METABOLISME PHOSPHO-CALCIQUE ET COMPLICATIONS OSSEUSES

(D.Fries, dernière révision novembre 2001)

L'IRC s'accompagne constamment de perturbations du métabolisme minéral et de la structure osseuse. L' atteinte la plus fréquente est l'ostéite fibreuse due à l'hyperparathyroidisme secondaire (HPTS), plus ou moins associée à l'ostéomalacie, qui existent à l'état latent avant la prise en dialyse, et qui insuffisamment contrôlées peuvent se développer sous dialyse pour devenir particulièrement invalidantes. L'ostéopathie adynamique et l'amylose à ß2-microglobuline ne se voient que chez les sujets dialysés. 

Le terme "ostéodystrophie rénale" désigne l'ensemble des complications osseuses et viscérales en rapport avec ces perturbations phospho-calciques, excluant l'amylose à ß2-microglobuline.

 

Hyperparathyroidisme secondaire (HPTS) et ostéite fibreuse

Dès les stades précoces de l'IRC, on note une tendance à la rétention de phosphate qui se fait parallèlement à la baisse de la filtration glomérulaire, accompagnée d'une hypocalcémie et d'une élévation du taux de l'hormone parathyroidienne circulante (PTH intacte, iPTH). La réalité de cet HPTS a pu être confirmée par des biopsies osseuses montrant un stade de "lésions légères "(cf.plus loin) dès que la filtration glomérulaire est < 70% des valeurs normales.

Cette rétention de phosphate est un phénomène qui se développe progressivement, et l'hyperphosphatémie ne devient évidente qu'à un stade avancé de l'IRC. La réponse de la PTH est appropriée ("trade-off hypothesis") puisqu'elle va corriger d'une part l'hypocalcémie en augmentant la résorption osseuse,  d'autre part  l'hyperphosphorémie en  augmentant  l'excrétion de phosphate par le biais d'une baisse  de sa réabsorption au niveau du tube proximal (qui passe de sa valeur normale de 95%-85% à moins de 15% au stade avancé de l'IRC), et enfin le déficit en calcitriol en stimulant la transformation de calcidiol (25 Hydroxy VD) au niveau du tube proximal. Le résultat est le maintien de la balance du phosphate et d'un taux normal de la phosphatémie jusqu'à ce que la filtration glomérulaire s'abaisse < 30 ml/min. A ce stade, la restriction de l'apport alimentaire peut réduire l'hyperphosphatémie et l'élévation de la PTH, mais la prescription de chélateurs du phosphate est en général nécessaire. Lorsque le malade est arrivé au stade de la dialyse, l'excrétion de phosphate est nulle, et l'HPTS contribue à l'hyperphosphatémie en stimulant la libération de phosphate et de calcium osseux. La combinaison d'une hyperphosphatémie et d'une calcémie normale, ou discrètement abaissée, qui caractérise l'HPTS, entraîne une élévation du produit Ca x P qui, lorsqu'il est > 70 va entraîner la précipitation de calcium et de phosphate dans les différents tissus à l'origine des calcifications métastatiques.

Physiopathologie : l'hyperplasie du tissu parathyroïdien est dû à une augmentation de la prolifération des cellules parathyroïdiennes. Le facteur initial est la rétention de phosphate, et plusieurs mécanismes peuvent expliquer comment l'hyperphosphorémie, phénomène d'abord discret, peut induire l'HPTS :

1.Hypocalcémie : l'explication traditionnelle est que l'excès de phosphate entraine une baisse du calcium ionisé par un simple mécanisme physico-chimique, et que l'hypocalcémie stimule la sécrétion de PTH : par inactivation du récepteur Ca-sensible situé sur la membrane de la cellule parathyroïdienne, et peut-être par l'accentuation de la transcription du gêne pre-PTH induisant une hyperplasie des cellules parathyroïdiennes. En fait, plusieurs arguments remettent en cause ce seul mécanisme : l'élévation de la phosphorémie n'est pas suffisamment importante pour faire baisser la calcémie, et dans les modèles d'IR expérimentale le maintien très précis de la calcémie à un taux normal ne permet pas de prévenir l'HPTS.

