课件：骨代谢异常的生物化学诊断.ppt

第十二章 骨代谢异常的 生物化学诊断,退出,主要内容,一、钙磷和骨的代谢及调节,二、钙和磷代谢紊乱,三、镁代谢及其异常,四、骨代谢异常的临床生物化学,五、骨代谢相关指标的实验室检查,第一节 钙磷和骨的代谢及调节,一、钙、磷、镁的分布和存在形式,三、磷的生理功能,二、钙的生理功能,四、骨的生理功能,五、骨的代谢,六、激素调节,返回章,钙、磷、镁是人体重要组成物质，具有广泛的生理功能。,一、钙、磷、镁的分布和存在形式,返回节,人体内钙的存在状态,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,返回节,二、钙的生理功能,细胞内钙,触发肌肉兴奋-收缩耦联。 作用于质膜，影响膜通透性及膜的转运。 广泛参与胞内多种信号转导(第二信使)。 Ca2+是许多酶（脂肪酶、ATP酶、腺苷酸环化酶）的辅因子。 Ca2+能抑制VD3-1-羟化酶的活性，参与自身及磷代谢的调节。 钙结合蛋白钙调蛋白是重要的酶调节物质,活化或抑制酶, （如磷酸化酶激酶）。,返回节,细胞外钙,血钙：血浆中的钙称为血钙，分为可扩散钙和不扩散钙两大类。,不扩散钙与离子钙之间的互相转化,蛋白结合钙 Ca2+ 小分子结合钙,H H HCO3 HCO3,返回节,稳定神经细胞膜影响其应激性。 血浆Ca2+即凝血因子，参与凝血过程。 为骨的矿化、凝血以及膜电位维持提供钙离子。,细胞外钙,返回节,三、磷的生理功能,细胞内磷 ATP中的高能磷酸盐，作为能源维持着细胞的各种生理功能。 磷酸盐是各种腺嘌呤、鸟嘌呤核苷以及核苷酸辅酶类和其 他含磷酸根的辅酶（如TPP、磷酸吡多醛等）的组成成分。 磷脂在构成生物膜结构、维持膜功能以及代谢调控上均发 挥重要作用。 细胞内的磷酸盐参与许多酶促反应。,返回节,细胞内磷 血浆中磷酸盐是以磷酸氢盐和磷酸二氢盐两种形式存在， 这两种形式统称无机磷，血浆无机磷含量为0.811.45 mmol/L。 血中磷酸盐（HP42-/H2PO4-）是血缓冲体系的重要组成。 细胞外磷酸盐为细胞内以及骨矿化所需磷酸盐的来源。 血钙与血磷之间有一定的浓度关系，正常人钙、磷浓度 （mg/dl）的乘积在3640之间。,返回节,细胞外磷,血中磷酸盐（HP42-/H2PO4-）是血液缓冲体系的重要 组成。 细胞外磷酸盐为细胞内以及骨矿化所需磷酸盐的来 源。 血钙与血磷之间有一定的浓度关系，正常人钙、磷 浓度（mg/dl）的乘积在3640之间。,返回节,四、骨的生理功能,骨组织是体内钙的贮存库，与体内钙、磷代谢有密切的关系。骨具有三大主要功能： 机械支撑 保护脏器 代谢（参与钙和磷等的储备和代谢调节）,返回节,骨细胞结构示意图,返回节,注: 骨细胞 间骨板 骨基质 型胶原细纤维 细胞质突起 胶原细纤维束,钙磷和骨的代谢及调节,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,髓袢升段被吸收,远曲小管和集合管被吸收,体外,远曲小管和集合管,活性维生素D3,20%,50%,20%,1.5%,其余,返回节,钙磷和骨的代谢及调节,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%,返回节,钙的调节,返回节,钙磷和骨的代谢及调节,磷的代谢,返回节,五、骨的代谢,骨的组成 骨组织是由骨细胞、骨纤维和骨基质组成。 骨细胞包括：成骨细胞、骨细胞和破骨细胞，均起源于简 充质细胞。 成骨细胞的主要功能是生成骨组织的纤维和有机基质。 破骨细胞的功能则是破坏并吸收分解的骨组织，两种细 胞协调作用，共同维护骨的正常代谢。 