Diapositiva 1 - Università degli Studi della Basilicata

PROPRIETÀ BIOLOGICHE DEL TESSUTO OSSEO
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BIOLOGIA DELL’OSSO
FUNZIONE:
 MECCANICA:
• Sostegno e forma al corpo
• Protezione organi interni
• Locomozione
Necessità di ADATTAMENTO al mutare degli stimoli
Accrescimento e maturazione
dell’organismo
Cambiamento carico meccanico
Riparazioni
 METABOLICA
•
•
•
•
Omeostasi dei minerali (Ca, P, Mg) → Fine regolazione ormonale
Bilancio acido-base
Emopoiesi
Secrezione endocrina
• Trasduzione dei suoni
• Detossificazione
• Produzione di fattori di crescita, di acidi grassi che vengono depositati
(midollo giallo)
spongy bone
Proximal
compact bone
epiphysis
Diaphysis
Endosteum
epiphyseal
line
yellow marrow
Sharpey’s fibers
Distal
epiphysis
hyaline cartilage
periosteum3
Aspetti macroscopici - Istologia
L’osso può essere classificato come:
 Corticale o Compatto
 Spugnoso o Trabecolare

Costituisce 80% massa scheletrica

Costituisce 20% massa scheletrica

Osso duro, solido, che resiste agli stress

Osso dalla struttura alveolare presente
prodotti dal peso e dal movimento
nella parte più interna

