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第十二章骨代谢异常的生物化学检验 1 骨组织组成 骨矿物质 无机物 有机基质和骨组织 基础概要 第一节骨代谢及其异常 一 钙 calcium Ca 代谢及其异常 钙磷镁是骨组织的主要无机元素 血钙 血液中的钙几乎全部存在于血浆中 故血钙通常指血浆钙 血钙正常值为2 25 2 75mmol l 离子钙为0 96 1 26mmol l 人体内钙的存在形式 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 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 l H HCO3 血清pH对血钙浓度的影响 血清总钙或游离钙的异常 二 钙代谢异常 1 高钙血症 Hypercalcemia 血钙浓度高于2 75mmol l常见病因 钙溢出进入细胞外液 肾对钙的重吸收增加 肠道对钙吸收增强 骨髓的重吸收增加 原发性甲状旁腺功能亢进和PTH过度分泌 2 低钙血症 hypocalcemia 血钙浓度低于2 25mmol l 常见病因 低清蛋白血症 血清总钙降低 慢性肾功能衰竭 甲状旁腺功能减退 PTH分泌不足 维生素D缺乏 电解质代谢紊乱 二 磷 phospsorus 代谢及其异常 磷代谢血液中的磷通常指血浆中的无机磷 80 85 以HPO42 形式存在 正常成人血浆无机磷含量为0 81 1 45mmol l 磷在空肠吸收率达70 主要由肾排泄 儿童时期血磷高是由于儿童处于成骨旺盛期 碱性磷酸酶活性较高所致 1 高磷血症 指血清无机磷浓度高于1 45mmol l 常见病因 主要是肾脏排出减少 溶骨作用亢进 磷摄入过多 磷向细胞外移出及细胞破坏等原因 肾排泌磷酸盐能力下降 磷酸盐摄入过多 细胞内磷酸盐外移 磷代谢异常 2 低磷血症 血清无机磷浓度低于0 81mmol l 常见病因 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 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 骨骼中的镁占总镁的50 主要以磷酸镁及碳酸镁的形式存在 镁不易随机体的需要从骨中动员出来 但镁能从羟磷灰石中置换出钙 骨镁升高 使骨的矿化减慢 血清中镁的浓度约为0 81 1 45mmol l 镁主要在回肠吸收 主要经肾排泄 红细胞中的镁含量约为血清镁的3倍 测定血清酶时应防止溶血 三 镁 magnesium 代谢及其异常 一 镁代谢 1 高镁血症血镁 1 45mmol l 不常见 镁摄入过多 排镁过少 内分泌紊乱 甲状腺功能减退和醛固酮减少2 低镁血症血镁 0 81mmol l病因 镁摄入不足 镁排出过多 长期使用利尿药高钙血症可使肾小管重吸收镁减少 主要表现 神经和精神与行动的异常 二 镁代谢异常 四骨代谢激素调节及其异常 1 25 二羟维生素D3 1 甲状旁腺激素 parathyroidhormone PTH 1 合成 甲状旁腺主细胞 2 合成 受血Ca2 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 对骨的作用促进溶骨 升高血钙 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的作用升高肾25 OH D3 1 羟化酶活性 从而促进1 25 OH 2 D3的生成 对小肠的作用促进小肠对钙和磷的吸收 靶器官主要是骨和肾 其次是小肠 甲状旁腺激素 PTH 升高血钙 降低血磷和酸化血液 2 甲状旁腺激素调节异常 1 甲状旁腺功能亢进继发性甲旁亢 肾功能不全 维生素D缺乏 妊娠期或哺乳期母体失钙过多者 原发性甲旁亢 腺瘤或增生引起表现为 PTH自主分泌 不受反馈调节 血钙持续升高 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 PTH结构异常或靶器官受体异常 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 25 OH 2 D3代谢 活性D3活性是维生素D3的10 