Labeling the human skeleton with 41Ca to assess changes in bone calcium metabolism

Bone research is limited by the methods available for detecting changes in bone metabolism. While dual X-ray absorptiometry is rather insensitive, biochemical markers are subject to significant intra-individual variation. In the study presented here, we evaluated the isotopic labeling of bone using 41Ca, a long-lived radiotracer, as an alternative approach. After successful labeling of the skeleton, changes in the systematics of urinary 41Ca excretion are expected to directly reflect changes in bone Ca metabolism. A minute amount of 41Ca (100 nCi) was administered orally to 22 postmenopausal women. Kinetics of tracer excretion were assessed by monitoring changes in urinary 41Ca/40Ca isotope ratios up to 700 days post-dosing using accelerator mass spectrometry and resonance ionization mass spectrometry. Isotopic labeling of the skeleton was evaluated by two different approaches: (i) urinary 41Ca data were fitted to an established function consisting of an exponential term and a power law term for each individual; (ii) 41Ca data were analyzed by population pharmacokinetic (NONMEM) analysis to identify a compartmental model that describes urinary 41Ca tracer kinetics. A linear three-compartment model with a central compartment and two sequential peripheral compartments was found to best fit the 41Ca data. Fits based on the use of the combined exponential/power law function describing urinary tracer excretion showed substantially higher deviations between predicted and measured values than fits based on the compartmental modeling approach. By establishing the urinary 41Ca excretion pattern using data points up to day 500 and extrapolating these curves up to day 700, it was found that the calculated 41Ca/40Ca isotope ratios in urine were significantly lower than the observed 41Ca/40Ca isotope ratios for both techniques. Compartmental analysis can overcome this limitation. By identifying relative changes in transfer rates between compartments in response to an intervention, inaccuracies in the underlying model cancel out. Changes in tracer distribution between compartments were modeled based on identified kinetic parameters. While changes in bone formation and resorption can, in principle, be assessed by monitoring urinary 41Ca excretion over the first few weeks post-dosing, assessment of an intervention effect is more reliable approximately 150 days post-dosing when excreted tracer originates mainly from bone.

RANK is the intrinsic hematopoietic cell surface receptor that controls osteoclastogenesis and regulation of bone mass and calcium metabolism

We have generated RANK (receptor activator of NF-κB) nullizygous mice to determine the molecular genetic interactions between osteoprotegerin, osteoprotegerin ligand, and RANK during bone resorption and remodeling processes. RANK−/− mice lack osteoclasts and have a profound defect in bone resorption and remodeling and in the development of the cartilaginous growth plates of endochondral bone. The osteopetrosis observed in these mice can be reversed by transplantation of bone marrow from rag1−/− (recombinase activating gene 1) mice, indicating that RANK−/− mice have an intrinsic defect in osteoclast function. Calciotropic hormones and proresorptive cytokines that are known to induce bone resorption in mice and human were administered to RANK−/− mice without inducing hypercalcemia, although tumor necrosis factor α treatment leads to the rare appearance of osteoclast-like cells near the site of injection. Osteoclastogenesis can be initiated in RANK−/− mice by transfer of the RANK cDNA back into hematopoietic precursors, suggesting a means to critically evaluate RANK structural features required for bone resorption. Together these data indicate that RANK is the intrinsic cell surface determinant that mediates osteoprotegerin ligand effects on bone resorption and remodeling as well as the physiological and pathological effects of calciotropic hormones and proresorptive cytokines.

Calcium metabolism and calcium therapy,

Bibliography: p. [185]-200.

Calcium metabolism and calcium therapy,

Mode of access: Internet.

PTH-related protein is released into the mother's bloodstream during location: evidence for beneficial effects on maternal calcium-phosphate metabolism