80-90% mineralizzazione

15-25% mineralizzazione

Presenza di unità strutturali a lamelle

Molti spazi tra le specole (trabecole)
ripetute chiamate OSTEONI o SISTEMI

Le trabecole, variamente orientate ed

HAVERSIANI, contenenti vasi sanguigni,
intersecate tra loro, delimitano le cavità
vasi linfatici, nervi
midollari che contengono midollo rosso
Il canale Haversiano è circondato da anelli
(ematopoietico) e giallo (grasso)
concentrici
di
cellule
(OSTEOCITI)
e
matrice calcificata
METABOLICAMENTE PIÙ4 ATTIVO
5
6
7
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9
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Aspetti microscopici del Tessuto osseo
Tessuto connettivo specializzato, costituito da diversi tipi di cellule disperse in una matrice
extracellulare (ECM) formata da materiale fibroso e da sostanza amorfa:
La presenza delle cellule rende l’osso un tessuto tutt’altro che “morto”,
bensì assolutamente DINAMICO!!!
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COMPONENTE ORGANICA : conferisce all’osso flessibilità, elasticità e resistenza alla trazione
COMPONENTE INORGANICA : conferisce all’osso durezza, rigidità e resistenza alla compressione
•
•
Se è rimosso il minerale, l’osso è troppo pieghevole
Se è rimosso il collagene, l’osso è troppo fragile
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MATRICE
Costituita per il 90-95% da proteine, principalmente fibre di collagene, e per il rimanente da un
mezzo omogeneo detto sostanza fondamentale.
Le fibre di collagene, principalmente di tipo I ed organizzate parallelamente l’una all’altra, sono
disposte lungo le linee delle forze di tensione alle quali l’osso è fisiologicamente sottoposto. Tali
fibre conferiscono all’osso la sua elevata resistenza alla tensione.
Altre proteine non-collagene sono: 1) proteine di adesione (fibronectina, osteopontina); 2)
proteine associate alla mineralizzazione della matrice (osteocalcina, osteonectina); 3) Proteine
regolative: proteine morfogenetiche dell’osso (BMP)
La sostanza fondamentale è costituita da liquido extracellulare contenente proteoglicani (PG) e
glicosoaminoglicani (GAG), a base specialmente di condroitinsolfato ed acido ialuronico.
Queste sostanze pare intervengano anche nel controllo della deposizione dei sali di calcio.
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SALI
La
componente
minerale
dell’osso
è
costituita
principalmente
da
idrossiapatite
[Ca10(PO4)6(OH)2]. Questa forma cristalli fusiformi che si depositano nel collagene e nella
sostanza fondamentale. L’orientamento dei cristalli è solitamente parallelo a quello14delle fibre di
collagene.
CELLULE
Cellule specializzate: cellule osteoprogenitrici, osteoblasti, osteociti, osteoclasti.
Mineralizzazione della matrice ossea
 Elevata concentrazione di ioni Ca2+ in circolo, che può stimolare il differenziamento di MSC-cells in
pre-osteoblasti;
 I pre-osteoblasti secernono tessuto osteoide, formato soprattutto da collagene di tipo I, osteonectina,
fosfatasi alcalina (proteina di membrana plasmatica che genera Pi nello spazio extracellulare e che
complesserà con gli ioni Ca2+ per formare cristalli di CaP attorno cui si formerà l’idrossiapatite), e sono
espresse il PTHr ed una serie di integrine;
 Successivamente alla formazione di Pi extracellulare ed alla sintesi di collagene, i pre-osteoblasti
maturano in osteoblasti, che continuano a esprimere collagene I, BSP-1 (sialoproteina-1 ossea), fosfatasi
alcalina, PTHr e osteocalcina;
 Osteoblasti generano vescicole contenenti l’annessina V, la fosfatasi alcalina, la calbindina, le
pirofosfatasi, l’anidrasi carbonica, la BSP-1, l’osteonectina e l’osteocalcina, con generazione di ‘giovani’
cristalli di idrossiapatite, che in seguito fuoriusciranno dalle vescicole;
 L’accrescimento dei cristalli di idrossiapatite nella matrice sarà regolato dalla concentrazione di Ca2+ e Pi e
da fattori quali il pH locale, la presenza di proteine non collagene quali BSP-1, osteocalcina, osteonectina
e osteopontina.
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 Quindi, nel giro di pochi giorni, precipitano i sali di calcio sulla superficie delle fibre di collagene. Lungo
ciascuna di queste fibre i precipitati compaiono ad intervalli, seguendo il periodo delle fibre stesse, formando
minuscoli nuclei che rapidamente, in un lasso di giorni o di settimane, si sviluppano, dando luogo al prodotto
finito, ovvero i cristalli di idrossiapatite.
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Cellule dell’osso
 Cellule osteoprogenitrici
 Osteoblasti: costruiscono nuovo osso
 Osteoclasti: ‘’mangiatori’ di osso
 Osteociti: cellula dell’osso maturo
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CELLULE OSTEOPROGENITRICI
 Derivano dalle cellule mesenchimali embrionali;
 Cellule non differenziate di forma affusolata simili ai fibroblasti;
 Differenziano in osteoblasti (molto attive nell’accrescimento);
 Localizzazione: sulle superfici libere dell’osso maturo (strato interno del periostio;
endostio)
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OSTEOBLASTI
 Cellule di origine mesenchimale (MSC), derivate dalle cellule osteoprogenitrici;
 Costituiscono il 5-6% del totale delle cellule ossee;
 Localizzate sulla superficie dell’osso, secondo una disposizione a strati cuboidali
o cilindrici;
 Specializzate nella sintesi e nel mantenimento della matrice organica dell’osso
(tessuto osteoide) → intensa attività metabolica, interamente rivolta alla
DEPOSIZIONE DEL TESSUTO OSSEO;
 Hanno un elevato contenuto di fosfatasi alcalina distribuita sulla loro membrana
cellulare, la cui attività è necessaria per la normale mineralizzazione dell’osso;
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 Possiedono
recettori per l’ormone PTH e per il calcitriolo (1,25(OH)2 vit.D,
nonché per diverse citochine, fattori di crescita e ormoni della riproduzione;
 Tra i prodotti di queste cellule vi sono i ‘fattori di interazione’ mediante i quali gli
osteoblasti esercitano una funzione di regolazione dell’attività degli osteoclasti
(funzione endocrina).
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OSTEOCLASTI
 Cellule di origine monocitica/macrofagica, polinucleate, con un gran numero di mitocondri e
lisosomi;
 Di solito presenti isolate o in piccoli ammassi all’interno di una lacuna di riassorbimento
da loro stessi prodotta;
 Presentano un bordo frastagliato che aderisce all’osso che deve essere riassorbito,
mediante secrezione di protoni e di enzimi proteolitici nello spazio tra il bordo
frastagliato e la superficie dell’osso → contribuiscono al controllo della crescita e del
rinnovamento dello scheletro;
 A fianco di altri organi, tra cui rene, intestino, tiroide e paratiroidi, influenzano anche la
calcemia e la fosfatemia;
 Il PTH e il calcitriolo stimolano il riassorbimento osteoclastico, ma tale effetto è
mediato dai recettori per questi ormoni situati sugli osteoblasti e dalla successiva
secrezione, da parte di queste cellule, dei ‘fattori di interazione’ (ad es. RANKL).
 Si connettono all’osso attraverso una struttura detta podosoma, in cui filamenti
intracellulari di actina si attaccano alla membrana tramite dei recettori integrinici; ciò
innescherà una serie di eventi intracellulari che si concluderà con il riassorbimento osseo;
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Il RANKL (RANK-Ligando) é un mediatore specifico appartenente alla famiglia del Tumor Necrosis Factor
(TNF), che viene prodotto dagli osteoblasti a seguito di numerosi stimoli, fra cui ormoni, citochine e fattori
di crescita. Il RANKL é in grado di legarsi a un recettore specifico (RANK) espresso sia sulle cellule
progenitrici degli osteoclasti, sia sugli osteoclasti maturi. L’interazione del RANKL con il RANK determina la
trasformazione dei precursori mononucleati in osteoclasti maturi. Questo meccanismo é essenziale per
la formazione, la funzione e la sopravvivenza dell’osteoclasta ed é una condizione necessaria affinché gli
osteoclasti possano svolgere l’attività di riassorbimento osseo a cui sono deputati.
TRAP: Fosfatasi acida
tartrato
necessaria
resistente,
per
riassorbimento osseo
Prodotti dagli osteoblasti!!
RANK: receptor-activated nuclear factor κB e RANKL: RANK ligand
il
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L’osteoprotegerina (OPG) è una citochina solubile prodotta dagli osteoblasti, strutturalmente simile al
RANK. L’OPG agisce da recettore solubile decodificatore per il RANKL, prevenendone il legame con il RANK
attraverso un meccanismo di competizione recettoriale e, di fatto, bloccandone le attività biologiche.
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L’attività degli osteoclasti é dipendente dal rapporto tra RANKL e OPG. Quando vi é un
eccesso di RANKL, l’osteoclastogenesi é esaltata e prevale il riassorbimento osseo,
mentre
quando
prevale
l’OPG,
l’attivazione
osteoclastica
viene
inibita
e
il
riassorbimento osseo é rallentato. Nelle donne in post menopausa, a seguito del calo
dei livelli estrogenici, vengono espressi livelli aumentati di RANKL da parte degli
osteoblasti, e ciò suggerisce che vi sia una modifica del rapporto tra RANKL e OPG che
favorisce il riassorbimento osseo, con conseguenze negative sull’omeostasi dello
scheletro.
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La
neutralizzazione
l’inibizione
della
del
RANKL
formazione,
comporta
attivazione
e
sopravvivenza degli osteoclasti con conseguente
diminuzione del loro numero e della loro
funzionalità, riduzione del riassorbimento osseo
e
incremento
della
massa
(corticale
e
trabecolare), del volume e della resistenza
dell’osso.
Commercializzato con i nomi Prolia e Xgeva, è
indicato per il trattamento dell‘OSTEOPOROSI postmenopausale (PMO) ed il rimaneggiamento con
perdita di massa ossea per artrite reumatoide (AR) o
metastasi ossee.
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OSTEOCITI
 Cellule a forma ‘di ragno’ che originano dagli osteoblasti, successivamente alla deposizione del tessuto
osseo che hanno formato;
 Costituiscono il 90-95% del totale delle cellule ossee e sono le più longeve (~25 anni);
Differenziamento
nei vari comparti
dell’osso
 Facilmente identificabili nella sezione ossea, poiché completamente intrappolati nella matrice; ciò ha,
peraltro, reso difficile isolarli e studiarli!
 Durante la deposizione ossea, una parte degli osteoblasti comincia a differenziarsi per diventare
osteocita, inducendo modificazioni funzionali e strutturali alla cellula;
Ogni osteocita possiede fino a 50 lunghe ‘ramificazioni’, che si propagano nell'osso in una
rete di canalicoli interconnessi. Queste ‘propaggini’ si toccano l’un con l’altra, ed
eventualmente anche con altri tipi di cellule, mediante giunzioni che facilitano il trasporto
intercellulare di piccole molecole di segnalazione. La comunicazione cellula-cellula è ottenuta
anche attraverso un fluido interstiziale che scorre attraverso i canalicoli attorno agli
osteociti. Questa rete è essenziale nel coordinare la risposta dell'osso ai segnali
meccanici e biologici.
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 Gli osteociti sono connessi tra loro grazie a tali gap-junction, formando una rete
tridimensionale sepolta nella matrice ossea. La loro forma, la distribuzione e organizzazione
spaziale sono coerenti con le loro funzioni di rilevamento e di trasporto dei segnali. Vi è
generale accettazione che gli osteociti sono coinvolti nella traduzione di stimoli meccanici in
segnali biochimici (fungono da MECCANORECETTORI);
 Gli
osteociti
possono
controllare
direttamente
la
differenziazione
e
l'attività
osteoclasti e osteoblasti.
31
di
RIMODELLAMENTO OSSEO
Il tessuto osseo subisce un continuo rinnovamento strutturale, detto rimodellamento, che dura per tutta la
vita dell’individuo. Esso assicura la competenza meccanica dello scheletro e contribuisce a mantenere
equilibrata la concentrazione ematica degli ioni calcio e fosfato.
Le esigenze meccaniche e le richieste metaboliche possono essere considerate come forze diverse che
agiscono contemporaneamente sullo scheletro, indipendentemente l’una dall’altra. I segmenti ossei più
sollecitati meccanicamente sono irrobustiti e modellati secondo l’azione delle linee di forza
maggiormente incidenti. Le forze meccaniche applicate al tessuto sono percepite dai prolungamenti
degli osteociti, che quindi svolgono il ruolo fondamentale di meccanorecettori.
Se le forze meccaniche per un verso sono considerate positive, rendendo i vari segmenti ossei adatti a
sostenere sollecitazioni ad essi applicate, le forze metaboliche non tengono in alcun conto la funzionalità
meccanica, e per esse prevale la priorità del mantenimento dell’omeostasi del calcio e del fosfato.
Inoltre, l’osso si rimodella in risposta alla normale crescita, a microfratture (dovute a normali o anormali
sollecitazioni meccaniche), a fratture causate da traumi: in seguito, quindi, a stimoli diversi (meccanici,
umorali, ecc), un gruppo di cellule inizia il processo di riassorbimento che risulterà nella sostituzione
dell’osso preesistente con un tessuto nuovo
Questo gruppo di cellule viene definito Unità Metabolica Ossea (Bone Metabolic Unit, BMU), avente
un ciclo di attività che dura da 24 a 36 mesi; il lavoro complessivo di tutte le BMU attive porta al
rimodellamento ogni anno di ~ 10-20% dello scheletro
Il meccanismo è diviso in 5 distinte fasi: attivazione, riassorbimento, reclutamento osteoblasti,
formazione dell’osso, quiescenza. Per ciascuna di queste, esistono fattori di regolazione, di stimolo e
di blocco
In condizioni fisiologiche e nell’osso dell’età adulta, i due processi del rimodellamento, il riassorbimento
e la neoformazione, procedono appaiati: la ‘quantità’ di osso rimane costante; in età pediatrica
prevale la fase di neoformazione dell’osso, in menopausa e nell’età avanzata si osserva un
eccesso di riassorbimento
Bone Turnover Relative to Development
Formation
Resorption
Male
Female
•Formation > Resorption
•High Turnover
‘modellamento’
•Formation = Resorption
•Formation < •Formation < Resorption
•Resorption
•Low Turnover
‘rimodellamento’
Perdita di minerali (ok se lenta)
Change in Bone Density with Age
IMPORTANTE: gli osteoblasti e gli osteoclasti evidentemente ‘comunicano’ tra di loro, non solo nell’interazione
tra riassorbimento e formazione dell’osso, ma anche in risposta a segnali ormonali. Per esempio, l’effetto
stimolatore del PTH sul riassorbimento osteoclastico passa attraverso il legame dell’ormone sui recettori posti
solo sugli osteoblasti, visto che gli osteoclasti ne sono privi!!!
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Altri fattori che influenzano il rimodellamento:
 Minerali

