Cos'è il calcio?

Il calcio è un minerale essenziale per diverse funzioni dell'organismo, tra cui la funzione cardiaca, la contrazione muscolare, la trasmissione dei segnali nervosi e il mantenimento di ossa sane.

Come altri minerali (e vitamine), il calcio è un micronutriente. Ciò significa che, a differenza dei grassi, dei carboidrati e delle proteine (che vengono collettivamente definiti «macronutrienti»), abbiamo bisogno di calcio solo in piccole quantità. Tuttavia, il calcio è considerato anche un macrominerale: è infatti necessario in quantità maggiori rispetto ai cosiddetti «oligoelementi», come il rame e il manganese.

Perché il calcio è importante?

Spesso pensiamo che il calcio sia particolarmente importante per la salute delle ossa e dei denti. Sebbene ciò sia indubbiamente vero, il calcio svolge funzioni molto più ampie (e spesso meno conosciute) nell'organismo.

Molti dei processi biochimici interni che mantengono in vita le cellule dipendono dal calcio. Ad esempio, il calcio viene spesso utilizzato come secondo messaggero per trasmettere segnali dai recettori situati sulla superficie cellulare e provocare cambiamenti molecolari all’interno delle cellule. Allo stesso modo, il calcio riveste un ruolo fondamentale nella segnalazione cellulare, ovvero nelle cascate di reazioni chimiche che consentono alle cellule di comunicare tra loro. Il calcio è inoltre un importante cofattore, il che significa che è necessario affinché diversi enzimi funzionino in modo efficiente.

Ioni di calcio

Molte delle funzioni del calcio nell'organismo derivano dal fatto che esso forma uno ione, ovvero un atomo caricato elettricamente. Il movimento degli ioni calcio (Ca²⁺) all'interno e all'esterno delle cellule provoca differenze di carica elettrica e di tensione attraverso le membrane cellulari. Questo principio è fondamentale per la contrazione cardiaca, la contrazione della muscolatura scheletrica e liscia e la trasmissione dei segnali nervosi.

A questo proposito, gli ioni calcio regolano l’attività dei canali ionici voltaggio-dipendenti. Si tratta di speciali proteine di trasporto situate sulle membrane cellulari che si aprono e si chiudono per consentire il passaggio di ioni (atomi carichi come il sodio Na+, il potassio K+ e il cloruro Cl-) all’interno e all’esterno delle cellule. Come suggerisce il nome, l’apertura e la chiusura di questi canali sono innescate dalle variazioni di tensione attraverso le membrane cellulari. Poiché gli ioni calcio influenzano la tensione attraverso le membrane cellulari, le variazioni dei livelli di calcio possono influenzare l'apertura e la chiusura dei canali ionici voltaggio-dipendenti e quindi il movimento di altri ioni dentro e fuori dalle cellule. Ciò influisce sulla funzione dei cosiddetti tessuti "elettricamente eccitabili": cuore, nervi, muscoli.

PUNTI CHIAVE

• Il calcio è coinvolto in diverse reazioni chimiche e processi di segnalazione all'interno delle cellule.

• Il calcio è necessario per avere ossa e denti sani.

• Gli ioni calcio sono particelle cariche e svolgono un ruolo importante nei tessuti che utilizzano segnali elettrochimici (ad esempio, cuore, nervi, muscoli).

• Gli ioni di calcio sono fondamentali per il funzionamento dei nervi, dei muscoli e del cuore.

Dove viene immagazzinato il calcio nell'organismo?

Il nostro corpo ha tre zone principali in cui immagazzina il calcio:

Ossa

La maggior parte del calcio è immagazzinata nelle ossa. Di questa quantità, la maggior parte è contenuta nel minerale osseo, sotto forma di un composto cristallino chiamato idrossiapatite. Una percentuale molto più ridotta del calcio osseo si trova in un serbatoio da cui può essere rapidamente rilasciata nel sangue e nel liquido extracellulare (ECF).

