第十三章骨代谢异常的生物化学诊断doc-第十三章骨代谢异

第十三章骨代谢异常的生物化学诊断

骨的主要成分是无机物（钙、磷和镁）和有机基质（Ⅰ型胶原）。骨具有三大主要功能：①机械支撑；②保护脏器；③代谢（参与钙和磷等的储备和代谢调节）。

第一节钙和磷的代谢及调节

钙盐、磷酸盐是机体含量最多的无机盐，约99%的钙、85%的磷以及一半以上的镁存在于骨和齿（表13-1）。它们在血浆中以游离、与蛋白结合或与其他阴离子形成复合物等形式存在（表13-2）。

表13-1 钙、磷、镁在体内的分布

相对分布（%）

组织钙磷镁

骨和齿99 85 55

软组织 1 15 45

细胞外液<0.2 <0.1 1

表13-2 血浆中钙、磷、镁的存在形式

存在形式占总量的百分比

钙磷镁

游离（离子化）50 55 55

蛋白结合40 10 30

复合物10 35 15

总浓度（mg/dL）8.6～10.3 2.5～4.5 1.7～2.4

(mmol/L) 2.15～2.57 0.81～1.45 0.70～0.99

一、钙和磷的生理功能

（一）钙的生理功能

人体内的钙包括细胞内钙和细胞外钙，而骨骼是细胞内、外钙的最大储备库。

1．细胞内钙细胞质内的钙浓度约10-6 mol/L～10-7mol/L，仅为细胞外液的1/1000。细胞内钙的功能包括：

（1）触发肌肉兴奋-收缩耦联。

（2）作用于质膜，影响膜通透性及膜的转运。

（3）Ca2+作为细胞内第二信使，广泛参与胞内多种信号转导。

（4）Ca2+是许多酶（脂肪酶、ATP酶、腺苷酸环化酶）的辅因子。

（5）Ca2+能抑制维生素D3-1-羟化酶的活性，参与自身及磷代谢的调节。

（6）细胞内钙结合蛋白—钙调蛋白是重要的酶调节物质。

2．细胞外钙细胞外钙指存在于血浆等细胞外液中的钙，亦具有许多重要功能：

（1）稳定神经细胞膜影响其应激性。血浆游离钙浓度的降低会增加神经肌肉的应激性，发生手足搐搦，游离钙浓度增高将降低其应激性。

（2）血浆Ca2+即凝血因子Ⅳ，参与凝血过程。

（3）细胞外钙是细胞内钙的来源，它为骨的矿化、凝血以及膜电位维持提供钙离子。

血浆钙约一半与蛋白主要是清蛋白结合。这种结合受pH的影响，酸中毒时清蛋白的氨基酸链带更多的正电荷，结合钙减少, 游离钙增多。而碱中毒则产生相反影响。

（二）磷的生理功能

体内磷亦包括细胞内磷和细胞外磷，骨骼是细胞内、外磷的储备库。

1．细胞内磷酸盐细胞内磷酸盐参与多种细胞内的代谢过程，包括：

（1）三磷酸腺苷(ATP)中的高能磷酸盐，作为能源维持着细胞的各种生理功能，如肌肉的收缩、生物膜上的各种主动转运系统等。

（2）磷酸盐是各种腺嘌呤、鸟嘌呤核苷以及核苷酸辅酶类（如NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等）和其他含磷酸根的辅酶（如TPP、磷酸吡多醛等）的组成成分。

（3）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。

（4）细胞内的磷酸盐参与许多酶促反应，如磷酸基转移反应、加磷酸分解反应等。

2、细胞外磷酸盐功能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，正常成人血浆无机磷含量为0.81 ～1.45mmol/L。细胞外磷酸盐主要功能为：

（1）血中磷酸盐（HP

42-/H

2

PO

4

-）是血液缓冲体系的重要组成。

（2）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。

二、钙和磷的代谢

正常成人钙日摄入量在0.6～1.0g之间。钙主要在活性维生素D3调节下，在十二指肠主动吸收。肠道pH明显影响钙的吸收，偏碱时可以促进不吸收的Ca3(PO4)2生成，减少钙吸收。乳酸、氨基酸及胃酸等酸性物质有利于可吸收的Ca(H2PO4)2的形成，因此能促进钙的吸收。食物中草酸和植酸可与钙形成不溶性盐，影响钙的吸收。食物中钙磷比例对吸收也有一定影响，Ca∶P＝2∶1时吸收最佳。

