第十二章_骨代谢异常的生物化学检验

卫生部“十二五”规划教材全国高等医药教材建设研究会规划教材新疆医科大学张朝霞一、钙、磷、镁代谢及其异常二、骨代谢激素调节及异常三、骨转换相关标志物四、骨代谢异常的生化检测指标五、骨代谢异常检测的临床应用A.骨组织组成骨主要由骨矿物质（无机质）、有机质和骨组织细胞组成。基础概要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。血中存在形式占总量的百分比钙磷镁游离（离子化）505555蛋白结合401030复合物103515总浓度(mmol/L)2.15～2.570.81～1.450.7～0.99第一节一、钙代谢及其异常一、钙代谢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，其中用ISE测得的离子钙仅为0.96～1.24mmol/l。人体中钙的存在状态骨盐体液钙羟磷灰石结晶无定形磷酸钙沉淀不扩散钙：与蛋白质结合可扩散钙游离Ca2＋难解离化合物乳酸钙、柠檬酸钙等人体内钙的存在状态离子钙45%血钙复合钙15％结合钙与血浆蛋白结合的钙40%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。扩散钙非扩散钙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,血清游离钙浓度改变0.05mmol/lH+HCO3-总钙的异常表现为游离钙的异常总钙和游离钙的异常二、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骨髓的重吸收增加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电解质代谢紊乱磷代谢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。第一节二、磷代谢及其异常1.高磷血症定义:指血清无机磷浓度高于1.45mmol/l。常见病因:常因肾脏排泌磷酸盐的能力不足而致,其他引起的因素与增加磷酸盐从组织进入到细胞外液等有关。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细胞外磷酸盐丢失镁代谢血液中的镁主要以磷酸镁及碳酸镁的形式存在。血浆中镁的浓度约为0.75～1.00mmol/l，主要以三种形式存在：55%是游离的、30%与蛋白结合、15%与阴离子形成复合物。体内镁分为细胞内和细胞外。第一节三、镁代谢及其异常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。1.低镁血症血镁0.75mmol/l原因：消化道丢失肾脏丢失镁内分泌紊乱主要表现：神经和精神与行动的异常2.高镁血症血镁1.10mmol/l①镁摄入过多②排镁过少③内分泌紊乱镁代谢异常甲状旁腺激素维生素D降钙素第二节骨代谢激素调节及其异常激素调节：主要是甲状旁腺激素、1，25-二羟维生素D3、降钙素1.甲状旁腺激素(parathyroidhormonePTH)（1）合成：甲状旁腺主细胞（2）合成调节血钙负反馈调节1.25（OH)2D3的影响降钙素的影响一、甲状旁腺激素（3）调节骨代谢：靶器官为肾脏、骨骼、小肠。对小肠的作用通过1,25-(OH)2VitD3(+)钙磷的吸收对骨的作用(+)骨盐溶解（溶骨作用）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降低总效应升高血Ca2+降低血P2.甲状旁腺激素功能异常（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、及慢性肾脏疾病患儿。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：表现为：PTH减少，血钙降低，尿磷减少，血磷浓度增高。手足搐搦，尿钙显著减少，皮肤、毛发、指甲等外胚层组织病变，小儿牙齿发育不全。1.代谢天然的维生素D有两种：VitD2（麦角钙化醇）、VitD3（胆钙化醇）。（1）合成活性D3活性是维生素D3的10～15倍二、维生素D（2）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，促进钙的重吸收总效应升高血钙与血磷2.维生素D缺乏与代谢性骨病（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。（1）合成由甲状旁腺滤泡细胞合成、分泌的一种单链多肽激素。（2）合成调节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。三、降钙素（3）骨代谢调节靶器官主要是骨和肾，对小肠间接影响。对小肠的作用(-)通过抑制1,25(OH)2D3生成，间接抑制钙的吸收。对骨的作用(+)骨盐沉积对肾的作用(-)肾近曲小管对磷远曲小管对钙的重吸收总效应降低血Ca2+、血磷（4）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、甲状腺降钙素分泌细胞癌、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、老年性骨质疏松等。