Grandi quantità di calcio e fosforo e piccole quantità di magnesio,
fluoro, manganese sono richieste per la crescita ed il rimodellamento
osseo
 Vitamine

Vitamina A stimola l’attività degli osteoblasti

Vitamina C è necessaria per la sintesi di collagene

Vitamina
D
aiuta
durante
la
formazione
ossea
aumentando
l’assorbimento intestinale di calcio

Vitamine K e B12, necessarie per la sintesi di proteine ossee
 Ormoni

Human Growth Hormone (GH): promuove in generale la crescita di tutti i
tessuti

Insulin-like Growth Factor (IGF): stimola l’uptake di aminoacidi e la sintesi
proteica

Insulina: promuove la normale crescita ossea

Ormoni della tiroide: promuove la normale crescita ossea

Estrogeni e Testosterone: aumentano l’osteogenesi in pubertà e sono
responsabili del differenziamento di genere dello scheletro; nelle donne, gli
estrogeni bloccano l’attività osteoclastica
MARCATORI DI RIMODELLAMENTO OSSEO
Alterazioni del processo di rimodellamento possono portare, a lungo termine, a variazioni della
massa e della struttura ossea, che possono essere rilevate con tecniche radiologiche e
densitometriche.
A differenza di queste misure, che rilevano alterazioni ossee già instaurate da tempo, i
BIOMARCATORI di rimodellamento osseo sono PIÙ ADATTI a rilevare la dinamica di queste
alterazioni, in quanto sono i prodotti diretti del metabolismo osseo e possono dare un’immagine
dello STATO METABOLICO ATTUALE DELL’OSSO.
Diverse molecole che possono essere misurate nel sangue e nelle urine sono state identificate
come biomarcatori dell’attività metabolica dell’osso e possono quindi fornire una stima in tempo
reale di perturbazioni (fratture, osteoporosi, ecc.) del rimodellamento osseo.
BIOMARCATORI DI FORMAZIONE OSSEA
I biomarcatori di formazione e apposizione ossea sono prodotti diretti o indiretti dell’attività degli osteoblasti,
espressi sia durante le differenti fasi di differenziamento sia nel corso della deposizione e maturazione di nuova
matrice extracellulare ossea. Tutti i marcatori di formazione ossea vengono misurati nel siero o nel plasma:
FOSFATASI ALCALINA OSSEA
OSTEOCALCINA
PROPEPTIDI N-TERMINALE E C-TERMINALE DEL PROCOLLAGENE DI TIPO I
OSTEOPROTEGERINA
BIOMARCATORI DI RIASSORBIMENTO OSSEO
La maggior parte dei marcatori di riassorbimento osseo è costituita da prodotti di degradazione del collagene di
tipo I dell’osso, che possono essere misurati nelle urine e nel siero, tra i quali il principale è la fosfatasi acida
resistente al tartrato (TRAP):
FOSFATASI ACIDA
SIALOPROTEINA DELL’OSSO
IDROSSIPROLINA
TELOPEPTIDI CROSS-LINK DEL COLLAGENE DI TIPO I
METABOLISMO DEL CALCIO,
DEL FOSFORO E DEL MAGNESIO
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 Il calcio presente nell’organismo è il minerale più abbondante: in un individuo sano
adulto di circa 70 kg sono presenti circa 1200 g di calcio, di cui il 99% è
localizzato nel tessuto osseo (idrossiapatite, Ca10(PO4)6(OH)2) e l’altro 1% è
presente in altri tessuti e nei fluidi corporei.
 Il fosforo ha un contenuto di circa 850 g (circa 23 moli), quindi costituisce circa
l’1% in peso; è presente come fosfati inorganici. La maggior parte (85%) è nello
scheletro e nei denti (in forma di idrossiapatite) ed il 14% distribuito nelle cellule
dei tessuti molli.
 Il magnesio è il quarto catione dell’organismo in ordine di abbondanza; il suo
contenuto in un individuo adulto è pari a circa 1 mol (24 g), localizzato per il 65%
nel tessuto osseo ed il resto all’interno delle cellule. Soltanto l’1% del magnesio
totale si trova nei fluidi extracellulari
Le ossa costituiscono una riserva di Ca, P e Mg
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Assorbimento
 Ca, P e Mg assunti con la dieta, vengono assorbiti attivamente in tutto l’intestino
tenue;
 La quantità di calcio assorbito nel canale gastroenterico non è molta a causa
della relativa insolubilità di molti dei suoi composti; il fosfato viene assorbito
benissimo, salvo nel caso ci sia un eccesso di calcio nella dieta, con il quale
forma composti pressoché insolubili, che non vengono assorbiti e, dopo aver
percorso tutto l’intestino, vengono eliminati con le feci; il magnesio è assorbito
nel tenue attraverso sia un meccanismo mediato da un trasportatore sia con un
processo di diffusione non specifico;
 Entrano dalla membrana apicale delle cellule intestinali per gradiente di
concentrazione ed escono dalla membrana basolaterale tramite carriers che
operano un trasporto attivo.
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49
CALCIO
RUOLO BIOLOGICO DEL CALCIO
1.
Ruolo strutturale: indispensabile per la formazione di ossa e denti
2.
Ruolo metabolico:

E’ coinvolto nell’accoppiamento eccitazione-contrazione nelle cellule muscolari

È necessario per la trasmissione dell’impulso nervoso;

Funziona da segnale intracellulare per alcuni ormoni (secondo messaggero), ad
esempio coinvolti nella crescita e moltiplicazione cellulare;

Indispensabile per la coagulazione del sangue;

È un attivatore di alcuni enzimi (glicogeno fosforilasi chinasi, trombochinasi,…) ;

