第十二章骨代谢异常的生物化学诊断.

第十二章骨代谢异常的生物化学诊断佝偻病骨质疏松骨骨纤维骨相关细胞无机成分骨组织细胞间质（骨基质）有机成分矿物质：钙、磷、镁骨盐：羟磷灰石结晶蛋白质Ⅰ型胶原多糖蛋白质脂类糖蛋白复合体骨细胞成骨细胞破骨细胞基础概要A.骨组成骨主要由骨矿物质（无机物）、有机基质和骨组织组成。成骨作用包括两个过程，即骨的有机（基）质形成和骨盐沉积。骨的有机（基）质形成是成骨细胞分泌蛋白多糖和胶原、由胶原聚合成胶原纤维作为骨盐沉积的骨架。成骨细胞被埋在骨的有机（基）质中成为骨细胞。骨盐沉积于胶原纤维表面，先形成无定形骨盐（如磷酸氢钙等），继而形成羟磷灰石结晶。溶骨作用是破骨细胞释放溶酶体中的蛋白水解酶，使骨的有机质（胶原）水解，同时破骨细胞还释放出一些酸性物质，如乳酸、柠檬酸、碳酸等，使局部酸性物质增加，促进骨盐溶解，这种骨的有机质水解及骨盐溶解称为溶骨作用。正常成人体内的成骨和溶骨作用保持着动态平衡，不仅保证了骨的正常生长，还维持了钙磷的动态平衡，这种作用称为骨的更新作用。B.骨的正常代谢骨矿物质（钙、磷、钠、镁、铁、氟等）和骨盐维持骨密度。骨的有机物质(蛋白质、I型胶原、脂类和糖蛋白复合体等)参与了骨小梁和骨基质的形成，促进骨的生长、修复，参与骨骼的新陈代谢。骨的组织细胞（骨细胞、成骨细胞和破骨细胞）在相关激素（甲状旁腺素、降钙素、活性维生素D）的作用下，相互协调，共同维护骨的正常代谢，实现骨骼发育、生长。C.骨代谢性疾病骨代谢疾病是指由多种因素引起骨组织中钙、磷等矿物质、成骨细胞和/或破骨细胞功能异常，引起的骨基质、骨细胞代谢紊乱。包括骨质疏松症、骨软化病、佝偻病等。主要内容一、钙、磷、镁代谢及其异常二、骨转换相关标志物三、骨代谢异常生化指标的检测四、骨代谢异常生化指标的临床应用第一节骨代谢及其异常一、钙代谢及其异常二、磷代谢及其异常三、镁代谢及其异常四、骨代谢激素钙、磷、镁是人体重要组成物质，具有广泛的生理功能。钙、磷、镁在组织中的分布和在血浆中的存在形式组织相对分布存在血浆中形式骨和齿（%）软组织（%）细胞外（%）总浓度(mmol/L)游离（%）结合（%）复合物（%）总浓度(mmol/L)钙9910.2255040102.25～2.75磷85150.119.45510350.81～1.45镁554511.05530150.81～1.45钙、磷、镁的分布和存在形式钙的代谢食物钙(乳制品、果菜)十二指肠主动吸收钙的代谢肠道排泄肾排泄近曲小管被重吸收远曲小管和集合管被吸收活性维生素D320%50%20%一、钙代谢及其异常80%人体内钙的存在状态人体中钙存在状态骨盐体液钙羟磷灰石结晶无定形磷酸钙沉淀非扩散钙：与蛋白质结合可扩散钙游离Ca2＋复合钙乳酸钙、柠檬酸钙等40%60%红细胞内钙含量较少，绝大多数存在于血浆中，故血钙通常指血浆钙，正常值为2.25～2.75mmol/L。离子钙45%血钙复合钙15％与血浆蛋白结合的钙40%扩散钙非扩散钙结合钙注：血浆中发挥生理作用的是离子钙，离子钙与非扩散钙可相互转换，但受PH影响。•血浆蛋白结合钙血浆蛋白+Ca2+•当[H+]升高时，蛋白结合体向离子钙转移•当[H+]降低时，血浆离子钙降低，而血浆总钙量可无变化，此时可出现低钙抽搐现象。•pH每改变0.1单位,血清游离钙浓度改0.05mmol/LH+HCO3-总钙的异常2.25-2.75mmol/L表现为游离钙的异常0.94-1.26mmol/L总钙和游离钙的异常钙代谢异常1.高钙血症（Hypercalcemia）定义：血钙浓度高于2.75mmol/L常见病因:①钙溢出进入细胞外液②肾对钙的重吸收增加③肠道对钙吸收增强④骨骼的重吸收增加⑤原发性甲状旁腺功能亢进和PTH过度分泌2.