骨纤维由胶原纤维组成，I型胶原是骨和肌肉中唯一的 胶原，是组成骨纤维的主要成分。 骨基质的干重约50是无机物即骨矿物质，钙与磷含量 最多，约99以上的钙和87以上的磷以羟磷灰石的 形式构成骨盐，和胶原纤维结合在一起使骨组织具有 特殊 的硬度和韧性。,返回节,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。 这种骨的有机质形成和骨盐沉积过程称为成骨作用。,返回节,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。,返回节,骨的更新主要依赖于骨细胞之间的相互转化与激素的调节,返回节,六、激素调节,主要调节激素 甲状旁腺激素（PTH）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9 500。 1，25-二羟维生素D3是6种维生素D中的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。 降钙素（CT）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3 418。,返回节,甲状旁腺激素 对骨的作用 骨是最大的钙储备库，PTH总的作用是促进溶骨，升高血钙。,返回节,甲状旁腺激素 对肾的作用 促进磷的排出及钙的重吸收，进而 降低血磷，升高血钙。 对维生素D的作用 PTH能升高肾25-(OH)-D3-1-羟 化酶活性，从而促进高活性的1，25-(OH)2-D3 的生成。 对小肠的作用 PTH促进小肠对钙和磷的吸收。,返回节,1，25-二羟维生素D3 的代谢转化,返回节,1,25-二羟维生素D3 对小肠的作用 1,25- (OH)2-D3具有促进十二指肠 对钙的吸收及空肠、回肠对磷的吸收和转运的双 重作用。 与受体结合的1,25-(OH)2-D3直接作用于刷状缘，增加对钙的通透性。 与受体结合的1,25-(OH)2-D3进入细胞核，上调与钙 转运有关蛋白质的表达。 与受体结合的1,25-(OH)2-D3还可提高基底膜腺苷酸 环化酶的活性。作为第二信使，发挥其调节作用。,返回节,1,25-二羟维生素D3 对骨的作用 直接作用是促进溶骨。 对肾的作用 促性肾小管上皮细胞对钙、 磷的重吸收。 总体作用 使血钙、血磷增高，增高的钙、 磷有利于骨的钙化。 维生素D能维持骨盐的溶解和沉积的对立统一， 有利于骨的更新与生长。,返回节,降钙素 对骨的作用 CT主要是增强成骨作用。 对肾的作用 CT直接抑制肾小管对钙、磷离子的 重吸收和肠道对钙、磷的吸收率,使血浆钙、磷水 平下降。 对小肠的作用 通过抑制1,25- (OH)2-D3的生成， 使血钙和血磷降低。 与雌激素的关系 雌激素能使降钙素(CT)的分泌 增加。CT减少可能是绝经后骨质疏松发病的 一个 重要原因。,返回节,返回节,甲状旁腺激素相关蛋白（PTHrP） PTHrP已被纯化、测序和克隆。 基因位于染色体12上。 PTHrP mRNA编码三种同功型的PTHrP，分别含139、 141和173个氨基酸。 139个氨基酸的PTHrP的N-端前13个氨基酸中有8个 与PTH同源。 象PTH一样，PTHrP可导致高钙血症和低磷血症以 及增加尿cAMP。,返回节,第二节 钙和磷代谢紊乱,一、钙代谢异常,二、磷代谢异常,返回章,一、钙代谢异常,低钙血症血钙小于2.25mmol/L以上.其病因: 低清蛋白血症 血清总钙降低，但直接检测游离钙 多正常。 慢性肾功能衰竭 使1,25-(OH)2-D3生成不足, 导致 低钙血症。 甲状旁腺功能减退 PTH分泌不足。 