PTH、CT、活性D3与血钙、血磷的恒定三种激素对钙磷代谢的影响第三节骨转换相关标志物一、骨形成标志物1.骨钙素测定（OC或BGP）（1）概述：骨钙素是人骨中主要的和最多的非胶原蛋白。骨钙素在1.25-(OH)2-D3刺激下由成骨细胞合成。主要生理功能是抑制异常的羟基磷灰石结晶的形成，维持骨的正常矿化速率。可反映成骨细胞活性和骨形成情况。骨钙素释放入血循环后，被肾迅速地清除，循环中的骨钙素半寿期仅为5分钟左右，故血清骨钙素水平基本上能够反映近期骨细胞合成骨钙素和骨形成的情况。（2）临床意义：BGP是反映骨形成的指标。骨钙素升高见于：儿童生长期、肾性骨营养不良、畸形性骨炎、甲状旁腺功能亢进、骨折、骨转移癌、肾功能不全等。骨钙素降低见于：甲状旁腺功能减退、甲状腺功能减退、肝病、长期应用肾上腺皮质激素治疗等。2.骨性碱性磷酸酶（B-ALP）（1）概述：碱性磷酸酶存在于骨、肝肠、肾和胎盘等许多组织。成骨细胞中ALP活性高，当成骨细胞活跃，可见血清BALP活性增高。故BALP活性可作为骨更新的指标。B-ALP在血清中比骨钙素更稳定，血清中的半寿期为1～2天，并且不受昼夜变化的影响，标本不需特殊处理。因此血清B-ALP在反映成骨细胞活性和骨形成上则有较高特异性，优于骨钙素。（2）临床意义：B-ALP增高见于：Paget病、修复活跃的骨质疏松、甲状腺毒症、甲状腺功能亢进、骨质软化症、佝偻病、骨营养障碍、骨质溶解转移、指端肥大症以及其他增加骨形成的病症。3.I型前胶原肽I型前胶原羧基端前肽（PICP）I型前胶原氨基端前肽（PINP）（1）概述：骨胶原的合成是由成骨细胞合成的，占骨基质有机质成分的90%～95%，且绝大多数为I型胶原。I型胶原是由两个α1链及一个α2链组成，3条链互相左旋卷曲而形成一个三股螺旋构型的纤维状蛋白质。Ⅰ型胶原是由成骨细胞的前体细胞合成，含N端和C端延伸段(又称I型前胶原羧基端前肽PICP和I型前胶原氨基端前肽PINP)。在形成纤维和释放入血时从Ⅰ型胶原上断裂下来，并以等摩尔浓度释入血中，它们均可作为评价骨形成的指标。现多检测PICP。Ⅰ型胶原也是其他组织的主要基质，故敏感性和特异性不如骨钙素和B-ALP。（2）临床意义：增高见于：儿童发育期平均为正常成人的2倍。妊娠最后3个月增高。骨肿瘤和其他肿瘤的骨转移、酒精性肝炎、肺纤维化等。降低见于：绝经期后骨质疏松患者经雌激素治疗6个月后PICP可降低30％，降低的机制尚不清楚。1.吡啶酚（PYD）和脱氧吡啶酚（DPD）（1）概述：骨的有机基质中胶原交联90%为Ⅰ型胶原。PYD和DPD是Ⅰ型胶原分子之间构成胶原纤维的交联物。脱氧吡啶酚吡啶酚两个天然的不能被还原的交联骨吸收期间Ⅰ型胶原被水解，羟基吡啶酚交联释放入血并从尿中排除。故可作为反映骨吸收的指标。（2）临床意义：吡啶酚水平可用于骨质疏松、Paget´S病、其他代谢性骨病、原发性甲状旁腺功能亢进和甲状腺功能亢进以及其他伴有骨吸收增加性疾病的诊断或病情评价。二、骨吸收标志物2.I型胶原C端肽和N端肽测定（1）概述：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。（2）临床意义：与吡啶酚相同，用于骨质疏松、Paget’s病、甲旁亢等伴有骨吸收增加性疾病的诊断或评价。3.耐酒石酸酸性磷酸酶（1）概述：骨吸收期间，破骨细胞产生和分泌一种耐酒石酸酸性磷酸酶进入破骨细胞与骨细胞表面之间的间隙，并能在血清中测得，能反映破骨细胞活性和骨吸收情况。（2）临床意义：增高见于：原发性甲状旁腺机能亢进、慢性肾功能不全、畸形性骨炎、骨转移癌、卵巢切除术后、高转换率的骨质疏松患者。降低见于：甲状旁腺功能降低。老年性骨质疏松症患者增高耐酒石酸酸性磷酸酶不显著。4.尿羟脯氨酸检测（HOP）（1）概述：HOP主要存在于胶原，由脯氨酸羟化而成。大约10%的羟脯氨酸在胶原分解时被释放从尿排出。由于受各种疾病或其他因素包括饮食的干扰，并且人体其他组织包括肌肉和皮肤也含有一定比例的胶原，所以尿羟脯氨酸对骨更新或骨吸收不特异。（2）临床意义：增加见于各种骨代谢性疾病，如Paget病、骨软化症，骨肿瘤等。儿童生长期、严重骨折、甲状旁腺功能亢进、甲亢、骨转移癌、慢性肾功能不全、畸形性骨炎、佝偻病和软骨病，绝经后骨质疏松症HOP升高。降低见于：甲状腺机能低下、侏儒症HOP显著降低。血清钙、磷、镁检测骨代谢相关激素检测骨转换相关标志物检测第四节骨代谢异常的生物化学检测指标（一）血清钙的测定1.血清总钙（TCa2+）的测定滴定法（氧化还原滴定法、络合滴定法）比色法邻甲酚酞络合酮法WHO和我国推荐的常规方法甲基麝香草酚蓝法偶氮胂Ⅲ法火焰光度法原子吸收分光光度法IFCC推荐的参考方法同位素稀释质谱法IFCC推荐的决定性方法一、血清钙、磷、镁检测2.血清游离（离子）钙测定生物学法透析法超滤法金属指示剂法离子选择性电极法(ISE)目前应用最多，此方法简便、快速、重复性好，正确和敏感性高，已成为钙离子测定的参考方法。（二）血清磷测定磷钼酸还原法我国推荐的常规方法非还原法染料结合法紫外分光光度法黄嘌呤氧化酶法WHO推荐的常规方法CV—多元