课件：第十八章骨代谢异常的生物化学检验.ppt

第十八章 骨骼疾病的生物化学检验,主要内容,.,.,第一节 骨的生物化学,二、骨疾病的代谢变化,第二节 骨疾病的 生物化学检验,二、骨吸收标志物检验,一、骨的代谢,四、 骨矿物质的测定,第一节 骨的生物化学,二、骨疾病的代谢变化,一、骨的代谢,一、骨的代谢,骨小梁是骨皮质在松质骨内的延伸部分，即骨小梁与骨皮质相连接，在骨髓腔中呈不规则立体网状结构，如丝瓜络样或海绵状，起支持造血组织的作用。,骨的功能,机械支撑 保护脏器 参与代谢,A.骨组织组成 骨主要由骨矿物质（无机物）、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。,又称骨形成，包括两个过程，即骨的有机基质形成和骨盐沉积。,成骨作用,又称骨吸收，是破骨细胞释放溶酶体中的蛋白水解酶，使骨的有机基质（胶原）水解，同时破骨细胞还释放出一些酸性物质，如乳酸、柠檬酸和碳酸等，使局部酸性物质增加，促进骨盐溶解。,溶骨作用,主要功能是生成骨组织的纤维和有机基质。 B-ALP,成骨细胞,破骨细胞,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。,二、骨疾病的代谢变化,一、骨质疏松症,骨质疏松症（osteoporosis）是以骨组织显微结构退化为特征，骨矿成分和骨基质等比例地不断减少，骨质变薄，骨小梁数量减少，骨脆性增加和骨折危险度升高的一种全身骨代谢障碍的疾病。,结构: 骨小梁为浓密的同质网络,骨质疏松过程: 矿物质缺乏对骨小梁的影响10倍于对骨皮质的影响,年龄、性别、种族（白色人种黑色人种黄色人种） 长期低钙饮食 PTH增加 绝经或卵巢切除 长期卧床 营养缺乏 糖尿病 肾功能不全 胃肠切除 脂肪泻 类风湿 慢性肝炎,骨质疏松症的危险因素,常见原因： 1. 生长期骨形成缺陷。 2. 成骨细胞骨形成受损。 3. 增加骨吸收的其他病理生理过程。,雌激素 （Estrogen） 甲状旁腺激素 （parathyroid hormone , PTH） 降钙素 （Calcitionin , CT） 活性维生素D （1-25（OH）2D3) 甲状腺素 ( Thyroxine ) 雄激素 ( Androgenic hormone ) 皮质类固醇激素 (Corticosteroid hormone) 生长激素 (Growth hormone , GH),与骨质疏松症有关的激素,原发性骨质疏松症 （primary osteoporosis）占90% 停经后骨质疏松症（I型） 老年性骨质疏松症（II型） 继发性骨质疏松症 （secondary osteoporosis）占10% 内分泌性疾病，骨髓增生性疾病，药物性骨量减 少，营养缺乏性疾病，慢性疾病，先天性疾病而废用性骨丢失其他能引起继发性骨质疏松的疾病和因素。 特发性骨质疏松症：青少年骨质疏松，青壮年成人骨质疏松,分型,（一）原发性骨质疏松症（primary osteoporosis） 包括二型： I 型骨质疏松症（绝经后骨质疏松症） 型骨质疏松症（老年性骨质疏松症）,I型骨质疏松症 （1）发病机制：雌激素分泌不足，使破骨细胞过于活跃，影响骨胶原的成熟、转换和骨矿化。同时雌激素抑制PTH 的分泌，使肾脏1羟化酶的活化发生障碍，造成1，25-(OH)2D3 合成减少，肠吸收钙减少 ，骨矿含量减少，导致骨质疏松。,（2）临床表现： 主要为腰背疼痛，身高缩短、驼背，易发生骨折，以脊椎压缩性骨折和桡骨远端骨折为主。,（3）实验室检查： 血清钙、磷、ALP一般均在正常范围。 血清骨钙素（BGP）、总碱性磷酸酶（TALP）、抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAP）及25-(OH)D3、尿NTX/Cr 明显增高。 血清甲状腺素和1，25-(OH)2D3 降低。 