Recent studies have indicated that parathyroid hormone-related protein (PTHrP) may have important actions in lactation, affecting the mammary gland, and also calcium metabolism in the newborn and the mother. However, there are as yet no longitudinal studies to support the notion of an endocrine role of this peptide during nursing. We studied a group of 12 nursing mothers, mean age 32 years, after they had been nursing for an average of 7 weeks (B) and also 4 months after stopping nursing (A). It was assumed that changes occurring between A and B correspond to the effect of lactation. Blood was assayed for prolactin (PRL), PTHrP (two-site immunoradiometric assay with sheep antibody against PTHrP(1-40), and goat antibody against PTHrP(60-72), detection limit 0.3 pmol/l), intact PTH (iPTH), ionized calcium (Ca2+), 25-hydroxyvitamin D3 (25(OH)D3) and 1,25-dihydroxyvitamin D3 (1,25(OH)2D3), alkaline phosphatase (alkP), as well as for creatinine (Cr), protein, phosphorus (P), and total calcium (Ca). Fasting 2-h urine samples were analyzed for Ca excretion (CaE) and renal phosphate threshold (TmP/GFR). PRL was significantly higher during lactation than after weaning (39 +/- 10 vs. 13 +/- 9 micrograms/l; p = 0.018) and so was PTHrP (2.8 +/- 0.35 vs. 0.52 +/- 0.04 pmol/l; p = 0.002), values during lactation being above the normal limit (1.3 pmol/l) in all 12 mothers. There was a significant correlation between PRL and PTHrP during lactation (r = 0.8, p = 0.002). Whole blood Ca2+ did not significantly change from A (1.20 +/- 0.02 mmol/l) to B (1.22 +/- 0.02, mmol/l), whereas total Ca corrected for protein (2.18 +/- 0.02 mmol/l) or uncorrected (2.18 +/- 0.02 mmol/l) significantly rose during lactation (2.31 +/- 0.02 mmol/l, p = 0.003 and 2.37 +/- 0.03 mmol/l, p = 0.002, respectively). Conversely, iPTH decreased during lactation (3.47 +/- 0.38 vs. 2.11 +/- 0.35 pmol/l, A vs. B, p = 0.02). Serum-levels of 25(OH)D3 and 1,25(OH)2D3 did not significantly change from A to B (23 +/- 2.3 vs. 24 +/- 1.9 ng/ml and 29.5 +/- 6.0 vs. 21.9 +/- 1.8 pg/ml, respectively). Both TmP/GFR and P were higher during lactation than after weaning (1.15 +/- 0.03 vs. 0.86 +/- 0.05 mmol/l GF, p = 0.003 and 1.25 +/- 0.03 vs. 0.96 +/- 0.05 mmol/l, p = 0.002, respectively) as was alkP (74.0 +/- 7.1 vs. 52.6 +/- 6.9 U/l, p = 0.003). CaE did not differ between A and B (0.015 +/- 0.003 vs. 0.017 +/- 0.003 mmol/l GF, A vs. B, NS). We conclude that lactation is accompanied by an increase in serum PRL. This is associated with a release of PTHrP into the maternal blood circulation. A rise in total plasma Ca ensues, probably in part by increased bone turnover as suggested by the elevation of alkP. PTH secretion falls, with a subsequent rise of TmP/GFR and plasma P despite high plasma levels of PTHrP.

Role of intermediary cells in Peltodon radicans (Lamiaceae) in the transfer of calcium and formation of calcium oxalate crystals

Com o objetivo de estudar a relação entre cristais de oxalato de cálcio e floema, fragmentos de folhas de Peltodon radicans foram fixados e processados, segundo métodos usuais, para estudos ao microscópio de luz e eletrônico de transmissão. Observou-se que os cristais ocorrem nas células da bainha do feixe, lateralmente em relação ao floema. Células intermediárias estabelecem conexão entre elemento crivado e células da bainha, portadoras de cristais, com crescimento intrusivo entre estas. Íons cálcio são abundantes no citoplasma das células da bainha que contém cristais de oxalato de cálcio. Nas células intermediárias a detecção ultra-citoquímica de cálcio também apresentou resultados positivos, enquanto nos elementos crivados a presença deste íon não foi constatada. Há, portanto, um gradiente crescente de concentração de cálcio dos elementos crivados para as células da bainha. Assim, formulamos a hipótese de que a formação de cristais de oxalato de cálcio tem, em P. radicans, o objetivo de controlar os níveis de cálcio citossólico nos elementos crivados.

