Importance du Calcium dans l’organisme

Le calcium est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre (plus de 3 %). C’est également le cinquième élément du corps humain où il se concentre à plus de 99% dans les os et les dents, soit 1% à 2% du poids corporel d’un adulte. Il est principalement sous forme d’hydroxyapatite dont la formule est Ca10 (PO4)6 (OH)2. Dans ce cas, il assure des fonctions de renfort mécanique aux tissus de soutien et aux tissus spécialisés (os, dent, tendon, etc.). Ces tissus résultent du processus de biominéralisation par lequel la vie contrôle la croissance minérale des biocristaux.

Le calcium est très important pour beaucoup d’autres fonctions de notre organisme : il joue le rôle de second messager primordial pour l’ensemble des cellules eucaryotes (Berridge et al., 1999, 2000) ; par exemple il contrôle l’activation et la prolifération des lymphocytes (Lewis and Cahalan, 1995; Racioppi and Means, 2008). Il est également l’élément clef de la régulation du mécanisme assurant la contraction des muscles (dont le cœur) : en effet, l’arrivée d’un potentiel d’action musculaire au niveau des structures spécialisées d’un muscle permet la libération du calcium dans le cytoplasme. Le calcium vient alors se fixer permettant l’activation de la mise en place des ponts actine-myosine qui sont à l’origine de la contraction. Enfin, lors de la relaxation musculaire, le calcium est réabsorbé à l’aide d’une molécule d’ATP. La diminution de la concentration en calcium est donc à l’origine de la relaxation. Il aide également dans la transmission de l’influx nerveux : en effet, lors de l’arrivée du potentiel d’action au niveau de la synapse, le changement de polarité déclenche l’ouverture des canaux calcium membranaires voltage-dépendants et ainsi l’augmentation de la concentration en calcium intracellulaire. Cet événement permet la fusion des vésicules avec la membrane plasmique et ainsi la libération des neurotransmetteurs dans l’espace intersynaptique. Le calcium est donc à l’origine du phénomène d’exocytose qui permet la transmission de l’influx nerveux au niveau des synapses. La concentration intracellulaire en calcium permet, par ce même mécanisme, la sécrétion glandulaire. Il possède également un rôle dans la modulation de l’activité de diverses enzymes et active par exemple diverses protéines kinases. De plus, au cours de nombreuses études, il a été démontré que le calcium pouvait contribuer à maintenir une tension artérielle normale et ainsi protéger le système cardiovasculaire (Cappuccio et al., 2000). Enfin, la mitochondrie est au cœur du métabolisme énergétique cellulaire étant le lieu de production des molécules d’ATP ; le calcium est encore ici un régulateur clef de la fonction mitochondriale puisqu’il agit à plusieurs niveaux au sein de l’organite afin de stimuler la synthèse d’ATP (Brookes et al., 2004).

L’Homéostasie du calcium 

L’homéostasie permet de maintenir la concentration en calcium libre dans des limites étroites dans le liquide extracellulaire. Les acteurs principaux de ce contrôle sont 3 organes : l’intestin, les reins et les os, qui servent d’intermédiaire en libérant le calcium et le phosphate dans le sang grâce aux ostéoclastes, et 3 hormones : la parathormone (hormone parathyroïdienne ou PTH), la vitamine D (plus précisément le 1,25-dihydroxycholecalciférol) et la calcitonine (Deftos, 2002).

Le calcium diététique atteint le squelette en étant absorbé par le système gastro-intestinal : environ 10-40% est en effet absorbé par l’intestin grêle, ceci grâce à la vitamine D (Somer, 1995; Mahan and Escott-Stump, 1996). Il entre ensuite dans le fluide extracellulaire et est incorporé au squelette grâce au processus de minéralisation. Le calcium contenu dans le fluide extracellulaire est filtré par les reins où jusqu’à 98 % du minéral est réabsorbé. Les reins sont primordiaux pour l’homéostasie du calcium et permettent la réabsorption du système tubulaire vers le sang ou l’excrétion dans l’urine (Bowen, 2003).

