Metabolismo del calcio, del fósforo y del magnesio

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1 SECCIÓN I: ESTRUCTURA Y REGULACIÓN DEL HUESO CAPÍTULO 2 Metabolismo del calcio, del fósforo y del magnesio Carlos Gómez Alonso, Minerva Rodríguez García, Jorge B Cannata INTRODUCCIÓN El calcio, el fósforo y el magnesio participan en numerosos procesos biológicos de tal importancia que se ha desarrollado un complejo sistema de regulación homeostática para mantener sus concentraciones séricas en unos límites muy estrechos. El calcio interviene en la conducción nerviosa, la contractilidad muscular, el mecanismo de secreción y acción de diversas hormonas y enzimas citosólicas, la permeabilidad de membranas, el proceso de coagulación de la sangre y la mineralización del hueso. El fósforo forma parte de los fosfolípidos de membrana, de los nucleótidos que conforman el ARN y el ADN, y también de los enlaces de alta energía de moléculas como ATP y GTP y segundos mensajeros (AMPc, GMPc); además, puede actuar como regulador de diversas enzimas. Su mayor depósito es el esqueleto, donde junto al calcio es el mineral más abundante. El magnesio participa como cofactor en numerosas reacciones enzimáticas, entre ellas aquellas en que participa el ATP y en los procesos de replicación, transcripción y traducción de la información genética. Aunque en la regulación de la homeostasis mineral intervienen numerosos órganos y hormonas, los principales efectores son el intestino, el riñón y el hueso, sobre los que actúan las hormonas calciotropas, PTH, vitamina D y calcitonina, modulando la absorción, eliminación y depósito de manera que se mantengan unos niveles séricos constantes (figuras 1 y 2). La interrelación entre el sistema hormonal y los niveles séricos de calcio, fósforo y magnesio son tan estrechas que, con frecuencia, la interpretación de los cambios debe ser realizada en conjunto para que tenga sentido fisiopatológico. METABOLISMO DEL CALCIO El calcio es el catión más abundante del organismo. El 99% del calcio corporal total, unos g en un adulto, se encuentra en la fase mineral del hueso en forma de cristales de hidroxiapatita. En el plasma se encuentra en un 50% como calcio iónico libre, en un 10% ligado a aniones (citrato, bicarbonato) y en un 40% ligado a proteínas (fundamentalmente albúmina). El calcio iónico es la fracción biológicamente activa y puede sufrir variaciones importantes con cambios en el ph: en situaciones de acidosis diminuye su unión a proteínas y en alcalosis aumenta. Los cambios en la concentración de proteínas pueden inducir a errores en la valoración del calcio plasmático, siendo necesario corregir su concentración 7

2 8 MANUAL PRÁCTICO DE OSTEOPOROSIS Y ENFERMEDADES DEL METABOLISMO MINERAL PTH Calcitriol Riñón Hueso Calcitonina Intestino Calcio Fósforo Magnesio Figura 1. Esquema general de regulación del metabolismo mineral. Las hormonas calciotropas actúan sobre los órganos diana y regulan tanto los niveles de calcio sérico como fósforo y magnesio. en función de los valores de proteínas o albúmina (restar 0,8 mg/dl por cada gramo de albúmina que exceda de 4 g/dl y sumar la misma cantidad por cada gramo de albúmina por debajo de dicho nivel). La concentración de calcio citosólico es del orden de 10-6M, frente a 10-3M en el líquido extracelular. Absorción intestinal del calcio El calcio se absorbe fundamentalmente en el duodeno y el yeyuno. La capacidad de absorción viene condicionada por la biodisponibilidad del calcio dietético (reducida en presencia de fitatos y oxalatos) y por la propia cantidad de calcio ingerido. Un escaso porcentaje se absorbe por difusión simple, paracelular y no saturable, y la mayor parte mediante un proceso de absorción transcelular fisiológicamente regulado por la vitamina D, que estimula su paso tanto mediante acciones genómicas (síntesis de proteínas transportadoras) como no genómicas. En circunstancias normales se absorbe aproximadamente un 30% del calcio dietético. Las dietas pobres en calcio, el déficit de vitamina D y la falta de respuesta intestinal a la misma (exceso de glucocorticoides o de hormona tiroidea, síndromes de malabsorción ) son las causas más frecuentes del déficit