Diminuisce la permeabilità capillare e delle membrane cellulari, controllando,
quindi, il meccanismo di trasporto di membrana;
50
CALCIO
NECESSITÀ DI UNA FINE REGOLAZIONE
DELL’OMEOSTASI DEL CALCIO
51
CALCIO
Distribuzione corporea del Calcio
1000-1200 g (25-30 moli) nel maschio adulto (70 kg)
Osso e denti (~25 moli, 99%)
idrossiapatite Ca10(PO4)6(OH)2
 un pool labile (1%),
rapidamente scambiabile
 un
pool
stabile,
scambiabile molto più
lentamente
Tessuti molli /ECF (~10 g, 0.25 moli, 1%)
Plasma (~2,1-2.6 mM, 10 mg/dl, ~0,1%)
 50% come ione Ca2+
Forma Attiva (1.2 mM)
 40% legato a proteine (es. albumina)
 10% come sale di fosfato, citrato
Forma Inattiva (1.2 mM)
Intracellulare
 90-99% in mitocondri e reticolo sarco/endoplasmatico (riserva)
 100 nM (10-7 M) nel citosol, 10.000 volte più basso dell’extracellulare
CALCIO
CALCEMIA TOTALE : 8.5-10.5 mg/dl = 2.1-2.6 mM
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CALCIO
METODI DI ANALISI DEL CALCIO
I livelli calcemici si mantengono in limiti molto ristretti (2.1-2.6 mM)
CALCIO
 Metodi chimici
diretti con complessanti
solubili, come
la cresolftaleina
complessone, in presenza di 8-idrossichinolina per eliminare l’interferenza del
magnesio;
 Metodi fisici basati sulla fotometria di emissione o di assorbimento atomico, che
richiedono l’uso di una fiamma ad elevata temperatura ed aggiunta al campione di sali di
lantanio per ridurre l’interferenza da matrice e da anioni (fosfati);
 Il calcio ionizzato viene agevolmente misurato con elettrodi iono-selettivi (ISE) e
contemporaneo controllo del pH per la normalizzazione dei dati che risultano fortemente
influenzati dalla variazione di pH
55
CALCIO
56
CALCIO
57
CALCIO
 Perché fare il test?
Per fare lo screening, la diagnosi e il monitoraggio di varie patologie
 Quando fare il test?
Come parte del pannello metabolico; quando il paziente mostra sintomi, o ha una patologia che colpisce i
reni, le ossa, la tiroide, le paratiroidi o i nervi o quando mostra i segni di concentrazioni aumentate o
diminuite di calcio. Quando al paziente critico deve essere monitorato il calcio; nel monitoraggio di alcuni tipi
di tumore; per valutare l’efficacia di un trattamento per concentrazioni di calcio anomale
 Che tipo di campione viene richiesto?
Un campione di sangue prelevato da una vena del braccio. Talvolta l’esame viene fatto su un campione di
urina random o sull’urina raccolta nelle 24 ore
 Il test richiede una preparazione?
L’esame non richiede il digiuno. E’ probabile che venga chiesto al paziente di smettere di prendere alcuni
farmaci che possono influenzare il risultato, come litio, antiacidi, diuretici, integratori a base di vitamina D, e
altri
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CALCIO
Come si usa?
Il calcio su sangue è prescritto per lo screening, la diagnosi e il monitoraggio di alcune patologie che
interessano ossa, cuore, nervi, reni e denti. Questo esame può inoltre essere prescritto se la persona mostra
i sintomi di patologie delle paratiroidi, malassorbimento o iper-attività della tiroide. La concentrazione totale
di calcio è spesso misurata come parte di un normale check- up dello stato di salute.
Un risultato anomalo del calcio è un indicatore della presenza di un problema. Per diagnosticare la
condizione presente, vengono fatti ulteriori esami tra cui il calcio ione, il fosforo, il magnesio, la vitamina D,
l’ormone paratiroideo (PTH) e i peptidi correlati al paratormone (PTHrP). Il PTH e la vitamina D sono
responsabili del mantenimento della concentrazione di calcio entro un range ristretto.
Se il calcio è anomalo, misurarlo insieme al PTH può aiutare a determinare se le ghiandole paratiroidee
funzionano normalmente. Misurare il calcio nell’urina può aiutare a capire se i reni rilasciano un’appropriata
quantità di calcio, mentre i test della vitamina D, del fosforo e/o del magnesio sono di supporto nel
determinare se ci sono altre carenze. Di frequente, l’equilibrio tra queste differenti sostanze (e i cambiamenti
che lo riguardano) è importante come le loro concentrazioni assolute.
Il calcio può essere usato come test diagnostico se la persona ha sintomi che suggeriscono:
Calcoli renali
Malattie ossee
Malattie neurologiche
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CALCIO
Il test del calcio totale viene prescritto di frequente per valutare la situazione del calcio. Nella
maggior parte dei casi riflette bene la quantità di calcio libero presente nel sangue dal
momento che l’equilibrio tra il calcio libero e legato è di solito stabile. Comunque, in alcuni
soggetti, l’equilibrio fra il calcio totale e quello libero è alterato ed il calcio totale non riflette la
situazione del calcio. In questi casi, può essere necessaria la misura del calcio ione. Le
persone alle quali dovrebbe essere misurato il calcio ione sono: pazienti in condizioni critiche,
coloro che ricevono trasfusioni di sangue o liquidi per via endovenosa, i pazienti che devono
subire grosse operazioni chirurgiche e coloro che hanno anomalie nelle proteine sieriche,
come una bassa albumina.
Grandi fluttuazioni nel calcio ione possono provocare un rallentamento o un’accelerazione del
battito, degli spasmi muscolari (tetanici), confusione o anche coma. Nei paziente in condizioni
gravi, è estremamente importante monitorare il calcio ione per essere pronti a trattare o
prevenire complicazioni gravi.
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CALCIO
 Quando viene prescritto?
Il test del calcio su sangue viene prescritto spesso quando il paziente si sottopone ad un regolare check- up.
Il medico può prescrivere il test del calcio quando il paziente ha:
 Malattie renali, poiché le concentrazioni di calcio sono spesso basse nei pazienti renali;
 Sintomi di calcio elevato come debolezza, stanchezza, perdita di appetito, nausea, vomito, costipazione, dolore addominale,
frequente bisogno di urinare, sete aumentata;
 Sintomi di calcio molto basso come crampi addominali, crampi muscolari o formicolio alle dita;
 Altre patologie associate a concentrazioni anomale di calcio come patologie tiroidee, patologie delle paratiroidi,
malassorbimento, tumore o malnutrizione;
Il test del calcio ione può essere prescritto quando il paziente ha intorpidimento attorno alla bocca, alle mani e
ai piedi e spasmi muscolari nelle stesse aree, che sono sintomi associati a basse concentrazioni di calcio ione.
D’altra parte, quando il calcio scende lentamente, la maggior parte delle persone non mostrano sintomi. Il
monitoraggio del calcio può essere necessario se la persona ha certi tipi di tumore (in modo particolare al
seno, ai polmoni, a testa e collo, ai reni o nel mieloma multiplo). Il monitoraggio può inoltre essere necessario
quando il paziente è in trattamento per concentrazioni anomale di calcio, per valutare l’efficacia del trattamento
a base di integratori di calcio o vitamina D.
Il test del calcio sull’urina può essere prescritto quando il paziente ha sintomi di calcoli renali, come dolore
acuto alla schiena attorno ai reni, che può progredire lentamente verso l’addome e/o sangue nell’urina.
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CALCIO
 Che cosa significa il risultato del test?
La concentrazione ematica di calcio non riflette la concentrazione di calcio nelle ossa, ma indica quanto
calcio circola nel sangue.
L’assorbimento, l’uso e l’escrezione del calcio sono regolati e stabilizzati da un meccanismo a retroazione
(feedback) che coinvolge PTH e vitamina D. Patologie e condizioni che interrompono la regolazione del
calcio possono provocare inappropriati aumenti o diminuzioni acuti o cronici e portare a sintomi di
ipercalcemia o ipocalcemia.
Nella maggior parte dei casi viene misurato il calcio totale perché è di più facile esecuzione rispetto al calcio
ione e non richiede cautela nel maneggiare il campione di sangue. Il calcio totale di solito riflette il calcio
libero dal momento che le forme libere e legate sono di solito ognuna la metà del totale. D’altra parte poiché
circa la metà del calcio nel sangue è legato a proteine, i risultati del calcio totale possono essere influenzati
da una concentrazione bassa o alta di proteine. In questi casi, è più utile misurare direttamente il calcio ione.
62
CALCIO
 C'è qualcos'altro da sapere?
Nei neonati, specialmente nei prematuri e nei bimbi sottopeso, viene spesso monitorato il calcio ione
durante i primi giorni di vita per rivelare un’eventuale ipocalcemia neonatale. Questa può verificarsi poiché
le paratiroidi sono immature e non causa sintomi. La patologia dovrebbe risolversi da sola o richiedere un
trattamento con integratori di calcio per via orale o endovenosa.
La misura del calcio su sangue e urina non rispecchia la quantità dell’elemento presente nelle ossa. A
questo proposito esiste un test simile ad una radiografia, chiamato densità ossea o MOC.
Prendere i diuretici tiazidici è la causa farmacologica più frequente di rialzo del calcio. Anche il litio o il
tamossifene possono aumentare la concentrazione di calcio.
63
FOSFORO
Il FOSFORO nell’organismo umano