性激素中血清E2明显低于绝经前的妇女，FSH 和LH明显高于绝经前的妇女。,2.型骨质疏松症 (1)发病机制：中老年人骨的吸收大于骨形成，其机制是由于破骨细胞的吸收增加和由于成骨细胞功能的衰减导致骨量减少。,（2）临床表现：骨质疏松症的最严重的后果是骨折，一生中如发生几次椎体压缩性骨折就会引起驼背和身高变矮。,（3）实验室检查： 血清钙、磷、ALP 一般在正常范围内。 骨形成与骨吸收的生化指标均有降低倾向，血清BGP、尿HOP 和NTX 均在正常范围。 血清1,25（OH）2D3和25（OH）D3 明显下降，血清PTH 有升高的趋势。 性激素如女性雌二醇和男性睾酮均下降。,（二）继发性骨质疏松症 （secondary osteoporosis） 继发性骨质疏松症指已知病因的骨量损失 1.病因 营养缺乏：如蛋白质、钙或维生素C或D缺乏。 多种内分泌系统疾患，如Cushing综合征、甲状旁腺功能亢进或性腺功能低下。 肿瘤或占位性骨髓病变。 钙缺乏症、吸收不良、应用类固醇及肝素类药物等。,甲状旁腺会分泌一种甲状旁腺激素，激素在体内主要起到调节钙和磷的作用，这种激素可以从骨头里面把钙分离出来进入到血液中，然后再把这些钙从肾脏排出。如果在甲状旁腺功能亢进的时候，激素分泌就会增多，脱离的骨密质也会随之增多，时间长了以后就会出现骨量减少，骨头的微结构发生改变，脆性增加，甚至发生骨折。这种骨密质疏松和通常所说的骨密质疏松是不一样的，比如绝经后的妇女或者70岁以后的老人发生的骨密质疏松是由于缺钙引起的，而甲旁亢的患者是由于骨头里的大量的钙分离到血液中然后排出导致的，因此这是一种继发的骨密质疏松，在治疗上绝对不能使用钙剂。,2.临床表现 疼痛、不适和易骨折，伴原发病的症状。 3.实验室检查 （1）原发病的生化指标异常。 （2）骨吸收标志物的异常,骨质疏松的危害,脊椎骨折 身高降低 驼背 疼痛（慢性或急性）,股骨颈骨折 胫骨骨折 急诊外科治疗 30 % 无效 20 % 死亡,桡骨和肱骨骨折 保守治疗 比下肢和髂骨骨折病情轻,佝偻病和骨软化症（osteomalacia）是以骨基质钙盐沉着障碍为主的慢性全身性疾病，表现为骨组织内类骨组织（未钙化骨基质）的过多聚积。,二、骨软化症,（一）病因与发病机制 1.各种原因导致活性维生素D缺乏时，血钙磷下降，甲状旁腺激素分泌增加，从而骨质脱钙，血磷减少，结果使钙磷浓度积（正常在3440）降低，导致类骨组织大量堆积，造成佝偻病或骨软化病。 2.磷酸盐缺乏和肾小管疾病，使骨质脱钙。,（二）临床表现： 1.肌无力、肌张力过低、承重功能减弱使肢体弯曲，呈“O”型或“X”型腿、身材矮小。 2.肋软骨连接处肿胀形成串珠、方颅等。 3.成年人，骨发育完全，骨痛是最普通的症状，可能发生应力性骨折。,（三）实验室检查 1.血钙正常或轻度下降，血磷明显下降。血清钙、磷乘积明显低于正常， 2.尿钙减少，尿磷一般无变化。 3.血清骨碱性磷酸酶增高。 4.活性维生素D降低。 5.血PTH多升高。,Paget病于1877年为Sir James Paget首次描述为畸形性骨炎，这是老年人群中第二常见的骨病变，仅次于骨质疏松。本病可以分为三期:首先是溶骨期:非典型破骨细胞的过度的骨质吸收。之后第二期，混合期，即正常的成骨细胞迁移进来并引起骨质快速增生。新生骨是紊乱的，肥大、血供更丰富。终末期或硬化期，成骨细胞的活性占优势并形成增厚增大的硬化骨。,Pagets病 变形性骨炎,骨的局部性病变，骨吸收后被混乱形式的骨质所替代。,1.临床表现： 受侵部位出现局部骨痛和发热，骨胳变形，关节炎，神经压迫。 2.实验室检查：血清ALP, B-ALP增高，尿脱氧吡啶酚、羟脯氨酸增高，,肾性骨营养不良由慢性肾功能衰竭导致的骨代谢病。简称肾性骨病。表现为钙磷代谢障碍，酸碱平衡失调，骨骼畸形并可引起继发性甲状旁腺功能亢进。骨骼方面表现为骨质 疏松、骨软化、纤维囊性骨炎、骨硬化及转移性钙化。幼年可能引起生长发育障碍。