Fisiopatologia del Metabolismo del Calcio e del Fosforo
SOMMARIO MINERALI Calcio e Fosforo Funzioni Fonti e Distribuzione Apporto dietetico Assorbimento e Regolazione Alterazioni del metabolismo
Minerali Essenziali (14) Calcio, Cloro, Ferro, Fluoro, Fosforo, Iodio, Magnesio, Manganese, Potassio, Rame, Selenio, Sodio, Zinco, Zolfo. Essenziali per la struttura, la funzione e l accrescimento di tutti i tessuti, per la regolazione del metabolismo ormonale, idroelettrolitico e delle vitamine, emopoiesi, contrazione muscolare, produzione di energia, ed altro.
Tipi di minerali Macro Minerali Calcio* Fosforo Magnesio Sodio Potassio Cloro Zolfo Minerali Traccia Ferro Manganese Rame Iodio Zinco Fluoro Selenio *Minerale più abbondante del corpo umano
Il Calcio nel corpo umano ~1-2% del peso corporeo (1.0 1.2 Kg). ~99% in forma di sale nelle ossa. ~1 g di Ca 2+ presente nella dieta giornaliera. ~ 200 mg assorbiti nell intestino, il resto escreto. Concentrazione plasmatica: 8.6-10.6 mg/dl 50% in forma ionizzata. ~45% legato a proteine ~5% complessato in modo non definito.
Frazioni di Calcio nell uomo Calcio totale nel corpo (1-1.2 kg) Scheletro (~99%) Intracellulare (~1%) Extracellulare (~0.1%) Plasma ~2.5 mmol/l Controllato da Vit. D e PTH Ca Ionizzato Ca 2+ (45%) Ca 2+ legato Alle Proteine Plasmatiche (~45%) Ad Anioni (Fosfato, Bicarbonato, Lattato, etc.)
Assorbimento del Calcio Ca 2+ Pi
Assorbimento del calcio Diffusione paracellulare. Gradiente elettrochimico. NKCC2 e ROMK (ATPdip). CLCNKB e Na + -K + ATPase baso-laterale. Nel rene regolato da proteine delle tightjunctions: Paracellina-1, Occludina e JAM (Junctional Adesion Molecule). Trans-cellulare facilitato. Sensibile a vit.d3. Sul lato luminale: TRPV6 (Transient Receptor Potential-Vaniloid 6). Basso Ca + citosol Fosforilazione e Ca- Calmodulina. Nella cellula: Calbindin- D9X e da NCX1 e PCMBA1b.
Assorbimento 2 D9K veicola il Ca 2+ ad una delle due pompe NCX1 (120 kda, scambiatore Ca 2+ -Na + ) o PMCA1b (ATPasi Ca 2+ dipendente della membrana plasmatica regolata da vit. D e da estrogeni). TRPV6 (omotetramero o eterotetramero con TRPV5). TRPV6 prevalente nell intestino; TRPV5 prevalente nel rene. TRPV5 glicosilato è costitutivamente attivo. Regolato da Klotho (proteina transmembrana, multifunzionale, attività glicuronidasi) che ne blocca il turnover fissandolo alla membrana plasmatica.
Il Fosforo nel corpo umano ~1% del peso corporeo. ~85% in forma di sale nelle ossa. Apporto dietetico giornaliero tra 1 e 1.5 g. ~70% assorbito, principalmente nell intestino tenue. ~30% inorganico: Di cui ~10% legato a proteine (non filtrabile dal rene). ~90% in forma ionica: HPO4-2 (65%) e HPO4-1 (20%), filtrabile. ~70% organico: Fosfolipidi, esteri fosorici, fosfoproteine, fosfonucleotidi, etc.
Assorbimento del fosforo Diffusione paracellulare. Concentrazione lume intestinale elevata. Fluido extra-cellulare elettropositivo. Giunzioni intercellulari impeermeabili al P. Contributo modesto. Trasporto facilitato. 3 componenti: Co -trasportatore luminale Na + /Pi (NPT2b, proteina da 80KDa transmembrana). Na + - K + ATPasi basolaterale. Trasportatore Pi basolaterale (?).
Molecole che regolano il metabolismo del calcio Vitamina D. Proteina legante Vit. D (VDBP), 54kDa (endotelio). 25-idrossilasi (fegato). Megalina 550 kda, tubulo prossimale (internalizzazione). Proteina legante intracellulare (IDBP-1). 1-α-idrossilasi (rene) mitocondriale CYP1. Recettore Vit. D (VDR): 48kDa (citopl.) e 60kDa (pl. memb). PTH, 9.4kDa/PTHR, PTHrP. CaR, 140 kda, rec. 7-transmemb.>G prot. DEC Venus Flytrap. Fibroblast Growth Factor-23 (FGF-23), fosfatonina. Calcitonina, polipeptide, 32 kda. Soluble Frizled Related Protein (sfrp), fosfatonina. Fosfo-glicoproteina della Matrice Extracellulare (MEP)
Parathyroid Hormone related Protein (PTHrP)
Sintesi della vitamina D
Formazione vitamina D 1, 25 di-idrossi-colecalciferolo
Formazione vitamina D (2) 7-Deidrocolesterolo (7DHC,pro-vit. D) nei cheratinociti. Esposto a UV (290-319nm), rottura anello B isomerizzazione spontanea a vit D3 (inattiva). Legame a proteina VDBP, transito epatico e 1 idrossilazione (25-OH vit. D3 parzialmente attiva nel promuovere incorporazione Ca 2+ ). Rene: 2 idrossilazione (-1) da 1-α-idrossilasi regolata da: PTH, IFNg, IGF-1 positivamente. Ca 2+, Klotho e Pi negativamente.