Il P è un costituente di tutti gli organismi viventi, quindi è presente in tutti gli alimenti
naturali;

Nell’uomo adulto è presente in quantità pari a circa 800 – 900 gr (~1% peso corporeo)

Il P è strettamente legato al Ca (rapporto 2.5 :1 nelle ossa e di 2 :1 nel sangue) perché si
trova per l’85% nello scheletro sotto forma di idrossiapatite;

Il 14% è contenuto nelle cellule dei tessuti molli (muscoli), lo 0.5-1% nel sangue;

La maggior parte del fosfato intracellulare è legato a lipidi e proteine;

Svolge funzioni di sistema tampone nel compartimento intracellulare;

Nel sangue si trova sia in forma organica (fosfoproteine, fosfolipidi) sia in forma
inorganica (fosfato, HPO42- / H2PO4-).
CONCENTRAZIONE PLASMATICA
DEL FOSFATO
Maschi adulti: 0.7-1.4 mmol/l (2.2-4.3 mg/dl)
Bambini: 1.3-2.3 mmol/l (4.0-7.0 mg/dl)
Neonati: fino a 2.8 mmol/l (fino a 8.6
mg/dl)
64
FOSFORO
RUOLO BIOLOGICO DEL FOSFORO
Oltre che nella costituzione ossea, il P entra come costituente:

nelle membrane cellulari (cefaline, sfingomieline);

nell’ATP, GTP, ecc e quindi è implicato in tutte le reazioni che necessitano energia;

nel cAMP e inositolo trifosfato ed è quindi implicato in tutte le reazioni che coinvolgono i
secondi messaggeri;

nel fosfato mono- e bi-sodico ed è quindi implicato in tutte le reazioni che partecipano
all’equilibrio acido-base, come tampone;

negli acidi nucleici;

La fosforilazione/defosforilazione degli enzimi sono meccanismi importanti nella
regolazione dell’attività metabolica dell’organismo.
65
FOSFORO
PTH
Se la concentrazione plasmatica scende al di sotto di 1
mmol, con l’urina non se ne perde affatto; al contrario,
ne viene eliminato tanto quanto ce n’è in eccedenza:
Ruolo regolatore dei reni
Da tenere in considerazione anche l’effetto del calcitriolo!
66
FOSFORO
 Il termine fosforo e fosfato sono spesso usati come sinonimi quando si parla del dosaggio, ma in realtà il test misura la
concentrazione del fosfato
 Come raccogliere il campione da testare?
Un campione di sangue si ottiene con il prelievo da UNA VENA DI UN BRACCIO. Se è necessaria una raccolta delle urine
(solitamente delle 24 ore), verrà richiesto di conservare tutte le urine in quell’arco di tempo;
 Come viene usato?
Il dosaggio del fosforo viene spesso richiesto assieme ad altri esami, quali l’ormone paratiroideo (PTH), la vitamina D, il
calcio, per aiutare la diagnosi o il monitoraggio della terapia farmacologia, di quelle condizioni che portano ad uno squilibrio
dei suoi livelli
 Quando viene richiesto?
Dato che normalmente lievi variazioni dei livelli di fosforo sono asintomatiche, il suo dosaggio viene generalmente richiesto
per controllare valori alterati di calcio e/o quando sono presenti sintomi legati a squilibri dei livelli di calcio, quali
affaticamento, debolezza muscolare, crampi o problemi ossei. Il dosaggio del fosforo può essere richiesto assieme ad altri
test in caso di disordini renali o gastrointestinali. Quando si trovano le cause che generano alterazioni dei livelli di fosforo
e/o calcio, il loro dosaggio può essere richiesto ad intervalli regolari, per monitorare l’efficacia della terapia. I livelli di fosforo
possono essere monitorati anche in soggetti con diabete o con squilibri acido-base.
67
FOSFORO
 Che cosa significa il risultato?
Bassi livelli di fosforo (ipofosfatemia) possono essere dovuti o associati a:
 ipercalcemia, specialmente se dovuta a iperparatiroidismo
 uso eccessivo di diuretici
 malnutrizione
 Alcoolismo
 gravi ustioni
 chetoacidosi diabetica (dopo il trattamento)
 ipotiroidismo
 ipocalemia
 uso cronico di antiacidi
 rachitismo e osteomalacia (dovuti a carenze di vitamina D)
Valori di fosforo superiori alla norma (iperfosfatemia) possono essere associati a:
 scompenso renale
 ipoparatiroidismo
 chetoacidosi diabetica (alla diagnosi)
 eccessiva assunzione con la dieta (o con integratori).
68
FOSFORO
 C’è qualcos’altro che devo sapere?
Valori molto alti di fosforo possono provocare danni per calcificazione, ossia deposizione di sali di fosfato di
calcio nei tessuti.
Nei bambini i valori di fosforo sono normalmente più alti che negli adulti, in quanto le loro ossa sono in attiva
crescita. Nei bambini livelli bassi di fosforo possono inibire lo sviluppo delle ossa.
Alcuni nutrizionisti ritengono che le elevate concentrazioni di fosforo contenute in alcune bevande e nei cibi
preconfezionati, possono provocare un apporto eccessivo alla normale dieta.
I livelli di fosforo ematici ed urinari possono essere alterati dall’uso di clisteri e lassativi, contenenti fosfato di
sodio, dall'uso eccessivo di integratori alimentari contenenti Vitamina D e da somministrazione intravenosa
di glucosio.
69
FOSFORO
METODI DI DOSAGGIO
70
FOSFORO
71
MAGNESIO
Il MAGNESIO nell’organismo umano

Il Mg è un costituente essenziale di tutte le cellule viventi;

Nell’uomo adulto è contenuto in quantità pari a circa 25 gr (1 mole): 65% nello scheletro, 34% nei
tessuti molli (intracellulare), 1% extracellulare (siero, ove per il 60% è presente in forma ionizzata, per il
15% complessato (con fosfato, citrato, bicarbonato) e per il 30% è legato a proteine);
~18-19 gr
72
MAGNESIO

Dopo il potassio, gli ioni magnesio sono al secondo posto tra i più abbondanti cationi
intracellulari;

Circa 300 enzimi sono attivati dal magnesio, e quindi molti pathway metabolici sono
dipendenti dal magnesio, come la glicolisi, il metabolismo ossidativo, il trasporto
transmembrana di potassio e calcio;

Possiede un notevole effetto sul tono muscolare e sul sistema nervoso centrale,
mantenendo il potenziale elettrico nelle membrane delle cellule di tali tessuti: valori elevati di
magnesio producono torpore e depressione nervosa, mentre bassi livelli causano tetania e
convulsioni;

Si trova in composti altamente energetici (MgATP);

