Métabolisme minéral INSERM U907 CHU Pasteur, Néphrologie

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1 Métabolisme minéral INSERM U907 CHU Pasteur, Néphrologie Favre@unice.fr

2 Métabolisme minéral Mortalité cardiovasculaire Maladies osseuses Lithiase rénale Endocrinopathies

3 Répartition du Ca ++ (PM 40) 0,0001% milieu intra-cellulaire 0,1 % 25000 mmol 99,9 % [Ca] = 10 -7 M [Ca] = 10 -3 M + H + H 3 Ca 3 (PO 4 ) 2.(OH) 2 + H + HPO 4 - + Ca ++

4 23000 mmol 90 % 1 % Répartition du phosphore (PM 31) PO 4 3- HPO 4 2- H 2 PO 4 - PM 158-160 milieu intra-cellulaire + H + H 3 Ca 3 (PO 4 ) 2.(OH) 2 + H + HPO 4 - + Ca ++ 2000 mmol 9 %

5 Squelette protéique: 90% de collagène I Phase minérale: 99% de cristaux d’hydroxyapatite 3 Ca 3 (PO 4 ) 2.(OH) 2 Renouvellement de la trame protéique de l’ensemble du squelette tous les 5 ans Remodelage osseux Homéostasie de la calcémie et de la phosphatémie Constituants de l’os

6 QuiescenceActivation Résorption QuiescenceFormationInversion Nouvel os Cycle de 3 mois en moyenne Unité de remodelage

7 Absorption digestive

8 70% du phosphate alimentaire est absorbé. Apport alimentaire de 800 à 1200 mg/j pour 1g de protéine/kg/jour Absorption du phosphate

9 20% du calcium alimentaire est absorbé. Apport alimentaire de 800 mg/j. Absorption du calcium

10 Régulation hormonale

11 OH CH2 OH 1 CH3 OH 24 25 Vitamine D3 : cholécalciférol Vitamine D2 : ergocalciférol 25 0H vit D : calcifédiol Vitamine D3 : cholécalciférole 1,25 0H 2 vit D : calcitriol Vitamines D

12 Holick, JCI 2006

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15 G-Pt mRNA ribosomes Prepro- PTH Pro PTH Cellule parathyroïdienne G-Pt Cellule épithéliale rénale Ca ++ Récepteur sensible au calcium (CaSR)

16 Concentration sérique de calcium (mM) Flux de calcium Concentration sérique de PTH(%) 100 % 0 Os LEC 2.40 LEC Urine D’après P. HOUILLIER Régulation hormonale de la calcémie

17 Variation de la calciurie en fonction de la calcémie hyper PTH hypo PTH PTH régulée normalement

18 Action séparée de la PTH et de la vit D sur la calciurie

19 Régulation hormonale de la phosphorémie  Réabsorption proximale  Excrétion urinaire FGF-23 sFRP4 MEPE FGF-7 Variation des phosphatonines Variation de la phosphatémie ? Variation du stock cellulaire en Pi ? Variation du contenu intestinal en Pi ? Interactions des phosphatonines entre elles ? Berndt, Annu Rev Physiol 2007  PTH  phosphatémie Variation de la réabsorption proximale

20 PTH 1-25 (OH) 2 D 3 PTH :  ostéolyse cible : ostéoblaste Calcitriol :  ostéoformation cible : ostéoblaste Action des hormones sur l’os

21 Transports tubulaires

22 Excrétion urinaire (mmol/l de filtrat) Calcémie totale (mmol/l) 1,02,02,53,03,54,01,5 0,10 0,05 0,15 Excrétion urinaire de calcium (non saturable)

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24 Anse large de Henle : réabsorption paracellulaire ? Ca CaSR -

25 Syndrome de Bartter : Hypercalciurie hypomagnésémie Mutation activatrice de CaSR Bartter type 1 à 4 Inactivation des transporteurs de Na, Cl, K abolition du gradient transépithélial lumière + (effet du furosémide) Fuite urinaire de Ca ++ et de Mg ++ Hypercalciurie hypomagnésémie familiale

26 Blanchard, Kidney Int, 2001 Témoins Hypercalciurie hypomagnésémie Familiale (PCLN-1 -/- ) Hypercalciurie hypomagnésémie familiale

27 Watanabe, Lancet 2002 Mutations activatrices de CaSR Mesure d’IP3

28 Mutations activatrice et inactivatrice du CaSR Vargas-Poussou, JASN, 2002

29 Tube contourné distal : réabsorption transcellulaire

30 Syndrome de Gitelman : Hypocalciurie Augmentation de la réabsorption de calcium Tube proximal ? Tube distal ?

31 Na + K+K+ K+K+ Lumière Cellule Sang Hypothèse prévalente jusqu’en 2005 Cl - Thiazide ATP Na + Cl - Ca ++ NCX1 ATP NCC Ca ++ TRPV5 ECaC

