PHYSIOLOGIE INTEGREE Métabolisme phosphocalcique
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Dr B. MALZAC D.A.R. C.H.U. Nice PHYSIOLOGIE INTEGREE Métabolisme phosphocalcique ------------------------------------------ Chez les organismes multicellulaires, les différents groupes cellulaires spécialisés ou organes, doivent être intégrés et coordonnés en réponse aux stimulations venant de l’environnement. Chez les mammifères, ce sont les systèmes nerveux et endocriniens qui assurent ces fonctions. Par ces deux systèmes, les signaux sont transmis respectivement par voie nerveuse et hormonale pour le contrôle de l’homéostasie. Dans ce contrôle, interviennent : - des stimulations venant du monde extérieur, - des facteurs psycho émotionnels - des mécanismes de rétroaction en provenance de l’organisme lui-même. Contrairement au système nerveux spécialisé dans la transmission rapide des signaux, le système endocrinien est spécialisé dans une transmission lente et continue des signaux. Il utilise le système circulatoire pour parcourir de plus grandes distances dans l’organisme. En effet, le système endocrine à trois particularités : - il est le fait d’une sécrétion glandulaire, - il n’y a pas de canal excréteur, - les glandes dont orientées vers des vaisseaux efférents. Les messagers du système endocrinien sont les hormones. Elle proviennent de cellules sécrétrices et ont comme organe cible une autre glande ou des cellules non endocriniennes. Le terme hormone provient d’une racine grecque qui signifie mettre en mouvement, exciter. L’affinité des sites de liaisons spécifiques situées sur les membranes des cellules cibles est très élevée. Les concentrations moyennes hormonales sont de l’ordre de la nano mole/litre (10-9 Mole). En étroite collaboration avec les centres nerveux, le système endocrinien contrôle : - la nutrition - le métabolisme - l’adaptation à l’effort et au stress - l’équilibre du milieu intérieur. - la croissance physique et la maturation psychique - les mécanismes de la reproduction Sous l’influence des centres supérieurs du cerveau l’hypothalamus gouverne la plupart de ces fonctions essentiellement végétatives. Dans de nombreux cas, une stimulation nerveuse dans le système nerveux central, précède une libération d’hormones. L’hypothalamus intervient comme relais neuro-hormonal. Il transforme le signal nerveux selon sa nature, en une libération d’hormones dans le lobe antérieur ou dans le lobe postérieur de l’hypophyse. Une grande partie des ces hormones commande les glandes endocrines périphériques à partir desquelles est libérée l’hormone effectrice. Mode d’action des hormones Le plus souvent les récepteurs des hormones se trouvent sur le côté extérieur de la membrane cellulaire. Si l’hormone se fixe à cet endroit, un second messager intracellulaire, est libéré du côté interne de la membrane. Celui-ci transmet le signal hormonal dans la cellule. Ce second messager est par exemple l’AMPc ou le calcium. Dans certains cas, les hormones parviennent elles-mêmes à l’intérieur de la cellule pour se fixer à une protéine réceptrice spécifique du cytoplasme (ex : cortisone) ou directement sur des récepteurs du noyau cellulaire (ex : hormone thyroïdienne). L’hormone ne peut agir qu’après sa liaison à la protéine réceptrice ; pris séparément, aucun des deux composants n’a d'effet. Régulation de la production hormonale La réponse de la cellule à une stimulation hormonale influence par voie de retour, la glande endocrine émettrice par rétroaction ou “feedback” négatif, c’est-à-dire que la réponse du récepteur va réduire le signal déclencheur original. Les hormones hypothalamo-hypophysaires dirigent la synthèse et la libération des hormones effectrices par les cellules des glandes endocrines mais influencent aussi la croissance de ces glandes périphériques. LE FEED BACK NEGATIF Lors d’anomalies de régulation hormonale, les cellules glandulaires concernées peuvent se multiplier provoquant une hypertrophie de la glande (ex : goitre thyroïdien). Par ailleurs, l’administration continue d’une hormone périphérique exogène entraîne par inhibition une régression du rythme de production normale de cette hormone provoquant une atrophie de la glande, parfois définitive (ex: atrophie des glandes surrénales par administration chronique de cortisone). Action