Effects of dietary clinoptilolite and calcium levels on the performance and egg quality of commercial layers

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Parathyroid hormone-related peptide (PTHrP) regulates fetal–placental calcium transport through a receptor distinct from the PTH/PTHrP receptor

To determine the role of PTHrP in fetal calcium metabolism, blood calcium was measured in mice homozygous (HOM) for deletion of the PTHrP gene. On day 18.5 of gestation, ionized calcium and the maternal–fetal calcium gradient were significantly reduced in HOM PTHrP-ablated fetuses compared with that of their littermates. To assess the placental contribution to the effect of PTHrP, 45Ca and 51Cr-EDTA (as a blood diffusional marker) were administered by intracardiac injection to pregnant, heterozygous dams on day 17.5 of gestation. Five minutes after the injection, whole fetal 45Ca accumulation was significantly decreased in HOM PTHrP-ablated fetuses compared with that of their littermates. Next, two fetuses from each litter were injected in utero with fragments of PTHrP, PTH, or diluent 1 h before administering 45Ca and 51Cr to the dam. PTHrP-(1–86) and PTHrP-(67–86) significantly increased relative 45Ca accumulation in HOM PTHrP-ablated fetuses, but PTHrP(1–34), PTH-(1–84), and the diluent had no effect. Finally, similar studies were performed on fetal mice that lacked the PTH/PTHrP receptor gene. Ionized calcium was significantly reduced in HOM PTH/PTHrP receptor-ablated fetuses. However, 5 min after maternal injection of 45Ca and 51Cr, relative accumulation of 45Ca was significantly increased in these fetuses. It was concluded that PTHrP is an important regulator of fetal blood calcium and placental calcium transport. In addition, the bioactivity of PTHrP for placental calcium transport is specified by a mid-molecular region that does not use the PTH/PTHrP receptor.

Efeitos da suplementação dietética com cálcio sobre a plasticidade ontogenética decorrente do desmame precoce ou da exposição materna a nicotina na lactação

O cálcio tem se mostrado útil na regulação do metabolismo energético, favorecendo a perda de peso. Visto que tanto o desmame precoce como a exposição materna à nicotina na lactação são fatores condicionantes para o desenvolvimento de obesidade, hiperleptinemia e resistência à insulina, além de outras alterações endócrinas na idade adulta, decidimos avaliar os possíveis efeitos da suplementação dietética com cálcio sobre as disfunções apresentadas pelos seguintes modelos experimentais: 1) Desmame precoce (DP): ratas lactantes foram envolvidas com atadura para interromper o acesso da prole ao leite nos 3 últimos dias da lactação. As proles das ratas controles tiveram livre acesso ao leite materno durante todo o período da lactação (21 dias). 2) Exposição materna à nicotina (N): Dois dias após o nascimento, ratas lactantes receberam implantes de minibombas osmóticas contendo solução de nicotina (6 mg/kg/dia, 14 dias) ou salina (C), nas mesmas condições. Aos 120 dias de idade, as proles de ambos os modelos de obesidade experimental receberam dieta padrão ou dieta suplementada com cálcio (10g de carbonato de cálcio/kg de ração). O sacrifício ocorreu aos 180 dias de idade. Os dados foram considerados significativos quando p<0,05. Corroborando dados anteriores do nosso grupo, as proles de ambos os modelos de programação (N e DP) apresentaram maior gordura corporal total e visceral, hiperleptinemia, resistência hipotalâmica a leptina e distúrbios na homeostase glicêmica. Além disto, verificamos que as proles N e DP também exibiram aumento dos níveis séricos de 25-hidroxivitamina D3. Todos essas alterações endócrino-metabólicas foram corrigidas pelo tratamento com suplementação com cálcio. Além disso, a prole DP aos 180 dias mostrou hiperfagia e hipertrigliceridemia, que também foram normalizados pela suplementação dietética com cálcio. A prole N apresentou hipotireoidismo, maior conteúdo de catecolaminas e maior expressão de tirosina hidroxilase (TH). A terapia com cálcio reverteu a disfunção adrenal, embora não tenha sido eficaz para normalizar a hipofunção tireoideana. Assim, a suplementação dietética com cálcio normalizou a maioria dos parâmetros da síndrome metabólica observadas nos dois modelos de plasticidade ontogenética. É possível que a redução da adiposidade central induzida pela terapia com cálcio, por si, tenha sido o principal mecanismo que resultou na melhora dos parâmetros estudados. Uma vez que a suplentação de cálcio reverteu as concentrações séricas de 25-hidroxivitamina D3 dos animais obesos, é possível que o efeito anti-obesidade do cálcio também ocorra via ação do calcitriol sobre o adipócito.

