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Hemostasia del Calcio y Metabolismo Óseo

El hueso es el principal lugar de almacenamiento de calcio en el cuerpo; por tanto, el metabolismo óseo desempeña un papel fundamental en el mantenimiento de los niveles normales de calcio. El metabolismo óseo (y, por tanto, los niveles de calcio) está regulado principalmente por 3 hormonas: la calcitonina, la hormona paratiroidea (PTH, por sus siglas en inglés) y la vitamina D. La calcitonina estimula la deposición ósea, disminuyendo el calcio sérico, mientras que la PTH actúa para estimular la resorción ósea, aumentando el calcio sérico. Los niveles de vitamina D están regulados por la PTH. La vitamina D aumenta la absorción de calcio desde el intestino y estimula la deposición ósea. Las anomalías en el metabolismo óseo pueden dar lugar a cuadros clínicos como osteoporosis, osteomalacia, enfermedad ósea de Paget y la hipo o hipercalcemia.

Última actualización: 8 May, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Descripción General

Principales reguladores del metabolismo óseo

Los 3 principales reguladores del metabolismo óseo son:

  • Calcitonina:
    • Objetivo principal: ↓ calcio sérico
    • Inhibe la resorción ósea
    • Estimula la deposición ósea
    • Se opone a la acción de la hormona paratiroidea (PTH)
  • Hormona paratiroidea (PTH):
    • Objetivo primario: ↑ calcio sérico
    • Estimula la resorción ósea
    • Se opone a la acción de la calcitonina
  • Vitamina D:
    • Estimula la absorción de Ca2+ en el intestino
    • Estimula la deposición ósea
    • Niveles controlados por la PTH

Objetivos del metabolismo óseo

  • Mantener la fuerza y la estructura de los huesos
  • Almacenamiento y regulación del calcio sérico (y del fosfato)

Revisión del hueso

  • Estructura:
    • Matriz de colágeno
    • Calcio y fosfato → cristales de hidroxiapatita (Ca10[PO4]6[OH]2)
    • Los cristales de hidroxiapatita se depositan en la matriz de colágeno y forman el hueso.
  • Células óseas:
    • Osteoblastos: construyen nuevo hueso
    • Osteoclastos: eliminan/descomponen el hueso (conocido como resorción)

Revisión de la homeostasis del calcio

El calcio tiene muchas funciones importantes en el organismo y sus niveles deben estar muy regulados para mantenerse en torno a los 10 mg/dL. El calcio es el mineral más abundante en el organismo.

  • Absorción:
    • No puede ser sintetizado por el cuerpo
    • Debe obtenerse a través de la dieta
    • La absorción requiere una proteína llamada calbindina (su síntesis es estimulada por la vitamina D)
  • Funciones del calcio:
    • Mineralización ósea
    • Salud dental
    • Contracción muscular
    • Regulación de la frecuencia cardíaca
    • Ayuda a la coagulación
    • Regulación de la conducción del impulso nervioso
    • Visión/detección de la luz
    • Señalización celular
  • Transporte de calcio:
    • Presente tanto en forma libre, ionizada, como unida a las proteínas
    • Cuando se une a las proteínas, el calcio se une principalmente a la albúmina → los niveles séricos de Ca2+ se ven afectados por los niveles de albúmina
      • ↑ Albúmina sérica → ↑ calcio sérico (aunque los niveles libres ionizados pueden ser normales)
      • ↓ Albúmina sérica → ↓ calcio sérico (aunque los niveles libres ionizados pueden ser normales)
  • El calcio dentro de las células:
    • Captado por las células a través de bombas de calcio
    • El Ca2+ es tóxico para el ácido desoxirribonucleico (ADN) → no se le permite “vagar libremente” dentro de las células; en cambio, sí:
      • Secuestrado en el retículo endoplásmico/retículo sarcoplásmico
      • Se une a proteínas de unión intracelular (e.g., la calmodulina)