32 25 mg/kg HCTZ ip ECaC ou TRPV5+/+ ECaC ou TRPV5-/- Nijenhuis, JCI 2005

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34 Excrétion urinaire de Pi (mmol/min) Phosphatémie (mmol/l) TmPi (mmol/min) 1234 0,1 0,2 0,3 Excrétion urinaire de phosphate (saturable = Tm ou seuil maximal de réabsorption) Inuline Tm/GFR (mmol/l) phosphate Bijvoet, clin chem acta 1969

35 80% Phosphate filtré 20% Phosphate filtré Réabsorption proximale

36 Réabsorption fractionnelle Excrétion fractionnelle TmPi / DFG (mmol/l) NOMOGRAMME DE BIJVOËT Le seuil maximal de réabsorption de Pi est corrélé à la phosphorémie à jeun Phosphorémie à jeun (mmol/l) Bijvoet, clin sci 1969

37 Préparation de vésicules de bordure en brosse : cotransport sodium-phosphate D’après Murer, Physiol rev 2000   V ref Vh   V ref Vh 135 mM Na A [Pi] 1 mM [Na] 135 mM

38 Criblage de banque de cDNA de cortex de rein de lapin Werner, PNAS 1991 Transformation de bactéries Sélection des clones Amplification par repiquage cDNA DNA ligase mRNA Homogénat de cortex Extraction au chloroforme Dissection broyage Reverse transcription Enzyme de restriction Fragments de cDNA vecteur Lysat bactérien plasmides Lyse alcaline cDNA de rein cRNA Enzyme de restriction transcription Clones bactériens Extraction au CsCl

39 Transport de Pi Transport de SO 4 cRNA correspondant à un pool de clones Werner, PNAS 1991

40 Séquençage du cDNA du clone sélectionnné Plusieurs séquences correspondant à des gènes Synthèse de sondes spécifiques Northern-blot pour NaPi-2 Magagnin, PNAS 1993

41 STRUCTURE DU NPT2a ou NaPi-2 (HUMAIN) 640 a.a. 8 domaines transmembranaires Localisation: pôle apical du tube proximal exclusivement

42 Murer, Physiol rev 2000 Expression hétérologue de NaPi-2 dans l’œuf de xénope [Na] 96 mM [Na] 50 mM [Pi] 1 mM [Pi] 0,1 mM   V ref -50mv

43 Supplémentation en Pi carence en Pi 8 jours 2 heures4 heures carence en Pi Carence en Pi 8 jours 2 heures4 heures Ritthaler, Kidney Int, 1999 Apports alimentaires en Pi et expression de NaPi-2

44 Kempson, AJP Renal 1995 Effet de la PTH sur l’expression membranaire de NaPi-2

45 Souris NPT2a -/- Beck, PNAS1998 Hypophosphatémie avec fuite rénale (TmPi abaissé) Anomalie du remodelage osseux (  ostéoclastes) Hypercalciurie et néphrolithiase (Chau, J Bone Miner Res 2003) Augmentation du calcitriol et pas de la PTH Ala48Phe exon 3 chez un patient Diminution du transport de phosphate (Prié, NEJM 2002) Néphrolithiase chez l’homme ? mutagénèse dirigée et transport de Pi Séquençage du gène chez l’homme (hypophosphatémie avec PTH normale)

46 Cotransporteurs Na + -phosphate rénaux Urine Sang 2 Na + HPO 4 2- 3 Na + HPO 4 2- Npt1 PiT Npt2a PTH PO 4 2- 1,25(OH) 2 D ? ? 2 Na + HPO 4 2- Npt2c D. Prié, INSERM U426 ATP 3 Na + 2 K +

47 Ostéïte fibrokystique Diminution de la trame protéique corticale et du contenu minéral osseux

48 Ostéite fibrokystique Avant traitement1 an après traitement

49 Ostéite fibrokystique

50 Rachitisme / ostéomalacie Défaut de minéralisation osseuse

51 10 mois 2,5 ans Holick, JCI 2006

52 Perte du contour de la tête huméral

53 Strie de Looser Milkman

54 Démarche diagnostique des désordres du métabolisme minéral

55 Hypocalcémie  PTH DFG N Pi et Tm Pi   25 OH vitD (hyperparathyroïdie II)  DFG Pi N ou  MRC stades 3, 4, 5 (  1,25 OH 2 vitD) PTH N ou  Chirurgie ou radiothérapie cervicale hypomagnésémie Activation de CaSR (hypocalcémie autosomique dominante) Mutation du gène AIRE (AutoImmune Regulator) donnant une Autoimmune PolyEndocrinopathy Candidosis Ectodermal dystrophy (APECED) Pseudohypoparathyroïdie mutation de G αs : ostéodystrophie d’Albright mutation inactivatrice de la PTH

56 Hypercalcémie PTH N ou  Pi NPi et TmPi  HPTI Calciurie  Calciurie  Mutation inactivatrice de CaSR (hypercalcémie familiale bénigne) PTH  Pi et TmPi  Pi N Intox vit D (25 OH vitD > 150 ng/ml) Intox vit A Hyperthyroïdie Granulamatose (  1,25 OH 2 vitD) Ostéolyse humorale maligne (PTHrp) Dysplasie de Jansen (mutation activatrice du PTHR) PTH    et Pi  MRC stade 5 (hyperparathyroïdie tertiaire) Hypercalcémie