2.Diminution de l'activité du calcitriol  1,25(OH)2 D3 : le taux de calcitriol s'abaisse parallèlement à la progression de l'IR, de manière nette à partir d'une filtration glomérulaire < 30 ml/min. Cette baisse est due à la réduction de la masse rénale capable de fabriquer le calcitriol, mais aussi à l'hyperphosphorémie : la rétention de phosphate, peut-être au niveau des cellules du tube proximal, agit directement en supprimant la synthèse rénale de calcitriol. Il est par ailleurs possible que la conversion de calcidiol en calcitriol puisse être diminuée par les "toxines urémiques" et l'acide urique, le taux de calcidiol pouvant également s'abaisser en raison d'un mauvais ensoleillement, d'une carence lactée, de la prise d'anticonvulsivants, d'une perte dans les urines en cas de syndrome néphrotique. La diminution du calcitriol circulant peut induire l'hyperparathyroidisme par plusieurs mécanismes :

3.Action directe de l'hyperphosphatémie : on a montré dans les modèles expérimentaux d'IR que la restriction de l'apport alimentaire en phosphore de façon à normaliser le taux de phosphorémie abaissait le taux de PTH, sans modification des taux de calcium et de calcitriol; ceci est confirmé chez les sujets dialysés. On admet actuellement que, en plus de son action médiée par le calcium et le calcitriol, le phosphore stimule directement la synthèse et la sécrétion de PTH, et stimule l'hyperplasie des cellules des glandes parathyroïdes, peut-être en stimulant l'expression du gène.

Ces différents facteurs peuvent conduire à une hyperplasie des glandes parathyroïdes, la division cellulaire s'accélérant en présence de certains signaux comme une taux bas de calcium et/ou de calcitriol, ou un taux élevé de phosphore. Lorsque le tissu devient hyperplasique, la capacité des cellules à répondre aux différents signaux est altérée : elle diminue, nécessitant de plus hauts taux de calcitriol et calcium pour contrôler la synthèse et la sécrétion de PTH.

L'action de la PTH sur l'os est médiée par son récepteur ostéoblastique et est modulée par l'action de différents facteurs de croisssance locaux et de nombreuses cytokines, les uns stimulant la résorption (essentiellement IL-1,TNF-alpha, IL-6, IL-11, TGF-alpha), les autres l'inhibant (TGF-ß, interférons, IL-4, oncostatines). L'état urémique, la biocompatibilité des membranes utilisées en dialyse, enfin la PTH elle-même influencent l'activité de ces nombreux médiateurs.

Clinique : l'HPTS est le plus souvent latent. Les douleurs osseuses ainsi que les fractures favorisées par l'amincissement des corticales sont rares; la séméiologie des calcifications métastatiques peut être présente. Dans les formes sévères, presque historiques, on peut voir des doigts "en baguettes de tambour" par destruction des phalanges distales, ou encore des ruptures tendineuses.

L'examen radiologique est souvent normal. Il peut objectiver les signes classiques de l'hyper-résorption osseuse : flou périosté, aspect en timbre poste du côté radial des phalanges - surtout des deuxièmes phalanges des 2° et 3° doigts - résorption des houpes phalangiennes, de la symphyse pubienne, des articulations sacro-iliaques, érosion de l'extrémité des clavicules, aspect ouaté en "poivre et sel" du crâne, parfois une ostéosclérose des plateaux vertébraux par ailleurs, il montre les calcifications au niveau des vaisseaux et des tissus mous. Ces signes radiologiques sont parfois notés avant la prise en dialyse, chez les sujets présentant une IR très lentement évolutive, ceci n'étant du reste plus observé si le malade est correctement suivi en milieu néphrologique. Ces signes  sont surtout observés sous dialyse, en particulier l'apparition des calcifications métastatiques.

La densitométrie osseuse permet l'évaluation et le suivi du degré d'ostéopénie de façon plus précise que la radiographie standard ou que la biopsie osseuse difficile à répéter. En cas d'HPTS sévère, cette ostéopénie prédomine au niveau de l'os cortical, bien visible par exemple au niveau de la jonction 1/3 moyen et inférieur du radius.