Sangue e liquido extracellulare (ECF)

Il termine "liquido extracellulare" (ECF) indica essenzialmente tutti i liquidi corporei presenti al di fuori delle cellule. Tra questi figurano principalmente il plasma ( o siero*), la componente liquida del sangue, e il liquido interstiziale, ovvero il liquido che circonda e bagna le cellule.

Il plasma e il liquido interstiziale sono importanti in quanto contengono ioni (tra cui gli ioni di calcio) e sostanze nutritive di cui le cellule hanno bisogno per svolgere vari processi fondamentali.

Nel plasma sanguigno, circa la metà del calcio è legata alle proteine, in particolare a una proteina chiamata albumina. La restante metà è presente sotto forma di ioni di calcio liberi (talvolta indicati come calcio ionizzato).

Come vedremo tra poco, il nostro corpo si impegna a mantenere costanti i livelli di ioni calcio nel plasma sanguigno e nel liquido interstiziale.

(Si noti che la consistenza e la concentrazione degli ioni nel liquido interstiziale che circonda le cellule e nel plasma sanguigno sono strettamente correlate. Per questo motivo, quando si parla di variazioni dei livelli di calcio nel sangue, si intendono anche variazioni analoghe dei livelli di calcio nel liquido interstiziale.)

* Il termine siero si riferisce tecnicamente al plasma sanguigno (cioè la componente fluida e non cellulare del sangue) priva di fattori di coagulazione. Per semplificare, useremo i termini sangue siero e plasma sanguigno in modo intercambiabile.

Calcio intracellulare

Come accennato in precedenza, il calcio è estremamente importante per molti dei processi di segnalazione interna e delle reazioni chimiche che avvengono all'interno delle cellule. Le cellule immagazzinano il calcio in vari organelli interni, tra cui i mitocondri (responsabili della respirazione cellulare) e il reticolo endoplasmatico (coinvolto nell'impacchettamento e nel trasporto delle proteine).

La quantità di calcio all'interno delle cellule varia notevolmente a seconda dell'attività delle reazioni chimiche e dei processi di segnalazione in corso. Le riserve intracellulari di calcio vengono reintegrate dal calcio presente nel plasma sanguigno e nel liquido interstiziale.

PUNTI CHIAVE

• Il calcio è presente in tre principali "serbatoi" dell'organismo: nelle ossa, nel liquido extracellulare (compreso il siero e il plasma sanguigno) e all'interno delle cellule.

• Il calcio viene costantemente trasferito tra questi tre serbatoi.

• Il nostro organismo mantiene i livelli di calcio nel plasma sanguigno entro un intervallo strettamente controllato. Questo è un esempio di «omeostasi», ovvero il mantenimento di un ambiente interno costante.

Perché è necessario regolare i livelli di calcio nel sangue?

Apporto di calcio alle cellule

Affinché le cellule possano utilizzare il calcio per i processi biochimici e di segnalazione interni, devono disporre di un apporto costante di ioni calcio. Tale apporto è garantito dal calcio presente nel plasma sanguigno e nel liquido interstiziale. Sebbene le cellule dispongano di riserve interne di calcio, queste devono essere costantemente reintegrate dagli ioni calcio forniti dal plasma sanguigno.

Funzione nervosa e muscolare

Un altro motivo fondamentale per cui manteniamo livelli costanti di calcio è legato alle proprietà elettriche degli ioni calcio. Come descritto in precedenza, gli ioni calcio sono portatori di carica elettrica. Di conseguenza, le differenze nella concentrazione di ioni calcio all’interno e all’esterno delle cellule possono determinare variazioni della tensione attraverso le membrane cellulari. Mantenendo un livello costante di calcio nel plasma sanguigno e nel liquido interstiziale, è possibile stabilizzare la tensione attraverso le membrane cellulari, il che è particolarmente importante per il corretto funzionamento delle cellule nervose, muscolari e cardiache.

