METABOLISMO DEL CALCIO

El calcio forma parte del hueso; mas el 99 por ciento de este elemento se encuentra en el esqueleto. La pequeña fracción que no está presenta en los huesos, cercana a uno por ciento de la cantidad total, se encuentra en los líquidos y en las células donde desempeñan importantes funciones. En su forma ionizada, Ca 2+, intervienen en la regulación de la permeabilidad de las membranas plásticas y en la irritabilidad y excitabilidad neuromusculares a las cuales deprime. El calcio es necesario para la transmisión de los impulsos nerviosos y para la contracción muscular; se opone directamente a la respuesta que se obtiene con los niveles elevados de K+, pues la amplitud del latido cardiaco aumenta a medida que la concentración de Ca2+ se eleva hasta llegar a un máximo. El calcio también participa en los procesos de coagulación de la sangre; en efecto, se impide la coagulación de la sangr4e al quitar un ion de calcio por medio de oxalato, con lo que se precipita oxalato de calcio, o haciendo un quelato por medio de ácido cítrico o, por fin, con una resina de intercambio iónico; el calcio0 interviene en varios pasos para la coagulación. El calcio interviene en diversas reacciones enzimáticas, por ejemplo modulado la acción como es el caso de las hormonas que actúan a través de la adenia ciclasa. La movilización d del calcio en los mamíferos depende de la interacción de tres diferentes hormonas: la paratohormana secretada por la glándula paratiroides, la calcitonina producida en células especializadas de la glándula tiroides y el 1.25-dihidroxicolecalciferol sintetizado en el riñón a partir de la vitamina D.

Absorción del calcio. El calcio se4 absorbe en el intestino delgado, especialmente es su parte inferior. El pH intestinal modifica la absorción. Pues los fosfatos y los carbonatos de calcio son solubles en medio acido e insolubles en medio alcalino. La forma más importante en que se absorbe es la de fosfato de calcio, CaHPO4, que abunda en la dieta. Las condiciones que acidifican el contenido intestinal promueven la mayor absorción del calcio, como con la fermentación de la lactosa y a galactosa dietéticas. Por otra parte, al ingerir dietas con un contenido alto de proteínas se absorbe más calcio que cuando la concentración de proteína en la dieta es baja. Un exceso de ácidos grasos en el intestino, por la alteraciones en su absorción y también el exceso de ácido fitico (hexafosfato de inositol) presente en los cereales, provoca una aja absorción de calcio al combinarse con él y formar sales insolubles en agua.

La vitamina D aumenta la absorción de calcio en el intestino. La proteína D3 o 7-dehidrocolesterol es la fuente más abundante de vitamina D en los alimentos; con la luz ultravioleta el 7-dehidrocolesterol se convierte en colecalciferol o vitamina D3; en los seres humanos esta reacción se realiza activamente en la piel y no requieres la participación de enzimas. El colecalciferol en seguida es hidroxilo por una enzima presente en las mitocondrias de los hepatocitos, en una reacción que utiliza NADH y O2, para formar el 25-hidroxicolecalciferol, el

cual siendo un potente inhibidor de la enzima que lo forma, regula así su propia síntesis. El 25- hidroxicolecalciferol es llevado al riñón en donde, en un proceso estimulado por la paratohormona, es hidroxilado para dar dos productos; el 1,25 dihidroxicolecalciferol y el 21, 25 dihidroxicolecalciferol; el primero actúa en el intestino y el segundo en el túbulo renal. Se acepta que en las células intestinales, el 1,25 dihidroxicolecalciferol promueve la síntesis de una proteína indispensable para la absorción del calcio. Por lo tanto el 1,25 dihidroxicolecalciferol estimula la síntesis de proteína específica, de manera semejante a cómo actúan los esteroides producidos por las suprarrenales y las gónadas. Esto, junto con el hecho de que el 1,25 dihidroxicolecalciferol se sintetiza en un tejido y actúa en otro y que algo de provitamina D3 se sintetiza en los tejidos de los mamíferos, ha llevado a la conclusión de que el 1,25 dihidroxicolecalciferol es más una hormona que la forma activa de una vitamina.