Le taux de iPTH est > 450 pg/ml (normal 10 à 65 pg/ml). Mais la nature du dosage de la PTH par les différents kits disponibles n'étant pas identique, certains préfèrent tenir compte d'une fourchette optimale en utilisant l'expression "limite supérieure de la normale" : l'ostéite fibreuse peut être admise pour un taux > à 2 fois la limite supérieure de la normale si on est sur qu'il n'y a pas de surcharge aluminique, et > à 4-10 fois la limite supérieure à la normale si le malade a été exposé à l'aluminium.

La phosphatase alcaline est > 20 ng/ml.

La biopsie osseuse, si elle était faite, montrerait l'image d'ostéite fibreuse : fibrose médullaire, augmentation du nombre et de l'activité des ostéoblastes à l'origine de l'expansion des surfaces ostéoïdes qui ont un aspect cotonneux, ostéoclastes nombreux et hyperactifs responsables de l' augmentation des surfaces de résorption osseuse. L'examen en fluorescence après double marquage à la tétracycline pour évaluer le taux de formation osseuse montre une fixation sur la majorité des surfaces osseuses, indiquant une formation osseuse accélérée et l'absence d'un défaut de minéralisation. Avant la période de dialyse, on pourrait noter le stade de "lésions légères" avec un taux de formation osseuse normal mais une discrète augmentation de la fibrose et/ou de la résorption ostéoclasique et/ou des surfaces ostéoblastiques.

L'HPTS est un des facteurs importants de morbidité/mortalité des sujets dialysés par le biais des complications cardio-vasculaires : d'une part en induisant la formation de calcifications métastatiques, d'autre part en favorisant l'épaississement des parois vasculaires et la fibrose du tissu interstitiel myocardique.

 

Traitement : la prévention de l'hyperphosphorémie, de l'hypocalcémie et de l'HPTS doit être faite dès les stades précoces de l'IRC. C'est un élément essentiel du traitement conservateur de l'IRC avant la prise en dialyse, et lorsqu'elle est bien conduite, en milieu spécialisé, son efficacité permet de réduire l'importance de l'ostéodystrophie rénale. Schématiquement, elle comporte les éléments suivants (A.Fournier) :

Cependant, les difficultés sont nombreuses : les différentes méthodes peuvent corriger un des paramètres de l'ostéodystrophie tout en induisant l'aggravation des autres, et la marge de manoeuvre entre un taux de PTH trop élevé ou trop bas est délicate à contrôler. Ces difficultés expliquent que les troubles du métabolisme phospho-calcique restent encore trop souvent mal évalués et insuffisamment maîtrisés.

1.Lorsque la filtration glomérulaite est > 40 ml/min, un apport modéré en calcium est suffisant : 500 mg à 1000 mg par jour, et le malade peut continuer à prendre des produits laitiers

2. Lorsque la filtration glomérulaire s'abaisse au dessous de 40 ml/min , et chez le malade dialysé, on dispose de plusieurs moyens:

Le produit le plus utilisé est le carbonate de calcium, 2,5 à 8 g/jour. Les préparations qui contiennent de l'acide citrique ne doivent pas être utilisée en association avec des pansements digestifs contenant des sels d'aluminium, car le citrate augmente l'absorption intestinale d'aluminium et peut précipiter l'apparition d'une encéphalopathie ou d'une ostéomalacie aluminique.

Produit Composant principal Teneur en calcium Autres composants
Calcidia ® Carbonate de calcium 1540 mg / sachet  
Calperos® Carbonate de calcium 500 mg / comprimé  
Caltrate® Carbonate de calcium 600 mg / comprimé  
Eucalcic® Carbonate de calcium 1200 mg / sachet  
Orocal® Carbonate de calcium 500 mg / comprimé  
Cacit 500® Carbonate de calcium 500 mg / comprimé Acide citrique 2,10 g
Cacit 1000® Carbonate de calcium 1000 mg / comprimé Acide citrique 4,35 g
Calcium Sandoz Forte® Gluconolactate de calcium 500 mg / comprimé Bicarbonate de Na 1 g
Sandocal 500® Gluconolactate de calcium 500 mg / sachet Acide citrique

PLorsqL'acétate de calcium a été proposé: il est soluble dans un milieu aussi bien acide qu'alcalin, alors que le carbonate de calcium ne se dissout qu'à un pH acide; or beaucoup de sujets avec IRC ont une achlorydrie ou prennent des H2-bloqueurs, d'où l'acétate de calcium permettrait de prendre de plus faibles doses de chélateurs.