Avaliação da ingestão habitual de cálcio e sua associação com a concentração intracelular de cálcio, adiposidade corporal, perfil metabólico, biomarcadores inflamatórios, pressão arterial e função endotelial

A associação inversa da ingestão de cálcio dietético com adiposidade corporal e pressão arterial está documentada em estudos epidemiológicos. Achados experimentais sugerem que este fenômeno pode ser mediado por alterações na concentração intracelular de cálcio ([Ca]i). Existem poucos estudos relacionando o cálcio dietético com a [Ca]i. O objetivo do presente estudo foi avaliar a relação da ingestão habitual de cálcio dietético com a [Ca]i, adiposidade corporal, perfil metabólico, biomarcadores inflamatórios, pressão arterial e função endotelial em mulheres. Para tanto, foi desenvolvido estudo transversal, com 76 mulheres na pré-menopausa submetidas à avaliação: dietética (questionário de frequência alimentar validado); da [Ca]i em eritrócitos (espectrometria de absorbância atômica); da gordura corporal (GC) total [índice de massa corporal (IMC) e % GC por bioimpedância elétrica] e central [perímetro da cintura (PC), e razão cintura quadril (RCQ)]; do perfil metabólico (glicose, colesterol e frações, insulina e HOMA-IR); dos biomarcadores inflamatórios [adiponectina e proteína C-reativa (PCR)]; dos biomarcadores da função endotelial [molécula de adesão intracelular-1 (ICAM-1), molécula de adesão celular vascular-1 (VCAM-1) e E-Selectina]; da função endotelial avaliada pelo equipamento Endo-PAT2000; e da pressão arterial. Calcitriol, paratormônio, cálcio sérico e cálcio urinário completaram o metabolismo do cálcio. As participantes foram estratificadas em 2 grupos de acordo com a ingestão habitual de cálcio: Grupo com baixa ingestão de cálcio ou BIC (n=32; ingestão de cálcio <600mg/d) e Grupo com elevada ingestão de cálcio ou AIC (n=44; ingestão de cálcio ≥600mg/d). A média da idade foi semelhante entre os grupos (Grupo BIC: 31,41,4 vs Grupo AIC: 31,41,4anos; p=0,99). Após ajustes para fatores de confundimento (idade, ingestão de energia, bebida alcoólica, proteína, carboidratos e lipídios), o Grupo AIC, em comparação com o BIC, apresentou valores significativamente mais baixos de IMC (25,65,3 vs 26,9 6,0 kg/m; p=0,02), PC (84,413,6 vs 87,815,3cm; p=0,04), % GC (31,15,9 vs 33,35,6 %; p=0,003), pressão arterial diastólica (68,210,8 vs 72,411,2 mm Hg; p=0,04) e pressão arterial média (80,1310,94 vs 83,8611,70 mmHg; p=0,04); e significativamente mais altos de HDL-colesterol (58,612,2 vs 52,912,2 mg/dL; p=0,004) e adiponectina (34572,1 19472,8 vs 31910,319385,1 ng/mL; p=0,05). A [Ca]i e as outras variáveis avaliadas não diferiram entre os grupos, mesmo após ajustes. Neste estudo realizado com mulheres, o maior consumo de cálcio se associou com valores mais baixos de adiposidade corporal total e central, pressão arterial diastólica e média; além de valores mais elevados de HDL-colesterol e adiponectina

A importância clínica da vitamina D

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Advanced glycation endproduct modified basement membrane attenuates endothelin-1 induced [Ca2+]i signalling and contraction in retinal microvascular pericytes