Distribución y balance del calcio. El calcio se encuentra en el plasma, unido a las proteínas o en forma ionizada. La concentración normal de calcio total en suero, tanto de adultos como de niños, es de 10 mg. por 100 ml. En ciertos líquidos extracelulares como el cefalorraquídeo, la concentración de calcio es solo la fracción ionizada, pues el calcio unido a las proteínas no es filtrable.

La fracción unida a las proteínas de plasma es de cerca del 40 por ciento del total, o sea 4 mg. por 100 ml. cuando las proteínas séricas son de unos 7 g. por 100 ml; en efecto, la calcemia varía con la concentración de proteínas plasmáticas. El calcio ionizado es cerca del 50 al 60 por ciento del total; además, el calcio existe en forma de complejos solubles y de sales de calcio en solución sobresaturada. El calcio ionizado, Ca2+, es la forma actica del calcio, y su concentración está directamente bajo la influencia de la hormona paratiroides.

En el hiperparatiroidismo se observa un aumento en los valores de calcio ionizado en el suero que, si es muy marcado, disminuye la excitabilidad del tejido muscular y provoca insuficiencia respiratoria o cardiaca. Por el contrario, en el hipoparatiroidismo disminuyen los valores séricos del calcio ionizado y se puede presentar tetania, esto es la contracción desordenada, involuntaria y vigorosa de los músculos esqueléticos.

Existe una relación reciproca aproximada entre las concentraciones de calcio y fosforo en los líquidos; cuando aumenta el fosfato de calcio disminuye, con lo cual parece sostenerse el llamado producto de concentración. En efecto, el producto de concentración del calcio en miligramos por ciento (normal, 10 mg. por 100 ml) y del fosforo inorgánico en miligramos por ciento en el suero (normal, 3 a 4 mg. por 100 ml) es constante, con valores de 30 a 40 para los adultos y de 40 a 55 para los niños. El límite del producto de la concentración

coincide con la precipitación de los fosfatos del calcio, hecho que puede tener trascendencia en la formación o en la disolución del hueso.

De los 1200 g. de calcio presentes en el organismo, más del 99 por ciento está en el hueso; cerca del 36 por ciento de las cenizas o contenido mineral de los huesos es calcio, que parcialmente está presente como fosfato de calcio. En el hueso la relación calcio-fosfato es 2.2:1.

La mayor parte del calcio ingerido – cerca del 90 por ciento de 1 g. diario, en promedio – es eliminado por las materias fecales, el resto se excreta por la orina; el umbral renal para el calcio es de 6 mg. por 100 ml. de suero, o sea se elimina por el riñon solo cuando excede esta cifra. La mayor parte – 99 por ciento – del calcio filtrado por el glomérulo es absorbido por los túbulos. Sin embargo, cuando la ingestión de calcio es baja o mediana, por ejemplo de 0.5 g. o menos diarios, se excreta una mucho menor porción de calcio por las heces a cambio de la mucho mayor porción por via renal.

La excreción urinaria se eleva cuando aumenta la relación calcio-fosforo en el suero con las dosis grandes de vitamina D, o con la administración de hormona paratiroides.

Metabolismo Del Fosforo.

El fósforo entra en la composición de las sales inorgánicas del hueso y los dientes, además de participar en el transporte de energía, en la formación de metabolitos de los procesos degradativos y en el sostenimiento de la presión osmótica intracelular.

El fosforo dietético es absorbido en su mayor parte, a menos que en el intestino existan metales pesados o un gran exceso de calcio, con los que forma fosfato insoluble. La absorción del fosforo aumenta si baja el calcio dietético o si hay muchos ácidos grasos que se combinen con el calcio, con los que forma jabones de calcio insoluble.