L' inconvénient majeur des chélateurs contenant du calcium est d'induire une hypercalcémie, qui, dans certaines séries, a pu être notée chez 20% des malades. Ces risque a conduit à mettre au point d'autres produits capables de limiter l'hyperphosphorémie. Un composé très étudié actuellement est le sevelamer hydrochloride (hydrogel de poly[allylamine hydrochloride] ou RenaGel® (Genzyme Therapeutics)), un polymère cationique, non absorbable, capable de fixer dans la lumière intestinale l'anion phosphate et les sels biliaires. Plusieurs publications récentes ont montré que le produit, bien toléré, est aussi efficace que les sels calciques pour contrôler l'hyperphosphorémie et diminuer le produit phospho-calcique, et que l'augmentation de la calcémie est minime (probablement parce que la captation du phosphore augmente la quantité de calcium alimentaire disponible pour l'absorption). Par ailleurs, on note un effet bénéfique du sevelamer sur les lipides: diminution de 20-30% du taux du cholestérol LDL plasmatique et augmentation de 5-15% de celui du cholestérol HDL, en rapport avec la captation des sels biliaires. Si les résultats à court terme sont donc encourageants, les éventuels risques d'utilisation à long terme sont pour l'instant inconnus.

D'autres produits ne comportant ni aluminium ni calcium sont en voie d'investigation en ce qui concerne leur capacité à fixer le phosphore : carbonate de lanthanum, différents sels ferriques

Les doses exactes de calcitriol peuvent être basées sur les taux de iPTH :

iPTH 400-600 pg/ml 600-1200 pg/ml > 1200 pg/ml
Calcitriol oral µg/j 0,25 0,5 0,5 - 1
Calcitriol IV µg 0,5-1 / 3 fois par semaine 2 - 4 / 3 fois par semaine 4 - 8 / 3 fois par semaine

Mais avant de prescrire ces dérivés 1 alpha, il est recommandé de ramener les taux de 25 OH vitamine D3 entre 30 et 60 ng/ml par la prescription de vitamine D native (1000 à 2000 UI par jour) ou de calcifédiol (Dédrogyl®) à la dose de 5 à 10 gouttes (25 à 50 µg) par jour.

D'autres analogues de la vitamine D, capables de supprimer la PTH mais non hypercalcémiants et non hyperphosphatémiants, sont en voie de développement : le 19-Nor-1,25dihydroxy-vitamine D2 (paracalcitol ou Zemplar®) et le 1-alpha-hydroxyvitamine D2 (doxercalciferol ou Hectorol®) semblent efficaces, mais l'expérience clinique est encore limitée.

On rappelle que si les membranes de dialyse sont relativement efficaces pour extraire le phosphate, l'efflux de phosphate à partir du pool intracellulaire vers les liquides extra-cellulaires se fait lentement, et l'utilisation de membranes hautement perméables est peu efficace. De plus, l'utilisation de l'érythropoiétine, qui en augmentant l'hématocrite diminue la quantité de plasma exposée au dialyseur, est un facteur supplémentaire qui va diminuer la capacité de la dialyse d'extraire le phosphate, surtout dans les protocoles actuels de dialyse courte. L'hyperphosphatémie peut-elle être mieux contrôlée par l'augmentation du temps de dialyse ? La réponse semble positive avec les techniques actuellement étudiées d'hémodialyse quotidienne, soit courte diurne, soit longue nocturne : la dose de chélateurs du phosphore a pû être diminuée, voir supprimée, chez un bon nombre de malades avec la première méthode, l'hyperphosphatémie est controlée avec la seconde, mais les résultats au long cours sur l'ostéodystrophie ne sont pas encore disponibles.

 

Au total, les concentrations plasmatiques optimales à atteindre pour un contrôle efficace de l'HPTS sont les suivantes :
  • Calcium : 2,4 - 2,7 mmol/l (96 - 108 mg/l)
  • Phosphore : < 1,8 mmol/l (56 mg/l)
  • produit phospho-calcique : < 50 mmol2/l2 (< 70,Ca et P étant exprimés en mg/dl)*
  • iPTH : 100 - 200 pg/ml
  • 25 - OH vitamine D3 : > 10 ng/ml (recommandé entre 30 et 60 ng/ml)
  • aluminémie : 5 - 30 µg/l

* Le chiffre concernant le produit Ca x P est celui traditionnellement retenu. Il a été remis en question, et compte tenu du trop grand pourcentage de dialysés insuffisamment contrôlés, le chiffre < 55 est recommandé (Block).

