3 et calcitonine - et représente plus de 98% du montant filtré. Cela montre que le un rein joue un rôle crucial dans l'homéostasie calcique ou dans le maintien d'un taux de calcium sérique constant. Les facteurs suivants favorisent l'excrétion rénale du calcium:

  • Augmentation de l'apport oral en calcium, par exemple, grâce à une supplémentation (p. suppléments).
  • Caféine - Dans café, vert et thé noir, etc.
  • Sodium - en tant que composant du sel de table (sodium chlorure, NaCl); pour 2 g d'aliment sodium, 30 à 40 mg de calcium sont perdus dans l'urine.
  • Augmentation de l'apport en protéines - protéines animales et végétales; 1 g de protéines augmente l'excrétion rénale du calcium de 0.5 à 1.5 mg
  • Augmentation de l'apport en phosphate - dans les saucisses, le fromage fondu, les boissons gazeuses, etc. un rapport calcium-phosphate dans le régime de 1: 1.0-1.2 est considéré comme optimal
  • Augmentation de la consommation d'alcool
  • Chronique acidose (pH sanguin <7.35)

Hypercalciurie idiopathique (calcium urinaire non physiologiquement élevé concentration,> 4 mg de calcium / kg de poids corporel / jour) est due à une anomalie génétique à expression variable dont la cause est inconnue - absorbante (affectant l'intestin), rénale (affectant les reins) ou nutritionnelle. Les personnes souffrant d'hypercalciurie idiopathique, qui présentent un risque accru de lithiase urinaire (formation de un rein calculs) par rapport aux individus en bonne santé, montrent une sensibilité au sel plus élevée (synonymes: sensibilité au sel; sensibilité au sel; sensibilité au sérum physiologique) que les personnes à risque normal de calculs rénaux. La restriction saline et protéique conduit à une normalisation de l'excrétion rénale du calcium chez les patients hypercalciuriques. Le calcium sécrété (excrété) dans le tractus gastro-intestinal est sujet à 85% de réabsorption intestinale (réabsorption). Les 15% restants (18-224 mg / jour) sont perdus avec les matières fécales (selles). Les pertes de calcium avec la sueur sont estimées à 4 à 96 mg / jour, avec des pertes obligatoires allant de 3 à 40 mg / jour.

Régulation hormonale de l'homéostasie calcique

Parce que le calcium joue un rôle central dans un certain nombre de fonctions vitales dans l'organisme humain, le maintien de la concentration de calcium libre ionisé extracellulaire est essentiel. Le calcium sérique libre ionisé est lié aux différents compartiments calciques - os, intestin grêle, rein - et est maintenu constant dans des limites étroites par un système de régulation hormonal complexe. Les hormones suivantes sont impliquées dans la régulation du métabolisme du calcium:

  • Hormone parathyroïdienne
  • Calcitriol (1,25-dihydroxylcholécalciférol, 1,25- (OH) 2-D3)
  • Calcitonine

La hormones énumérés affectent l'absorption intestinale du calcium, l'excrétion rénale du calcium et la libération ou l'absorption du calcium dans les os. En cas d'écarts mineurs de la concentration extracellulaire de calcium libre, les mécanismes compensatoires intestinaux et rénaux sont généralement suffisants. Ce n'est que lorsque ces mécanismes de régulation échouent que le calcium est libéré du squelette, entraînant une perte de masse osseuse associée à un affaiblissement de la stabilité mécanique de l'os. Les changements de concentration de calcium libre extracellulaire sont détectés par une membrane spécifique protéines appelés capteurs de calcium, qui appartiennent à la superfamille des récepteurs 7 fois perméables à la membrane couplés aux protéines G. Les récepteurs spécifiques du calcium sont principalement exprimés par les cellules parathyroïdes, qui libèrent de la PTH de manière dépendante du calcium, par les cellules thyroïdiennes C, qui sécrètent calcitonine de manière dépendante du calcium, et par des cellules rénales, qui synthétisent le 1,25- (OH) 2-D3 actif de manière dépendante du calcium. En outre, les capteurs de calcium peuvent également être détectés sur un certain nombre d'autres types de cellules, tels que les ostéoclastes (cellules de résorption osseuse) et les entérocytes (cellules épithéliales intestinales). On suppose que via les récepteurs sensibles au calcium une modulation (augmentation) dépendante du calcium de l'effet du hormones La PTH, le calcitriol et la calcitonine ont lieu au niveau des cellules cibles - os, intestin grêle, cellules rénales Concentration de calcium libre extracellulaire faible - hormone parathyroïdienne et calcitriol.