En general, el fosforo se absorbe en forma de fosfatos inorgánicos, que pueden provenir de algunos compuestos orgánicos como las nucleoproteínas, de cuyos nucleótidos se liberan por la acción de las nucleotidasas digestivas. La excreción fecal de fosforo oscila alrededor de 30 por ciento de la cantidad ingerida. El resto -60 a 80 por ciento- se excreta por la orina. Del 90 al 95 por ciento del fosforo filtrado por el glomérulo se absorbe en el túbulo; el umbral del fosforo es muy bajo, de unos 2mg. por 100 ml. la absorción de fosforo en el túbulo es inhibida por la hormona paratiroidea que provoca; por lo tanto, un aumento de su excreción urinaria.

La concentración normal de fosforo inorgánico en el suero de los adultos es de 3.5 mg por 100 ml y en los niños, de 4.5 a 5.5 mg. por 100 ml. El fosforo orgánico, combinado a los lípidos, es de unos 8 mg. por 100 ml, y el fosforo

esterificado es de cerca de 1 mg. por 1oo ml. El fosforo inorgánico, ionizado, es la fracción sujeta a la acción de la hormona paratiroidea a nivel del túbulo renal; en principio está formada por los iones monobásicos y dibásicos de fosfato, H2PO4 – y HPO4- en proporciones al pH del plasma de 7.4, de 1:4, respectivamente. El fosforo sérico varia inversamente con las fluctuaciones de la glucemia; por ejemplo, en las pruebas de tolerancia a la glucosa el ascenso del azúcar va acompañado por un descenso en la fosfatemia y la disminución consecutiva determina el ascenso en la cifra de fosforo, lo que depende de la necesidad del fosforo para las actividades metabólicas celulares.

Requerimientos de calcio y fosforo. Se han fijado los requerimientos de calcio en 0.8g diarios, aunque las recomendaciones de las autoridades en nutrición los elevan a 1.2 g. por día; en el caso de la mujer en lactancia 1.2g.

El requerimiento mínimo de fosforo es de 1 g diario, pero se recomienda 1.2g para tener un margen de seguridad. En el niño, el adolescente y la mujer embarazada se requiere 1.2g y en la mujer en la lactancia 1.2g.

El Hueso

El hueso está formado por sales inorgánicas depositadas en una estructura de material proteínico.

La Matriz Orgánica.- La matriz orgánica del hueso constituye el material sobre el que se depositan las sales inorgánicas y representa cerca de las tres cuartas partes del volumen del hueso; está formado por proteína, incluyendo enzimas, carbohidratos como glucógeno y heteropolisacaridos, así como por pequeñas cantidades de lípidos y otras sustancias.

Las proteínas de la matriz forman fibras colágenas compuestas típicamente por glicina, prolina e hidroxilisina en gran proporción, aminoácidos que tienen importancia especial pues a ellos se une con facilidad el fosfato iniciando asi el proceso de la calcificación. Además, existe el material interfibrilar situado entre las fibras de la colágena y que está formado por una proteína que contiene cantidades abundantes de cistina y de triptófano. El carbohidrato del hueso es un polisacárido relacionado con el ácido condroitin sulfúrico.

Composición Mineral del Hueso.- Los cristales del hueso miden 5.0 nm. de ancho y 50 a 100 nm. de largo y pertenecen al grupo general de las hidroxiapatitas, Ca10 (PO4)6 (OH)2.

Además, en el hueso hay carbonato de calcio, fluoruros, citratos, sodio, potasio, hidróxido de magnesio, etc. Estos materiales se denominan

adventicios, no intervienen en la formación del cristal fundamental y están simplemente adheridos a los cristales; conservan cierto equilibrio con los líquidos que bañan el hueso, y se acepta que parte importante del sodio y del potasio adventicio participan en los fenómenos de intercambio iónico para llenar ciertas necesidades fisiológicas. El calcio adventicio se denomina calcio de reserva y es el que pasa fácilmente a la circulación, evitando así la rotura de los cristales óseos cuando se necesita calcio.