3. Lorsque l'HPTS n'est pas contrôlé par ces mesures, devenant non freinable, avec manifestations cliniques (douleurs osseuses, prurit) et radiologiques importantes, le recours à la parathyroidectomie devient nécessaire. Le recours à l'échographie et/ou à la scintigraphie au MIBI peuvent dier au repérage des glandes. La parathyroidectomie peut-être sub-totale, avec ablation des 3 parathyroides les plus volumineuses et de la moitié de la 4° glande, ou parathyroïdectomie totale avec autotransplantion de fragments parathyroïdiens, surtout en cas d'exposition ultérieure à des médicaments ostéopéniants comme les immunosuppresseurs chez les candidats à une greffe. La PTX totale, sans autotransplantation sera plutôt envisagée chez les sujets âgés. L'injection d'alcool dans les glandes hyperlasiques est techniquement difficile, et sera retenue chez les sujets à risque anésthésique.

 

Ostéomalacie

Elle est due à une diminution du turnover osseux, avec sur la biopsie osseuse une diminution des ostéoblastes et des surfaces de résorption osseuse et une augmentation considérable du volume de l'os ostéoïde non minéralisé, non seulement augmentation des surfaces mais aussi augmentation de l'épaisseur des bordures ostéoïdes. Colorées en rouge par la coloration de Goldner, ces bordures ostéoïdes sont très caractéristiques. Il n'y a pas, ou très peu, de marquage de la tétracycline.

Cette ostéomalacie a d'abord été expliquée par un déficit en vitamine D, avec également intervention de l'acidose métabolique : l'excès d'ions H+ est tamponné par le carbonate osseux, entraînant la libération de calcium et une diminution du stock calcique de l'os. Un certain degré d'ostéomalacie a souvent été décrit associé à l'HPTS, réalisant une ostéodystrophie mixte. On note une hypocalcémie, une hypophosphorémie et une élévation des phosphatases alcalines.

  En fait, la plupart des cas sont en rapport avec une intoxication à l'aluminium, provenant soit de la prise orale prolongée d'hydoxyde d'aluminium prescrit pour chélater le phosphore dans la lumière intestinale, soit de la contamination du bain de dialyse par une eau insuffisamment déminéralisée. Cette complication a été fréquente dans la décennie 70-80, signalée chez 15% à 25% des dialysés, pouvant présenter des signes cliniques avec une myopathie proximale, des  douleurs osseuses et articulaires, des fractures spontanées en particulier costales,  et à l'examen radiologique les fissures de Looser-Milkman caractéristiques. La calcémie est normale ou élevée, la phosphorémie est souvent élevée, mais les phosphatases alcalines peuvent être tout à fait normales. Le taux de iPTH n'est que peu élevée, < à 2 fois la limite supérieure de la normale. Sur la biopsie osseuse, les colorations spéciales montrent le dépôt d'aluminium sous forme d'une bande à la limite du tissu osteoïde et du tissu calcifié.

Le diagnostic d'intoxication aluminique est basé sur le dosage de l'aluminémie : normale < 10µg/l, un taux > 60µg/l étant significatif de surcharge. Il doit être confirmé par le test à la déféroxamine : après perfusion lente de 5mg/kg du chélateur dans 500ml de soluté glucosé isotonique en 60 minutes, une augmentation de l'aluminémie > 150µg/l 48 heures plus tard permet d'affirmer la surcharge. Cependant, des faux négatifs ont été signalés ches des malades précédemment exposés mais ne prenant plus d'antacides contenant de l'aluminium, et certaines études suggèrent qu'un test positif pourrait témoigner de stocks non osseux plutôt qu'un dépôt intra-osseux.Le fait important est que cette ostéomaladie aluminique est devenue beaucoup plus rare depuis la mise en oeuvre des mesures de prévention adaptée( cf."Dialysat")

Le traitement de l'ostéomalacie aluminique comporte la perfusion de déferoxamine, 5 à 10 mg/kg perfusés lentement en fin de dialyse, en évitant que l'aluminémie dépasse 400 µmol/l pour éviter le risque d'aggravation/révélation d'une encéphalopathie aluminique. On a signalé la survenue d'infections à Yersina ou de mucormycoses, le produit mobilisant les réserves de fer.

