Acumulación de Mineral Óseo y de Calcio durante la Pubertad

INTRODUCCION

El esqueleto de una mujer joven tiene un contenido mineral óseo (BMC) de 2200
g aproximadamente, de los cuales el 32.2 % (1), o 708 g, está constituido por
calcio elemental. Esta cantidad de calcio debe ser acumulada durante veinte años
a una tasa promedios de acumulación de 35 g/año, o 97 mg/día. Este valor medio
oculta la considerable variabilidad en la tasa de consumo de calcio de un
esqueleto en desarrollo, y se ha sugerido que el valor pico para la retención de
calcio podria ser de hasta 600 mg/día (2). Esto acentúa la pregunta sobre si, en
algunos niños, la ingesta alimentaria de calcio puede ser elevada al valor
necesario para cubrir tal demanda, aún considerando la mayor eficiencia de
absorción en los adolescentes en comparación con los adultos (3).

Puede ser que tal consumo raramente sea alcanzado y que la demanda de calcio
para el gran volumen esquelético en expansión no pueda ser cubierta en forma
inmediata. El efecto de ello sería una cantidad subóptima de mineral óseo por
unidad de volumen esquelético. El pico en la incidencia de fracturas del
antebrazo cerca de la edad de velocidad pico de altura, por ej., cuando los
huesos largos están creciendo a su máxima velocidad, respalda esta idea (4). Es
posible que un déficit de mineral óseo debido a la fase de rápido crecimiento
óseo pueda ser reconstituido posteriormente por la ingesta prolongada de calcio,
en presencia de un incremento más lento en el volumen óseo (5). La confirmación
de una fase de déficit de mineral óseo seguida por la fase de consolidación
puede tener implicancias en la prevención de fracturas – en adolescentes, así
como en pacientes con osteoporosis.

Los primeros intentos de investigar este fenómeno estuvieron limitados por la
imposibilidad de estimar en forma precisa la acumulación de mineral óseo; estos
estudios utilizaron indicadores como el diámetro metacarpiano y la densidad
mineral ósea del antebrazo (6). Más recientemente, el uso de Absorciometría Dual
con Rayos X (DXA) ha permitido realizar una estimación más exacta y precisa del
calcio corporal total y de la acumulación de calcio en niños (7, 8). En el
presente estudio reportamos las mediciones anuales del BMC de todo el cuerpo a
lo largo de la “eclosión” puberal adolescente en niños y niñas, y estimamos la
ingesta alimentaria de calcio necesaria para lograr estos elevados niveles de
acumulación de minerales.

METODOS

Sujetos

Todos los sujetos estaban participando en el Estudio Pediátrico de Mineral
Oseo de la Universidad de Saskatchewan. De 375 estudiantes elegibles que iban a
dos escuelas primarias de Saskatoon, los padres de 228 estudiantes (113 niños y
115 niñas), y los mismos niños, dieron su consentimiento por escrito para
participar del estudio. Posteriormente, otros niños se sumaron a este estudio
longitudinal mixto que ya estaba en progreso, el cual comprendía la recolección
de datos de alimentación y actividad física, y mediciones antropométricas cada
seis meses y escanenos anuales de DXA en todo el cuerpo, columna lumbral
antero-posterior (AP), y fémur proximal. Las evaluaciones óseas se realizaron
durante un período de 2 meses en el otoño de cada año, eliminando, por lo tanto,
los efectos de las estaciones. Este estudio está en su quinto año de evolución,
y de la muestra original aún continúan involucrados 82 niños y 84 niñas.

Mediciones Óseas

Todas las evaluaciones fueron realizadas en el Departamento de Medicina
Nuclear del Hospital de la Universidad Royal, en Saskatoon. Los procedimientos
experimentales fueron aprobados por los correspondientes Comités de Ética de la
Universidad y del Hospital (6). Todas las evaluaciones fueron realizadas por dos
operadores experimentados que utilizaron DXA (QDR 2000; Hologic, Walham, MA) en
el modo ordenado. Para minimizar la variabilidad relacionada con el Operador,
una misma persona calificada analizó todos los escaneos usando un software
mejorado (versión 5.56A) elaborado por el equipo de investigadores responsables
de este estudio. En nuestro laboratorio, la reproductibilidad en vivos, en
estudios a corto plazo de este procedimiento, es de 0.51%. Se midió la dosis de
radiación inicial a través de una cámara de medición de iones (modelo 450p;
Victoreen Inc., Cleveland). Cuando esta dosis superficial fue corregida para la
atenuación del cuerpo, edad del sujeto, y tipo y volumen del tejido que estaba
siendo irradiado, el equivalente de dosis efectiva fue <0.01 mSv.

