• le calcium dans l’organisme
• calcémie : calcium total, calcium lié et calcium ionisé
• flux de calcium dans l’organisme
• régulation hormonale : parathormone
• régulation hormonale :1,25 (OH)₂ D
• régulation hormonale : calcitonine
• filtration / réabsorption rénale
• exemples d’adaptations physiologiques et de pathologies
• lactation
• transfusion sanguine
• hyperparathyroïdie
• insuffisance rénale
• calcium intracellulaire

concentration ionique de l’eau de mer et du liquide extracellulaire de quelques animaux (mmol.l-1)
 

	Na+	Cl-	K+	Ca2+	Mg2+	SO42-
eau de mer	470	548	9,9	10,2	53,5	2,3
langoustine	517	527	8,6	16,2	10,4	27,5
écrevisse	146	139	3,9	8,1	4,3
calmar	419	522	20,6	11,3	51 ,6	6,9
blatte	161	144	7,9	4	5,6
truite	144	151	6	5,3
flet	180	160	4	3	1	0,2
grenouille	104	74,3	2,5	2	1,2	1,9
canard	138	103	3,1	2,4
rat	146	116	6,2	3,1	1,6
homme	142	104	4,0	2,5	2,0	1

comparer les concentrations en Ca²⁺ des différents animaux, et de l’eau de mer.
 

le calcium dans l’organisme humain

quantité moyenne de calcium présente dans l’organisme ( pour un poids moyen de 70 kg)

quantité totale de calcium : 1 à 2 kg

dont :

os	99 %
liquide extracellulaire	0,1 %
calcium intracellulaire	1 %

Que peut-on dire de la répartition du calcium dans l’organisme humain ? Peut-on en dire la même chose d’un Invertébré ?

Ca²⁺ PM = 40

dont :

• calcium liée aux protéines sanguines : 40 %
• calcium sous forme de complexes ultrafiltrables : 10 %
• calcium ionisé : 50 %

En prenant comme valeur moyenne de la calcémie 10 mg/100 ml, calculer les concentrations molaires des différentes formes de calcium.

La concentration en Ca²⁺ ionisé ([Ca]), en sites de fixation du Ca²⁺ sur les protéines plasmatiques liés ([Ca – prot]) et non liés ([prot]) au calcium est donné par la formule suivante :

à 25°C et à pH 7,35, K = 6,3.10^-3

Pour une concentration en Ca²⁺ ionisé constante, quel va être la conséquence sur la calcémie d’une diminution de l’albuminémie ?

La valeur de K dépend du pH. K augmente lorsque le pH augmente.

Une hyperventilation se traduit par une alcalose sanguine. Quelle va être sa conséquence sur la concentration en calcium ionisé ?

• Le flux d’entrée et de sortie de calcium sont-ils en équilibre ?

• À quel(s) niveau(x) s’effectue la régulation de cet équilibre ?

• Dans quelle(s) condition(s) physiologique(s) cet équilibre peut-il être rompu ?

• Dans les conditions physiologiques, quelles sont les paramètres calciques de l’organisme qui restent constants ?

hormone polypeptidique produite par les parathyroïdes, glandes présentes chez les Vertébrés (apparues chez les Amphibiens).

régulation de la synthèse de PTH : récepteurs au Ca²⁺ extracellulaire sur les cellules sécrétrices de PTH.

Quel est l’aspect de la courbe de sécrétion de PTH en fonction de la concentration plasmatique en calcium ionisé ? À quelle valeur de [Ca²⁺] correspond le point d’inflexion de la courbe ?

effet de la PTH

tissu osseux

récepteurs à la PTH  présents sur les ostéoclastes et les ostéoblastes.

• transfert du calcium depuis le liquide canaliculaire ® mobilisation du calcium
• résorption complète de l’os minéralisé ® mobilisation du calcium et des phosphates

• effet anabolique à faible dose

• augmentation de la réabsorption du calcium (branche ascendante de l’anse de Henlé, tube distal) (+ inhibition de la réabsorption de phosphate)
• activation de la 1-hydroxylase rénale ® synthèse de 1,25 (OH)₂D

PTH_rp = PTH-related peptide
médiateur polypeptidique paracrine se liant au récepteur de la PTH.
placenta, glande mammaire…

production

précurseurs : apport alimentaire, synthèse cutanée

vitamine D : ergocalciférol (vitamine D₂) et cholécalciférol  (vitamine D₃)

la vitamine D (D₂ et D₃) est hydroxylée dans les mitochondries et les microsomes hépatiques en 25-OH-D

2^e hydroxylation : rein

Une enzyme rénale, la 1-hydroxylase, transforme la 25-OH-D en 1,25 (OH)₂D, qui est la forme la plus biologiquement active.