de absorción del calcio. Manejo renal del calcio Sólo el calcio plasmático no ligado a proteínas (60%) es filtrado a nivel glomerular. El 70% del calcio ultrafiltrado se reabsorbe en el túbulo proximal, a nivel intercelular, condicionado por diferencias de concentración y de potencial, y mediante transporte celular activo (ATPasa magnesio dependiente e intercambio Na/Ca). El 20% del calcio filtrado es reabsorbido en el asa de Henle por diferencias de potencial subsecuentes a la acción de la bomba Na/K e intercambio Ca/Na. Los diuréticos de asa disminuyen la reabsorción de calcio al disminuir el potencial positivo intraluminal. En el túbulo contorneado distal se reabsorbe

3 Metabolismo del calcio, del fósforo y del magnesio 9 Dieta Intestino Espacio vascular Hueso Heces Orina Figura 2. Esquema global del balance del calcio, del fósforo y del magnesio Las flechas naranja indican flujo unidireccional de minerales; las negras, flujo neto. aproximadamente un 8% del calcio filtrado de forma activa, siendo el segmento donde se produce la mayor regulación de la excreción de calcio. El principal regulador de la excreción de calcio es la PTH, que disminuye la filtración y aumenta la reabsorción tubular, aunque por sus efectos a otros niveles la PTH puede aumentar la calciuria. El calcitriol, por su acción en el túbulo distal, promueve un aumento en la reabsorción de calcio, aunque, nuevamente por sus efectos en otros órganos, puede aumentar la calciuria. La calcitonina fisológicamente estimula la reabsorción tubular del calcio y a dosis suprafisiológicas la inhibe. Calcio óseo El calcio, junto con el fósforo, son constituyentes de la fase mineral del hueso que, depositados sobre las proteínas de la matriz ósea, dan rigidez al tejido y le confieren sus propiedades mecánicas de protección y sostén. Desde el período fetal se produce la formación y mineralización del tejido óseo, precisando del concurso de los osteoblastos tanto para la síntesis de la matriz proteica como para su posterior mineralización. Además, el hueso precisa ser renovado a lo largo de toda la vida para mantener sus propiedades biomecánicas. En este proceso de renovación, los osteoclastos digieren el tejido óseo, produciéndose una salida de la fase mineral al torrente circulatorio. Posteriormente y merced a los osteoblastos, se forma el nuevo tejido, que requiere la entrada de calcio y fósforo para su mineralización. Balance general del calcio Normalmente existe un equilibrio entre la absorción intestinal neta y las pérdidas urinarias de calcio, permaneciendo constante el calcio extracelular e intercambiándose, con balance cero, calcio extracelular y calcio óseo. Así, con una

4 10 MANUAL PRÁCTICO DE OSTEOPOROSIS Y ENFERMEDADES DEL METABOLISMO MINERAL dieta de unos mg de calcio, se absorberían unos 300 mg, se segregarían con jugos intestinales unos 125 mg, se eliminarían por heces unos 825 mg, resultando una absorción neta de 175 mg. El hueso, en su proceso de remodelación constante, vierte al torrente circulatorio unos 500 mg pero requiere del mismo otros 500 mg. El riñón filtraría unos mg, reabsorbería mg y eliminaría 175 mg. En el caso de que disminuya el calcio ingerido con la dieta, descendería la absorción de calcio y bajaría la concentración de calcio sérico. Ello estimularía la secreción de PTH, que aumentaría la resorción ósea, la reabsorción renal de calcio y la producción renal de calcitriol. Éste aumentaría la absorción intestinal y reabsorción renal de calcio y, en el hueso, favorecería la acción resortiva de la PTH. El balance entre entradas y salidas del organismo tendería a ser neutro, con estabilidad en los valores plasmáticos, pero a expensas de un balance negativo del hueso. Fisiológicamente, hay circunstancias que tienden a un balance general positivo, como ocurre con la formación de tejido óseo, de ahí la necesidad de un incremento en el aporte dietético del calcio. En otras circunstancias hay tendencia a un balance negativo como en el embarazo (por los requerimientos fetales) o en la senectud, en que disminuye la capacidad absortiva intestinal, disminuye la capacidad de formar vitamina D, etc, y se mantiene la estabilidad a expensas de perder masa