Calcitonina

  • Síntesis: producida por las células C de la glándula tiroides
  • Funciones principales:
    • ↓ Niveles de Ca2+ en suero
    • Se opone a las acciones de PTH
  • Efectos:
    • En el hueso:
      • Inhibe los osteoclastos → inhibe la descomposición ósea
      • Estimula los osteoblastos (efecto leve) → promueve la deposición de calcio en el hueso/osificación
    • En los riñones:
      • ↓ Reabsorción de Ca2+ → ↓ niveles de Ca2+ sérico
      • ↓ Reabsorción de fosfato → ↓ fosfato sérico



Hormona Paratiroidea

La hormona paratiroidea es el regulador más importante de la homeostasis del calcio.

Función de la PTH

La función principal de la PTH es ↑ los niveles séricos de Ca2+. Los principales efectos de la PTH son en los huesos, riñones y tracto gastrointestinal.

  • Hueso:
    • La PTH estimula los osteoclastos → ↑ resorción ósea
    • Resulta en ↑ Ca2+ y fosfato sérico
  • Riñones:
    • ↑ Reabsorción renal de Ca2+
    • ↑ Excreción renal de fosfato (por lo que no se combina con el Ca2+ para formar hueso)
    • ↑ Hidroxilación del calcidiol → calcitriol (vitamina D activada)
  • Tracto gastrointestinal: El calcitriol favorece la absorción intestinal de Ca2+.
Vías de la homeostasis del calcio

Vías en la homeostasis del calcio que demuestran cómo la hormona paratiroidea (PTH) y la calcitonina actúan para mantener los niveles normales de calcio:


Cuando los niveles séricos de Ca2+ disminuyen, la glándula paratiroidea secreta PTH. Esto aumenta los niveles séricos de Ca2+ hasta el rango normal estimulando: los osteoclastos para liberar Ca2+ del hueso, los riñones para aumentar la reabsorción de Ca2+ y la síntesis de vitamina D (que aumenta la absorción de Ca2+ desde los intestinos).
Cuando los niveles séricos de Ca2+ aumentan, la glándula tiroidea libera calcitonina para disminuir los niveles séricos de Ca2+ y devolverlos al rango normal mediante la inhibición de: la actividad de los osteoclastos (que mantienen el Ca2+ en el hueso) y la reabsorción de Ca2+ en los riñones. Imagen: “Pathways in Calcium Homeostasis” por Phil Schatz. Licencia: CC BY 4.0

Síntesis y regulación de la PTH

  • Sintetizada por las células principales de las glándulas paratiroides
  • Se regula principalmente por los niveles de calcio:
    • ↓ Ca2+ → estimula la secreción de PTH
    • ↑ Ca2+ → inhibe la secreción de PTH
  • Mecanismo: La glándula paratiroidea tiene receptores de calcio en la membrana plasmática.
    • Unión del calcio a sus receptores en la glándula paratiroidea → inhibición de la secreción de PTH
    • Cuando los receptores están libres → se secreta PTH

Vitamina D

Aunque es una vitamina, la vitamina D actúa más como una hormona que como una verdadera vitamina. La vitamina D3 se sintetiza en la piel de todos los vertebrados cuando se exponen a la luz solar.

Funciones

Los efectos más importantes de la vitamina D están relacionados con la regulación del calcio y el fosfato.

  • Favorece la absorción de calcio y fosfato en el intestino:
    • Mecanismo: regulación de la expresión de la proteína de unión al calcio intracelular, calbindina D9k
    • La calbindina D9k es necesaria para la absorción del Ca2+ alimentario.
    • Los niveles de calbindina son el paso limitante para la absorción de Ca2+.
  • Estimula los osteoblastos y mejora la mineralización ósea
  • También participa en:
    • Función inmunitaria e inflamación
    • Metabolismo de la glucosa y el colesterol
    • Inhibición de la angiogénesis
    • Señalización celular, crecimiento, proliferación, diferenciación y apoptosis
Absorción del calcio de la dieta

La absorción del calcio de la dieta, que requiere la calbindina D9k: La vitamina D aumenta la producción de la proteína intracelular de fijación del calcio, calbindina D9k. La cantidad de calbindina en los enterocitos es el paso que limita la velocidad de absorción del calcio. Debido a la toxicidad del calcio libre intracelular, todo el calcio absorbido en los intestinos debe ser ligado inmediatamente por las calbindinas, que luego transportan el calcio al retículo endoplásmico (RE), donde se almacena hasta que se libera directamente en la sangre.

