MOTNJE V PRESNOVI KALCIJA in FOSFATOV Mentor: doc. dr. Tomaž Marš, dr MOTNJE V PRESNOVI KALCIJA in FOSFATOV Mentor: doc.dr. Tomaž Marš, dr.med., univ. dipl. biol. Seminaristi: Anita Palamar, Janja Črv, Lea Zavodnik, Manca Kralj, Marjetka Malinovič, Nina Glavan, Nuša Zadel, Sara Bergman, Vid Gjurin

NA RAVNI KONCENTRACIJE Ca in P FIZIOLOŠKE OSNOVE MOTNJE NA RAVNI KONCENTRACIJE Ca in P HIPERKALCIEMIJA HIPOKALCIEMIJA

Vloga KALCIJA v organizmu ECT ICT strjevanje krvi gradniki kostnine (HA, soli) gradniki zob Kofaktor encimov Sekundarni obveščevalec - krčenje mišice -prevajanje živčnih impulzov Vzdrževanje membranskega potenciala (srce - Ca-potencial) Vloga obeh je odvisna od razpoložljivosti in koncentracije.

Viri KALCIJA in FOSFATOV Odvisni smo od zunanjih virov potreben stalen dotok s hrano

Vnos KALCIJA Priporočeno 1g /dan (800-1200mg) Dvovalentni KATION ( Ca2+) PARACELULARNO težko prehaja membrano TRANSCELULARNO Potreben Ca-vezavni protein KALCIBINDIN (vitaminD) ---------------------------------------------------------------------- 30-35% ABSORBCIJA v TČ

Absorbcija kalcija prevladuje TRANSCELULARNI prenos

Vloga FOSFATOV v organizmu ECT ICT Pufranje -plazma: šibki pufri -pomembno v ledvičnih tubulih Gradniki: Strukturnih molekul (membrane-fosfolipidi) NK Energetsko bogatih molekul (fosfoanhidridna vez-ATP, kreatinfosfat)

Viri KALCIJA in FOSFATOV Odvisni smo od zunanjih virovpotreben stalen dotok s hrano

Vnos FOSFATA Priporočeno 800-1400mg/dan ANION PARACELULARNO nima težav s prehajanjem membrane -------------------------------------------------------- do 90% ABSORBCIJA v TČ

Absorbcija fosfata prevladuje PARACELULARNI prenos

Razporeditev KALCIJA v organizmu 98%: KOSTI 1%: ICT 0,1%: ECT plazma (c= 2,2 - 2,6 mmol/L) - fiziolološko najpomembnejše - 3 oblike

[Ca 2+] pl = 2.2-2.6 mmol/L bolj natančno uravnavan kot P, manjši koncentracijski interval 50% = 1.2 mmol/L: IONIZIRANA oblika Prehaja kapilarno membrano Se neposredno vključuje v procese 40% = 1.0 mmol/L: vezan na PROTEINE Ne prehaja kapilarne membrane Vezavna kapaciteta proteinov za Ca2+ odvisna od pH alkaloza:↑ vezavna kapciteta acidoza: ↓ vezavna kapaciteta 10% = 0.2 mmol/L: vezan na manjše ANIONSKE molekule (citrat, fosfat, sulfat, laktat) Kompleksi (majhni, nenabiti) lahko prehajajo kapilarno membrano

Izločanje KALCIJA iz organizma LEDVICA (urin ~ 100 mg/dan) 1. FILTRACIJA 2. REABSORBCIJA  proksimalni tubuli ~ 90% distalni tubuli – ostalo kontrolirano glede na Ca2+ v plazmi ČREVO (blato)

Razporeditev FOSFATOV v organizmu 85% : KOSTI 14%: ICT manj kot 1 %: ECT plazma (c= 0,8 – 1,4 mmol/L) - dve obliki

FOSFAT pl = 0.8 -1.4 mmol/L v dveh oblikah HPO42- (1,05 mmol/L) ----------------------------------- delež odvisen od pH Zaradi nizke pufrske kapacitete nima pomembnejše vloge v krvi. Pomembnejša vloga v ledvičnih tubulih.