ósea. METABOLISMO DEL FÓSFORO La mayor parte del fósforo del organismo (unos 600 g) se encuentra como fosfato inorgánico. El 70% del fosfato en plasma y la mayoría del celular se encuentra como fosfato orgánico. Constituye, junto con el calcio, la fase mineral del hueso, representando éste el 85% del total del fósforo del organismo. Un 10% del fosfato en plasma circula unido a proteínas, siendo por tanto la mayoría ultrafiltrable. La diferencia de concentración entre el fosfato intracelular y extracelular es de unas dos veces, por ello no es necesario un mecanismo de regulación tan fino como en el caso del calcio. Absorción intestinal del fosfato Es similar a la reseñada para el calcio, siendo estimulada por la vitamina D, si bien en condiciones fisiológicas la absorción neta de fosfato es más lineal con el contenido dietético de fósforo. Su absorción se ve dificultada cuando se forman quelatos con cationes, como el calcio o el aluminio. Manejo renal del fosfato La mayoría del fosfato es ultrafiltrable pero se reabsorbe más del 85% del fosfato ultrafiltrado, fundamentalmente en el túbulo proximal vinculado al transporte Na/K y a un cotransporte Na/P. La PTH es el principal regulador de la eliminación final de fosfatos, inhibiendo la reabsorción tubular; la vitamina D tiene un efecto similar, pero menos marcado. Además, la fosfaturia depende de forma directa del contenido dietético en fosfatos. Junto al valor absoluto del fosfato en orina es útil evaluar la reabsorción tubular de fosfatos: 1- (P en orina

5 Metabolismo del calcio, del fósforo y del magnesio 11 x Cr en suero/p sérico x Cr en orina), que ofrece una medida del efecto de la PTH sobre el manejo tubular de fosfatos; el valor normal es 0,88. Cuando la función renal disminuye por debajo de 25 ml/min, el mecanismo compensador de incrementos de PTH no es suficiente, la eliminación de fosfatos es incompleta y se produce hiperfosforemia. Fosfato óseo El hueso es el principal depósito de fosfato del organismo aunque, por la gran biodisponibilidad del fósforo dietético, no juega el papel de reserva biológicamente indispensable que tiene en el caso del calcio. Las entradas y salidas del fosfato en el tejido óseo van en paralelo con las comentadas para el calcio, siendo necesaria una adecuada concentración de fosfato sérico para que se produzca una acertada mineralización. Cuando los niveles de fosfato descienden por debajo de 1,5-2 mg/dl se producen trastornos de mineralización (raquitismos hipofosfatémicos). Balance general de fosfatos Si bien el esquema general es similar al referido para el calcio, con el fosfato la principal regulación se establece entre la ingesta y las pérdidas renales. Niveles elevados de fosfato en sangre estimulan la secreción de PTH (promovería su eliminación renal) e inhiben la 1-alfa-hidroxilasa renal (disminuirían la síntesis de calcitriol y, por tanto, su absorción intestinal y su reabsorción renal). Por sus mecanismos hormonales de regulación, la calcemia y la fosfatemia tienden a moverse en sentido opuesto, manteniendo un producto constante, excepto cuando existe un déficit en el sistema de la vitamina D o destrucción ósea masiva, en los cuales pueden observarse hipocalcemia con hipofosforemia e hipercalcemia con hiperfosforemia, respectivamente. METABOLISMO DEL MAGNESIO El magnesio es un ion fundamentalmente intracelular. En el plasma circula el 1% del magnesio corporal total (55% en forma iónica, 20% unido a proteínas y el resto formando complejos con aniones). En el tejido óseo mineralizado se encuentra un 70%. Absorción intestinal del magnesio Al ser un componente celular, la ingesta de magnesio es proporcional al contenido calórico de la dieta. Se absorbe en proporción variable, por poder formar quelatos con aniones de la dieta (fosfatos). Su absorción no está regulada por la vitamina D. Magnesio óseo El hueso es el principal depósito de magnesio, aunque su contenido total, unos 18 g, esté muy alejado del contenido en calcio y fósforo. Sin embargo, el líquido intersticial del tejido óseo, muy rico en minerales, puede tener un papel en la reposición del magnesio, como en la respuesta rápida frente a la acidosis, sin precisar mediación celular.