Evaluación Antropométrica y Alimentaria

Cada seis meses, a todos los sujetos se les realizó una serie completa de
mediciones antropométricas, y durante un periodo de 4 años se efectuaron 12
evaluaciones alimentarias utilizando encuestas de 24 horas. La encuesta
alimentaria era analizada con el programa del Sistema de Evaluación Nutricional,
versión 3.7 (Quilchena Consulting, Victoria, Canadá). Las encuestas eran
codificadas (controlando el mismo individuo todos los formularios) y analizadas
de acuerdo a los procedimientos descriptivos en otras publicaciones (10).En base
a las encuestas obtenidas desde 1991 hasta 1994, se determinaron para cada niño
las ingestas diarias promedio de macronutrientes y micronutrientes, incluyendo
calcio.

Análisis Estadísticos

Los datos de 978 escaneos obtenidos durante 4 años fueron analizados
transversalmente. Los grupos de edades fueron centrados en años enteros,
combinando los sujetos cuya edad al momento de un escaneo determinado estaba
dentro de 0.5 años del valor entero; por ej., todos los que tenían de 10.50 a
11.49 años eran agrupados en la categoría 11años. Para todos los grupos se
calculó el promedio de BMC, la superficie esquelética, y los valores de la
talla. Estos datos fueron cargados en un programa que ajustó una curva de
cuadrados mínimos (11), determinó una curva de velocidad de crecimiento, y
condujo a valores destacados, incluyendo la edad de velocidad pico de
crecimiento. De este modo, se determinó la velocidad pico de altura (PHV), la
velocidad pico de BMC, la velocidad de la superficie esquelética (VPSE), y las
edades a las cuales ocurrían estos fenómenos biológicos.

RESULTADOS

Los datos reportados en este trabajo están basados en un total de 471
escaneos de DXA en niños y de 507 en niñas. La determinación de la velocidad
pico de altura estuvo basada en mediciones semianuales. Los análisis de los
datos agrupados en categorías de a 1 año mostraron que la edad media para la
velocidad pico de altura fue de 13.3 años en los varones 11.4 años en las
mujeres (Tabla 1). El desarrollo de la superficie esquelética medida por DXA fue
posterior a la velocidad pico de altura en 0.2 años en los niños, y en 0.8 años
en las niñas; sin embargo, la tasa de captación de mineral óseo no tuvo su pico
hasta 1.2 y 1.6 años, respectivamente, después de la velocidad pico de
crecimiento en altura (PHV) en niños y niñas.

En la Figura 1 se presenta la comparación entre varones y mujeres; en el
grafico los datos de BMC y velocidad están representados con respecto a la edad
en la cual ocurre la acumulación pico de mineral óseo, que fue de 14.5 años en
los varones y 13.0 años en las mujeres. Colocando estas edades como cero, se
puede observar que los niños tuvieron un BMC consistentemente mayor, y que las
discrepancias entre varones y mujeres aumentó en forma consistente a lo largo de
la pubertad. Tres años antes de la adquisición pico de mineral óseo, los valores
de BMC en las niñas fueron el 80% del de los varones, mientras que 3 años
después de la velocidad pico de BMC, este porcentaje disminuyó al 74%. La tasa
de adquisición de mineral óseo también fue consistentemente mayor en los
varones. Tres años antes de la velocidad pico del BMC, el valor de la velocidad
del BMC en las niñas fue el 69% del de los varones, mientras de tres años
después del pico, este porcentaje cayó al 51%. En la acumulación pico de mineral
óseo, los varones fueron ganando 320 mg/día. Ellis y cols. (1) reportaron
recientemente que aproximadamente el 32.2% del BMC de todo el cuerpo, medido DXA
(QDR2000, Hologic), está compuesto por calcio. Si este valor es utilizado como
el porcentaje de calcio en el hueso, los valores picos de acumulación
correspondieron a un promedio de retención diaria de calcio 282 mg en los niños
y de 212 mg en las niñas. Debido a que la DXA fue realizada anualmente, es
posible que los valores a corto plazo de la acumulación fueran mayores que estas
cantidades.