biologique des hormones Les hormones contrôlent le métabolisme des cellules cibles : - par inhibition ou stimulation de la synthèse des protéines enzymatiques, - par modification de la forme moléculaire chimique des protéines enzymatiques, ce qui modifie directement leur activité, - par modulation de la disponibilité des substrats nécessaires aux réactions enzymatiques, par exemple en faisant varier la perméabilité de la membrane de la cellule à ces substrats. Notion de pharmacocinétique La plupart des hormones sont dégradées par le métabolisme avant que leur action ne puisse être décelée. L’hormone de croissance par exemple, est dégradée de moitié au bout de 20 minutes, mais son effet dure toute une semaine. Non spécificité zoologique de la sécrétion hormonale Quelque soit l’origine zoologique, un extrait d’hormone (par exemple thyroïdienne) est semblable tant par sa structure que par ses effets physiologiques à l’hormone de synthèse (ici la thyroxine) et se révèle capable de palier à la suppression de la fonction glandulaire (ici Thyroïdienne) chez n’importe laquelle des espèces animales possédant cette glande (ici corps thyroïde) fonctionnelle. Jusqu’à il y a peu, bien des hormones de nature protéique étaient encore extractives (ex : insuline de boeuf, calcitonine de saumon). LA THYROIDE La glande thyroïde a la forme d’un H et on lui décrit 2 lobes latéraux reliés par un isthme. Son poids est d’environ 30 g. La thyroïde est une glande endocrine qui possède la capacité de séquestrer l’iode et, en iodant une protéine, d’être la source unique d’hormone dont le rôle est double, morphogénétique (développement embryologique et post natal), et métabolique (calorigénèse et fonctionnement des cellules excitables). Les hormones thyroïdiennes circulantes régulent la sécrétion de TRH par “feedback”négatif. La thyroïde synthétise trois hormones : - la thyroxine T4 (4 atomes d’iode) - la triiodothyronine T3 (3 atomes d’iode) issues des cellules folliculaires (99,9% des cellules de la thyroïde) - la thyrocalcitonine qui intervient dans le métabolisme du calcium, issue des cellules C (ou folliculaires) (0,1% des cellules de la thyroïde). La Calcitonine. Antagoniste de l’hormone parathyroïdienne (PTH). Rôle : - C’est une hormone hypocalcémiante par action au niveau de l’os : Augmentation de l’absorption de calcium par l’os et formation d’os nouveau. - Elle entraîne par ailleurs une augmentation d’élimination urinaire de calcium. - Elle est aussi hypophosphatémiante. Régulation : - C’est la calcémie qui régule la sécrétion de calcitonine. L’élévation du taux de calcémie entraîne une augmentation de la sécrétion de calcitonine; une baisse du taux de calcémie entraîne une diminution de la sécrétion de calcitonine. LES GLANDES PARATHYROÏDES - LA CALCEMIE Les 4 glandes parathyroïdes sont situées aux pôles supérieurs et inférieurs des deux lobes de la glande thyroïde. Elles pèsent environ 3 g. chacune. Elles sécrètent une hormone : la Parathormone (PTH). La Parathormone (PTH) Régulation de la Parathormone La synthèse et la libération de la PTH sont régulées par la concentration de Ca++ ionisée dans le plasma. Le Ca++ contrôle l’absorption des acides aminés nécessaires à la synthèse de l’hormone. Dès une diminution de concentration de Ca++ de 5 %, la libération de PTH augmente dans le sang. Si le Ca++ augmente, la PTH diminue. Facteur de régulation principal de la PTH: la calcémie De faibles variations de calcémie entraînent de grandes variations de la sécrétion de PTH, permettant ainsi de maintenir la concentration de Ca2+ à l'intérieur de valeurs étroites. Effets de la PTH Ils tendent tous à élever la calcémie. - Dans les os : résorption osseuse avec libération de Ca++, - Dans le tube digestif : en stimulant la formation de vitamine D dans le rein, la PTH favorise l’absorption de Ca++ - Au niveau rénal : la réabsorption de Ca++ est augmentée ce qui diminue les pertes urinaires de calcium. La PTH est hypophosphatémiante : provoque l’augmentation de l’élimination urinaire (diminution de la réabsorption tubulaire de phosphore). La Vitamine D La vitamine D3 précurseur commun vient de 2 sources. L'alimentation assure 20 % des besoins quotidiens (surtout poissons de mer gras, absorption dans l’intestin grêle) La peau sous l'effet de l'irradiation ultraviolette du rayonnement solaire représente 80 % des besoins quotidiens. 