低钙血症（hypocalcemia）定义：血钙浓度低于2.25mmol/L常见病因：①低清蛋白血症：血清总钙降低②慢性肾功能衰竭③甲状旁腺功能减退,PTH分泌不足④维生素D缺乏⑤电解质代谢紊乱并发高磷血症磷的代谢食物有机磷酸酯和磷脂磷的代谢无机磷酸盐在空肠肠管内磷酸酶肠道排泄肾排泄肾小管（主要是近曲小管）重吸收85%～95%30%70%二、磷代谢及其异常血中磷通常指血浆中的无机磷，主要以HPO42-的形式存在占80％～85％以上。正常成人血浆无机磷含量为0.81～1.45mmol/L。1.高磷血症定义:指血清无机磷浓度高于1.45mmol/L。①肾排泌磷酸盐能力下降②磷酸盐摄入过多③细胞内磷酸盐大量转运出磷代谢异常2.低磷血症定义：血清无机磷浓度低于0.81mmol/L。常见病因:①磷向细胞内转移②肾磷酸盐阈值降低③肠道磷酸盐的吸收减少④细胞外磷酸盐丢失三、镁代谢及其异常骨中的镁主要以磷酸镁及碳酸镁的形式存在。镁存在于除脂肪以外的所有动物组织及植物性食品中，日摄入量为250mg。1.吸收部位：主要在回肠方式：主动转运过程2.排泄消化道排泄肾排泄（主要途径）3.对骨代谢的调节（1）镁能从羟磷灰石中置换出钙，故镁能够影响骨的代谢。（2）高镁可影响成骨作用，骨镁升高，矿化过程减慢，可能发生骨营养不良。高镁血症致高镁血症的主因有：镁摄入过多静脉内补镁过快过多，这种情况在肾功能受损的病人中易发生。排镁过少肾排镁减少是高镁血症最重要的原因。内分泌紊乱甲状腺功能减退，某些粘液水肿的病人可能发生高镁血症；醛固酮减少，某些Addison病患者可发生高镁血症。镁代谢异常低镁血症缺镁的主要表现是神经-肌肉障碍和精神与行动的异常，如乏力、衰弱感、体温调节不良。严重时可有神经过敏、震颤、搐搦、肌肉痉挛、眼颤以及吞咽困难等。镁缺乏通常因胃肠道及肾脏的丢失胃肠道病症肾脏丢失四、骨代谢激素调节及其异常主要调节激素是甲状旁腺主细胞合成与分泌的一种单链多肽。84个氨基酸残基的PTH，分子量9500。是维生素D3在肝和肾经过一定的代谢转变成为活化型后才能发挥其生物学作用,并被认为是一种激素。是由甲状腺滤泡旁细胞（C细胞）合成分泌的一种单链多肽激素，由32个氨基酸残基组成，分子量3418。甲状旁腺激素（PTH）1，25-二羟维生素D3降钙素（CT）对骨的作用(+)骨盐溶解（溶骨作用）（-）成骨作用对肾的作用(+)肾远曲小管对钙的重吸收血Ca2+升高(-)肾近曲小管对磷的重吸收血P降低对维生素D的作用对小肠的作用（+）肾25-（OH）D3-1α-羟化酶活性通过1,25-(OH)2VitD3(+)钙磷的吸收总效应1.甲状旁腺激素（1）血钙负反馈调节PTH的合成与分泌（2）调节骨代谢：靶器官为肾脏、骨骼、小肠。升高血Ca2+，降低血P（1）甲状旁腺功能亢进原发性甲旁亢：腺瘤或增生引起继发性甲旁亢：维生素D缺乏及慢性肾脏疾病。表现为：甲状旁腺激素增高，高血钙低血磷，尿结石或肾钙盐沉着症，肾机能常遭受严重损害，骨骼的脱钙畸形。2.甲状旁腺激素功能异常（2）甲状旁腺功能减退•继发性甲旁减：最多见甲状腺手术时误将甲状旁腺切除或损伤所致•特发性甲旁减：系自身免疫性疾病。•假性甲旁减：PTH结构异常或靶器官受体异常表现为：PTH减少，血钙降低，尿磷减少，血磷浓度增高。手足搐搦，尿钙显著增加，皮肤、毛发、指甲等外胚层组织病变，小儿牙齿发育不全。2.甲状旁腺激素功能异常2.活性维生素D活性D3活性是维生素D3的10～15倍1,CT①②③④骨代谢调节:靶器官是小肠、骨、肾脏。对小肠的作用(+)小肠对钙、磷的吸收对骨的作用(+)骨骼的更新(先溶骨再成骨，溶骨成骨)对肾的作用(+)肾远曲小管及集合管合成钙结合蛋白，促进钙、磷的重吸收总效应升高血钙与血磷（1）维生素D摄入不足佝偻病和骨软化症（2）肝性佝偻病和肾性佝偻病（3）维生素D依赖性佝偻病表现为1，25-二羟维生素D3降低，血清磷降低，血清钙含量低或正常，血清骨碱性磷酸酶增高。发生佝偻病和骨软化病，同时肌肉松弛、非特异性神经精神症状、生长迟缓、免疫力低下等表现。活性维生素D的调节异常3.降钙素（CT）(1)受血浆中的钙离子的影响，CT的分泌随血钙升高而增加，两者呈正相关。(2)骨代谢调节:靶器官主要是骨和肾，对小肠间接影响。