En las niñas, las ingestas promedio de calcio, estimadas a través del cálculo
de la media de los datos anuales de las encuestas alimentarias en el transcurso
de 4 años, fueron de 903 mg de Ca/día en los sujetos con las edades entre 10-12
años, y de 954 mg de Ca/día en los que tenía entre 13 y 15 años. Los valores
correspondientes para los varones fueron de 1045 mg y 1299 mg de Ca/día.

Tabla 1. Características de las curvas de velocidad de crecimiento en altura (PHV), de superficie ósea, y de contenido mineral óseo (BMC) en niños y niñas (1).

Figura 1. Contenido mineral óseo (BMC) y velocidad de acumulación de
mineral óseo (BMCV), durante 5 años, antes y después de la velocidad pico del
BMC (BMCPV); n=507 escaneos con DXA de todo el cuerpo en 115 niñas, y 471
escaneos en 113 varones.

DISCUSION

Los estudios sobre el balance de calcio tradicionalmente ven al cuerpo como
una caja negra; para estimar la retención de calcio sólo se intenta considerar
lo que fluye hacia adentro y afuera. También es posible estimar la retención o
la pérdida de calcio determinando la diferencia entre dos estimaciones del
calcio corporal total acumulado con el tiempo. Tales estimaciones se han
realizado con datos del metacarpo (6) y valores de la densidad mineral ósea
radial (12), pero la extrapolación de datos de un sitio limitado al calcio total
del cuerpo, requiere aceptar presunciones científicas de cuestionable validez.
La activación neutrónica, una técnica que determina el calcio real en todo el
cuerpo, requiere un nivel de radiación iónica que es inadecuada para los niños.
Se ha utilizado Absorciometría Fotónica Dual (DPA) (13), pero la DXA ha hecho
que ahora sea posible obtener una medición del BMC precisa y con un nivel de
radiación lo suficientemente seguro para los niños. Sin dudas, el compuesto de
calcio más abundante en el hueso es la hidroxi-apatita [Ca₁₀ (PO₄)₆
(OH)₂], que contiene el 39.9% de calcio, a pesar de que el
análisis por activación neutrónica del mineral óseo dio un valor de 32.2 % (1).
Debido a que menos del 1 % del calcio corporal es extra-esquelético, la DXA
puede ser utilizada para estimar en forma precisa el calcio de todo el cuerpo, y
la tasa de acumulación o adquisición de calcio a lo largo de la pubertad.

Peacok (6) comparó dos estimaciones de tasa de acumulación de calcio durante
el crecimiento. Bajo la presunción de que las relaciones entre el tamaño del
metacarpo, la masa esquelética, y el contenido de calcio son fijas, el primer
cálculo observó que los niños tenían una tasa máxima de acumulación de solo >300
mg Ca/día a ~13 años de edad. La tasa en las niñas tuvo un pico de 280 mg Ca/día
a los 12 años. El segundo cálculo utilizó presunciones basadas en Absorciometría
Fotónica Simple (SPA) en el radio en 234 varones y 317 mujeres, entre 6 y 29
años (12) para evaluar el calcio total. Las tasas máximas resultantes de
acumulación de calcio fueron menores – 200 mg/día en los niños y 160mg/día en
las niñas – y las edades a las cuales se alcanzaban estos picos fueron mayores
(16 años en los varones y 12 en las mujeres). Este método de determinar la tasa
de acumulación es sensible a los errores en la estimación del contenido total de
calcio, y este hecho podría ser el responsable de la gran discrepancia entre
estas dos estimaciones de la acumulación que tuvo un pico más pronunciado que la
gráfica basada en los datos de la Absorciometría Fotónica Simple.

Dos estudios han utilizado DXA para estimar las tasas de acumulación de
calcio durante el crecimiento. En un estudio controlado de seis meses con
suplementación con calcio en adolescentes mujeres, Andon y cols. (7) observaron
que las niñas que recibieron suplementación con 1000 y 500 mg de Ca/día tuvieron
incrementos de 154 y 138 g, respectivamente, en el BMC total, mientras que el
aumento en el grupo placebo fue de 125 g. Los incrementos en el BMC total
corresponden a 272, 243, y 221 mg/día, respectivamente, si suponemos que el
calcio constituye el 32.2% del mineral óseo (no el valor de 39% supuesto por
Andon y cols.). En un estudio transversal, Matkovic y cols. (8) reportaron una
retención promedio de calcio de 160 mg/día de los 8 a los 18 años de edad, y
sugirió que, en un periodo más corto, la retención podría ser tanto como 300-400
g/día.