Più precisamente, stabilizzando la tensione attraverso le membrane cellulari, gli ioni calcio regolano l’apertura e la chiusura dei canali ionici voltaggio-dipendenti. Quando i livelli di calcio nel sangue diminuiscono, i canali ionici voltaggio-dipendenti tendono ad aprirsi più facilmente. Ciò provoca quindi un afflusso di altri ioni (ad esempio il sodio), che può rendere le cellule nervose e muscolari eccessivamente eccitabili e indurle a scaricarsi in modo inappropriato. Ad esempio, livelli bassi di calcio possono causare spasmi muscolari (un fenomeno chiamato tetania ipocalcemica).

Al contrario, se i livelli di calcio nel sangue diventano eccessivamente elevati, i canali ionici voltaggio-dipendenti tendono a rimanere chiusi. Ciò ostacola la capacità di altri ioni di penetrare nelle cellule nervose e muscolari, rendendo più difficile la conduzione dei segnali nervosi.

Coagulazione del sangue

Se ti sei mai tagliato mentre ti radevi, avrai notato che il sanguinamento si ferma in fretta. Ciò è dovuto alla formazione di coaguli di sangue, costituiti da una molecola chiamata fibrina. Il calcio è fondamentale per la formazione della fibrina e per varie altre fasi della coagulazione del sangue. Livelli bassi di calcio nel sangue possono quindi ritardare la coagulazione.

PUNTI CHIAVE

• I livelli di calcio nel siero sanguigno sono mantenuti entro un intervallo ben definito.

• Il mantenimento di livelli costanti di ioni calcio garantisce che le cellule nervose, muscolari e cardiache non siano né eccessivamente né insufficientemente eccitabili dal punto di vista elettrico.

• Bassi livelli sierici di calcio possono causare spasmi muscolari.

• Livelli elevati di calcio nel siero possono compromettere la trasmissione dei segnali nervosi e la contrazione muscolare.

• Il calcio presente nel sangue può essere utilizzato dalle cellule per le reazioni chimiche interne e per le vie di segnalazione.

• Il calcio è necessario per la formazione dei coaguli di sangue e per prevenire un sanguinamento eccessivo.

Quali organi regolano i livelli di calcio nel sangue?

I livelli di calcio nel sangue vengono mantenuti entro un intervallo ben definito grazie alla costante regolazione della velocità con cui il calcio viene assorbito dagli alimenti, espulso con le urine e trasformato in minerale osseo.

In questo senso, esistono tre organi principali che regolano i livelli di calcio:

Intestino tenue

Quando si assumono alimenti, il calcio (e altre sostanze nutritive) viene assorbito nel flusso sanguigno a livello dell’intestino tenue. Le cellule che rivestono l’interno dell’intestino tenue (chiamate cellule epiteliali) possiedono diverse proteine leganti e trasportatrici del calcio (ad esempio la calbindina e il TRPV6) che facilitano l’assorbimento del calcio. La vitamina D stimola questo processo e potenzia l’assorbimento del calcio nell’intestino tenue.

Aumentando il tasso di assorbimento del calcio nell'intestino tenue, è possibile aumentare i livelli di calcio nel siero sanguigno.

Reni

Probabilmente sapete che la funzione dei reni è quella di «filtrare il sangue» e produrre l'urina. A questo proposito, il calcio viene filtrato dai reni e finisce nell'urina. In condizioni normali, tuttavia, la maggior parte di questo calcio viene poi riassorbita dai reni e reimmessa nel flusso sanguigno.

Modificando la quantità di calcio riassorbita dai reni, possiamo regolare i livelli di calcio nel siero sanguigno. Ad esempio, quando i livelli di calcio nel sangue diventano eccessivamente elevati, riduciamo il riassorbimento del calcio nei reni (ed espelliamo una maggiore quantità di calcio con le urine).