 

Ostéopathie adynamique

L'ostéopathie adynamique (OPA, ou aplastique, ou hypocinétique) est de description plus récente, d'incidence croissante et de signification incertaine. Elle est caractérisée par une diminution de la formation et résorption osseuse, le processus secondaire de minéralisation étant réduit de façon proportionnelle. La biopsie osseuse montre une bordure ostéoïde diminuée, sans activité de minéralisation, des ostéoblastes inactifs, une diminution du nombre des ostéoclastes et des surfaces de résorption osseuse. Elle est cliniquement asymptomatique, mais il existe un risque de fractures vertébrales.

Le taux de iPTH est normal, ou faiblement élevé (< 100 pg/ml), et cette normalité doit attirer l'attention au cours d'une IRC. On note une tendance à l'hypercalcémie en raison de la diminution de dépôt de calcium sur le tissu osseux.

Son étiologie est incertaine. Sa principale étiologie était l'intoxication par l'aluminium, l'aluminium freinant la sécrétion de PTH. Actuellement, l'intoxication par l'aluminium étant devenue très rare,on retient le rôle d'une suppression excessive de l'HPTS par  le carbonate de calcium, par le calcitriol, ou par la parathyroïdectomie. Ce type d'atteinte osseuse est plus souvent noté chez les diabétiques, comme si le manque d'insuline pouvait contribuer à une diminution du turnover osseux.

Sa prévention consiste à ne pas corriger de manière trop stricte l'HPTS, en maintenant le taux de PTH entre 100 et 200 pg/ml.

Amylose à ß2-microglobuline

Décrite chez les "vieux dialysés", après 7 à 10 ans de traitement, elle est due à des dépôts articulaires d'amylose dont la protéine fibrillaire est la ß 2 -microglobuline : peptide associé aux antigènes lymphocytaires de classe I, la beta-2 globuline (production 200mg/j) est filtrée par les glomérules puis catabolisée au niveau du tube proximal. Cliniquement il peut s'agir d'un syndrome du canal carpien ( dépôts d'amylose sur les tendons fléchisseurs et leur synoviale) ou d'atteinte érosive sous forme de géodes dans les os ( carpe, tête humérale ou fémorale, acétabulum, plateaux tibiaux, plateaux des vertèbres cervicales), à l'origine de douleurs souvent très intenses, au maximum d'arthrite et périarthrite scapulo-humérale, ou de spondylarthropathie destructrice surtout au niveau des vertèbres cervicales. Cette séméiologie douloureuse est très améliorée par la transplantation, probablement sous l'effet des corticoides, car les images radiologiques, de même que la réalité des dépôts, ne diminuent pas, ou très peu.

Sa pathogénie est controversée : mauvaise extraction de la beta 2 microglobuline ?, stimulation des médiateurs de l'inflammation par des membranes cellulosiques bio-incompatibles ?. Des éléments de réponse sont donnés par le document "ß2-microglobuline et amylose des dialysés".

 

  • Chertow G.M., Burke S.K., Dilon M.A., et al : Long-term effect of sevelamer hydrochoride on the calcium x phosphate product and lipid protile of haemodialysis patients. Nephrol.Dial.Transplant 1999;14:2907
  • Drüeke T.B. : Parathydoid gland hyperplasia in uremia. Kidney Int.2001;59:1182
  • Fournier A., Oprisiu R., Fickl R., et al : Prise en charge de l'ostéodystrophie rénale; controverses actuelles. Séminaires d'uro-néphrologie Pitié Salpêtrière , Paris, Editions de l'Aulne, 2000,p. 22-38
  • Gokal R., Hutchison A., Ritz E., et al : Renal bone disease.Kidney Int. 1999;73:S1-S98
  • Goodman W.G. : Recent developments in the management of secondary hyperparathyroidism. Kidney Int. 2001;59:1187