57 Hypophosphatémie et TmPi  PTH  PTH N Calcémie  Calciurie  Calcémie N Calciurie  25 OH vitD  (ou 25 OH vitD normale chez l’obèse) HPTII HPTI Calcémie N Calciurie  1,25 OH 2 vitD  Défaut des transporteurs proximaux de Pi (Rachitisme hypophosphatémique familial avec hypercalciurie) Calcémie N ou  Calciurie  1,25 OH 2 vitD  Fanconi Ostéomalacie oncogénique (  phosphatonines) ADHR (autosomique dominant hypophosphatemic rickets, mutation du gène de FGF23) XLH (X-linked hypophosphatemic rickets, mutation du gène de PHEX) Rachitisme héréditaire vitD-dépendant (inactivation de la 1α-hydroxylase)

58 L’ostéoporose, un syndrome ?

59 Définition de l’ostéoporose « Une maladie généralisée du squelette caractérisée par une diminution de la masse osseuse (aspect quantitatif) et une altération de l’architecture osseuse (aspect qualitatif) qui ont pour conséquence une augmentation du risque de fracture. » Conférence de consensus AmJMed 1993, 94 : 616-650

60 DEXA / ostéodensitomètre (mesure de la masse osseuse)

61 Principes techniques Calcul du ratio des coefficients d’atténuation entre les deux faisceaux

62 Bone mineral density (Tscore) 50 ans 50 à 59 60 à 69 70 à 79 > 80 Bone mineral density (Tscore) Pourcentage de la population ostéoporose ostéopénie

63 Contenu minéral osseux vertébral Femmes -35 à -50% Hommes Pic de masse osseuse Puberté Ménopause 55 - 20 à -30%

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65 Ostéoporose

66 Métabolisme minéral et maladie rénale chronique

67 Pathophysiologie de l’hyperparathyroidie secondaire à la MRC Calcitriol Serum calcium PTH Serum phosphate 1  -hydroxylase

68 Coefficient de régression entre le DFG et le calcitriol

69 Coefficient de régression entre PTH et calcitriol

70 Anomalies du métabolisme minéral Hyperparathyroïdie secondaire Hyperphosphatémie, hypocalcémie Acidose métabolique Calcifications vasculaires Pathologies osseuses

71 USRDS Annual Data Report. 1999. Causes de mortalité chez le patient dialysé cardiovasculaire cérébrovasculaire Infections /cancer autres

72 Calcifications vasculaires

73 Calcifications cardiovasculaires

74 Probabilité de survie en fonction du score de calcification Calcification score : 0 0.25 0.50 0.75 1 0 0 20406080 Calcification score : 1 Calcification score : 2 Calcification score : 3 Calcification score : 4 Suivi (mois) Probabilité de survie

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77 Fractures et IRC Alem, KI, 2000 Registre USRDS (patients caucasiens): 654 fracture du col fémoral parmi 306.000 patients dialysés pendant 8 ans Incidence masculine : 7.45/1000/an Incidence féminine : 13.63/1000/an Risque relatif : 4.40 par rapport à la population de même âge et de même sexe

78 Histologie osseuse Ostéite fibrokystique : diminution de la trame protéique corticale Ostéopathie adynamique : défaut de synthèse osseuse (dépression ostéoblastique) Ostéomalacie : défaut de minéralisation

79 Classification « TMV » des lésions histologiques osseuses

80 Défaut d’excrétion de la charge en acides fixes et atteinte osseuse Production de CO 2 par la respiration cellulaire Ventilation alvéolaire Excrétion rénale Production « nette » d’acides fixes CO 2 + H 2 O HCO 3 - + H +

81 HCO 3 - + H + H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O Apports alimentaires d ’acides fixes Excrétion de la charge en acide fixe Génération d ’un ion HCO 3 - par ion H + excrété CO 2 Contribution du rein et de l’os à l ’homéostasie de l ’état acide base Respiration Cellulaire (acide volatil) + H + H 3 Ca 3 (PO 4 ) 2.(OH) 2 + H + HPO 4 - + Ca ++

82 Lithiase calcique néphrocalcinose

83 Lithiases calciques Précipitation par sursaturation de l’urine en calcium dans les cavités rénales Formation de cristaux avec l’oxalate, le Pi weddellite brushite

84 IIa (weddellite) Ivd (brushite) Formation de calculs

85 Néphrocalcinose et Cacchi Ricci

86 Conclusion Le métabolisme minéral est régulé par le rein La démarche diagnostique nécessite une exploration simultanée de la composition du sang et de l’urine Le calcium et le phosphore sont indispensables aux fonctions cellulaires L’expression des maladies du métabolisme minéral est osseuse cardiovasculaire et rénale