治疗目的是缓解症状，防治骨畸形及骨折、高血磷及维生素D缺乏;缓解甲状旁腺功能亢进，预防软组织转移性钙化，加强骨质矿化。尿毒症加剧者进行透析或肾移植。,肾性骨营养障碍 （renal osteodystrophy),肾性骨病进行缓慢，出现症状时已经是其晚期了，临床上以骨痛，骨折，骨变形为主要特征。骨痛突发症状之一，常为全身性，好发于下半身持重部位(腰，背，髋，膝关节)，运动或受压时加重，走路摇晃甚至不能起床。,第二节 骨疾病的生物化学检验,二、骨吸收标志物检验,三、 骨代谢调节激素的测定,骨转换相关标志物,骨形成标志物 骨钙素 骨性碱性磷酸酶 型胶原前肽 骨吸收标志物 型胶原交联 型胶原降解产物 耐酒石酸酸性磷酸酶 尿羟脯氨酸,一、骨形成标志物,1.骨钙素测定（OC或BGP）,（1）概述： 骨钙素是人骨中最重要的非胶原蛋白。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，是反映骨代谢状态的一项特异、灵敏的生化指标。,（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。,【检测方法】 1放射免疫法 用125I标记骨钙素和未标记的骨钙素对限量的特异性抗体竞争结合反应。 2化学发光免疫分析法 采用双抗体夹心法原理。,2019/4/19,37,可编辑,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12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。,【检测方法】 先识别或分离出B-ALP，再测定其活性。 近来建立了对B-ALP特异性很强的单克隆抗体免疫分析法，具有高度的特异性和敏感性，而且操作简便，是目前检测B-ALP的最佳方法。 1免疫活性测定法 2酶联免疫法,3.I型胶原前肽 I 型胶原羧基端前肽 （PICP） I 型胶原氨基端前肽 （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型胶原前肽是最常见的骨胶原，是骨基质的重要组成部分，几乎组成总蛋白部分的90。 I型胶原是由两个1链及一个2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。 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。,前胶原 血清中I型胶原前肽水平在一定范围内是反映成骨细胞活动、骨形成及I型胶原合成速度的一项特异性指标。 PINP与骨形成标志物骨性碱性磷酸酶和骨钙素水平呈高度正相关，目前多以测定血清PINP水平为主。,胶原,前胶原氨基端肽（PINP）,前胶原羧基端肽（PICP）,（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。,【检测方法】 1放射免疫法 目前市售的试剂盒，均是针对PINP1链的特异性抗体，只能检测PINP的高分子量型。 2化学发光免疫分析法,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%为型胶原。 PYD和DPD是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,二、骨吸收标志物,I型前胶原（N-、C-末端延伸链）1000Aa,140kD,脯氨酸赖氨酸羟基化 糖基化 三链间二硫键形成,三股螺旋结构,N-、C-端前肽,I型胶原分子,未成熟纤维,分子内部、分子间共价交联,分泌后,2羟赖氨酸侧链，1赖氨酸侧链,脱氧吡啶酚/赖氨酸吡啶酚,3个羟赖氨酸侧链,吡啶酚/羟赖氨酰吡啶酚,成环,稳定的成熟纤维,吡啶酚 存在于硬连接组织：软骨 *脱氧吡啶酚 存在于骨、韧带、主动脉,脱氧吡啶酚： 由胶原自然合成，非生物合成 从尿中排出前不被代谢 骨是脱氧吡啶酚的重要来源 仅来源于天然基质的降解产物，不受饮食等干扰。