Lorsque les taux de calcium sérique chutent - en raison d'un apport insuffisant ou d'une augmentation des pertes - la PTH est de plus en plus synthétisée (formée) dans les cellules parathyroïdes et sécrétée (sécrétée) dans la circulation sanguine. La PTH atteint le rein, où elle stimule l'expression de la 1-alpha-hydroxylase et donc la synthèse de 1,25- (OH) 2-D3, la forme biologiquement active de vitamine D. Au niveau de l'os, la PTH et la 1,25- (OH) 2-D3 stimulent l'activité des ostéoclastes, qui conduire à la résorption (dégradation) de la substance osseuse. Le calcium est ensuite libéré de l'os et libéré dans l'espace extracellulaire. Étant donné que le calcium est stocké dans le système squelettique sous forme d'hydroxyapatite (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2), les ions phosphate sont mobilisés à partir de l'os en même temps - corrélation étroite (relation) entre le métabolisme du calcium et du phosphate. Au niveau de la membrane de bordure en brosse de l'intestin grêle proximal, le calcitriol favorise à la fois l'absorption transcellulaire active du calcium et la réabsorption du phosphate et le transport du calcium et du phosphate dans l'espace extracellulaire. Dans le rein, la PTH augmente la réabsorption tubulaire du calcium tout en inhibant la réabsorption tubulaire du phosphate. Enfin, il y a une augmentation de l'excrétion rénale du phosphate, qui a augmenté l'accumulation en raison de la mobilisation du phosphate de calcium de l'os et de la réabsorption de l'intestin. La diminution du taux de phosphate sérique, d'une part, empêche la précipitation du phosphate de calcium dans les tissus et, d'autre part, stimule la libération de calcium par les os - en faveur de la concentration de calcium sérique. Le résultat des effets de la PTH et du calcitriol sur les mouvements de calcium intercompartimentaux à de faibles taux de calcium sérique est une augmentation et une normalisation de la concentration de calcium libre extracellulaire, respectivement. Augmentation prolongée des taux sériques de 1,25- (OH) 2-D3 conduire à l'inhibition de la synthèse de la PTH et de la prolifération (croissance et prolifération) des cellules parathyroïdes - rétroaction négative. Ce mécanisme se déroule via les récepteurs de la vitamine D3 des cellules parathyroïdes. Si le calcitriol occupe ces récepteurs spécifiques à lui-même, la vitamine peut influencer le métabolisme de l'organe cible. Concentration de calcium libre extracellulaire élevée - calcitonine

Une augmentation du calcium ionisé extracellulaire amène les cellules thyroïdiennes C à synthétiser et à sécréter (sécréter) plus de calcitonine. La calcitonine inhibe l'activité des ostéoclastes sur l'os et donc la dégradation du tissu osseux, ce qui favorise le dépôt de calcium dans le squelette. Dans le même temps, l'hormone peptidique stimule l'excrétion rénale du calcium. Par ces mécanismes, la calcitonine entraîne une diminution de la concentration sérique de calcium. La calcitonine représente un antagoniste direct (adversaire) de la PTH. Ainsi, lorsque le calcium libre extracellulaire est augmenté, la synthèse et la sécrétion de PTH à ​​partir du glande parathyroïde et la production rénale de 1,25- (OH) 2-D3 induite par la PTH est diminuée. Il en résulte une diminution de la mobilisation du phosphate de calcium dans les os, une réduction de la réabsorption intestinale du calcium et une diminution de la réabsorption tubulaire du calcium, et donc une augmentation de l'excrétion rénale du calcium. Le résultat, conforme à la Mécanisme d'action de la calcitonine, est une diminution de la concentration de calcium libre extracellulaire et une normalisation des taux de calcium sérique.