Le maintien des concentrations en calcium et en phosphore dans le sang est maîtrisé par une action concertée de 3 hormones qui contrôlent les échanges de calcium vers le sang et le fluide extracellulaire (Heaney, 2003). Ces 3 hormones et organes permettent de maintenir la concentration de calcium à un taux optimum qui favorise les fonctions physiologiques nécessitant ce minéral telles que la transmission neuronale ou la contraction musculaire. L’hormone parathyroïdienne permet d’augmenter les concentrations de calcium dans le sang en facilitant la mobilisation du calcium de l’os et en maximisant la réabsorption tubulaire du calcium par le rein. Ces actions résultent en une perte minimale du calcium dans l’urine. D’autre part, la vitamine D agit aussi en accroissant les concentrations en calcium dans le sang. L’effet le plus important de cette hormone est de faciliter l’absorption du calcium par l’intestin grêle. Conjointement avec l’hormone parathyroïdienne, elle améliore les flux de calcium en dehors de l’os. Enfin, la calcitonine a une fonction inverse et permet de réduire les concentrations de calcium dans le sang : elle permet de limiter la réabsorption rénale tubulaire du calcium, i.e. elle favorise l’excrétion du calcium dans l’urine (Bowen, 2003). Ainsi une concentration trop faible en calcium va être suivie d’une augmentation de la sécrétion de l’hormone. En plus de ces hormones, d’autres telles que les cytokines et les facteurs de croissance jouent également un rôle important dans le métabolisme du calcium .

Les tissus de soutien 

La peau 

Organisation structurale
La peau est un organe vital qui constitue l’enveloppe corporelle assurant l’interface physique avec le milieu extérieur. C’est le plus gros organe de l’être humain, représentant 1/3 du poids de l’organisme et une surface de l’ordre de 2 m² chez un adulte (Prost-Squarcioni et al., 2005). Elle possède de nombreux rôles tels que la protection contre les agressions mécaniques et les radiations lumineuses. Elle est également le siège de nombreux processus métaboliques et assure des fonctions respiratoires, immunitaires et thermorégulatrices. Elle permet également la réception des informations sensitives et évite la déshydratation de l’organisme (Prost Squarcioni et al., 2005). La structure de la peau est complexe. Elle comprend, avec ses annexes, tous les tissus histologiques, sauf les tissus osseux et cartilagineux. Elle se subdivise en 4 régions superposées qui sont de la superficie vers la profondeur l’épiderme, la jonction dermoépidermique, le derme et l’hypoderme. L’épiderme constitue la couche la plus superficielle de la peau. Il est composé à 90% de kératinocytes, cellules qui forment un épithélium pavimenteux stratifié et kératinisé. L’épiderme est en constant renouvellement : en effet, les cellules souches qui adhèrent à la lame basale produisent des kératinocytes qui vont ensuite migrer vers la surface de l’épiderme en se kératinisant. Ces kératinocytes formeront la couche cornée, constituée de cornéocytes, i.e. des cellules mortes anucléées et aplaties qui desquament à la surface de la peau. Ce processus nécessite la traversée des différentes couches de l’épiderme, i.e. la couche basale, la couche épineuse, la couche granulaire et la couche cornée elle-même  . Cela dure environ 21 à 28jours (Storey and Leblond, 1951).

D’autres cellules constituent également l’épiderme lui conférant ainsi des propriétés biologiques : les mélanocytes, responsables de la pigmentation de la peau, les cellules de Langerhans, cellules dentritiques capables de déclencher une réaction immunitaire et les cellules de Merkel qui jouent le rôle de mécanorécepteurs. La maturation des kératinocytes, composée des phases de prolifération et de différenciation, s’accompagne de l’expression de divers marqueurs. Les kératines, protéines de structure du cytosquelette du kératinocytes, sont les principaux marqueurs des différents stades de maturation de ces cellules dans l’épiderme. Les intégrines, par exemple, sont des protéines transmembranaires impliquées dans le contrôle et l’initiation de la différenciation (Clark and Brugge, 1995 ; Giancotti and Ruoslahti, 1999). Enfin, lorsque les kératinocytes atteignent la couche granuleuse, de nouvelles protéines sont synthétisées afin de participer à la différenciation terminale : c’est le cas de la loricrine qui permet la formation de l’enveloppe cornée (Mehrel et al., 1990).

L’épiderme est séparé du derme par la jonction dermo-épidermique (JDE). Elle joue un rôle fondamental comme support mécanique de l’épiderme, contrôle les échanges de produits métaboliques entre les deux compartiments et laisse traverser divers types cellulaires lors des processus immunologiques. Elle adhère au derme et à l’épiderme grâce à la présence de fibres d’ancrage, qui lui permettent de résister aux différentes contraintes. Parmi celles-ci, la laminine-5 ; c’est la protéine majeure qui assume un rôle structural et qui participe au maintien de la cohésion cutanée (Aumailley and Krieg, 1996). Cependant la JDE est également constituée de collagènes type IV et type VII, de glycoprotéines, telles que les fibronectines, et de protéoglycanes (Hisher and Voorhees, 1996). L’ensemble de ces macromolécules sont liées les unes aux autres formant ainsi un réseau tridimensionnel (Aumailley and Rousselle, 1999).