Izločanje FOSFTA iz organizma LEDVICA (večina absorbiranega se izloči z urinom) Distalni in proksimalni tubuli  uravnavana reabsorbcija [fosfat]pl < 1 mmol/L skoraj ves se reabsorbira ↑ [fosfat]pl  večina se ga izloči

KOSTNINA 3 vrste celic: Osnovna zgradba: Kompaktna oz. lamelarna kostnina OSTEON: osnovna gradbena enota Spongiozna oz. medularna kostnina 3 vrste celic: OSTEOBLASTI OSTEOCITI OSTEOKLASTI

KOSTNINA Organski matriks (30%) kolagen tipa I, proteoglikani, GAG Mineralni del (70%) glavni kristal - kalcijev hidroksiapatit kalcijeve soli - nekaj amorfnih kalcijevih soli pomemben pri izmenjavi kalcija med kostnino in plazmo

OSTEOBLASTI V kostnih VOTLINAH sodelujejo pri NASTAJANJU kostnine Izločajo molekule organskega matriksapolimerizacija ↓ OSTEOID nalaganje mineralov Osteoblasti ujeti v mineraliziran osteoid, se preoblikujejo v OSTEOCITE. Oblikujejo se osnovne enote kostnine - OSTEONI Na POVRŠINI tvorijo KOSTNI MEMBRANSKI SIS. IZMENJAVA Ca2+ in med kostjo in plazmo Poškodba: tvorba kostnega kalusa

OSTEOKLASTI RAZGRAJUJEJO kostnino V stiku s kostnino Izločajo kislo fosfatazo, kolagenaze in druge.

KOSTNI MEMBRANSKI SISTEM ( tesno povezani OB na zunanjih površinah kostnine) - Izmenjava Ca2+ med kostnino, ECT in plazmo Hitro pufranje koncentracije Ca2+ v plazmi KOSTNA TEKOČINA - med OB in kostnino -amorfne kalcijeve soli (pufranje) - Ca2+ v tekočini je v ravnovesju s Ca2+ v plazmi

Izmenjava kalcija med kostnino, ECT in plazmo Koncentarcije kalcija in fosfatov v krvi in tkivih presegajo topnostni produkt. Inhibitorji mineralizacije morajo v tkivih preprečevati tvorbo netopnih kalcijevih fosfatov. - pirofosfat – inhibitor mineralizacije - alkalna fosfataza (kost) ga razgrajuje ↓ omogočena mineralizacija

URAVNAVANJE kalcija in fosfatov V KRVI 3 hormoni PARATHORMON (PTH)‏ Vitamin D KALCITONIN Delujejo na 3 organske sisteme LEDVICA KOSTI GIT

PARATHORMON (PTH) IZLOČANJE GLAVNE CELICE OBŠČITNIC imajo za [Ca2+]ECT občutljive membranske R - ledvični tubuli - C-celice obščitnic - živčevje MEHANIZEM IZLOČANJA - ↓[Ca2+]ECT – stimulira izločanje - ↑[Ca2+]ECT - inhibira izločanje

PARATHORMON (PTH) DELOVANJE Hiter učinek: t1/2 = 10 min JETRA –razcep PTH, ki se je izločil iz obščitnic aktivni N-fragment (intaktni PTH) neaktivni C-fragment Delovanje na 3 ORGANE - LEDVICA (najpomembnejši učinek) - ČREVO - KOSTI Končni učinek-PLAZMA ↑[Ca2+]pl ↓ fosfat

Učinek PTH na LEDVICA KALCIJ učinek: v nekaj min. KALCIJ - ↑ reabsorbcijo Ca2+: dist. tubuli in zbiralca - ↑ aktivnost 1α-hidroksilaze (sinteza aktivne oblike vitamina D3) FOSFAT ↓reabsorbcijo P = ↑ izločanje P: dist. in proks. tubuli ↓ prenašalcev (od Na+ odvisni fosfatni transporterji)