Balance calcique

Calcium équilibre dépend de l'âge. Pendant la phase de croissance de enfance et l'adolescence, en supposant un apport suffisant en calcium, il y a un calcium positif équilibre, avec plus de calcium absorbé par l'organisme qu'éliminé par les reins et les intestins. L'activité accrue des ostéoblastes (cellules formant l'os) conduit à une augmentation du stockage du calcium dans la substance osseuse et donc à une augmentation du stockage du calcium. La masse minérale osseuse maximale ou le pic densité osseuse est principalement acquis à l'adolescence et au jeune âge adulte. Ainsi, les filles et les femmes ont respectivement environ 90% de la teneur totale en minéraux du squelette à l'âge de 16.9 ± 1.3 ans et environ 99% à l'âge de 26.2 ± 3.7 ans. Chez les garçons et les hommes, respectivement, un retard d'environ 1.5 an peut être observé. En règle générale, la masse osseuse maximale est atteinte vers l'âge de 30 ans et la teneur en minéraux osseux ne caractérise que de manière inadéquate l'os réel. force. Il est plutôt déterminé par des facteurs tels que l'activité physique, la masse musculaire, la construction corporelle et la taille. A partir de 30 ans, il y a un équilibre calcium équilibre sur plusieurs décennies de vie, la quantité de calcium absorbée par l'organisme étant en corrélation avec la quantité de calcium excrétée par les reins et les matières fécales. Par exemple, avec un apport en calcium de 1,000 200 mg, environ 200 mg sont absorbés et environ 250 mg sont éliminés par les reins, tandis que 500 à XNUMX mg sont libérés des os et réabsorbés dans le cadre des processus de remodelage. Pour éviter que l'équilibre calcique ne devienne négatif, il faut veiller à assurer un apport alimentaire adéquat en calcium. Malgré un métabolisme calcique équilibré, densité osseuse diminue continuellement à partir de 30 ans. Chez les personnes en bonne santé, la perte de masse minérale osseuse est d'environ 1% par an. La cause de la perte de masse osseuse avec l'âge est l'augmentation de l'activité des ostéoclastes (cellules dégradant les os), qui s'accompagne d'une dégradation accrue du tissu osseux et d'une augmentation de la libération de calcium par les os. Enfin, plus de calcium est excrété dans l'urine et les matières fécales qu'il n'en est absorbé par l'intestin grêle et les os. Les personnes âgées ont donc un bilan calcique négatif. En particulier, la masse osseuse diminue progressivement chez les femmes ménopausées (ménopause; ménopause chez la femme) en raison de la modification du statut œstrogène. À la suite d'études, un début de perte de substance osseuse et minérale a pu être observé chez les femelles au niveau du fémur cou à partir de 37 ans et au niveau de la colonne vertébrale à partir de 48 ans. Les femmes ménopausées courent donc un risque accru de développer l'ostéoporose (perte osseuse). Plus la «masse osseuse maximale» est faible, plus le risque de l'ostéoporose. Des études chez des femmes ménopausées ont montré que le niveau de l'apport oral en calcium est étroitement lié au risque de fractures de la hanche. Calcium administration de 800-1,000 XNUMX mg / jour a entraîné une réduction de l'activité des ostéoclastes chez les sujets, ce qui a arrêté la résorption osseuse ou la perte de masse osseuse et fracture incidence.