07 Mar Homeostasis del calcio durante los procesos reproductores
HOMEOSTASIS DELCALCIO DURANTE LOS PROCESOS REPRODUCTORES
ÁNGELES GARCÍAPASCUAL
19 de noviembre de2003
El mantenimiento de lahomeostasis cálcica durante los procesos reproductores, constituye un ejemplode mecanismo fisiológico de adaptación a situaciones de demanda incrementada.
Estas situaciones son en concretoen los mamíferos, la mineralización de los huesos fetales durante la gestacióny las grandes pérdidas de calcio por la leche durante la lactación. Además, enlas aves el proceso de formación y mineralización de la cáscara del huevoconstituye también un periodo en que el organismo debe adaptarse a una bruscapérdida de grandes cantidades de calcio. Satisfacer estas demandasreproductoras y al mismo tiempo mantener constante la concentración de calcioplasmático en la madre constituye un autentico reto fisiológico que requiere laactuación coordinada de varios sistemas hormonales sobre diversos órganos.
1.- IMPORTANCISA DEL CALCIOY DEL FÓSFORO EN EL ORGANISMO
En primer lugar, Para comprenderla complejidad de esta regulación recordaremos brevemente la importancia demantener la concentración de calcio constante en el plasma y su estrecharelación con otro ión plasmático, el fosfato, que hace que la regulación deambos se realice por mecanismos comunes.
De entre los iónes que forman ellíquido extracelular, el calcio y secundariamente el fosfato destacan por suimportancia funcional.El calcio se localiza en un 99% en el hueso donde realiza una función deprotección de órganos vitales y de soporte rígido pero articulado delorganismo. El 1% restante se distribuye en los tejidos blandos y en el plasma.Esta pequeña cantidad de calcio presente en las células, actuando como eficazsegundo mensajero, sostiene funciones vitales del organismo como son lasecreción y acción efectora hormonal, la contracción muscular, neurosecreción yconducción nerviosa, metabolismo celular etc. Además del calcio intracelular,el calcio presente en los líquidos extracelulares participa en la regulación dela coagulación sanguínea y mantiene la integridad estructural de las membranas.Estas importantes funciones del calcio explican que las perturbaciones en lahomeostasis cálcica lleven a trastornos graves (alteraciones de laexcitabilidad nerviosa, paresia o tetania muscular etc..) y al final a lamuerte cuando alcanzan un valor crítico. Por lo tanto el mantenimiento delnivel de calcio constante en el organismo es de importancia vital.
En lo que respecta al fósforo,también en su mayor parte se localiza en el esqueleto, junto con el calcio, conel que comparte sus mismas funciones. Pero en este caso hay que destacar unaimportante fracción de fósforo, un 15%, presente en los tejidos blandos, enforma tanto inorgánica como orgánica, constituyente de moléculas tanto estructurales,genómicas como funcionales, contribuyendo así al mantenimiento de la estructuracelular, división celular y crecimiento, metabolismo, producción yalmacenamiento de energía, comunicación intercelular etc. En el plasma tambiénexiste una pequeña fracción de fosforo, menos de un 1% del total. El organismoes sin embargo más resistente a las variaciones en la cantidad de fósforoorgánico, siendo su concentración regulada de forma menos estricta que elcalcio. Así, mientras el calcio plasmático se mantiene en una concentraciónconstante de unos 10 mg/dl, las concentraciones de fosforo son algo masvariables, presentando mayores variaciones tanto interespecíficas, individualesy circadianas.
Tanto el calciocomo el fósforo plasmático total se distribuyen en tres fracciones:
– una importante fracción unida aproteínas,
– una pequeña fracción no iónicaque forma complejos con aniones o cationes,
– y por último la fracciónionizada, que constituye la más importante, ya que es la que presenta actividadbiológica, estando su concentración regulada de forma muy estricta. En elcalcio, esta fracción se mantiene en valores entre 1.17 a 1 .33 mM. Hay quedestacar la existencia de un equilibrio entre la fracción ionizada y la unida aproteínas, de forma que esta última actúa a modo de reservorio. Además, a pHfisiológico la mayor fracción del fósforo se encuentra ionizado en forma defosfato especialmente en forma bivalente.
Es esta fracción ionizada,especialmente la de calcio, pero también la de fosfato, la que es regulada porla participación de un sistema homeostático complejo en el que participandiversas hormonas.
Las concentraciones de ambosiones en el plasma se hallanrelacionadas entre sí por leyes estequiométricas muy fijas, de tal forma que elproducto de sus concentraciones en el plasma es siempre constante. Por lo tantocualquier desviación en uno de estos elementos alterará la distribución delotro. Es por ello que su regulación ha de llevarse a cabo por mecanismoshomeostáticos comunes.