En este estudio, el BMC total en los niños aumentó rápidamente a lo largo de
la “eclosión” puberal, desde 950 g a los 9.5 años hasta > 3000 g a los 19.5
(Figura 1). En este rango de edad la pendiente de la curva de BMC, es decir, la
tasa de retención de mineral óseo, aumento de 115 g/año hasta una máximo de 320
g/año a los 14.5 años de edad, luego disminuyó a los 19.5 años. En las niñas, el
BMC aumentó de 774 g a los 8 años a 2200 g a los 18; la tasa máxima de
acumulación fue de 240 g/año a los 13.0 años. La mayor tasa pico de acumulación
de los niños ocurrió a los 1.2 años después de su edad para el pico de velocidad
en altura (13.3 años), y 1.0 año después de su edad en la VPSE (12.2 años).

Si se presume que el 32.2 % del mineral óseo está compuesto por calcio, el
pico de 320 g Ca/año en los varones correspondió a 282 mg Ca/día, mientras que
el pico en las mujeres correspondió a 212 mg Ca/día. La masa media de calcio
acumulada por los varones, en el lapso de 2 años de la edad de acumulación pico,
fue de 100 g/ de Ca/año o 275 mg de Ca/día; los valores para las niñas fueron de
75 g de Ca/año o 204 de Ca/día. Estos valores son marcadamente mayores que las
cifras de balance de calcio reportadas en las mujeres >21 años, quienes
normalmente tienen un pequeño balance positivo o un balance negativo (14, 15).

La ingesta de calcio necesaria para producir las tasas de acumulación
reportadas en este trabajo pueden ser estimadas utilizando los datos publicados
de absorción de calcio. En un estudio sobre el balance de calcio con 14 niñas de
13.1 años de edad promedio, se midió en forma directa la ingesta media de calcio
alimentario, la cual correspondió a 1332 mg/día (15). Con la eliminación fecal
promedio de 901 mg de Ca/día, la absorción fue, por lo tanto, de 325 mg Ca o
32.2 % Con una eliminación urinaria de 106 mg Ca/día, 325 mg de Ca fueron
retenidos, la eficiencia de retención de 24.4%. Si la cantidad de calcio
eliminado en la sudoración es estimada en 55 mg/día [valor extrapolado por
Peacok (6) en base a los datos del peso corporal en adultos (16)], la retención
de calcio es de 270 mg/día, y la eficiencia de retención disminuye al 20.3 %.
Por lo tanto, si nuestros sujetos tuvieran una eficiencia de retención similar,
las niñas abrían requerido una ingesta de calcio de 1005 mg/día para mantener la
acumulación de mineral óseo durante los 2 años de adquisición pico del BMC. Es
interesante observar que la eficiencia de retención de calcio en las niñas
(promedio de edad: 11.3 años) que tomaron placebo, en el estudio de Andon y cols.
(7), fue de 25.0 %. Si se utiliza la proporción de 20.3 % para la retención de
calcio observada en los niños en este estudio, la retención de 275 mg/día
reportada aquí, requeriría una ingesta media de 1355 mg de Ca/día durante un
período de 2 años. Estos valores relativamente altos concuerdan con los
resultados de Matkovic y cols. (17), quienes sugirieron que los requerimientos
de calcio durante la adolescencia, cuando el crecimiento óseo es acelerado, son
elevados. El aumento de la ingesta de calcio en mujeres adolescentes a 1600 mg/día
no produjo un incremento significativo en la eliminación urinaria de calcio, lo
cual sugiere que la capacidad del esqueleto en crecimiento de utilizar el calcio
no estuvo saturada.

Es bien sabido que la estimación de las tasas de cambio de variables durante
el crecimiento, a partir de datos transversales, resulta en un aplanamiento de
los picos en los individuos; esto se debe a una variabilidad interpersonal en la
edad de los valores pico que refleja amplias diferencias en el estado de
maduración. Por los tanto, los valores pico reportados aquí, son casi con
certeza subestimaciones para la mayoría de los niños. Aun así, muchos
adolescentes que tienen la misma edad que nuestros sujetos consumen
considerablemente menos calcio que las cantidades medias requeridas que nosotros
estimamos. En nuestra muestra se midió la ingesta alimentaria, la que se reportó
en otro trabajo (10). La ingesta media de calcio en los sujetos entre 13 y 15
años fue de 1300 mg/día en los varones y de 954 mg/día en las mujeres. Sin
embargo, el uso de una estimación de probabilidad basada en el valor de la
ingesta diaria recomendad de Canadá (1000 mg Ca/día) determinó que el 31 % de la
niñas tuvo una ingesta inadecuada (10). Sin embargo, no existe una certeza total
debido a las tendencias que tienen los adolescentes de sub-informar las ingestas
alimentarias cuando utilizan encuestas (18).