维生素D缺乏 吸收不良或不适当饮食，日照太 少。 电解质代谢紊乱 并发高磷血症，升高的血磷破坏 了钙、磷间的正常比例，使血钙降低。并发镁缺 乏，导致低钙血症。,返回节,低钙血症 患者口周麻木和四肢远端感觉异常是早期症状， 进而神经、肌肉兴奋性增加，外界刺激可引起肌 肉痉挛、手足搐搦。 维生素D缺乏引起的低血钙，儿童可导致佝偻病。 低血钙时还可出现白内障、皮肤干燥、毛发枯 萎、指甲易碎、出牙异常，CT检查头颅有基底结 钙化。,返回节,高钙血症血钙大于2.75mmol/L时,系多种原因 引起的综合征。常见于： 钙溢出进入细胞外液如癌肿时骨矿物质过 度被吸收 肾对钙重吸收增加如应用噻嗪类药物 肠道对钙吸收增加维生素D中毒 骨骼的重吸收增加固定不能活动 原发性甲状旁腺功能亢进，PTH过度分泌,返回节,高钙血症最常见的原因: 原发性甲状旁腺功能亢进、恶性肿瘤占所有 高钙血症的90%95%。 甲状旁腺机能亢进，实验室检查: 除血钙增高外，尚有尿钙高、血磷低、碱性磷 酸酶升高。 骨病变可有骨质疏松、纤维囊性骨炎；肾脏有 肾结石等。 恶性肿瘤常具有不同的局部症状及体征，如乳 腺癌病人，乳房可有肿块、硬结等。,返回节,二、磷代谢异常,低磷血症 血清无机磷浓度低于0.81mmol/L。 血磷浓度在0.480.77mmol/L之间为中等偏 低，除慢性骨软化症或佝偻病所致者外，无 临床症状。 血磷低于0.48mmol/L，才会出现临床症状。 常见的低磷血症病因有： 磷向细胞内转移 肾磷酸盐阈值降低 肠道磷酸盐的吸收减少 细胞外磷酸盐丢失,返回节,低磷可导致低磷性佝偻病和骨软化症，重要特征是： 血磷降低显著，血钙正常或降低，并有明显的肌无力。 患者骨病不明显，可有严重的肌无力，使活动受限。 病人上肢无力抬高，不能梳理头发，步态蹒跚。 磷缺乏严重可影响细胞能量代谢，导致细胞功能减退。 X连锁家族性低磷血症又称遗传性或家族性低血磷性维 生素D抵抗性佝偻病、X连锁家族骨软化症。,返回节,高磷血症指血清无机磷浓度高于1.45 mmol/L。 常见引起高磷血症的原因有： 肾排泌磷酸盐能力下降 磷酸盐摄入过多 细胞内磷酸盐大量转运出,返回节,第三节 镁代谢及其异常,一、镁的生理功能,二、镁的代谢,三、镁代谢异常,返回章,一、镁的生理功能,细胞内镁的功能 是300多种酶的辅助因子，广泛参与各种生命活动。 参与酶底物形成，如MgATP和MgGTP。 Mg2+是许多酶系统的变构效应激活因子。 Mg2+在氧化磷酸化、糖酵解、细胞复制、核苷酸代谢以及蛋白生物合成中起着重要作用。,返回节,细胞外镁的功能 细胞内镁的来源；降低神经、肌肉兴奋性。 血清镁浓度减少将降低神经兴奋阈值, 影响神经 递质在神经肌肉连接点的释放。 血清镁浓度减少会导致神经肌肉应激性增加。 镁与体内蛋白质、核酸、酶的结构、代谢与功能， 正常神经、肌肉功能的维持，都有密切关系。,返回节,二、镁的代谢,镁存在于除脂肪以外的所有动物组织及植物性食品中，日摄入量约为250mg，其中2/3来自谷物和蔬菜。 小肠对镁的吸收部位主要在回肠。 肾是体内镁的主要排泄器官，每日1.8g，再重吸收， 仅有2%5%由尿排出。 有核细胞中存在的镁约80%存在于肌肉中，维持镁平衡 的重要组织。 红细胞中的镁约为血清镁的3倍，故测血清镁时应防止 溶血。,返回节,人体内镁的分布,返回节,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,三、镁代谢异常,返回节,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。,返回节,镁异常与代谢性骨病,镁能从羟磷灰石中置换出钙，故镁能够影响骨的代谢。 