2 formes de Vitamine D - Vitamine D2 (= ergocalciférol) produite par les végétaux - Vitamine D3 (= cholécalciférol) animale Pas d’action directe Sa forme active se fait par 2 hydroxylations successives : - dans le foie, qui crée la 25 (OH) vitamine D3 ou calcifédiol, - puis dans le rein qui aboutie à la forme finale active, la 1,25 (OH) vitamine D3 ou calcitriol (communément appelé Vitamine D). Cette dernière conversion est sous la dépendance directe de la PTH et des besoins de l'organisme en calcium et en phosphore. Par contre, il existe un rétrocontrôle négatif du calcitriol sur la sécrétion de la PTH. Effet du calcitriol (Vit. D) sur le grêle Le calcitriol permet une absorption intestinale accrue du calcium alimentaire et secondairement celle des phosphates. Le calcitriol (Vitamine D) est hyperphosphatémiant. Le calcitriol agit de deux façons. D'une part, il exerce une action sur la bordure en brosse des cellules intestinales où elle favorise l'entrée du calcium à l'intérieur de la cellule. D'autre part, il agit au niveau du noyau des cellules intestinales pour augmenter la synthèse de la protéine calcipexique. Cette protéine va favoriser le transport du calcium entre les cellules duodénales et le plasma. Effet du calcitriol sur l'os La vitamine D3 active de façon directe la résorption osseuse en favorisant la différentiation et l'activation des cellules souches mésenchymateuses de l'os en ostéoclastes. Hypercalcémie et vitamine D Un excès en vitamine D provoque une hypercalcémie. Elle provient - soit d'un apport exogène, c'est l'intoxication par la vitamine D, - soit d'une production endogène dans le cadre des maladies granulomateuses. Lors d'une intoxication à la vitamine D, on ne retrouve pas d'augmentation significative du taux circulant de calcitriol. Ce mécanisme entraîne une augmentation de la fraction libre du calcitriol sans augmenter la concentration plasmatique totale. Dans les maladies granulomateuses, (sarcoïdose, tuberculose, silicose, lèpre, lymphome hodgkinien et non hodgkinien) la production du calcitriol par le macrophage des tissus granulomateux est d'autant plus importante que les apports de vitamine D ou l'exposition au soleil sont grands. Ainsi chez ces patients, la régulation de la production des métabolites actifs est déviée et des apports excessifs en calcium ne réduisent pas les taux sériques de calcitriol. Dans le cadre de l'intoxication par la vitamine D, les signes cliniques sont ceux de l'hypercalcémie. En général il n'existe pas de forme aiguë car le mécanisme est lent et régulier mais par contre la calcémie peut être franchement élevée. Chez un sujet normal, l'ingestion chronique de doses élevées de vitamine D doit être au moins 50 à 100 fois supérieure aux besoins pour produire une hypercalcémie (doses journalières dépassant 50 000 à 100 000 unités). Dans le cadre des maladies granulomateuses, le tableau associé à l'hypercalcémie est celui de la maladie de fond. Rôle et effets du calcium Le calcium est le cinquième élément inorganique par ordre d'abondance de l'organisme. Le calcium ionisé est essentiel pour de multiples processus biologiques intra- et extracellulaires. Le Ca++ joue un rôle important dans la régulation des fonctions cellulaires : - transmission des messages hormonaux (deuxième messager) - hémostase : facteur IV de la coagulation - conduction nerveuse - couplage électromécanique de la contraction musculaire striée - lisse - cardiaque - mouvements des spermatozoïdes - actions sur de nombreux enzymes. Le Ca++ représente 2 % (environ 1,3 kg) du poids corporel ; 99 % se trouvent dans le squelette, 1 % est dissous dans les liquides corporels. La quantité de calcium présente dans l’espace vasculaire est de un gramme. Du fait de ce rôle physiologique majeur et ubiquitaire, la calcémie doit être maintenue de manière très étroite entre des valeurs de 2,2 et 2,6 mmol·L-1. Dans le plasma : - 50 % du calcium est sous forme ionisée active, - 10 % est sous forme complexée, en particulier le citrate de Ca++ (éventuellement apporté par la transfusion) - 40 % est lié aux protéines. Cette liaison est dépendante du pH sanguin. Elle augmente lors d’une alcalose, c’est pourquoi l’alcalose de l’hyperventilation peut entraîner une tétanie. Régulation du métabolisme phosphocalcique 