PURPOSE: To assess the effects of advanced glycation endproduct (AGE) modification of vascular basement membrane (BM) on endothelin-1 (Et-1) induced intracellular [Ca2+] ([Ca2+]i) homeostasis and contraction in retinal microvascular pericytes (RMP). METHODS: RMPs were isolated from bovine retinal capillaries and propagated on AGE modified BM extract (AGE-BM) or non-modified native BM. Cytosolic Ca2+ was estimated using fura-2 microfluorimetry and cellular contraction determined by measurement of planimetric cell surface area. ETA receptor mRNA and protein expression was assessed by real time RT-PCR and western blotting, respectively. RESULTS: Exogenous endothelin-1 (Et-1) evoked rises in [Ca2+]i and contraction in RMPs were found to be mediated entirely through ETA receptor (ETAR) activation. Both peak and plateau phases of the Et-1 induced [Ca2+]i response and contraction were impaired in RMPs propagated on AGE modified BM. ETAR mRNA expression remained unchanged in RMPs exposed to native or AGE-BM, but protein expression for ETAR (66 kDa) was lower in the AGE exposed cells. CONCLUSIONS: These results suggest that substrate derived AGE crosslinks can influence RMP physiology by mechanisms which include disruption of ETA receptor signalling. AGE modification of vascular BMs may contribute to the retinal hemodynamic abnormalities observed during diabetes.

Effects of antihypertensive drugs in the differentiation and activation of human bone cells

O osso é um tecido metabolicamente ativo e a sua remodelação é importante para regular e manter a massa óssea. Esse processo envolve a reabsorção do material ósseo por ação dos osteoclastos e a síntese de novo material ósseo mediado pelos osteoblastos. Vários estudos têm sugerido que a pressão arterial elevada está associada a alterações no metabolismo do cálcio, o que leva ao aumento da perda de cálcio e da remoção de cálcio do osso. Embora as alterações no metabolismo ósseo sejam um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o conhecimento em relação a este efeito terapêutico ligado com os bloqueadores de canais de cálcio é ainda muito escasso. Uma vez que os possíveis efeitos no osso podem ser atribuídos à ação antihipertensiva dessas moléculas, ou através de um efeito direto nas atividades metabólicas ósseas, torna-se necessário esclarecer este assunto. Devido ao facto de que as alterações no metabolismo ósseo são um efeito adverso associado a alguns fármacos antihipertensores, o objetivo deste trabalho é avaliar o efeito que os bloqueadores dos canais de cálcio exercem sobre as células ósseas humanas, nomeadamente osteoclastos, osteoblastos e co-culturas de ambos os tipos celulares. Verificou-se que os efeitos dos fármacos antihipertensores variaram consoante o fármaco testado e o sistema de cultura usado. Alguns fármacos revelaram a capacidade de estimular a osteoclastogénese e a osteoblastogénese em concentrações baixas. Independentemente da identidade do fármaco, concentrações elevadas revelaram ser prejudiciais para a resposta das células ósseas. Os mecanismos intracelulares através dos quais os efeitos foram exercidos foram igualmente afetados de forma diferencial pelos diferentes fármacos. Em resumo, este trabalho demonstrou que os bloqueadores dos canais de cálcio utilizados possuem a capacidade de afetar direta- e indiretamente a resposta de células ósseas humanas, cultivadas isoladamente ou co-cultivadas. Este tipo de informação é crucial para compreender e prevenir os potenciais efeitos destes fármacos no tecido ósseo, e também para adequar e eventualmente melhorar a terapêutica antihipertensora de cada paciente.

Mdx myotubes have normal excitability but show reduced contraction-relaxation dynamics.

The pathogenesis of Duchenne muscular dystrophy (DMD), characterised by lack of the cytoskeletal protein dystrophin, is not completely understood. An early event in the degenerative process of DMD muscle could be a rise in cytosolic calcium concentration. In order to investigate whether this leads to alterations of contractile behaviour, we studied the excitability and contractile properties of cultured myotubes from control (C57BL/10) and mdx mice, an animal model for DMD. The myotubes were stimulated electrically and their motion was recorded photometrically. No significant differences were found between control and mdx myotubes with respect to the following parameters: chronaxy and rheobase (0.33 +/- 0.03 ms and 23 +/- 4 V vs. 0.39 +/- 0.07 ms and 22 +/- 2 V for C57 and mdx myotubes, respectively), tetanisation frequency (a similar distribution pattern was found between 5 and 30 Hz), fatigue during tetanus (found in 35% of both types of myotubes) and post-tetanic contracture. In contrast, contraction and relaxation times were longer (P < 0.005) in mdx (36 +/- 2 and 142 +/- 13 ms, respectively) than in control myotubes (26 +/- 1 and 85 +/- 9 ms, respectively). Together with our earlier findings, these results suggest a decreased capacity for calcium removal in mdx cells leading, in particular, to alterations of muscle relaxation.