Učinek PTH na ČREVESJE ( posreden učinek!!!) KALCIJ učinkuje preko aktivne oblike vitamina D3 ( sinteza v ledvicah) ↓ ↑ absorbcijo Ca2+ s pomočjo Ca-vezavnega proteina (odvisen od vit. D3) FOSFAT ↑ absorbcijo fosfata preko vitamina D3

Učinek PTH na KOSTI HITRA FAZA - OSTEOLIZA (nekaj minut do nekaj ur) Sproščanje Ca2+ iz AMORFNIH KALCIJEVIH SOLI v KOSTNI TEKOČINI PTH se veže na OC in OB v kostnem membranskem sistemu ↓ aktivacija Ca2+-črpalk pospešen prehod Ca2+ v ECT POČASNA FAZA (nekaj dni do nekaj tednov) Sproščanje Ca2+ in P iz MINERALNEGA DELA KOSTNINE aktivacija OK – nimajo R za PTH ↓ - aktivacija preko OB nekaj mesecev: oslabela kostnina OB: tvorba nove kostnine

VITAMIN D  HORMON D VITAMIN D HORMON D (DOBIMO S HRANO) fiziološko neaktivna oblika do vključno 25-hidroksikalciferola HORMON D (SINTETIZIRAMO SAMI) fiziološko aktivna oblika od 1, 25- dihidroksikalciferol

Sinteza HORMONA D KOŽA JETRA LEDVICA (proksimalni tubuli) UV žarki: 7-dehidroholesterolholekalciferol Vitamin D vezavni protein: transport do jeter JETRA Hidroksilacija: holekalciferol 25-hidroksikalciferol 25-hidroksikalciferol: negativni modulator LEDVICA (proksimalni tubuli) 1α-hidroksilaza: 25-hidroksikalciferol1,25- dihidroksikalciferol : stimulirana z PTH

Delovanje HORMONA D !!!!! Sistem 3 organi in 3 hormoni !!!! KONČNI UČINEK-PLAZMA ↑[Ca2+]pl ↑fosfat

HORMON D = steroidni hormoni Učinek HORMONA D HORMON D = steroidni hormoni RECEPTORJI v JEDRU ali CITOSOLU ↓ kompleks hormon-receptor deluje na ravni transkripcije sinteza proteinov vpletenih v presnovo Ca2+ in fosfatov omogoča prehod KALCIJA in FOSFATOV v enterocit

Učinek HORMONA D na ČREVESJE KALCIJ ↑ ABSORBCIJA Ca2+ preko ENTEROCITOV -↑ sinteza Ca2+-vezavnih proteinov (↑ prehod čez apikalno membrano) - ↑ sinteza prenašalcev za Ca2+ - ↑ sinteza Ca2+-črpalk (od Ca2+ odvisne ATP-aze v ščetkastem obrobku) FOSFAT ↑ ABSORBCIJA fosfata preko ENTEROCITOV - neposredno - posredno: preko Ca2+ kot transportnega mediatorja za fosfat

Učinek HORMONA D na LEDVICA (samo v ↑ koncentracijah ) KALCIJ ↑ reabsorbcijo Ca2+ FOSFAT ↓izločanje fosfata

Učinek HORMONA D na KOSTI NEPOSREDNI UČINEK ( le v ↑ koncentracijah) ↑ RESORBCIJO kosti POSREDNI UČINEK (prevladuje) Preko GIT in ledvic  ↑Ca2+ ↑ MINERALIZACIJO kosti

KALCITONIN IZLOČANJE DELOVANJE !!!! Sistem 3 organov in 3 hormonov PARAFOLIKULARNE oz. C-celice ŠČITNICE imajo za Ca2+ občutljive membranske R Stimulus: ↑ [Ca2+]ECT DELOVANJE !!!! Sistem 3 organov in 3 hormonov najpomembnejši je učinek na KOSTI KONČNI UČINEK - PLAZMA ↓ [Ca2+]pl NIMA pomembnega učinka na [Ca2+]pl edini hormon, ki ga brez škode pogrešamo