,特异、灵敏地反映骨吸收,尿Pyr和D-Pyr是反映骨胶原降解和骨吸收的最灵敏、最特异的生化指标之一。其中D-Pyr有更高的特异性和灵敏度。立即释放入血，直接排泄到尿中。受肌酐水平影响。,（2）临床意义： 吡啶酚水平可用于骨质疏松、PagetS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。,【检测方法】 纸层析法、高效液相色谱法、酶联免疫法、化学发光免疫分析法和放射免疫法。,2. I 型胶原C端肽和N端肽测定 （1）概述：型胶原交联区的C端（ CTX）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CTX的变化与骨形态计量学骨吸收参数呈显著正相关，并与其他骨吸收生化指标如Pyr和D-Pyr呈正相关。因此血清CTX水平是破骨细胞性胶原降解的灵敏指标。,【检测方法】 测定CTX的方法有高效液相色谱法、化学发光免疫分析法、酶联免疫法和放射免疫法。,【临床意义】 血清CTX水平增高表明患者的骨吸收程度增加，骨吸收抑制治疗后血清CTX水平会恢复正常。 CTX水平可用于骨质疏松症、Paget病、原发性甲状旁腺功能亢进、甲状腺功能亢进及其他伴有骨吸收增加性疾病的诊断、治疗及病情评价。,血浆抗酒石酸酸性磷酸酶主要存在于破骨细胞，而成骨细胞和骨细胞中含量甚少。 骨吸收时，TRAP由破骨细胞释放入血循环中，所以血浆中TRAP水平被认为是骨吸收的一项生化指标，主要反映破骨细胞活性和骨吸收状态。,耐酒石酸酸性磷酸酶（Tartratercsistant acid phosphatase, TRAP）,（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。,【检测方法】 1酶动力学法 2酶联免疫法,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。,尿HOP排出量可以反映骨吸收和骨转换程度， 但受饮食影响较大，特异性差，收集24小时尿之前，应素食23天。,【检测方法】 氯胺T化学法：尿中与肽结合的羟脯氨酸，经酸水解后释出。用氯胺T(N-氯-对甲基苯磺酰胺钠)将羟脯氨酸氧化，使其形成含吡咯环的氧化物。再用过氯酸破坏多余的氯胺T，终止氧化过程。同时，使氧化物与对二甲氨基苯甲醛反应，生成红色化合物进行比色定量。,（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。,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(parathyroid hormone PTH) （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。,2.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。,存在形式：PTH-N、PTH-C和PTH-M 测定形式：PTH-C、PTH-M和完整PTH 国外应用最普遍的是免疫放射法、化学发光免疫分析法测定完整的PTH分子。国内应用最普遍的放射免疫法和化学发光免疫分析法。,【临床意义】 1增高 见于原发性和继发性甲状旁腺功能亢进、甲状旁腺瘤、佝偻病、骨软化症、骨质疏松症等。 2降低 见于甲状旁腺功能减退、先天性甲状旁腺和胸腺发育不全等。,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1015倍,二、维生素D,维生素D在体内的活性形式有25-(OH)D3、1,25-(OH)2D3、24,25-(OH)2D3等。其中25-(OH)D3为主要形式，浓度比1,25-(OH