Imagen por Lecturio.

Síntesis de la vitamina D

La vitamina D se sintetiza a partir del colesterol al ser estimulada por la exposición a la luz ultravioleta (UV). La vitamina D debe someterse a 2 reacciones de hidroxilación para ser activa.

Vitamina D3: 1,25-dihidroxi-vitamina D3:

  • En la piel: La exposición a los rayos UV provoca una reordenación dependiente de la temperatura del 7-dehidrocolesterol → vitamina D3 (colecalciferol)
  • En el hígado: La vitamina D3 es hidroxilada a 25-hidroxivitamina D3.
    • Abreviada como 25(OH)D3, y también conocida como calcidiol, calcifediol y 25-hidroxi-colecalciferol
    • La 25(OH)D3 es la principal forma circulante de vitamina D en el organismo.
    • La vida media es de 2–3 semanas.
  • En los riñones: la 25(OH)D3 sufre una segunda hidroxilación y forma la 1,25-dihidroxivitamina D3 fisiológicamente activa.
    • Abreviada como 1,25(OH)D3 y también conocida como calcitriol
    • Forma más activa
    • La vida media es de 4–6 horas.
Vía biosintética del calcitriol

Vía biosintética del calcitriol

Imagen por Lecturio.

Receptores de vitamina D

  • Receptores intracelulares (situados en el interior de la célula y no en su superficie)
  • El complejo receptor de la vitamina D se une a los elementos de respuesta hormonal en el ADN.
  • Estimula directamente (o inhibe) la expresión de los genes diana

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Otros Reguladores del Metabolismo Óseo

Otros factores que ayudan a regular el metabolismo óseo son

  • Estrógenos:
    • ↓ Recambio óseo en ambos sexos
    • Actúan tanto sobre los osteoblastos como sobre los osteoclastos
    • Necesarios para el cierre de las placas epifisarias
  • Hormona del crecimiento:
    • Estimula las placas terminales cartilaginosas
    • Estimula la formación de hueso endocondral
  • Glucocorticoides:
    • Inhiben la formación de hueso
    • Causa de la osteoporosis inducida por glucocorticoides
  • Hormonas tiroideas (tiroxina, triyodotironina):
    • Aumentan tanto la formación como la resorción ósea
    • ↑ Recambio óseo

