Chimica del Calcio e del Fosfato negli Ruminanti

Controllo Ormonale dell'Omeostasi del Calcio

• Il calcio è essenziale per il normale funzionamento delle cellule nervose, la neurotrasmissione, l'accoppiamento eccitazione-contrazione nelle cellule muscolari, la segnalazione intracellulare di alcuni ormoni, il funzionamento di alcuni enzimi, la sintesi proteica, la coagulazione del sangue e la costituzione del tessuto osseo. È anche un primo messaggero.

Alcune Azioni Fisiologiche del Calcio

• Essenziale per il mantenimento della normale permeabilità al sodio delle cellule nervose.
• Coinvolto nel processo di neurotrasmissione.
• Coinvolto nell'accoppiamento eccitazione-contrazione nelle cellule muscolari.
• Funziona da segnale intracellulare per alcuni ormoni.
• Necessario al normale funzionamento di alcuni enzimi.
• Necessario per i processi di sintesi proteica.
• Importante nei processi di coagulazione del sangue.
• Componente del tessuto osseo.
• Primo messaggero.

Alcune Azioni Fisiologiche del Fosfato

• Svolge funzione di sistema tampone nel compartimento intracellulare.
• Costituente importante di varie macromolecole (acidi nucleici, fosfolipidi, intermedi metabolici e fosfoproteine).
• Componente del tessuto osseo.

Metabolismo del Fosfato

• Circa 700 g di fosfato depositati nei tessuti molli e duri.
• Circa 500 mg di fosfato nei fluidi extracellulari.
• I reni filtrano circa 6 g di fosfato al giorno, con l'10% perso nelle urine.
• L'escrezione urinaria di fosfato è sotto controllo ormonale.
• La concentrazione plasmatica di fosfato è di 2.5-2.45 mg/dl o 0.81 - 1.45 mM.
• Le forme di fosfato nel sangue sono principalmente come HPO42- (80%) e H2PO4- (20%).

Ricambio Giornaliero del Calcio

• Assorbimento alimentare: 1000 mg
• Assorbimento intestinale: 350 mg
• Pool scambiabile: 30.000 mg
• Rimodellamento osseo: 4000 mg
• Riserva del calcio scheletrico: 1.000.000 mg
• Secrezione: 150 mg
• Escrezione fecale: 800 mg
• Escrezione urinaria: 200 mg
• Il 2% del calcio totale assunto viene filtrato dai reni.

Omeostasi del Calcio

• Il controllo della calcemia (10 mg/100 ml plasma) e delle concentrazioni ematiche di fosforo e magnesio (elementi correlati funzionalmente) è effettuato da un complesso di ormoni, tra cui PTH, CT e vitamina D.
• Il calcio scheletrico è prevalentemente sotto forma di idrossiapatite (85%) e carbonato di calcio (15%).
• Il calcio scheletrico in una vacca di 500 kg è circa 12.5 kg.
• Il calcio intracellulare è localizzato in mitocondri e reticolo endoplasmatico.
• A livello ematico il calcio è legato per il 50% alle proteine (albumine e globuline), con il resto in forma diffusibile attraverso le membrane capillari. La frazione diffusibile si trova in parte come ioni (90%) e in parte legato a sostanze come citrati, bicarbonati e fosfati (come non-ionizzata).
• Il calcio ionizzato è cruciale per effetti biologici.
• Il rapporto ottimale tra calcio e fosforo per i monogastrici è 1:1 mentre per i ruminanti è di 5-6:1.
• L'aumento della fosfatemia ha un effetto negativo sulla calcemia, perché i fosfati legano il calcio.

Piccole Intestino

• Assorbimento del calcio (da dieta).
• Proteine calcio-leganti sulle cellule epiteliali.
• Riserva di calcio nelle ossa.

Rene

• In condizioni fisiologiche tutto il calcio filtrato a livello glomerulare viene riassorbito nei tubuli.

Cellule C Parafollcolari

• Le cellule C (o parafollicolari) della tiroide (e i corpi ultimobrachiali in altri vertebrati) producono calcitonina o tirocalcitonina.
• La calcitonina è un ormone ipocalcemizzante.

Paratormone (PTH)

• Anatomia: 4 ghiandole (2 interne e 2 esterne) in posizione diversa a seconda delle specie animali (uomo, carnivori e piccoli ruminanti).
• Microscopica: presentano cellule principali (funzionanti) e ossifile (esaurite).
• Azione: è un ormone ipercalcemizzante.
• Meccanismo d'azione: aumento della conduttanza al Ca2+, attivazione enzimi e/o proteine trasportatrici.
• Effetti sull'osso: attivazione di processi glicolitici (acido lattico, acido citrico), azione litica sulla superficie dell'osso con liberazione di calcio e fosfati riassorbiti dal circolo sanguigno usando un trasporto favorito da vitamina D.
• Regolazione: la secrezione è stimolata dall'ipocalcemia e inibita dall'ipercalcemia, bassi livelli di magnesio e adrenalina la stimolano. La vitamina D inibisce la secrezione PTH.
• Il PTH è una proteina lineare di 84 amminoacidi.
• Il PTH è secreto come precursore di grandi dimensioni dal reticolo endoplasmatico rugoso e va attraverso diversi passaggi all'interno della cellula per arrivare alla forma finale e poi viene immagazzinato nei granuli secretori.