对骨的作用(-)溶骨(+)骨盐沉积对肾的作用(-)肾近曲小管对磷远曲小管对钙、磷的重吸收对小肠的作用(-)通过抑制1,25(OH)2D3生成，间接抑制钙的吸收。总效应降低血Ca2+、血磷（3）降钙素分泌异常①升高见于：孕妇、儿童、甲状旁腺功能亢进、肾衰、慢性炎症、甲状腺髓样癌、白血病、骨髓外骨髓增殖症、肺癌等。②降低见于：甲状腺先天发育不全、甲状腺全切患者、低血钙等。三种激素对钙磷代谢的调节激素肠钙吸收溶骨成骨肾排钙肾排磷血钙血磷1,25(OH)2D3PTHCT↑↑↑↓↑↑↑↓↑↓↑↓↓↑↓↑↑↑↑↓↑↓↓注：↑表示升高↑↑表示显著升高↓表示降低一、骨形成标志物第二节骨转换相关标志物二、骨吸收标志物骨转换标志物骨形成标志物骨钙素骨性碱性磷酸酶Ⅰ型胶原前肽骨吸收标志物吡啶酚和脱氧吡啶酚Ⅰ型胶原C端肽和N端肽抗酒石酸酸性磷酸酶尿羟脯氨酸骨代谢过程中，破骨细胞活动所降解的骨基质成分和分泌的产物，以及成骨细胞形成新骨所释放的代谢产物进入血液和尿液中，构成了反映破骨细胞活性的骨吸收指标和反映成骨细胞活性的骨形成指标。骨钙素是含49个氨基酸，分子量5669的小蛋白，为人骨中主要的和最多的非胶原蛋白，占总蛋白的1%。骨钙素是1,25-(OH)2-D3刺激下由成骨细胞合成。50%结合羟磷灰石中的Ca2+，50%游离入血，由肾脏清除。骨钙素骨形成标志物其主要功能是保持骨的正常矿化和抑制异常羟磷灰石结晶形成。循环中的骨钙素半寿期仅5min左右，因此，血清骨钙素水平基本上能够反映近期成骨细胞活性和骨形成功能。骨钙素骨形成标志物由成骨细胞合成和分泌。它在成骨过程中能水解多种磷酸酯，为羟磷灰石的沉积提供所需的磷酸，同时水解焦磷酸盐，维持局部碱性环境，促进骨的矿化。血清骨性碱性磷酸酶：在反映成骨细胞活性和骨形成上有较高特异性，优于骨钙素。因为B-ALP在血清中比骨钙素更稳定，血清中的半寿期为1～2d，并且不受昼夜变化的影响骨性碱性磷酸酶N末端肽C末端肽前胶原胶原N端前肽C端前肽三螺旋区Ⅰ型胶原是由成骨细胞的前体细胞合成，含N-和C-端延伸段。这些延伸段又称前肽，在形成纤维和释放入血时从Ⅰ型胶原上断裂下来。现多检测C-端前肽。Ⅰ型胶原前肽Ⅰ型胶原也是其他组织的主要基质，故Ⅰ型胶原前肽评估骨形成的敏感性和特异性不如骨钙素和B-ALP。Ⅰ型胶原前肽骨吸收过程中，由于破骨细胞的酶解作用，胶原等有机基质降解，产生肽类、游离氨基酸等产物，可从血或尿中检出。骨吸收标志物在胶原纤维成熟过程中，由两个羟赖氨酸侧链和一个赖氨酸侧链反应生成脱氧吡啶酚，由三个羟赖氨酸侧链反应生成吡啶酚。1.吡啶酚（Pyr）和脱氧吡啶酚（D-Pyr）PyrD-PyrPyr和D-Pyr作为骨吸收标志物的优越性：①由于Pyr和D-Pyr是胶原纤维的交联物，为其结构成分，因此只能由成熟的骨基质降解产生；②胶原降解产生的Pyr和D-Pyr入血后不经中间代谢而直接由尿排出；③在骨中含量远远高于其它组织，更具代表性；④不受饮食和体力活动影响。Pyr和D-Pyr比较：Pyr在软骨中含量最高，而D-Pyr主要来源于骨，所以评价骨吸收，D-Pyr的特异性和灵敏度优于Pyr。2.Ⅰ型胶原C端肽和N端肽Ⅰ型胶原交联区的C端和N端肽也是一种骨吸收的指标，与脱氧吡啶酚和吡啶酚一样具有较好特异性，不受饮食等干扰。血清中的酸性磷酸酶有6种同工酶，抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)是其中的一种，具有抗酒石酸的特性，其主要来源于骨。TRAP是成熟破骨细胞的主要标志。在骨吸收时，破骨细胞产生并分泌TRAP。同时，破骨细胞产生并分泌的部分TRAP进入血清，故血清中的TRAP可反映破骨细胞的活性和骨吸收的状况。3.抗酒石酸酸性磷酸酶由脯氨酸羟化而成。易受各种疾病或其他因素包括饮食的干扰。对骨更新或骨吸收不特异，不是骨更新或骨吸收的常规标志物。4.尿羟脯氨酸第三节骨代谢异常的生物化学检测指标一、钙