Relevancia Clínica

  • Osteoporosis: disminución de la masa y la densidad óseas que conlleva un mayor número de fracturas. La osteoporosis suele estar causada por la pérdida de estrógenos y/o testosterona protectores en etapas posteriores de la vida, o como resultado de la inmovilización, trastornos médicos subyacentes o del uso prolongado de ciertos medicamentos. La osteoporosis suele presentarse clínicamente con fracturas frecuentes y pérdida de altura vertebral. El diagnóstico se establece midiendo la densidad mineral ósea. El tratamiento incluye modificaciones en el estilo de vida, el mantenimiento de niveles adecuados de calcio y vitamina D, y el uso de bifosfonatos.
  • Osteomalacia y raquitismo: trastornos de la disminución de la mineralización ósea. El raquitismo afecta al cartílago de las placas de crecimiento epifisarias en niños, mientras que la osteomalacia afecta a los lugares de recambio óseo en niños y adultos. La osteomalacia y el raquitismo son las causas más comunes de la carencia de vitamina D. El raquitismo suele presentarse con deformidades esqueléticas y anomalías de crecimiento, mientras que la osteomalacia puede presentar dolor óseo, dificultad para deambular y fracturas patológicas. El tratamiento incluye la administración de suplementos de vitamina D y calcio.
  • Enfermedad ósea de Paget: trastorno focal del metabolismo óseo que suele afectar el cráneo, columna vertebral, pelvis y huesos largos de las extremidades inferiores. Las 2 principales manifestaciones clínicas de la enfermedad de Paget son el dolor óseo y las consecuencias de las deformidades óseas, como fracturas, artrosis o pinzamiento nervioso. El tratamiento incluye bifosfonatos, calcitonina y cirugía para el tratamiento de fracturas, deformidades y complicaciones.
  • Hiperparatiroidismo: afección asociada a niveles elevados de PTH en la sangre. El hiperparatiroidismo puede deberse a una enfermedad inherente a la glándula paratiroidea o a anomalías en el metabolismo del calcio. Los individuos afectados presentan clásicamente “cálculos (nefrolitiasis), huesos (↓ densidad mineral ósea), malestar abdominal (dolor abdominal inespecífico) y matices psiquiátricos (síntomas neuropsiquiátricos)”. El diagnóstico se basa en la evaluación de laboratorio de la PTH, calcio y fosfato séricos, así como de los niveles de calcio en la orina. El tratamiento es típicamente quirúrgico para tratar cualquier afección subyacente.
  • Hipoparatiroidismo: niveles bajos de PTH debido a un mal funcionamiento de las glándulas paratiroides. El hipoparatiroidismo es más comúnmente iatrogénico después de una cirugía de cuello, pero también puede estar asociado a trastornos genéticos, infiltrativos o autoinmunes, que causan la destrucción del tejido paratiroideo normal. La deficiencia de PTH da lugar a una hipocalcemia, que provoca un aumento de la excitabilidad neuromuscular (e.g., tetania), osteoesclerosis y manifestaciones cardíacas y neuropsiquiátricas. El tratamiento implica la administración de suplementos de calcio y vitamina D, y potencialmente PTH humana recombinante en los casos crónicos.
  • Hipercalcemia: una afeccion típicamente caracterizada por niveles de calcio sérico > 10,5 mg/dL. La hipercalcemia puede ser el resultado de varias afecciones, la más común de las cuales es el hiperparatiroidismo y las neoplasias. Las presentaciones clínicas incluyen síntomas neuropsiquiátricos (confusión, alteraciones mentales), gastrointestinales (vómitos, dolor abdominal), musculoesqueléticos (dolor de huesos, debilidad) y renales (poliuria, polidipsia). El tratamiento depende de la gravedad y va desde una dieta baja en calcio hasta solución salina isotónica intravenosa, bifosfonatos, calcitonina y hemodiálisis.
  • Hipocalcemia: una afección típicamente caracterizada por niveles de calcio sérico < 8,5 mg/dL. La hipocalcemia puede deberse a varios factores, como el hipoparatiroidismo, trastornos que provoquen una deficiencia de vitamina D y medicamentos. La presentación puede ser desde asintomática con una deficiencia leve hasta potencialmente mortal con una disminución aguda y significativa del calcio. El tratamiento consiste en la administración de suplementos de calcio mientras se corrigen las afecciones subyacentes.

Referencias

  1. Manolagas, S.C. (2020). Normal skeletal development and regulation of bone formation and resorption. In UpToDate. Retrieved August 4, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/normal-skeletal-development-and-regulation-of-bone-formation-and-resorption 
  2. Goldfarb, S. (2021). Regulation of calcium and phosphate balance. In UpToDate. Retrieved August 4, 2021, from https://www.uptodate.com/contents/regulation-of-calcium-and-phosphate-balance 
  3. Khan, M. (2021) Physiology, parathyroid hormone. In StatPearls. Retrieved August 4, 2021, from https://www.statpearls.com/articlelibrary/viewarticle/26662/

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