Al contrario, stimolando il riassorbimento del calcio nei reni si aumentano i livelli di calcio nel sangue.

Ossa

La maggior parte del calcio è immagazzinata sotto forma di minerale osseo. Attraverso il rimodellamento osseo, ovvero la degradazione o la formazione di nuovo tessuto osseo, il calcio può essere rilasciato nel flusso sanguigno o da esso eliminato.

Per aumentare i livelli sierici di calcio, il tessuto osseo può essere degradato attraverso un processo chiamato riassorbimento osseo. Il riassorbimento osseo è opera di cellule ossee specializzate chiamate osteoclasti. Queste secernono un acido che dissolve l'osso e rilascia calcio (insieme al fosfato) nel plasma sanguigno e nel liquido interstiziale.

Al contrario, possiamo inibire l'attività degli osteoclasti e il riassorbimento osseo per ridurre i livelli sierici di calcio.  

PUNTI CHIAVE

• I livelli di calcio nel siero sanguigno sono influenzati da tre processi principali:
• Assorbimento degli ioni calcio nell'intestino tenue.
• Riassorbimento ed escrezione del calcio dall'urina da parte dei reni.
• Rilascio di ioni calcio nel flusso sanguigno attraverso la degradazione dell'osso.

Come vengono regolati i livelli di calcio nel siero?

Come spiegato in precedenza, possiamo regolare i livelli sierici di calcio intervenendo su tre processi fondamentali:

• Assorbimento del calcio nell'intestino tenue.

• Riassorbimento/escrezione del calcio nei reni.

• Rilascio di calcio dal tessuto osseo.

L'equilibrio di questi processi è regolato da un sistema ormonale, che comprende:

• L'ormone paratiroideo (PTH), secreto dalle ghiandole paratiroidi: un gruppo di quattro piccole ghiandole situate nel collo. Il PTH agisce aumentando i livelli sierici di calcio.

• Vitamina D: la sua forma attiva (1,25-diidrossivitamina D o«calcitriolo») viene prodotta dai reni. La 1,25-vitamina D (calcitriolo) aumenta i livelli sierici di calcio.

• La calcitonina, secreta dalla ghiandola tiroidea situata nel collo, agisce riducendo i livelli sierici di calcio. Nell'uomo, si ritiene che l'effetto della calcitonina sui livelli di calcio sia meno significativo rispetto a quello dell'ormone paratiroideo.

PUNTI CHIAVE

• I livelli sierici di calcio sono regolati da tre ormoni principali: l'ormone paratiroideo (PTH), la vitamina D attiva (1,25-idrossivitamina D) e la calcitonina.

• Il PTH e la vitamina D attiva aumentano i livelli sierici di calcio.

• La calcitonina riduce i livelli sierici di calcio.

Cosa succede quando i livelli di calcio nel siero scendono troppo?

Come nel caso di altri meccanismi di regolazione omeostatica che mantengono un ambiente interno costante nei nostri tessuti, la prima fase della regolazione del calcio consiste nel monitorare e rilevare le variazioni dei livelli sierici di calcio.  

Le ghiandole paratiroidi, la tiroide e i reni possiedono una proteina speciale chiamata recettore sensibile al calcio (CaSR). Come suggerisce il nome, il recettore sensibile al calcio rileva le variazioni nella quantità di calcio circolante nel sangue.

Quando i livelli sierici di calcio diminuiscono, una minore quantità di calcio si lega al CaSR. Ciò induce le ghiandole paratiroidi a produrre una maggiore quantità di ormone paratiroideo (PTH).

Il PTH ha diversi effetti nell'organismo, che portano tutti a un aumento del calcio nel sangue:

Il PTH stimola il riassorbimento osseo

Il PTH induce le ossa a rilasciare immediatamente ioni calcio nel plasma sanguigno e nel liquido interstiziale. Questo processo è facilitato da speciali cellule ossee chiamate osteoblasti.