6 12 MANUAL PRÁCTICO DE OSTEOPOROSIS Y ENFERMEDADES DEL METABOLISMO MINERAL Manejo renal del magnesio Pese a que la mayor parte del magnesio circulante es ultrafiltrable, el 95% del mismo es reabsorbido a nivel del túbulo renal, siendo el riñón el principal responsable de la regulación de los niveles de magnesio en el estrecho margen de sus valores de normalidad (1,8-2,2 mg/dl). La hipercalcemia, la depleción de fosfatos y la expansión de volumen disminuyen la capacidad de reabsorción. La aldosterona y la PTH también modulan la excreción renal de magnesio Balance general del magnesio Aunque el esquema es similar al del calcio y el fósforo, en este caso el reservorio también está constituido por tejidos blandos. Aunque la regulación de la cinética del magnesio no está tan clara como en el caso del calcio y el fósforo, circunstancias que aumentan los niveles de calcio y fósforo promoverían una pérdida renal de magnesio. El magnesio se ha involucrado en el mecanismo de sensor del calcio de la PTH y, a través de la misma, participaría de la regulación del calcio, siendo la hipomagnesemia una de las causas de hipocalcemia. BIBLIOGRAFÍA Bushinsky DA. Calcium, magnesium and phosphorous: renal handling and urinary excretion. En: Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism. Editado por Favus MJ. 4ª ed. American Society for Bone and Mineral Research. Lippincott Williams and Wilkins, 1999, pp Bushinsky DA. Acid-base imbalance and the skeleton. Eur J Nut 40(5):238-44, Broadus AE. Mineral balance and homesotasis. En: Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism. Editado por Favus MJ. 4ª ed. American Society for Bone and Mineral Research. Lippincott Williams and Wilkins, 1999, pp Fukugawa M, Kurokawa K. Calcium homeostasis and imbalance. Nephron 92, S1:41-5, García Alcántara A, de la Torre Prados MV, Poullet Brea A. Trastornos del metabolismo del calcio, fósforo y magnesio. González Macías J. Trastornos del metabolismo mineral. En: Medicina Interna. Editado por Rodés J, Guardia J. Masson SA, Madrid, 1997, pp Lemann J, Favus MJ. The intestinal absorption of calcium, magnesium and phosphate. En: Primer on the Metabolic Bone Diseases and Disorders of Mineral Metabolism. Editado por Favus MJ, 4º ed, American Society for Bone and Mineral Research. Lippincott Williams and Wilkins, 1999, pp López Martínez JL, Sánchez M. Magnesio: metabolismo y requerimientos. En: n1_97/revision/metabol.htm Nordin BEC. Calcium In Human Biology. Springer Verlarg, Berlin Torres A, Cannata JB. Metabolismo calcio-fósforo y sus alteraciones. En: Nefrología clínica. Ed. por Hernando et al. Editorial Médica Panamericana, Madrid 2003, pp