È coinvolto nelle tappe di duplicazione del DNA, della trascrizione e traduzione
dell’informazione genica.
73
MAGNESIO
Il magnesio nell’osso
 La concentrazione plasmatica del Mg è strettamente correlata col metabolismo osseo: il
magnesio sulla superficie ossea è, infatti, continuamente scambiato col magnesio del
sangue;
 Nell’osso, gli ioni magnesio si legano ai cristalli di idrossiapatite, aumentando la solubilità di
fosfato e Ca: partecipano, quindi, alla formazione e determinano la dimensione di tali cristalli;
una deficienza dello ione comporta un deficit di formazione ossea;
 Inoltre, il magnesio stimola la proliferazione degli osteoblasti, promuovendo la
deposizione ossea; al contrario, un deficit di magnesio aumenta la secrezione di citochine
pro-infiammatorie, che stimolano l’attività degli osteoclasti e quindi il riassorbimento osseo; tali
effetti sono aumentati da bassi livelli di PTH e di calcitriolo, spesso associati a
ipomagnesemia.
74
MAGNESIO
CONCENTRAZIONE PLASMATICA DEL MAGNESIO:
0.55-1 mmol/l (1.3 - 2.4 mg/dl)
Metodi di misura del magnesio: essenzialmente colorimetrico
Importante evitare l’emolisi → elevazioni improprie per la diversa distribuzione del catione nei
due compartimenti!!!
MAGNESIO
76
MAGNESIO
 Cosa si analizza?
Questo esame consiste nel determinare la concentrazione di magnesio nel sangue. In condizioni
fisiologiche, solo l’1% del magnesio contenuto nell’organismo si trova nel sangue, mentre il 60% è
presente nelle ossa e il 39% nel compartimento intracellulare.
Il magnesio è un minerale presente in tutte le cellule dell’organismo ed è coinvolto in molti processi vitali
quali la produzione di energia a livello cellulare, la contrazione muscolare, la trasmissione dell’impulso
nervoso, la mineralizzazione e lo sviluppo delle ossa.
La principale fonte alimentare di magnesio è costituita dai vegetali a foglia verde, come gli spinaci;
l’organismo mantiene costante il proprio contenuto di magnesio regolando l’assorbimento intestinale e
l’eliminazione a livello renale.

Come si raccoglie il campione da analizzare?
Il campione viene raccolto mediante prelievo da una vena del braccio.
77
MAGNESIO
 Come viene utilizzato?
Variazioni della concentrazione di magnesio possono essere riscontrate quando sono compromesse l’eliminazione
renale o l’assorbimento intestinale: il dosaggio del magnesio, pertanto, può essere prescritto per valutare l’entità di
queste alterazioni, come nel caso di una disfunzione renale o di malassorbimento intestinale.
Inoltre, visto che bassi livelli di magnesio possono associarsi a ipocalcemia o ipopotassiemia, il dosaggio del
magnesio può essere di ausilio nella diagnosi di malattie legate al metabolismo del calcio e del fosforo o a
disordini elettrolitici.
Il dosaggio del magnesio può essere utilizzato anche per monitorare l’assunzione di integratori contenenti magnesio
e calcio; in quest’ultimo caso, oltre al dosaggio del magnesio, può essere prescritto anche quello del calcio e del
fosforo.
 Quando viene prescritto?
Il dosaggio del magnesio viene richiesto in caso di malassorbimento, malnutrizione, diarrea, alcolismo o,
periodicamente, quando è necessario assumere integratori di calcio e magnesio. Inoltre, può essere
prescritto nel monitoraggio dell’ipocalcemia e ipokaliemia croniche e quando sono presenti sintomi legati a
variazioni della magnesiemia quali astenia, contratture e crampi muscolari, stato confusionale, aritmia
cardiaca.
Il dosaggio del magnesio può essere richiesto anche in caso di malattie renali o quando si assumono
farmaci che interferiscono con l’eliminazione del magnesio a livello renale.
78
MAGNESIO
 Qual è il significato del risultato dell’esame?
NOTA: per questo test non è disponibile un intervallo di riferimento standard. Poiché i valori di riferimento
dipendono da diverse variabili come l’età, il sesso, l’etnia, il metodo analitico, il risultato numerico del test può
avere significati diversi in laboratori diversi. Il referto del laboratorio dovrebbe includere l’intervallo di
riferimento specifico per il test in esame.
Le
cause
di
ipomagnesiemia
possono
essere
schematicamente
ricondotte
1) scarso apporto alimentare (come in caso di malnutrizione);
2) ridotto assorbimento intestinale;
3) eccessiva eliminazione da parte del rene.
Queste condizioni possono instaurarsi in caso di:
•
età avanzata, malnutrizione, alcolismo
•
malattie gastrointestinali come il morbo di Crohn o la rettocolite ulcerosa
•
diabete scompensato
•
ipoparatiroidismo
•
uso prolungato di diuretici
•
diarrea
•
decorso post-operatorio
•
ustioni
79
a
MAGNESIO
Raramente l’ipermagnesiemia può essere causata da un’eccessiva assunzione con la dieta; più
frequentemente è conseguenza di alterazioni dell’eliminazione renale o di
un’eccessiva assunzione di
integratori contenenti magnesio. Le condizioni che più frequentemente possono causare un aumento del
magnesio ematico sono:
•
insufficienza renale
•
iperparatiroidismo
•
ipotiroidismo
•
disidratazione
•
acidosi diabetica
•
malattia di Addison
•
uso prolungato di farmaci contenenti magnesio (come alcuni lassativi o antiacidi).
 Cos'altro si deve conoscere?
Essendo il magnesio un elettrolita, generalmente viene dosato insieme ad altri elettroliti quali sodio, potassio,
cloro, calcio e fosforo per valutare l’equilibrio idro-elettrolitico del paziente; spesso la diminuzione del
magnesio è accompagnata alla diminuzione del potassio.
La concentrazione di magnesio nel sangue si abbassa fisiologicamente in gravidanza durante il secondo e
terzo trimestre.
80
Regolazione ormonale dell’omeostasi minerale
 Paratormone (PTH)
 Vitamina D (calcitriolo)
 Calcitonina
81
PTH
ORMONE PARATIROIDEO (PTH)
4 ghiandole poste
dietro la tiroide, due per lato
82
PTH
 Il paratormone (PTH) è un ormone "calciotropo",
mantenimento del corretto livello ematico del calcio.
responsabile
cioè
del
 Il livello di Ca2+ viene registrato dal CaSR presente sulla membrana delle cellule
paratiroidee: correlazione tra lo stimolo massimale di secrezione e quello di blocco in
corrispondenza dei valori mediani della calcemia;
 Sintesi del PTH attraverso diversi precursori intra- ed extracellulari:
 Sintesi del precursore da 115 aminoacidi (pre-pro PTH)
 Clivati, all’interno della cellula, la porzione pre (31 aa) e quella pro (6 aa):
83
PTH

Il PTH intatto è un polipeptide a catena singola di 84 aminoacidi e un peso molecolare di ca. 9500
Dalton che viene prodotto nelle paratiroidi e secreto nel circolo sanguigno;

Il frammento N-terminale è quello biologicamente attivo (1-34 aa) ed ha un'emivita di pochi minuti;

Nel circolo sono dunque presenti diverse forme di PTH inattive, di lunghezza variabile, che però
mantengono un’elevata attività immunogena pur senza attività specifica (ELIMINATE PER VIA
RENALE→aumentano in circolo se c’è insufficienza renale!!)