Une autre enzyme rénale, la 24-hydroxylase, peut hydroxyler la 25-OH-D en 24,25 (OH)₂D, forme biologiquement inactive.

effets sur l’homéostasie calcique

gènes cibles de la vitamine D
 

gène	effet sur la transcription
récepteur à la vitamine D	augmentation
calbindins	augmentation
phosphatase alcaline	augmentation
ostéocalcine	augmentation
pompes calciques	augmentation
24-hydroxylase	augmentation
parathormone (PTH)	diminution
1-hydroxylase	diminution

Quel est l’effet principal de la vitamine D ? Per quel effet sur la transcription s’explique-t-il ?

Quels sont les effets de la vitamine D qui mettent en jeu un rétrocontrôle de sa production ?

régulation

quels sont les facteurs qui stimulent directement la production de 1,25 (OH)₂D ?

Le récepteur à la calcitonine est présent sur les ostéoclastes. Son activation se traduit par une inactivation des ostéclastes, et donc une diminution de la résorption osseuse.

Quel est l’effet de la calcitonine sur la calcémie ?
 
 

régulation de la production de calcitonine

La production de calcitonine est stimulée par :

• une élévation de la concentration plasmatique en calcium
• une augmentation de la production de gastrine (hormone gastro-intestinale)

La suppression de la production de calcitonine – lors d’ablation totale de la thyroïde – ne provoque pas d’élévation significative de la concentration plasmatique en calcium.

Un tumeur de la thyroïde entrainant une production excessive chronique de calcitonine d’entraîne pas d’hypocalcémie.

Quel est l’importance de la calcitonine dans l’homéostasie calcique ? Chez quels animaux la calcitonine devrait avoir le rôle le plus important ? (cf. tableau 1)

Le débit de filtration glomérulaire chez l’homme étant en moyenne de 130 ml.min^-1, quel est la quantité de calcium filtré par jour ?

À quel niveau la réabsorption de calcium est-elle régulée ?
 
 
 

Composition moyenne du lait de vache (en g/l)
 

protides	lipides	glucides	Ca2+
34	36	50	1,3

En début de lactation, une vache produit en moyenne 30 litres de lait/jour.

Quelle est la conséquence de la lactation sur les flux calciques dans l’animal ?

Le début de lactation entraîne chez certaines vaches laitières une parésie hypocalcémique (fièvre vitulaire, milk fever). Quels déséquilibres endocriniens pourraient expliquer cette pathologie ?

Les concentrations plasmatiques en PHT et en vitamine D ne sont pas modifiées chez les vaches souffrant de parésie hypocalcémique. Comment peut-on alors expliquer l’apparition de cette hypocalcémie ?

L’administration avant la parturition d’un régime riche en calcium prédispose à la parésie hypocalcémique. Pourquoi ?

Le citrate, utilisé comme anticoagulant, est un chélateur du calcium. Lors d’une transfusion sanguine, le citrate présent dans le sang transfusé se retrouve dans le compartiment sanguin du receveur.

Quel est son effet sur la concentration sanguine en calcium ionisé ?

Quelle sera la réponse endocrinienne de l’organisme ?

Un adénome de la parathyroïde peut conduire à la production non régulée de parathormone.
Quelle est la conséquence de cette pathologie sur la calcémie ?

L’insuffisance rénale se traduit, entre autre, par une diminution de l’activité 1-hydroxylase des cellules rénales et par une acidose sanguine.

Quels en sont les effets sur les productions de PTH, de calcitriol et de calcitonine ? Pourquoi?

Quelles en seront les conséquences sur l’homéostasie calcique ?

Concentrations ioniques intra- et extracellulaire d’une cellule type de Mammifère (en mM) :
 

ions	intracellulaire (mM)	entracellulaire (mM)
Na+	5-15	145
K+	140	5
Mg2+	0,5	1-2
Ca2+	1x 10-4	1-2
H+	7x 10-5 (pH = 7,2)	4x 10-5 (pH = 7,4)
Cl-	5-15	110

 

Quel est l’ion pour lequel la différence de concentration entre le cytosol et le milieu extracellulaire est la plus grande ?

Pour quelle(s) raison(s) la [Ca²⁺]_i de repos d’une cellule doit-elle être faible ?

En quoi cette faible concentration de la [Ca²⁺]_i fait du Ca²⁺ un " bon " messager intracellulaire ?
(La réponse calcique d’une cellule se traduit par une élévation de la [Ca²⁺]_i de 10^-6 à 10^-5 M. Comparer l’effet d’une augmentation similaire sur la concentration intracellulaire des autres ions présents dans la cellule.)

Quelles sont les principales structures responsables du maintien de cette valeur de [Ca²⁺]_i ?