Calcitonina

• Peptide di 32 aminoacidi.
• Secrezione: dal reticolo endoplasmatico rugoso.
• Meccanismo d'azione: adenilatociclasi e AMP ciclico.
• Regolazione: Ipercalcemia, Gastrina, CCK e adrenalina, stimolando il sistema simpatico con recettori beta.
• Azione: ipocalcemizzante.
• Inibizione del riassorbimento di Ca2+ dalle ossa.
• Inibizione dell'assorbimento del Ca2+ a livello intestinale.
• Facilitazione dell'escrezione renale di Ca2+.
• Induzione dell'escrezione renale dei fosfati (Mg+, K+, Na+).
• Azione a livello ipotalamico con effetti euforizzanti e riduzione dell'assunzione di cibo.
• Meccanismo d'azione: alterazione del flusso di Ca2+ tra liquor e tessuto nervoso.

Vitamina D

• Informazioni generali: Molecola liposolubile necessaria per l'assorbimento del calcio intestinale e per i processi di rimaneggiamento osseo.
• Produzione cutanea: inizia con il 7-deidrocolesterolo, convertito in vitamina D3 (colecalciferolo) con l'esposizione alla luce UV.
• Attivazione: per via epatica (25-idrossilasi e formazione di 25-idrossicolecalciferolo) e poi renale (1-a-idrossilasi e formazione di 1,25-idrossicolecalciferolo, o calcitriolo).
• Regolazione: ipofosfatemia, ipocalcemia, e PTH.
• Meccanismi d'azione: azione ormonogenica sulle cellule intestinali, stimola la sintesi di una proteina che lega il calcio (CaBP); azione permissiva sui processi di mineralizzazione ossea per il PTH, aumento dei processi di mineralizzazione ossea.
• Effetti extra ossei: stimola la produzione di ormoni GH, estrogeni, lattogeni placentari, e PRL.

Ipo/Ipercalcemia

• Perdita di Ca2+: ipocalcemia, aumento del PTH, sintesi di vitamina D, aumento assorbimento intestinale di Ca2+ ridotto, rilascio di Ca2+ e fosfato da osso, diminuzione di escrezione di Ca2+ nel rene
• Eccesso di Ca2+: ipercalcemia, diminuzione di PTH, sintesi e assorbimento vitamina D ridotto, minore rilascio di Ca2+ e fosfato da ossa, ma aumenta escrezione di Ca2+ e fosfati da rene.

Patologie associate al metabolismo del calcio

• Iperparatiroidismo primario: secrezione eccessiva di PTH, con alterazioni del metabolismo sierico e osseo di Ca2+. Osteodistrofia fibrosa con scarsa mineralizzazione ossea generalizzata.
• Iperparatiroidismo secondario renale: danno renale cronico, diminuzione della filtrazione glomerulare, iperfosfatemia e ipocalcemia, diminuzione della sintesi di vitamina D attiva e conseguente demineralizzazione dello scheletro (mascella di gomma).
• Iperparatiroidismo secondario nutrizionale: Squilibri alimentari (carenza Ca2+, Vit.D e eccesso fosforo), ipocalcemia con aumento di PTH.
• Pseudoiperparatiroidismo: neoplasie maligne non paratiroidee che secernono sostanze ad azione PTH-simile.
• Ipoparatiroidismo: Secrezione troppo scarsa di PTH, conduco a ipocalcemia e iperfosfatemia per ipofosfaturia.
• Ipercalcitonismo: alimentazione eccessivamente ricca di calcio da lunghi periodi.
• Collasso puerperale: ipocalcemia dovuto a scarsa reattività delle cellule produttrici di PTH nelle vacche da latte.
• Eclampsia puerperale: Squilibrio tra Ca²⁺ entrante ed uscente, in particolare nei cani di piccola taglia che allattano.

Disvitaminosi D

• Rachitismo: deficit di vitamina D nei bambini, rallenta lo sviluppo scheletrico.
• Osteomalacia: deficit di vitamina D negli adulti, provoca indebolimento osseo.
• Ipervitaminosi D: livelli eccessivamente alti di vitamina D, manifestazioni come "osteopetrosi" (gatto di marmo) può essere legato ad alimentazione con fegato crudo.

Malattie Metaboliche dell'Osso

• Osteoporosi: disturbo scheletrico caratterizzato da una compromissione della resistenza dell'osso che aumenta il rischio di fratture.
• Osteomalacia: indebolimento osseo dovuto alla mancanza di mineralizzazione, legato solitamente ad ipovitaminosi D.

Effetti degli estrogeni sull'osso

• Aumento dell'apoptosi degli osteoclasti.
• Riduzione dell'attività degli osteoclasti.
• Diminuzione della formazione degli osteoclasti.
• Riduzione dell'apoptosi degli osteoblasti.