La misurazione selettiva del paratormone (principalmente) intatto consente di accertare direttamente
l'attività secretoria delle paratiroidi. Inoltre è stata riportata la determinazione intraoperatoria del PTH
durante la resezione degli adenomi delle paratiroidi; tale determinazione rende possibile al chirurgo di
valutare, in base alla rapida diminuzione del PTH, la completezza della resezione.
84
PTH
 Il livello plasmatico di Ca è il principale regolatore dell’attività delle ghiandole paratiroidi
 La secrezione del PTH è inversamente proporzionale alla concentrazione plasmatica di Ca
Risultato finale:
Ca2+
PTH
Ca2+
PTH
85
calcitonin
secreted
Calcitonin
stimulates
calcium salt
deposit
in bone
Thyroid
gland
Rising blood
Ca2+ levels
Calcium homeostasis of blood: 9–11 mg/100 ml
Falling blood
Ca2+ levels
Thyroid
gland
Osteoclasts
degrade bone
matrix and release
Ca2+ into blood
Parathyroid
glands
PTH
Parathyroid
glands release
parathyroid
hormone (PTH)
86
PTH
Azione sull’osso

Dipende dall’entità e dalla durata dello stimolo:
1. Con una stimolazione di breve periodo o intermittente, il PTH agisce sui recettori presenti sugli osteoblasti e sugli
osteociti diminuendo la sintesi di collageno e inducendo la sintesi di una sostanza paracrina che attiva gli osteoclasti;
2. Con una stimolazione cronica, gli osteoclasti aumentano il riassorbimento osseo incrementando il passaggio del Ca
dalla matrice al circolo sistemico. Tale azione si manifesta dopo circa 12 ore dalla liberazione di PTH.
Azione sul rene

Aumento del riassorbimento di Ca e Mg dai tubuli ascendenti dell’ansa di Henle e dai tubuli distali del nefrone;

Diminuzione del riassorbimento di fosfato dai tubuli prossimali e distali, con conseguente aumento della sua escrezione;

Poiché queste azioni sono mediate dal cAMP che viene poi trasportato nel lume, i primi effetti del PTH a livello renale
consistono in un imponente aumento di escrezione renale di cAMP;

Aumento della produzione del calcitriolo, tramite l’attivazione della 1α-idrossilasi renale; ne consegue un aumento del
riassorbimento intestinale di Ca.
Azione sull’intestino

Sull’intestino il PTH agisce indirettamente;

Esso va ad aumentare la sintesi di Vit D a livello renale e questa, a sua volta, aumenta l’assorbimento intestinale del Ca e P;