钙通过肠道及肾排泄。尿钙的排出量受血钙浓度直接影响，血钙低于 2.4 mmol/L时，尿中无钙排出。

成人每日进食磷约1.0 ～1.5 g，以有机磷酸酯和磷脂为主，在肠管内磷酸酶的作用下分解为无机磷酸盐。磷在空肠吸收最快，吸收率达70%，低磷膳食时甚至可达90%。由于磷的吸收不良而引起的磷缺乏较为少见，但长期口服氢氧化铝凝胶以及食物中钙、镁、铁离子过多，均可由于形成不溶性磷酸盐而影响磷的吸收。

肾是排泄磷的主要器官。

三、钙和磷及骨代谢的激素调节

甲状旁腺激素（PTH）、1,25(OH)2D3、1,25(OH)2D2以及降钙素是钙、磷及骨代谢的主要调节激素。

（一）甲状旁腺激素

甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）是甲状旁腺主细胞合成与分泌的一种单链多肽。初合成的是含115个氨基酸残基的前甲状旁腺素原，在粗面内质网去掉N端25个氨基酸残基形成甲状旁腺素原，后者再在高尔基复合体内从N端去掉一个6肽，形成84个氨基酸残基的PTH，分子量9 500。

PTH的合成与分泌受细胞外液Ca2+浓度的负反馈调节，血钙浓度降低可促进PTH合成与分泌；血钙浓度高则抑制PTH合成与分泌。血钙在 1.3 ～3.9 mmol/L范围内与PTH分泌呈负相关关系。

PTH是维持血钙正常水平最重要的调节激素，它有升高血钙、降低血磷和酸化血液等作用，其主要靶器官是骨、肾小管，其次是小肠粘膜等。PTH作用于靶细胞膜上受体，活化腺苷酸环化酶系统，增加胞浆内cAMP及焦磷酸盐浓度。cAMP能促进线粒体Ca2+转运入胞浆；焦磷酸盐则作用于细胞膜外侧，使膜外侧的Ca2+进入细胞。共同导致胞浆内Ca2+浓度增加，激活细胞膜上的“钙泵”，将Ca2+主动转运至细胞外液，导致血钙升高。

1．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。PTH可在数分钟到数小时内引起骨钙动员，数小时至数日内，PTH可促进前破骨细胞和间质细胞转化为破骨细胞，使破骨细胞数目增加，导致溶骨和骨钙的大量释放。PTH对破骨细胞的作用是通过升高细胞内Ca2+浓度，进而促使溶酶体释放各种水解酶；抑制异柠檬酸脱氢酶等酶活性，使细胞内异柠檬酸、柠檬酸、乳酸、碳酸及透明质酸等酸性物浓度增高，促进溶骨。

2．对肾的作用主要是促进磷的排出及钙的重吸收，进而降低血磷，升高血钙。它作用于肾远曲小管和髓袢上升段以促进钙的重吸收；抑制近曲小管及远曲小管对磷的重吸收。

3．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)2D3的生成。

4．对小肠的作用PTH促进小肠对钙和磷的吸收，这一作用是促肾生成1，25(OH)2D3的继发效应。1,25(OH)2D3可促进小肠对钙和磷的吸收。

（二）维生素D

维生素D（vitamin D,VitD）为类固醇衍生物，具有抗佝偻病的作用，又称钙（骨）化醇。维生素D2和D3具有相同的生理作用，而且都必须在体内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，肝和肾是维生素D活化的主要器官。

肝细胞微粒体中有维生素D3-25-羟化酶系，可在NADPH、O2和Mg2+参与下将维生素D3羟化生成25(OH)D3。在肝生成的25(OH)D3与血浆中特异的α2-球蛋白（D结合蛋白）结合，运输到肾脏，在肾近曲小管上皮细胞线粒体中的25(OH)D3-1α-羟化酶系（包括黄素酶、铁硫蛋白和细胞色素P450）催化下，再羟化生成1,25(OH)2D3。后者活性比维生素D3高10～15倍，被视为维生素D的