第十二章 骨代谢异常的生物化学诊断

“十一五”规划教材全国高等医药教材建设研究会规划教材第十二章骨代谢异常的生物化学诊断江苏大学医学技术学院郑铁生主要内容一、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二、钙的生理功能三、磷的生理功能四、骨的生理功能五、骨的代谢六、激素调节钙、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991<0.225504010 2.15～2.57磷8515<0.119.45510350.81～1.45镁55451 1.05530150.70～0.99一、钙、磷、镁的分布和存在形式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）。

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Ca 2+小分子结合钙[H ＋] [H ＋][HCO 3－] [HCO 3－]细胞外钙●稳定神经细胞膜影响其应激性。

●血浆Ca2+即凝血因子Ⅳ，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。

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。

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0.81~1.45 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36～40之间。

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36～40之间。

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）骨细胞结构示意图注:1.骨细胞2.间骨板3.骨基质4.Ⅰ型胶原细纤维5.细胞质突起6.胶原细纤维束(乳制品、果菜)钙的代谢活性维生素D 320%50%20%1.5%其余酸酯和磷脂磷的代谢在空肠肠管内磷酸酶85%～95%30%70%磷的代谢五、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。

●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。

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。

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D 3是6种维生素D 中的D 3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。

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。

⏹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。

1，25-二羟维生素D的代谢转化3⏹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。

⏹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。

⏹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。

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)2D 3PTH CT ↑↑↑↓↑↑↑↓↑↑↓↓↓↑↓↑↑↑↑↓↑↓↓注：↑表示升高↑↑表示显著升高↓表示降低⏹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。

第二节钙和磷代谢紊乱一、钙代谢异常二、磷代谢异常一、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。

⏹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。

⏹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⏹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。

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0.48～0.77mmol/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⏹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。

⏹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。

⏹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。

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。