Učinek KALCITONINA na KOSTI (najpomembnejši pri OTROCIH v času RASTI) TAKOJŠEN UČINEK ↑ NALAGANJE Ca2+ v kostnino ↓aktivnost OK POČASNEJŠI UČINEK ↓ tvorba novih OK ↓ št. OB

Učinek KALCITONINA na LEDVICA R v ASCENDENTNEM delu HENLEJEVE ZANKE KALCIJ ↓ reabsorbcijo Ca2+ FOSFAT ↓reabsorbcijo fosfatov

Kateri simptom je najbolj nenavaden??? KLINIČNI PRIMER- I.del Kateri simptom je najbolj nenavaden??? !!! NENADNA OSTRA bolečina v LEDVENEM predelu ↓ LEDVIČNI KAMNI Kaj pa ostali simptomi? Utrujenost, zaspanost, odsotnost…? NESPECIFIČNI Bruhanje? Nenavadno (verjetno zaradi bolečin) ↓ HCO3¯ in ↓pHkrvi ? Metabolična acidoza

Katere laboratorijske teste bi naredili ??? KRI in URIN ↑ Ca2+ (celokupni, ioniziran)  HIPERKALCIEMIJA ↓ PO43-  HIPOFOSFATEMIJA ↑ intaktni PTH URIN ↑ Ca2+

HIPERKALCIEMIJA = [Ca2+] > 2.6 mmol/L KLINIČNA SLIKA MEHANIZEM ŽIVČEVJE Depresija živčevja Upočasnjeni refleks Otopelost Zaspanost Psihoze Ca2+ zamaskira neg. nabite kanalčke ↓gNaAP se težje proži ČREVO ↓mobilnost (zaprtje) SRCE skrajšana sistola (QT interval) (aritmije-tahikardije) AP v prevodni srčni mišičnini (SA in AV vozel) odvisen od konc. Ca  ↑[Ca2+]  hitrejša sprožitev AP 42

HIPERKALCIEMIJA = [Ca2+] > 2.6 mmol/L VZROKI Primarni hiperparatiroidizem Odpoved ledvic Hipervitaminoza D3 Družinska hipokalciurična hiperkalciemija Granulomatozne bolezni (sarkoidoza, tuberkuloza) 43

PRIMARNI HIPERPARATIROIDIZEM (najpogostejši vzrok hiperkalciemije) Posledica prekomernih učinkov PTH KLINIČNI ZNAKI MEHANIZEM PATOLOŠKI ZLOMI PTH stimulacija OK ↑ reasorbcija kosti METASTATSKE KALCIFIKACIJE Nalaganje Ca2+ v tkivih – pljuča - ledvični tubuli - stene arterij LEDVIČNI KAMNI Presežen topnostni produkt Ca2+ in P ŽEJA in DEHIDRACIJA ↑ [Ca2+]  ↓ delovanje ADH na ledvica - ↓ reasorbcija H2O - ↑ izločanje urina 44

PRIMARNI HIPERPARATIROIDIZEM (najpogostejši vzrok hiperkalciemije) VZROKI: Nenadzorovano in od [Ca2+] neodvisno izločanje PTH: Adenomi in karcinomi obščitnic Difuzna hiperplazija obščitnic

PRIMARNI HIPERPARATIROIDIZEM (najpogostejši vzrok hiperkalciemije) VZROKI: Nenadzorovano in od [Ca2+] neodvisno izločanje PTH sorodnega peptida: Karcinomi pljuč Karcinomi ledvic Karcinomi požiralnika 46

PTHrP Celice malignih tumorjev izločajo PTHrP (PTH related peptid) Prepoznajo ga PTH receptorji (PTHrP ima amino konec homologen PTH) Izločanje neodvisno od [Ca2+]pl 47