El calcio es indudablemente unade las sustancias más estrictamente reguladas en los animales superiores. Laconcentración de calcio ionizado en el plasma es similar a la existente en elagua del mar. Pero, a medida que los animales evolucionaron a la vida en aguadulce y posteriormente en ambientes terrestres tuvieron que enfrentarse a unabrusca reducción en las disponibilidades externas de calcio, mientras queaumentaban las de fosfato. Por ello tuvieron que desarrollar un sistemaregulador que fuera capaz de corregir este desequilibrio y mantener los niveles de calcioadecuados en el medio interno, a pesarde su rescasez ambiental.
2.- ORGANIZACIÓN DE LAHOMEOSTASIS DEL CALCIO Y DEL FOSFATO
Esta homeostásis es posiblegracias a la existencia de un sistema controlador, en el cual destacan loselementos sensores. Éstosson precisamente las glándulas secretoras de hormonas calciotrópicas, capacesde captar las variaciones en los niveles plasmáticos de calcio y fosfato ymodificar concomitantemente el ritmo de secreción de sus propias hormonas. Éstaconstituye la señal controladora, que actuando sobre los efectores, célulasespecializadas del riñón, hueso e intestino, van a modificar los flujos decalcio y fosfato que se establecen entren estos órganos y el plasma, poniendoen marcha acciones de control, que devuelven los níveles plasmáticos de estosiones a los valores fisiológicos, minimizando así el efecto de cualquier señalperturbadora introducida desde fuera del sistema.
Tanto los sensores como losefectores forman parte del sistema controlador, mientras que el sistemacontrolado está constituido por las propias concentraciones de los iónes decalcio y fosfato en el plasma. Ambos se hallan relacionados entre sí porsistemas de retroalimentación y efectos en cascada muy complejos.
El calcio y el fosfato puedeningresar en el plasma procedentes de su absorción intestinal, reabsorcióntubular renal y movilización del hueso o de los tejidos blandos.
Asimismo, pueden abandonar elcompartimento plasmático por excrección fecal, urinaria, depósito en el hueso oen los tejidos blandos. De todos estos intercambios, específicamente, losprocesos de absorción intestinal, reabsorción tubular renal y los intercambioscon el hueso, se hallan sometidos a la regulación estricta por parte de lashormonas calciotrópicas, constituyendo los puntos de control del sistema.
De entre todas ellas, la hormonaparatiroidea o PTH puede considerarse el factor fundamental que permitemantener la calcemia en animales terrestres que viven en un medio ambienterelativamente bajo en calcio y alto en fosfato.
HORMONA PARATIROIDEA
Es producida por las glándulasparatiroides que aparecieron en los anfibios, coincidiendo con el paso de unavida acuática a una vida terrestre.La secreción de PTH se halla regulada de forma muy estricta y conexquisita sensibilidad por el calcio plasmático, siendo la hipocalcemia elestímulo para su secreción. De hecho, existe una relación sigmoidea inversaentre los niveles de calcio ionizado en el plasma y la secreción de PTH, en lacual merece destacar que a valores fisiológicos de calcio plasmático, losniveles de secreción hormonal son mas bien bajos, ilustrando la existencia deuna gran reserva hormonal y una gran capacidad de respuesta ante una hipocalcemiabrusca. La pendiente tan elevada de la curva indica además que pequeñasvariaciones en el calcio ionizado van a ser amplificadas en una gran respuestahormonal, permitiendo así mantener los niveles de calcio plasmáticos dentro delímites muy estrechos
De su proceso de síntesis merecedestacar su rapidez. En cuestión de 20 minutos se forma la hormona activa, loque permite modificar rápidamente los niveles plasmáticos en función de lasnecesidades orgánicas.
La PTH actúa directamente sobreel riñón y el hueso estimulando la reabsorción tubular renal de calcio y lamovilización de calcio de los huesos. En el riñón además favorece la formaciónde vitamina D activa, que a su vez actúa sobre el intestino. En conjunto estosefectos provocan el flujo de calcio a los líquidos extracelulares. A su vez los propiosniveles de calcio plasmático regulan la secreción de PTH por un mecanismo deretroalimentación, permitiendo un ajuste muy preciso de los valores de calcioen el plasma. Además, otro mecanismo de retroalimentación negativo llevado acabo por la vitamina D se suma al anterior permitiendo la acción coordinada deambas hormonas.