Azioni della vitamina D Mantiene la concentrazione serica di Calcio a livelli normali. Come? Regolando positivamente elementi coinvolti nell assorbimento intestinale del Calcio come TRPV6 e calbindina-d9k. Azioni regolatorie sulla risposta immune. Controlla riproduzione e metabolismo del fosforo. Regola attività di ormoni coinvolti nel metabolismo dell osso.
Difetto di vitamina D ed Alterazioni Congenite del Metabolismo della vitamina D
Difetto nutrizionale di vitamina D: Rachitismo Deficit nutrizionale di vitamina D. Livelli sierici minimi: 50 nmol/l. Alterazioni caratteristiche delle ossa lunghe, ipocalcemia,tetania, convulsioni, ipoplasia smalto. Cause: insufficiente apporto alimentare, cattivo assorbimento, scarsa esposizione ai raggi solari, esclusivo allattamento materno. Due forme di vitamina D alimentare: Ergocalciferolo (D2, di origine vegetale). Colecalciferolo (D3, di origine animale.
Rachitismo da Pseudo Difetto di vit.. D Rachitismo vitamina D-dipendente (VDDR). Concentrazione bassissima (o non dosabile) di 1,25(OH) 2 D. Difetto raro, a trasmissione autosomico-recessiva, attibuibile a scarsa (o assente) attività di 1-idrossilasi (1-OHasi). Gene CYP27B1 (di 1-OHasi) mappato a 12q13.1-13.3 (stesso locus di PDDR). Codifica per una proteina di 508 aminoacidi. Modello di PDDR realizzato nel topo con ablazione mirata dell esone 8 (che codifica per il dominio di legame per EME) del gene di 1-OHasi.
Mutazioni del gene cyp27b1
Rachitismo ereditario da resistenza a vit.. D Rachitismo vit. D dipendente causato da mutazioni nel recettore della vit. D (VDR). Pazienti con livelli sierici elevati di 1,25(OH) 2 D 3 (a differenza che nel PDDR). VDR: recettore nucleare che regola la trascrizione di numerosi geni che controllano proliferazione e differenziazione cellulare. Le fasi principali nel controllo genico sono: Legame della vit. D. Etero-dimerizzazione con il recettore X dei retinoidi (RXR). Legame ai Vit. D Responsive Elements (VDRE) al promotore dei geni bersaglio e reclutamento di trans-attivatori o soppressori.
Rappresentazione schematica dell azione del VDR
Proprietà molecolari del VDR Codificato da un singolo gene che mappa sul cromosoma 12q13-14. Splice alternnativo da origine a 3mRNA diversi. Come altri recettori nucleari è costituito da regioni a struttura e funzione diverse: Regione N-terminale A/B. Regione C (regione legante il DNA, DBD). Regione D cerniera. Regione E C-terminale contenente dominio per il ligando (LBD) ed il dominio di dimerizzazione.
Schema del VDR e sue mutazioni
Disordini ereditari del recettore per il Ca +2 (CaR) Il CaR umano è un proteina di 1078 aa. Costituito da un dominio N-terminale extracellulare, 7 domini transmembrana elicoidali ed una coda C-terminale intracellulare. CaR è membro della famiglia 3 di recettori accoppiati a proteina G (altri membri i recettori per neurotrasmettitori: glutamate e γ-idrossibutirrato). In base alle omologie di sequenza con proteine batteriche, il dominio extracellulare (ECD) di detti recettori si presume assuma la conformazione di una Venus flytrap.
Effetti delle mutazioni di CaR Mutazioni inattivanti di CaR causano una forma benigna di Ipercalcemia familiare con Ipocalciuria (FHH) ed una forma grave di Iperparatiroidismo Neonatale (NSHPT). Mutazioni attivanti di CaR sono causa di Ipocalcemia autosomico dominante (ADH) a volte associataa ad Ipercalciuria e ad una sindrome Bartter-simile.
Schema dell organizzazione del CaR a: mutazioni associate ad ADH. b mutazioni associate a S. Bartter-simile. c: mutazioni associate a FHH. d: mutazioni associate a NSHPT.
Ipofosfatemie ereditarie Ipofosfatemia attribuibile a perdita renale di fosfato è causata da 3 disordini Mendeliani ben definiti: Ipofosfatemia X-linked. Rachitismo Ipofosfatemico autosomico dominante. Rachitismo ereditario Ipofosfatemico con Ipercalciuria. La regolazione del trasporto del fosfato nel rene e nell intestino sono: Vit. D, PTH, GH ed il Fattore di Crescta simile all Insulina.