Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Calcium is een van de belangrijkste stoffen in het lichaam. Het speelt een grote rol bij onder andere een goede werking van het zenuwstelsel, spiercontracties, bloedstolling en botvorming.

Het volwassen lichaam bevat ongeveer 1 kilo calcium:

99% hiervan zit in bot en tanden

De overige 1% zit extracellulair en speelt een rol in bloedstolling, spier- en zenuwwerking. 40% hiervan is gebonden aan albumine en 10% aan kleine anionen (citraat, fosfaat, bicarbonaat).

Voeding is de belangrijkste calcium- en fosfaat bron. Calcium komt vooral voor in zuivelproducten zoals melk en kaas. Brood, groenten, peulvruchten en aardappelen bevatten veel minder calcium dan zuivelproducten, maar dragen wel bij aan de totale calciumvoorziening. 
De benodigde hoeveelheid calcium is onder andere afhankelijk van leeftijd en geslacht. Volgens de Gezondheidsraad hebben volwassen mannen en vrouwen (19-50 jaar) gemiddeld 1000 milligram (= 1 gram) calcium nodig. Dit komt overeen met vier eenheden zuivel, waarbij bv. een plak kaas, een glas melk of een schaaltje yoghurt als één eenheid telt.

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Calciumhuishouding wordt in stand gehouden door:

  • Botten: botmassa en mineraalhomeostase blijven intact door een evenwicht tussen afbraak (osteoclasten) en aanmaak (osteoblasten).
  • Darmen: in het duodenum wordt calcium actief opgenomen, m.b.v. vitamine D. In de distale dunne darm gebeurt dit passief via diffusie.
  • Nieren: per dag filteren de nieren ongeveer 10.000 mg calcium. 99% daarvan wordt terug opgenomen in het lichaam. Deze zgn. reabsorptie van calcium vindt voor 65% plaats in de proximale tubulus, voor 25% in de lis van Henle en voor ca 5-10% in de distale tubulus en verzamelbuis

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

De concentratie van calcium in het lichaam wordt door meerdere factoren bepaald. Zo speelt het bijschildklierhormoon PTH een grote rol in de regulatie.

PTH wordt door de bijschildklieren uitgescheiden, wanneer de calciumconcentratie in het bloed te laag is (hypocalciëmie).

De effecten van PTH op de calciumconcentratie in het bloed:

  1. PTH verhoogt reabsorptie van calcium in de distale niertubulus
  2. PTH mobiliseert calcium uit de botten à het zorgt voor botafbraak, waardoor calcium vrijkomt (resorptie van calcium uit botweefsel)
  3. PTH stimuleert indirect de absorptie van calcium in de dunne darm door de synthese van calcitriol (1,25 (OH)2D), de hormonaal actieve metaboliet van vitamine D, in de nieren te stimuleren.

Alhoewel calcitriol, de actieve vorm van vitamine D, de resorptie van calcium uit botweefsel ook stimuleert, zorgt het netto juist voor botopbouw: het bevordert resorptie van calcium en fosfaat in de nieren én het stimuleert calcium absorptie in de dunne darm. 

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Vraag 1:

  • Calcitonine-release, dat tot een verhoging van de calciumconcentratie leidt
  • Calcitonine-release, dat tot een verlaging van de calciumconcentratie leidt
  • PTH-release, dat tot een verhoging van de calciumconcentratie leidt
  • PTH-release, dat tot een verlaging van de calciumconcentratie leidt
Een hypocalciëmie heeft de volgende gevolgen:

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Calcitonine, groeihormoon, testosteron en oestradiol remmen juist botresorptie/botafbraak.

De effecten van calcitonine zijn tegengesteld aan die van PTH. Calcitonine wordt door de C-cellen van de schildklier afgegeven wanneer de calcium concentratie in het bloed te hoog is (hypercalciëmie). Effecten van calcitonine op de calcium concentratie:

  • Calcitonine remt de absorptie van calcium in de darmen
  • Calcitonine remt de activiteit van osteoclasten (zie verderop, botstofwisseling)
  • Calcitonine remt de reabsorptie van calcium en fosfaat in de nieren

Calcitonine zorgt er zo voor dat de calciumconcentratie in het bloed afneemt. Calcitonine heeft echter weinig effect op de calciumconcentratie.

Vraag 2:

  • verhoogt de activiteit van osteoclasten
  • remt de activiteit van osteoclasten
Calcitonine:

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Fosfaat:

Fosfaat is net als calcium een belangrijk bestandsdeel van botten.

85% in het skelet, 14% intracellulair, 1% tandweefsel en in extracellulaire vloeistof.

De opname van fosfaat gebeurt zowel actief (m.b.v. calcitriol), als diffuus, in de darm.

Fosfaat wordt vrijwel geheel gefiltreerd door de nieren en voor het grootste deel terug geresorbeerd in de proximale tubulus. PTH stimuleert excretie van fosfaat door de nieren, waardoor de concentratie fosfaat in het bloed afneemt. 

Bekijk het volgende filmpje om de regulatie van calcium en fosfaat beter te begrijpen:

 

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Botstofwisseling

Er zijn 3 soorten botcellen:

  • Osteoblasten: dit zijn de botvormende cellen, aan de buitenkant van het bot zelf. Ze kunnen prolifereren en differentiëren tot osteocyten.
  • Osteocyten: deze cellen beheren de activiteit van osteoblasten en osteoclasten
  • Osteoclasten: dit zijn bot-resorberende cellen. Zij breken bot af. 

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling

Osteoclastogenese:
PTH stimuleert indirect bot resorptie (afbraak) door osteoclasten:

Parathyroïd hormoon receptor 1 ( PTH1R ) is de klassieke PTH receptor, die tot expressie wordt gebracht in botten en nieren en de calcium homeostase reguleert door activatie van adenylaatcyclase en fosfolipase C. Parathyroïd hormoon receptor 2 ( PTH2R ) wordt voornamelijk tot expressie gebracht in het centrale zenuwstelsel , pancreas , testis en placenta.

Osteoclasten hebben geen receptor voor PTH. Zij worden indirek gestimuleerd door PTH: PTH bindt aan osteoblasten. Osteoblasten bevatten PTH receptoren die, eenmaal geactiveerd, osteoclasten stimuleren tot fusie, differentiatie en activatie. Osteoclast precursors brengen de receptor RANK tot expressie. Osteoblasten brengen RANKL (RANK ligand) op hun oppervlak tot expressie.

Eenmaal gestimuleerd door PTH, up-reguleren osteoblasten de expressie van RANKL dat aan RANK gaat binden. Hierdoor gaan de osteoclasten differentiëren.

Osteoblasten brengen ook osteoprotegerine tot expressie. Deze factor beschermt botten, door botresorptie te voorkomen. Osteoprotegerine bindt aan RANKL en voorkomt zo dat RANKL aan RANK kan binnen. Hierdoor wordt osteoclastogenese niet gestimuleerd.

Fysiologie: Calcium en botstofwisseling