DRUŽINSKA HIPOKALCIURIČNA HIPERKALCIEMIJA (DHH) (dedna : mutacija gena za membranski Ca-receptor) AKUTNI KLINIČNI ZNAKI Mišična hipotonija Bruhanje Dehidracija Koma KLINIČNI ZNAKI MEHANIZEM Asimptomatska HIPERKALCIEMIJA Izločaje PTH kljub normalni [Ca2+]PL ↑ [Ca2+]PL HIPOKALCIURIJA Izločaje PTH ↑ reasorbcija Ca 2+ v ledvičnih tubulih = ↓ izločanje Ca 2+ z urinom

Ali bi naši pacientki pripisali katero od naštetih motenj Ali bi naši pacientki pripisali katero od naštetih motenj? Tabela: Značilne laboratorijskih vrednosti Ca2+, fosfatov in PTH pri nekaterih boleznih, ki privedejo do motenj presnove Ca2+ in fosfatov Plazemski Ca 2+ Plazemski PO4 3- Intaktni PTH Ca 2+ v urinu PRIMARNI HIPERPARATIROIDIZEM ↑ ↓ ↑ , N HIPERKALCIEMIJA POVEZA S KARCINOMI N ↑PTHrP DRUŽINSKA HIPOKALCIURIČNA HIPERKALCIEMIJA N, ↑

KLINIČNI PRIMER – II.del ↑ Ca 2+ (celokupni in ioniziran)  HIPERKALCIEMIJA Konc. intaktnega PTH je na normalni ravni Gospa je tožila, da občasno težko diha in kašlja Odkrijejo nekazeozne granulome v pljučnem tkivu Kaj je vzrok za povečano koncentracijo kalcija???

HIPERVITAMINAOZA D3 VZROKI Zastrupitev z vitaminom D3 ↑ endogena sinteza vitamina D3 POSLEDICE ↑ absorbcija v črevesju  absorpcija in ↓izločanje Ca in P iz ledvic pospešena resorpcija kostnine

GRANULOMATOZNE BOLEZNI TUBERKULOZA Kazeozni granulomi SARKOIDOZA Nekazeozni granulomi ↑ vitamin D3 ( 1, 25 (OH)2) MAKROFAGI v granulomu izločajo 1α – hidroksilazo - ta se sicer nahaja samo v ledvicah - vit.D3: 25 (OH)  1, 25 (OH)2

KLINIČNI PRIMER – III.del ZLOM vratu stegnenice ↓ Ca2+ (celokupni, ioniziran)  HIPOKALCIEMIJA ↑PO43-  HIPERFOSFATEMIJA

HIPOKALCIEMIJA = [Ca2+] < 2.2 mmol/L KLINIČNA SLIKA MEHANIZEM ŽIVČEVJE ↓ MIŠICE ↑ vzrdražnost živčevja α-motorični nevron Mišični (tetanični) krči Karpopedalni spazem Mišice obraza Laringealne in bronhialne mišice Sprostijo se negativni naboji na kanalčkih↑gNaAP se lažje proži SRCE podaljšana sistola (QT interval) (motnje de- in re- polarizacije) (aritmije-bradikardije)

Karpalni spazem

HIPOKALCIEMIJA = [Ca2+] < 2.2 mmol/L VZROKI Sekundarni hiperparatiroidizem Hudo pomanjkanje učinkov vitamina D Hipoparatiroidizem Kronično ledvično popuščanje Hipoalbuminemija

SEKUNDARNI HIPERPARATIROIDIZEM Odgovor obščitnice na dolgotrajno ↓ [Ca 2+] VZROKI Pomanjkanje vitamina D Kronične ledvične bolezni ↓ sinteza vitamina D3 moteno izločanje P Posledica tega: ↓ absorbcija Ca 2+ iz GIT  Demineralizacija kostnine – gumijasta konsistenca kosti - poškodbe

POMANJKANJE UČINKOV VITAMINA D VZROKI ↓ vitamina D v hrani ↓ izpostavljenost sončnim žarkom motena absorbcija vitamina D kronična ledvična bolezen rezistenca na vitamin D motnje v metabolizmu pomanjkanje receptorjev