骨镁含量的改变可能会造成某些骨性疾病，绝经期妇 女的骨质疏松患者中有60%发生了镁吸收不良。 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。 低镁或高镁血症的病人，骨镁含量明显与血浆镁相关， 如透析病人骨镁含量增加，这是由血浆镁的增加所致。,返回节,一、骨代谢标志物,第四节 骨代谢异常的临床生物化学,二、骨疾病的临床生化,返回章,一、骨代谢标志物,骨形成标志物 包括骨钙素 骨性碱性磷酸酶 前胶原肽,骨吸收标志物 胶原交联如吡啶酚和N-和C-端肽 酸性磷酸酶 羟赖氨酸和羟脯氨酸,返回节,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。故血清骨钙素水平基本上能够反映近期成骨细胞合成骨钙素和骨形成的情况。 骨钙素中17、21和24位为三个特殊的谷氨酰残基，可被依赖维生素K的-羧化酶转换为-羧基谷氨酰，这种独特的羧化氨基酸能结合钙离子，在血液凝固、钙转运、沉积以及维持内环境平衡中起重要作用。,返回节,血清骨性碱性磷酸酶 在反映成骨细胞活性和骨形成 上则有较高特异性，并优于骨钙素。 因为B-ALP在血清中比骨钙素更稳定，血清中的半 寿期为12d，并且不受昼夜变化的影响。 B-ALP增高见于Pagets病、修复活跃的骨质疏 松、甲状腺毒症、甲状旁腺功能亢进、骨质软化 症、佝偻病、骨营养障碍、骨质溶解转移、肢端 肥大症以及其他增加骨形成的病症。,返回节,型前胶原肽 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型胶原上断裂下来。现多检测C-端前肽。 型胶原也是其他组织的主要基质，故型胶原 前肽评估骨形成的敏感性和特异性不如骨钙素和 B-ALP。 在评价体内1,25-(OH)2-D3代谢紊乱及替代治疗的 疗效上，型胶原前肽则优于骨钙素和B-ALP。,返回节,胶原交联90%为型胶原 两种天然的不能被还原的交联，由两个羟赖氨酸侧链和一个赖氨酸侧链反应生成的脱氧吡啶酚或赖氨酰吡啶酚，由三个羟赖氨酸侧链反应生成的吡啶酚或羟赖氨酰吡啶酚。 骨吸收期间型胶原被水解，羟基吡啶酚交联释放 入血并从尿排出。 检测尿脱氧吡啶酚和(或)吡啶酚，或测定交联区的 C-和N-端肽，可用作反映骨吸收的指标。,返回节,脱氧吡啶酚和吡啶酚 脱氧吡啶酚存在于骨、韧带和主动脉，而吡啶酚存在于硬连接组织，如软骨中含量高。两种吡啶酚测定已用于评价骨吸收。 脱氧吡啶酚表现出更高骨吸收特异性和灵敏度，其原因是： 由胶原自然形成，非生物合成。 从尿中排出前不被代谢。 骨是脱氧吡啶酚的主要来源。 来源于天然基质的降解产物, 不受饮食的影响。,返回节,交联区N-端肽和C-端肽： 是一种骨吸收的指标，与吡啶酚和脱氧吡啶酚 一样具有较好特异性，不受饮食等干扰。 吡啶酚和交联区端肽水平的评价 已用于骨质疏松、Paget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的疾病的诊断或评价。,返回节,耐酒石酸酸性磷酸酶 骨吸收期间，破骨细胞产生和分泌,进入破骨细胞与 骨表面之间的间隙，并能在血清中测得，能反映破 骨细胞活性和骨吸收情况。 血清中耐酒石酸酸性磷酸酶活性测定有许多方法 对破骨细胞同工酶没有特异性。故现阶段尚不能满 意区分这种耐酒石酸酸性磷酸酶与血清中其他耐酒 石酸酸性磷酸酶。,返回节,半乳糖羟赖氨酸 由胶原中的羟赖氨酸被糖基化形成,存在于骨胶原.糖 化半乳糖羟赖氨酸则存在于皮肤胶原中。破骨时半乳 糖羟赖氨酸释放入血,并从尿中排泄。 尿半乳糖羟赖氨酸在骨吸收病症，包括女性骨质疏松 时增高。 