A lungo termine, stimola inoltre la produzione di un maggior numero di osteoclasti. Gli osteoclasti sono cellule responsabili del riassorbimento osseo: degradano il tessuto osseo e rilasciano calcio nel flusso sanguigno.

Il PTH stimola il riassorbimento del calcio nei reni

Il PTH induce i tubuli renali a riassorbire una maggiore quantità di calcio nel flusso sanguigno e a escreterne una minore quantità nelle urine.

Si noti inoltre che una minore quantità di calcio che si lega al CaSR nei reni stimola direttamente i reni a riassorbire una maggiore quantità di calcio.

Il PTH stimola i reni a produrre vitamina D attiva

La vitamina D, la cosiddetta «vitamina del sole», viene assunta attraverso l'alimentazione e prodotta dalla nostra pelle grazie all'esposizione alla luce solare. Questa forma di vitamina D, tuttavia, è inattiva. La vitamina D viene successivamente convertita nei reni nella sua forma attiva: 1,25-diidrossivitamina D ( o calcitriolo).

La PTH stimola i reni a produrre una maggiore quantità di vitamina D attiva (calcitriolo). La vitamina D attiva, a sua volta, aumenta ulteriormente i livelli sierici di calcio stimolando il riassorbimento osseo, aumentando il riassorbimento del calcio nei reni e , soprattutto, aumentando l'assorbimento del calcio da parte dell'intestino tenue.

PUNTI CHIAVE

• Il recettore sensibile al calcio (CaSR) rileva le variazioni dei livelli sierici di calcio.

• Quando il calcio sierico è basso, il CaSR stimola le ghiandole paratiroidi a produrre l'ormone paratiroideo (PTH).

• Il PTH ripristina/aumenta i livelli sierici di calcio.

• Il PTH aumenta il riassorbimento del calcio, favorisce il riassorbimento osseo e stimola la formazione della vitamina D attiva.

• La vitamina D favorisce l'assorbimento del calcio proveniente dall'alimentazione nell'intestino tenue.  

Cosa succede quando i livelli di calcio nel siero diventano troppo elevati?

Quando i livelli di calcio nel siero aumentano, una quantità maggiore di calcio si lega alla proteina CaSR nelle ghiandole paratiroidi. Ciò inibisce il rilascio dell'ormone paratiroideo (PTH).

Allo stesso modo, l'attivazione della proteina CaSR nei reni inibisce il riassorbimento del calcio. Ciò comporta una maggiore perdita di calcio nelle urine.

Anche la ghiandola tiroidea, una ghiandola di grandi dimensioni situata al centro del collo, svolge un ruolo nella regolazione dei livelli sierici di calcio. Anche in questo caso, tale processo è mediato dalla proteina CaSR. Quando i livelli di calcio diventano troppo elevati, le cellule della ghiandola tiroidea chiamate cellule C secernono un ormone chiamato calcitonina.

La calcitonina riduce i livelli di calcio.

Lo fa principalmente in due modi:

• La calcitonina inibisce il riassorbimento osseo, quindi viene rilasciato meno calcio dalle ossa nel flusso sanguigno.

• La calcitonina inibisce il riassorbimento del calcio da parte dei reni, quindi una maggiore quantità viene espulsa con le urine.

In che modo i geni influenzano i livelli di calcio nel siero?

Esistono diversi geni che regolano il metabolismo del calcio e che, di conseguenza, influenzano i livelli sierici di calcio. Quello forse più studiato è il gene CASR, che codifica la proteina CaSR (recettore sensibile al calcio).

Le varianti di questo gene influenzano la capacità delle ghiandole paratiroidi e dei reni di reagire alle variazioni dei livelli sierici di calcio. Esse influenzano quindi in parte il rischio di livelli di calcio nel sangue troppo bassi o troppo alti.

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