Motnje zaradi POMANJKANJA VNOSA vitamina D RAHITIS OSTEOMALCIJA otroci kdo odrasli PREMALO vitamina D vzrok POMANJKANJE vitamina D Motena absorbcija v črevesu Kronična ledvična bolezen Rahlo ↓[Ca 2+]pl [Ca 2+] Hude oblike:↓[Ca 2+]pl NEZADOSTNA mineralizacija kosti DEmineralizacija Motena vzdolžna rast Šibke in deformirane Gumijasta konsistenca mišični krči (laringealni krči!!!) zapleti Vitamin D3 (k hrani) zdravljenje

RAHITIS

HIPOPARATIROIDIZEM (↓ PTH) ↓ Ca2+  ↓ absorbcija Ca2+  ↓ nastajanje vitamina D3 1,25 (OH)2 zaradi ↓ PTH in ↑ P  ↑ izločanje z urinom ( !!!! Ca2+ v urinu NI povečan) ↓ reasorbcija v dist. Tub. ↑ P  ↓ izločanje v distalnih in proksimalnih tubulih VZROKI Premajhno/odsotno izločanj PTH iz obščitnic KRG odstranitev obščitnic Avtoimune bolezni Wilsonova bolezen

HIPOPARATIROIDIZEM (↓ PTH) KLINIČNI ZNAKI TRDA KOSTNINA ( inhibirani OK ↑ nalaganje Ca2+ in P v kostnini ) MOTNJE SRČNEGA RITMA MIŠIČNI KRČI ZDRAVLJENEJE PTH Vitamin D3 in Ca2+

Ali bi naši pacientki pripisali katero od naštetih motenj Ali bi naši pacientki pripisali katero od naštetih motenj? Tabela: Značilne laboratorijskih vrednosti Ca2+, fosfatov in PTH pri nekaterih boleznih, ki privedejo do motenj presnove Ca2+ in fosfatov Plazemski Ca 2+ Plazemski PO4 3- Intaktni PTH Ca 2+ v urinu PRIMARNI HIPERPARATIROIDIZEM ↑ ↓ ↑ , N HIPERKALCIEMIJA POVEZA S KARCINOMI N ↑PTHrP DRUŽINSKA HIPOKALCIURIČNA HIPERKALCIEMIJA N, ↑ SEKUNDARNI HIPERPARATIROIDIZEM N, ↓ HIPOPARATIROIDIZEM ↑, N

KLINIČNI PRIMER- III.del ↓ estrogen ↓ kostna gostota vitamin D3 (1, 25 (OH)2)  spodnja meja normale

OSTEOPOROZA ↓kostne mase na volumsko enoto kostnine moteno nastajanje organskega matriksa in ↓mineralizacija kostnine  ↓aktivnost OB PRIMARNA SEKUNDARNA Oba spola , katerakoli starost Ženske v menopavzi ↓estrogena ↓aktivnost OB Starejši moški ↓ RH, opešanost OB Glukokortikoidi (zdravila) Cushingov sindrom Hipogonadizem ↓ telesan aktivnost Pomanjkanje vitamina C celiakija

OSTEOPOROZA DIAGNOSTIKA MERJENJE KOSTNE MASE DXA=dvoenergijska RTG-absorbciometrijia gostota na podlagi prepuščanja žarkov skozi kost običajno nad ledveno hrbtenico in kolkom, lahko celo telo 1-3% natančno enota: grami standarda osteoporoza; odklon od Gaussove krivulje UZ Manj zanesljivo 66

KLINIČNI ZNAKI Zlomi in deformacije kosti, vretenc, kolkov, zapestja PREVENTIVA, ZDRAVLJENJE: Fizična aktivnost Hrana z dovolj kalcija Hormonsko zdravljenje (estrogeni) Nova zdravila (denosumab - človeško monoklonsko protitelo, ki se z visoko afiniteto in specifičnostjo veže na RANKL in tako prepreči interakcijo med RANKL in RANK), ki delujejo na sistem RANKL/RANK/OPG in s tem na kostno remodelacijo