3 niveaux de régulation : -Absorption digestive -Échanges entre le tissu osseux et le milieu intérieur -Élimination rénale 3 hormones : - PTH - 1,25 dihydroxyvitamine D3 - Calcitonine La Calcémie dépend de 3 facteurs : - La PTH augmente la calcémie en favorisant son absorption intestinale, sa réabsorption rénale et la décalcification des os. - La vitamine D, qui accroît l’absorption intestinale du Ca++ et la minéralisation du squelette - La calcitonine (origine thyroïdienne). Réagit à l’hypercalcémie. Elle augmente l’excrétion rénale du calcium et l’inclusion du calcium dans le squelette. L’hyperplasie des parathyroïdes entraîne une hyperparathyroïdie avec hypercalcémie, calculs rénaux et insuffisance rénale. - PTH et 1,25 dihydroxyvitamine D3 (Vit D) = - Calcitonine = effet anti-hypercalcémie Hormones hypercalcémiantes IMPLICATIONS EN ANESTHÉSIE-RÉANIMATION La prise en charge d'une hypercalcémie aiguë est une urgence de réanimation. En fonction de l'étiologie retrouvée, un traitement chirurgical peut s'imposer après stabilisation ou correction médicale de l'hypercalcémie notamment dans la pathologie des parathyroïdes. La forme thérapeutique (extraite du saumon ou du porc) est administrée dans les hypercalcémies d’origine diverses, dans la prévention des pertes osseuses des alités, dans les hyperparathyroïdie. Au dessus de 3 mMol/l, l’hypercalcémie entraîne : - polyurie, déshydratation, - douleurs abdominales, vomissements, - troubles neurologiques, coma, - HTA - Une repolarisation ventriculaire précoce après la dépolarisation, à l’ECG. Il en résulte un intervalle QT bref avec risque de troubles du rythme ventriculaire graves. C'est essentiellement pour ces causes que l'anesthésiste va être concernée. Le cas de l'HPT primaire pose peu de problèmes, il s'agit le plus souvent de femmes d'âge moyen qui présentent peu d'antécédents et dont la calcémie totale est modérément élevée. Cependant, les anomalies cardiovasculaires ont été retrouvées avec une incidence plus élevée chez les patients ayant une HPT primaire que chez les sujets contrôles. Pour la plupart de ces troubles, il semble que la para thyroïdectomie améliore ou tout du moins en limite l'évolution. Le choix d'une anesthésie générale n'a rien de spécifique dans la plupart des cas. Le taux de guérison après exérèse de l'adénome ou après para thyroïdectomie subtotale pour hyperplasie diffuse est supérieur à 95 %, la morbidité postopératoire est très faible et la mortalité nulle. La recherche d'une paralysie récurrentielle, d'une hypocalcémie et d'un hématome cervical compressif fait partie de la surveillance post opératoire. Il faut savoir que l'hypocalcémie postopératoire est transitoire et ne doit être traitée que si elle devient symptomatique (crampes musculaires, crises de tétanie). Dans le cadre des HPT II, les complications cardiovasculaires sont très fréquentes, liées à l'Insuffisance Rénale Chronique (IRC). Les anomalies cardiaques sont représentées par l'HTA, l'insuffisance ventriculaire gauche, les valvulopathies calcifiantes et l'insuffisance coronarienne. Celles-ci méritent d'être recherchées et évaluées avant la chirurgie. Il faut garder à l'esprit que la para thyroïdectomie subtotale peut améliorer au moins partiellement ces pathologies. L'autre particularité de ces l'HPT II est l'IRC. Il faut réaliser une dialyse la veille de l'intervention pour être dans les meilleures conditions hémodynamiques (proche du poids sec), électrolytiques et pour ne pas avoir à dialyser les patients en période postopératoire immédiate. La dialyse, le jour précédent l'intervention prévient l'association d'une hyperkaliémie et d'une hypocalcémie postopératoire, qui favorisent les troubles du rythme graves (la torsade de pointe ou la fibrillation ventriculaire). Les suites postopératoires sont marquées par le risque d'hypocalcémie postopératoire très précoce, fréquente et profonde ce qui justifie un dosage régulier de la calcémie afin de supplémenter au plus vite ce désordre. En cas de thyroïdectomie totale, le risque d’ablation accidentelle des parathyroïdes existe. Une hypocalcémie apparaît en deux à trois jours avec crampes musculaires, crises de tétanie voire crises convulsives. A l’ECG l’intervalle QT s’allonge. D’importants apports per os de calcium sont alors nécessaires (plusieurs gr. /jour).