Per questo motivo la risposta intestinale non è immediata, ma si manifesta dopo un paio di giorni.
87
PTH
DOSAGGIO E VALORI DI RIFERIMENTO DEL PTH
Il dosaggio del PTH è fondamentale nella diagnostica
del metabolismo dei connettivi calcificati
Presente sia il peptide attivo di 84 aa
1-84 aa: 1-5 pmol/l, emivita 2-4 min
che i frammenti intermedi e C-terminali inattivi
34-84 aa: 5-20 volte rispetto al
peptide
intero,
con
un
superiore
 PTH(1-84) – 5 to 30 percent
 C-terminal fragments – 70 to 95 percent
 N-terminal fragments – a small percentage
Anche se biologicamente inattivi, i frammenti intermedi e C-terminali
sono IMMUNOREATTIVI verso anticorpi usati nella loro determinazione
→ presenza di più di un sito antigenico
88
emivita
PTH
Uso di METODI RADIOIMMUNOLOGICI E IN CHEMILUMINESCENZA a doppio sito, che
dosano soltanto il peptide integro biologicamente attivo.
89
PTH
90
PTH
Valori di riferimento:
PTH intatto: 10-65 pg/ml
Sui disordini legati al PTH ci ritorniamo
quando parleremo dei disordini del
metabolismo del calcio!
91
92
VITAMINA D
93
Vit. D
 Gruppo di steroli, prodotti di conversione del colesterolo attraverso un unico
processo che coinvolge tre organi: cute, fegato e reni;
 Anche se non è sintetizzata da cellule endocrine, la forma attiva della vitamina D
(1,25 (OH)2 vit.D, calcitriolo) viene considerata un ormone perché :
 viene sintetizzata dall’organismo (minimo apporto con la dieta)
 è trasportata a distanza su cellule bersaglio
 influenza il meccanismo genico delle sue cellule bersaglio
 Il calcitriolo è uno dei principali regolatori del Ca2+, aumentandone
l’assorbimento nell’intestino ed il riassorbimento renale;
 Il calcitriolo è importante sia per la deposizione che per il riassorbimento
dell’osso;
94
Vit. D
 Viene assorbita nell’intestino con meccanismo simile a quello dei lipidi;
 Viene trasportata nel sangue da una α-globulina, la proteina legante la vitamina D
(DBP) e, in maniera minore, dall’albumina;
 Viene immagazzinata nel tessuto adiposo in quantità sufficiente a garantire una
riserva di parecchi mesi;
 I metaboliti inattivi vengono escreti nella bile;
 La carenza di vitamina D causa rachitismo nel bambino e osteomalacia
nell’adulto;
95
Vit. D
Stimoli per la sintesi della Vit D
 Il paratormone (PTH) regola la sintesi di Vit D (azione a livello renale)
 La diminuzione della calcemia stimolando la sintesi di PTH, stimola la sintesi di
Vit D per via indiretta
 La prolattina secreta durante l’allattamento, stimola la sintesi di Calcitriolo per
aumentare l’assorbimento di Ca dalla dieta in un periodo in cui la sua richiesta è
elevata
 L’esposizione alla luce solare in condizioni normali è sufficiente a soddisfare il
fabbisogno di Vit D. Per i neonati, bambini fino a 3 anni, donne in gravidanza e
allattamento, anziani può essere necessaria una ulteriore introduzione di Vit D
 Il P inibisce l’idrossilazione renale del 25(OH)vit.D, mentre bassi livelli di P
stimolano l’attività 1-α idrossilasica.
96
Vit. D
DIETA
Fegato
Colesterolo
Fegato
Cute + luce UV
7-Deidrocolesterolo
COLECALCIFEROLO (Vit. D3)
Reni
+
25-idrossicolecalciferolo
(25(OH)D3)
CALCIDIOLO
1,25-diidrossicolecalciferolo
(1,25(OH)2D3)
97
CALCITRIOLO
24,25-diidrossicolecalciferolo
(24,25(OH)2D3)
INATTIVO
 Tutte le funzioni della vitamina D sembrerebbero
essere svolte attraverso il legame con il suo unico
recettore, VDR;
 Quello localizzato nel citoplasma trasloca nel
nucleo, funzionando come fattore di trascrizione
nucleare; il secondo, localizzato in membrana
plasmatica, agisce inducendo la formazione di
secondi
messaggeri
diacilglicerolo,
arachidonico)
cellulari
inositolo
o
fosforilando
(cAMP,
trifosfato,
acido
alcune
proteine
cellulari;
 I recettori per la vitamina D sono praticamente
ubiquitari pertanto hanno un ruolo fisiologico
non solo nel metabolismo minerale ma anche in
numerose altre funzioni dell’organismo.
Avviene tutto il contrario se ho una
concentrazione plasmatica di calcio elevata
98
Vit. D
Attività della Vitamina D
La 1,25 (OH)2 vit. D (calcitriolo) è un ormone fondamentale per il mantenimento di un adeguato
metabolismo osseo e per l’omeostasi di calcio e fosfato;
Esso aumenta la concentrazione sierica di calcio e fosfato attraverso tre meccanismi:
1.
Induce la sintesi a livello intestinale delle proteine coinvolte nell’assorbimento di calcio e fosfato. Ciò è
confermato dal fatto che in assenza di vitamina D soltanto il 10-15 % di calcio e il 60% di fosfato
contenuti nella dieta sono assorbiti, diventando rispettivamente, il 30- 40% e l’80% in presenza di essa.
2.
Interviene, a livello dei tubuli distali renali, aumentando il riassorbimento di calcio e fosfato. In questo
agisce sinergicamente col PTH, solo nei confronti del calcio, mentre per quanto riguarda il fosfato i due
ormoni hanno un azione opposta.
3.
Nell’osso, a basse dosi, stimola l’attività osteoblastica; ad alte dosi, stimola la produzione del RANK
ligando negli osteoblasti, attivando l’osteoclastogenesi e gli osteoclasti a riposo accelerando
indirettamente il riassorbimento osseo;
4.
Molte cellule di altri tessuti esprimono il recettore VDR: appare oramai chiaro il ruolo svolto dal calcitriolo
nella regolazione di funzioni immunitarie cellulari, nella differenziazione cellulare e nella produzione delle
citochine.
99
Vit. D
Dosaggio della Vitamina D
 Nonostante 1,25(OH)2 vit. D sia la forma biologicamente attiva di vitamina D, essa non può essere
considerata un indice attendibile, a causa della breve emivita (< di 4 ore); al contrario, la 25(OH) vit. D, con
un’emivita di circa 2 settimane, risulta essere affidabile ed il suo valore viene utilizzato per monitorare i
livelli di vitamina D del nostro organismo.
 Recentemente sono stati modificati i parametri per valutare lo status vitaminico D, con la determinazione dei
seguenti livelli:
• normale: > 30 ng/ml (>70 nmol/L)
• insufficienza: 12-29 ng/ml (40-70 nmol/L)
• deficit-carenza: 5-12 ng/ml (20-40 nmol/L)
• Grave carenza: < 5 ng/ml
 Data l’elevata porzione della quota legata alle proteine, la determinazione della 25(OH) vit.D nel plasma
prevede la deproteinizzazione e una parziale purificazione per allontanare i lipidi ed altre sostanze
interferenti;
 Il dosaggio è di solito effettuato col metodo di competizione per il legame proteico (ELISA competitivo) o
mediante cromatografia liquida ad alta pressione (HPLC).
100
Vit. D
101
Vit. D
102
CALCITONINA
103
CALCITONINA
 Ormone costituito da una piccola catena polipeptidica di 32 aminoacidi, tutti necessari per la sua
attività biologica;
 È sintetizzato e secreto dalle cellule parafollicolari della tiroide (cellule C), con un’emivita di 5 minuti;
 È trasportato disciolto nel plasma;
 Il suo ruolo biologico non è chiaramente definito; risulta, però, evidente un suo coinvolgimento nel
metabolismo di calcio e fosforo;
 La sua secrezione è intensamente regolata dalla calcemia: un aumento di quest’ultima ne provoca
un aumento della secrezione, mentre una diminuzione causa l’effetto inverso (feedback negativo);
 Il principale effetto biologico della CT è quello di inibire il riassorbimento osseo da parte degli
osteoclasti;
 Tuttavia, il preciso ruolo della CT nella specie umana è incerto; infatti l’assenza di CT (tiroidectomia)
o l’eccesso (carcinoma midollare tiroide) non hanno effetti evidenti sulla calcemia o sull’osso
104
CALCITONINA
Effetto complessivo e stimolo per la secrezione
 E’ un ormone ipocalcemizzante
 Lo stimolo adeguato alla sua secrezione è l’aumento del Ca2+ plasmatico
105
CALCITONINA
106
CALCITONINA
Effetti
I più importanti sono sull’osso:
 Impedisce
nell’immediato
il
riassorbimento osseo da parte degli
osteoclasti
(soprattutto
quando
vengono stimolati indirettamente dal
PTH)
 Il secondo effetto, più duraturo, è
quello di ridurre la formazione di
nuovi osteoclasti.
 Favorisce la deposizione ossea
107
CALCITONINA
 Nonostante queste azioni ben documentate, il ruolo biologico rimane incerto perché gli effetti
appaiono
transitori.
Inoltre,
un
deficit
cronico
di
calcitonina
(come
nei
soggetti
tiroidectomizzati) o un eccesso (come nel carcinoma midollare della tiroide), non sembrano
causare significative modificazioni del metabolismo del calcio o del tessuto osseo;
 Il dosaggio della calcitonina, quindi, non appare tanto determinante nella valutazione clinica
del metabolismo del calcio quanto come MARCATORE TUMORALE per il carcinoma
midollare della tiroide;
 Utilizzati dosaggi radioimmunologici (RIA).
Valori di riferimento:
maschi ≤ 19 pg/ml;
femmine < 14 pg/ml
108
FRATTURA DELL’OSSO
L’osso, per fratturarsi, deve assorbire energia, la quale varia in funzione del
meccanismo del trauma (flessione, torsione, assiale) e dall’entità del carico.
La riparazione dell’osso è un meccanismo fisiologico piuttosto complesso, messo in
atto nel caso in cui il tessuto osseo subisce un trauma.
Mediante tale processo di auto-riparazione endogena si recupera quella che è la
struttura iniziale dell’osso, recuperando, così, la sua resistenza meccanica.
Qualunque sia la modalità di produzione della frattura, l’effetto sarà:
 Interruzione dell’architettura ossea
 Lacerazione del periostio, riccamente vascolarizzato ed innervato
 Rottura del letto vascolare all’interno dell’osso (circolo endostale)
 Calcio e fosforo necessari per rafforzare ed indurire il nuovo osso dopo una
frattura sono depositati solo gradualmente e ciò può richiedere diversi mesi;
 La riparazione della frattura di un osso comprende questi step:
1) Formazione dell’ematoma
 Il sangue fuoriesce dalle estremità rotte dei vasi, ed una massa
coagulata di sangue si forma intorno al sito della frattura;
2) Formazione del callo Fibrocartilagineo
 I fibroblasti ‘invadono’ il sito della frattura producendo collagene
che collegano le estremità rotte dell’osso;
3) Formazione del callo Osseo
 Gli osteoblasti cominciano a produrre osso spugnoso, anche
unendo frammenti ossei precedenti;
4) Rimodellamento Osseo
 L’osso compatto sostituisce l’osso spugnoso;
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Formazione
dell'ematoma
Formazione
del callo
fibrocartilagineo
Formazione
del callo osseo
Rimodellamento
dell'osso
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1) Formazione dell’ematoma
Dopo la frattura, a livello dei frammenti, si forma un ematoma, alimentato dalla
rottura dei vasi periostali ed endostali, che è il primo momento del processo di
guarigione; i margini della frattura vanno incontro a morte cellulare ed il
coagulo seguito all’ematoma viene infiltrato da cellule quali macrofagi,
globuli bianchi e osteoclasti. L’osso necrotico viene rimosso.
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2) Formazione del callo fibrocartilagineo
callo fibroso
Il secondo ed il terzo step prevedono la formazione del callo (richieste da poche
settimane ad una massimo di sei mesi). Il coagulo viene attraversato ed abitato da
vasi (arteriole) che apportano ossigeno, e da elementi cellulari quali osteoblasti ,
fibroblasti e condroblasti. I fagociti rimuovono i detriti cellulari e i fibroblasti
depositano collagene per formare il callo fibrocartilagineo.
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3) Formazione del callo osseo
callo osseo
Il callo fibroso, tra la terza e la quarta settimana dalla frattura, inizia a trasformarsi
in callo osseo ovvero inizia la calcificazione del tessuto, grazie agli osteoblasti, che
porterà alla trasformazione del callo osseo in osso strutturato (spugnoso). La linea
di frattura inizia a sparire.
4) Rimodellamento osseo
periostio
La fase di rimodellamento
inizia 6 settimane dopo la frattura e può durare
settimane o mesi; in questo tempo l’osso viene a rimodellarsi nella propria struttura
fino a riacquisire la primitiva resistenza meccanica. L’osso spugnoso è rimpiazzato
da osso compatto e la linea di frattura scompare, ma evidenze della rottura
permangono. La fase di rimodellamento si considera esaurita quando cessa ogni
processo rigenerativo a livello della frattura.
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CONDIZIONI CHE RALLENTANO O IMPEDISCONO LA
GUARIGIONE DI UNA FRATTURA:
Vi sono condizioni che rallentano od impediscono la guarigione di una frattura, dette
rispettivamente ritardo di consolidazione e pseudoartrosi, dovute a precise patologie:
•
•
•
•
•
•
•
Diabete
Insufficienza renale
Osteoporosi
Malattia di Paget
Infezioni ossee
Tumori
Esiti di radioterapie
o a localizzazioni della frattura o alla posizione della frattura:
fratture articolari, l’eccessiva distanza tra i capi ossei fratturati detta diastasi, l’eccessiva mobilità
di un capo osseo rispetto all’altro, l’interposizione tra un capo fratturato e l’altro di tessuto molle
(p.e.: periostio, fasce muscolari e muscoli), un deficit di vascolarizzazione del distretto fratturato.
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