尿羟脯氨酸 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。,返回节,二、骨疾病的临床生化,骨质疏松症 常见原因： 生长期骨形成缺陷。 成骨细胞骨形成受损。 增加骨吸收的其他病理生理过程。 主要临床表现：是疼痛、不适和易骨折。 实验室检查：骨吸收标志物包括尿钙和尿胶原交联, 对骨代谢进行评价，协助诊断。 高血清ALP或高血清骨钙素水平，能精确评价骨量的骨密度测定用于诊断骨质疏松症和监测治疗。,返回节,骨质软化症 病因 几乎总是由维生素D或磷酸盐缺乏引起。 临床表现 佝偻病的临床表现等，成年人，骨痛是最普遍 的症状。 实验室检查 血清碱性磷酸酶活性升高，低钙血症多出现在 中等程度以上的维生素D缺乏者，低钙水平可诱 发PTH分泌增多，引起低磷血症。,返回节,Pagets病又称变形性骨炎 是一种骨的局部性疾病,是以骨吸收后被混乱形式 的骨质所替换为特征。 病因 尚不清楚，倾向于认为是病毒引起。有 遗传易感性。 临床表现 Pagets病的体征和症状取决于骨 骼受侵袭的部位，颅骨、股骨、骨盆和脊椎是 最常受累部位。 实验室检查 血清ALP、B-ALP增高，尿脱氧吡啶酚、羟脯 氨酸增高。这些指标也用于该病的治疗监测。,返回节,骨质疏松的骨密度,返回节,肾性骨营养障碍 发病机制 肾衰时排磷能力减弱，可致高磷血症。低钙和 高PTH血症。并发骨软化症。 铝中毒是一个诱因, 2-微球蛋白肾排泄受损， 大量沉积于骨，可发生骨淀粉样变。 临床表现 骨痛是最明显的表现，主要发生在承重骨。儿童 可能发生骨骼畸形、关节周区域、动脉中间层可 发生细胞外的骨化，内脏器官的钙化。 实验室检查 除血清尿素、肌酐升高等外，可见高磷血症和低 钙血症，血清PTH水平增高而1,25-(OH)2-D3浓度 降低。血镁浓度升高 ,血清碱性磷酸酶增加。,返回节,第五节 骨代谢相关指标的实验室检查,一、钙、磷、镁检查,二、调节激素测定,三、骨代谢标志物测定,返回章,一、钙、磷、镁检查,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,返回节,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。,返回节,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 黄嘌呤氧化酶比色测定法 WHO推荐的常规方法 CV多元络合超微量测定法 同位素稀释质谱法 决定性方法 原子吸收分光光度法等,返回节,血清镁测定 比色法 我国推荐MTB法钙镁试剂法作为常规方法 荧光法 离子层析法 离子选择性电极法(ISE) 酶法 原子吸收分光光度法(AAS) 参考方法 同位素稀释质谱法(ID-MS)等 决定性方法,返回节,血清镁测定 钙镁试剂是一种金属色原指示剂，在碱性溶液中 与镁结合形成紫色复合物检测。 加入钙螯合剂EGTA可减少钙的干扰，减少蛋白质 及血脂的干扰。 甲基麝香草酚蓝法：MTB与镁形成兰色复合物， 加入EGTA可减少钙的干扰。,返回节,血清镁测定(酶法) 葡萄糖激酶和6磷酸葡萄糖脱氢酶偶联法。 己糖激酶和6磷酸葡萄糖脱氢酶偶联法。 磷酸葡萄糖变位酶和6磷酸葡萄糖脱氢酶偶联法。 异柠檬酸脱氢酶法。 甘油激酶作用下生成甘油氧化酶和过氧化物酶 偶联法。 血清镁测定(化学发光法 ),返回节,二、调节激素测定,甲状旁腺激素测定 放射免疫法 酶联免疫法 免疫化学发光法 ELISA法是新近发展起来的方法，具有快速、灵敏、无同位素污染的优点, 该法最小检测量为2pgml，批内及批间CV分别为2.72.9和7.9