A pesar de que los valores de BMC y las tasas de acumulación muestran que el
esqueleto realmente aumenta, es probable que la demanda pico de calcio ocurra
cuando la tasa de aumento del volumen óseo sea máxima. No se sabe la edad a la
cual ocurre esto, debido a que el volumen esquelético es difícil de medir (19),
pero es probable que sea en un punto cercano a la edad del pico de velocidad en
altura (PHV). Esta especulación es respaldada comparando la edad de velocidad
pico de altura con la edad de VPSE medida por DXA. En los varones, la VPSE
ocurrió 0.2 años después que la velocidad pico de altura; en las mujeres ocurrió
0.8 años mas tarde. Debido a que la demanda de calcio cerca de la edad de
acumulación pico de BMC ya es muy elevada, es posible que la demanda cerca de la
edad de velocidad pico de altura no pueda ser cubierta en forma inmediata por
las fuentes alimentarias de calcio.

Para investigar este hecho más a fondo, seleccionamos 6 sujetos de los cuales
teníamos suficientes puntos de datos en los años adolescentes para derivar
curvas individuales de crecimiento en altura, superficie esquelética, y BMC.
Determinamos los valores medios de ingesta de calcio para estos sujetos, basados
en encuestas alimentarias de 24 hs obtenidas durante 4 años, de acuerdo a
procedimientos estándar descritos en otros artículos (10). En la Tabla 2 se
presentan los datos de 3 niñas – una con una baja ingesta de calcio, otra con
una ingesta cercana al valor recomendado de 1000 mg/día, y la tercera con una
ingesta elevada – y de 3 varones con consumos de calcio cercanos al valor
recomendado en Canadá de 1200 mg/día. Nuestra muestra de varones no tuvo la
amplia variación en ingestas observada en las niñas, y tampoco tuvo ningún
sujeto con las ingestas sustancialmente bajas como se observó en algunas niñas.

Los datos de los seis individuos revelan algunas tendencias interesantes. En
primer lugar, las velocidades individuales fueron mayores que las velocidades
grupales medias para la altura, superficie esquelética, y BMC, observación que
confirman el efecto de aplanamiento por el uso de datos transversales. La
sincronización secuencial de la velocidad pico de altura, VPSE, y la velocidad
pico de BMC, fue la misma en todos los sujetos. Las tres niñas reportaron
ingesta de calcio de 576, 1039, y 1589 mg/día, lo cual las coloca en categorías
baja, media, y alta de ingesta, respectivamente. Las niñas con consumos bajos y
medios tuvieron valores muy similares de velocidad pico de altura y de edad de
VP, pero comparada con la niña de baja ingesta, la que tuvo una ingesta media
ganó 21% más mineral óseo durante los 2 años antes y después de la VPSE. La niña
con alto consumo de calcio tuvo un aumento aún mayor (39%).

Estas ingestas pusieron de manifiesto un aparente déficit alimentario.
Suponiendo un valor de retención del 20.3%, calculamos la ingesta de calcio
necesaria para aportar el aumento medido de minerales óseos. En cinco de los
seis sujetos este valor fue más elevado que la ingesta de calcio reportada. La
discrepancia pudo haberse debido a : 1) eficiencia de retención mayores al 20.3%
reportado por Weaver y cols. (15), basado en una carga de calcio de 1.332 mg/día;
2) sub-reportes de la ingestas alimentarias; 3) un porcentaje más pequeño de
calcio en el contenido mineral óseo en adolescentes que el 32.2% reportado por
Ellis y cols. (1); 4) alguna combinación de estos factores. Sin embargo, la
asociación positiva entre la mayor retención de calcio y la mayor ingesta
reportada es consistente con la hipótesis que durante esta fase de crecimiento
rápido, la retención de mineral óseo puede estar limitada por bajas ingestas
alimentarias de calcio.