Un elemento adventicio de interés es el estroncio radiactivo que por su parecido químico con el calcio se deposita en el hueso como este; su presencia en los huesos de los animales es un índice de la contaminación radiactiva producida por la explosión de bombas nucleares de uranio.

Metabolismo Del Hueso Normal

En el hueso se encuentran tres tipos principales de células, los osteocitos encargados de mantener la estructura del hueso, los osteoblastos presentes en la zona del crecimiento óseo y de las cuales depende la formación del hueso y, por fin, los osteoclastos, células gigantes situadas en los lugares donde el hueso es degradado y absorbido. Del equilibrio entre las actividades de los osteoblastos y de los osteoclastos, formadores destructores del hueso, respectivamente, depende el sostenimiento de la forma y el tamaño normales de este, de acuerdo con la edad del individuo. A lo largo de la vida existe un continuo remplazo del hueso, el equilibrio entre la destrucción la formación, que comprende3 tanto la parte mineral como la matriz orgánica.

La formación de la matriz orgánica parece depender de la actividad de los osteoblastos. Cuando estos funcionan mal, como sucede en la deficiencia ácido ascórbico, escorbuto, o en la deficiencia de la vitamina A, el depósito de fibra colágenas y de material interfibrilar es muy defectuoso. La formación de la matriz orgánica representa la primera etapa en la formación del hueso. La segunda etapa es la mineralización de la matriz orgánica para dar origen a los cristales de la hidroxiapatita; esta etapa es propiamente de la formación del hueso. Se trata de un proceso complicado y no completamente conocido. La mineralización se inicia en las fibras de colágeno de la matriz orgánica y se facilita por la baja solubilidad del calcio y del fosforo en las condiciones en que se encuentran en el plasma. Sin embargo, la colágena y las concentraciones séricas del calco y del fosforo se observa en muchos otros tejidos del organismo que normalmente no se calcifican: por lo tanto, es necesario la convergencia de diversas condiciones que favorezcan la formación de los cristales de hidroxiapatita en el hueso. En el mismo tejido óseo su mineralización solo se inicia en la vecindad de los osteoblastos; aparte de la presencia de ellos, se necesita de otros factores para que ocurra la mineralización; además de la colágena debe existir u n mucopolisacarido. Por otro lado, como la colágena debe fosforilarse en uno de los pasos iniciales, si

se impide su fosforilacion no ocurre la mineralización; también se necesita una fuente de energía como lo demuestra el hecho de que un bloqueo de la glucolisis impide la mineralización. Por fin, se precisa de una gran actividad de fosfatasa alcalina, enzima muy alta en los osteoblastos, cuyo papel verdadero en la calcificación no se conoce con precisión. La tercera fase en la formación del hueso es el depósito de los minerales adventicios y depende de la composición iónica de los líquidos que baña el hueso; el calcio así depositada forma parte importante de la llamada reserva del calcio.

En la destrucción del hueso sucede la situación inversa: primero se separar el calcio superficial de reserva que forma un 10% de calcio óseo total; a continuación se desmineraliza el hueso por medio de la absorción de los cristales de hidroxiapatita y, por fin, se absorbe la matriz, dependiendo esto e la actividad de los osteoclastos que parecen liberar enzimas proteolíticas que degradan la matriz proteínica descalcificada; los osteoclastos no afectan a la matriz calcificada.