Con respecto al fosfatoplasmático el efecto de la PTH es divergente. Así, aunque su acción sobre elhueso promueve el paso simultáneo calcio y fosfato al plasma, a nivel renalposee un efecto fosfatúrico. La eliminación de fosfato favorece la retención decalcio dada la relación estequiométrica que ambos iones mantienen en el plasma.Esta acción por lo tanto se puede considerar más como un efecto secundario. Elobjetivo fundamental de esta hormona es incrementar la calcemia y para elloelimina fosfato como mecanismo secundario, con objeto de cumplir su objetivoprimario de forma más eficaz.
VITAMINA D
La Vitamina D es la segunda hormonacalciotrópica implicada en la regulación metabólica del calcio y del fosfato. La formabiológicamente activa de esta hormona se forma en el organismo a partir de unprecursor, el colecalciferol o provitamina D3, ingerido en la dieta o formadoen la piel a consecuencia de la acción de la radiación ultravioleta del solsobre el 7-dehidrocolesterol acumulado en la epidermis. En los animales sepuede considerar que la producción endógena tiene una mayor significación,puesto que se trata de un elemento no muy abundante en la cadena alimentaria,estando especialmente presente en alimentos tales como la leche, hígado yaceites de pescado.
Independientemente de su origen,una vez que penetra en el plasma el colecalciferol es captado rapidamente dondees hidroxilado formando otro compuesto intermediario el25-hidroxi-colecalciferol. La forma activa culmina su proceso de activación enel riñon. En el riñón, la enzima 1-hidroxilasa, hidroxila nuevamente elcompuesto procedente del hígado formando el 1,25-dihidroxi-colecalciferol,también denominado calcitriol, con actividad biológica sobre los órganos diana. Alternativamente,una enzima distinta, la 24-hidroxilasa, da lugar a la formación de un compuestoinactivo, el 24,25-dihidroxi-colecalciferol, evitando la formación decantidades excesivas que pudieran ser tóxicas.
La actividad de estas dos enzimasse halla regulada de forma muy estricta por factores recíprocos, permitiendo laformación de las cantidades necesarias del metabolito activo y evitando tantosu exceso como su defecto. La actividad de la 1-hidroxilasa es estimulada porla hipocalcemia, pero no directamente sino por intermedio de la PTH,como yahemos visto antes, efecto que permite que ambas hormonas actúen de formacooperativa. Asimismo, la 1-hidroxilasa es estimulada directamente ensituaciones de hipofosfatemia. Ademas,diversas hormonas también son capaces de actuar estimulando la 1-hidroxilasa deforma secundaria, como son la hormona del crecimiento, los estrógenos, laprolactina y la calcitonina, permitiendo así disponer de niveles más altos devitamina D en situaciones de demanda incrementada, como son los procesosreproductores.
A partir de ahora, para mayorsimplicidad, vamos a hablar de la vitamina D de forma genérica pero siempre nosreferiremos al compuesto activo.
Los efectos directos masimportantes de esta hormona se centran sobre el intestino, regulando de formaestricta la absorción de calcio a nivel del duodeno y secundariamente la defosfato a nivel del yeyuno.Su acción sobre la absorción intestinal de calcio se centra en laestimulación de la síntesis de proteínas transportadoras, fundamentalmenteactúa controlando de forma muy estricta la síntesis de calbindinas,responsables del transporte transcitosólico del catión. De esta forma, lavitamina D es capaz de modificar la absorción intestinal de calcio desde un 20a un 70% del calcio ingerido, adaptandolo a las necesidades orgánicas y conindependencia del aporte exógeno. Su función sobre la absorción de fosfato essecundaria, si bien y a través del mismo mecanismo de acción es capaz deincrementar la actividad del cotransportador de fosfato y sodio de la membranaluminal del enterocito, aunque este transportador también puede funcionar en suausencia. De hecho, el 60% del fosfato puede absorberse con total independenciade la vitamina D.
Aunque la acción principal de lavitamina D se centra en el intestino, también puede actuar sobre el hueso adosis altas. En ambos casos su acción promueve el paso conjunto de calcio yfosfato al plasma. La PTH será la encargada de establecer la adecuada relaciónentre estos dos iones en los líquidos extracelulares
CALCITONINA
Por último, la CALCITONINA,completa el trío de hormonas calciotrópicas. La calcitonina, es producida por una segunda poblacióncelular del tiroides, las denominadas células parafoliculares o células C. Unade las características más significativas de las células C es su gran capacidadde almacenamiento hormonal en gránulos secretorios, liberando así grandescantidades de hormona preformada de forma rápida ante una eventualhipercalcemia.
El estímulo para la secre