Acción De Las Hormonas Sobre El Metabolismo Del HuesoHormona Paratiroidea

La hormona paratiroidea tiene un efecto directo sobre el hueso, y otro sobre el riñón, los cuales modifican los niveles de calcio y de fosforo en el suero y en la orina. Ala acción de la paratohormona en el hueso depende de la presencia de vitamina D. en el hueso y en el riñón la paratohormona aumenta la actividad de la adenil ciclasa y con ello los niveles de AMP cíclico. Además, en ambos tejidos el efecto primario es el de estimular la entrada del calcio al interior de la célula. A nivel óseo, este provoca la reabsorción del hueso y la elevación de calcio en la sangre (hipercalcemia); la reabsorción del hueso se acompaña de un aumento local en las concentraciones de lactato y de citrato y de una elevación de la fosfatasa alcalina del suero, aparte de la reabsorción de la matriz orgánica. A nivel renal se observa una mayor retención del calcio y un aumento en la eliminación de fosfato urinario o fosfaturia, con lo que baja el fosfato circulante (hipofosfatemia). Por otro lado, en el riñón, la paratohormona estimula la conversión del 25-hidroxicolecalciferol a 1,25-dihidroxicolecalciferol. El resultado final es que la hormona paratiroidea favorece la salida del calcio del hueso y la perdida de fosforo e la orina. En el animal integro, la hormona paratiroidea es liberada de la glándula cuando disminuye el calcio en el suero; por el contario, cuando la concentración de calcio sube se detiene la salida de la hormona.

CALCITONINA.

La calcitonina es una hormona de tipo polipeptídico, contiene 32 aminoácidos y es producida en las células C de la tiroides y la paratiroides; algunos autores la llaman tirocalcitonina, ya que las células C son más abundantes en las glándulas tiroides. En general la calcitonina tiene efectos opuestos a la paratohormona aunque actúa por medicamentos diferentes; así, en el hueso, promueve la calcificación y el depósito de calcio, con lo que tiende a disminuir los valores del calcio circulante. En el riñón aumenta la excreción de calcio y disminuye la síntesis del 1,25-dihidroxicolecalciferol. La elevación de los niveles de calcio sérico es el estímulo fisiológico para la salida de la calcitonina, con lo que se logra mantener los niveles normales de calcio en el suero. La acción de la calcitonina es menos prolongada que la de la paratohormona y los animales jóvenes son 50 a 100 veces más sensibles a ella que los animales adulto.

OTRAS HORMONAS. Tanto las hormonas androgénicas – testosterona (pág. 737) – como las estrogenicas (pág. 742) tienen acción anabólica de proteínas y fomentan el depósito de la matriz orgánica y una calcificación más adecuada del hueso. Aunque se desconoce su modo de acción, ambos tipos de hormona disminuyen la excreción urinaria y fecal de calcio, lo que puede favorecer su efecto sobre la formación de hueso.

Por lo contrario, los glucocorticoides suprarrenales (pág. 725) tienen un efecto catabólico y son antagonistas, en este sentido, de las hormonas sexuales; por ejemplo, la cortisona promueve la degradación de los aminoácidos e impide que se aprovechen esos para la síntesis de proteína, de manera que el exceso de esta hormona hace que se forme una matriz ósea muy defectuosa, lo que disminuye su calcificación.

Las hormonas derivadas del 7-dehidrocolesterol, especialmente el 1,25-dihidroxicolecalciferol, intervienen en el metabolismo de calcio y del fosforo en el intestino, en los huesos y en los riñones (pág. 649). La falta de 7-dehidrocolesterol en la dieta produce la carencia de la hormona, manifestada por raquitismo en los niños y por osteomalacia en los adultos.

Al falta la hormona y estar ausente el estímulo para la absorción intestinal del calcio, se presenta la hipocalcemia. El 1,25-dihidroxicolecalciferol, independientemente de su efecto intestinal, favorece el depósito de calcio y fosforo en animales raquíticos a los cuales se les administra únicamente calcio y fosforo por vía intravenosa; la acumulación de minerales en el hueso solo se inicia al administrar la hormona o algunos de sus precursores.

Existe otro derivado del 7-dehidrocolesterol, el 21,25 dihidroxicolecalciferol, con su acción primordial a nivel renal que promueve la eliminación de fosforo urinario; en este aspecto tiene una acción semejante a la paratohormona ya que la vitamina D puede utilizarse con éxito para corregir el hipoparatiroidismo.

Equilibrio dinámico del hueso. Los procesos de formación y de adsorción de hueso son constantes y guardan un delicado equilibrio que, en situación normal, depende de un estado cíclico de actividad condicionado.