15倍1 25 OH 2 D3负反馈抑制25 OH D3 1 羟化酶活性血磷负反馈调节25 OH D3 1 羟化酶降钙素抑制活性D3生成 二 活性维生素D 1 1 25 OH 2 D3的调节 升高血钙 血磷 对小肠的作用促进十二指肠对钙的吸收及空肠 回肠对磷的吸收和转运 对骨的作用促进溶骨 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 升高血钙 血磷 增高的钙 磷有利于骨的钙化 维生素D能促进溶骨和成骨 溶骨 成骨 有利于骨骼的更新 靶器官主要是小肠 骨和肾 2 1 25 OH 2 D3的调节异常 1 维生素D摄入不足佝偻病 rickets 和骨软化症 osteomalacia 活性维生素D摄入不足 使血钙和磷下降 PTH增加 骨质脱钙 类骨组织大量堆积 2 肝性佝偻病和肾性佝偻病严重肝损害时 肝细胞25 羟化酶合成障碍 慢性肾功不全时 肾小管合成1 羟化酶不足 均致维生素D减少性佝偻病 3 维生素D依赖性佝偻病 假性维生素D缺乏症 是先天性维生素D代谢缺陷性疾病 型 肾1 羟化酶缺乏 型 1 25 OH 2 D3受体缺陷 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 合成由甲状腺滤泡旁细胞合成 分泌的一种单链多肽激素 合成调节血钙升高 CT分泌增加 血钙降低 CT分泌减少 三 降钙素 calcitonin CT 1降钙素的调节作用 降低血钙和血磷 对骨的作用增强成骨作用 促进骨盐沉积 抑制破骨作用 对肾的作用抑制肾小管对钙 磷重吸收 对小肠的作用通过抑制1 25 OH 2 D3的生成 间接抑制钙的吸收 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因素 重要原因 靶器官主要是骨和肾 对小肠间接影响 近年发现一些恶性肿瘤可使血中降钙素增加 是甲状腺髓样癌 MTC 较敏感且特异的肿瘤标志物 目前主要用于恶性肿瘤的疗效观察和预后判断 2降钙素的调节异常 第二节骨转换相关标志物 成骨作用 osteogenesis 有机质形成 成骨细胞分泌蛋白多糖和胶原 胶原纤维聚合作为骨盐沉积的骨架 成骨细胞被埋在有机质中成为骨细胞 骨盐沉积 骨盐沉积于胶原纤维表面 形成羟磷灰石结晶 溶骨作用 骨盐溶解 osteolysis 一 骨形成标志物 是人骨中主要的 最多的非胶原蛋白 由成骨细胞合成 主要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 循环中的骨钙素半衰期仅为5分钟可反映成骨细胞活性和骨形成情况 1 骨钙素测定 OC或BGP 2 骨性碱性磷酸酶 B ALP B ALP由成骨细胞分泌 半衰期为1 2天 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 BALP在反映成骨细胞活性和骨形成上有较高特异性 并优于骨钙素 因为B ALP在血清中比骨钙素更稳定 不受昼夜变化的影响 标本不需特殊处理 一 骨形成标志物 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 骨胶原占骨有机 基 质的90 95 且绝大多数为I型胶原 型胶原是由成骨细胞的前体细胞合成 含N端和C端两个延伸段 在形成纤维和释放入血时从 型胶原上断裂下来 成为I型前胶原羧基端前肽PICP和I型前胶原氨基端前肽PINP 并以等摩尔浓度释入血中 PICP PINP均可作为评价骨形成的指标 现多检测PICP 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 1 吡啶酚 pyridinoline Pyr 和脱氧吡啶酚 deoxypydinoline D Pyr 骨的有机基质中胶原交联90 为 型胶原 Pyr和D Pyr是 型胶原分子之间构成胶原纤维的交联物 骨吸收期间 型胶原被水解 生成的Pyr和D Pyr释放入血 不经肝脏进一步降解而直接排泄到尿中 故可作为反映骨吸收的指标 二 骨吸收标志物 Pyr存在于软骨 而D Pyr主要来源于骨 所以D Pyr有更高的特异性和灵敏度 尿中Pyr和D Pyr不受饮食和体力活动的影响 是反映骨胶原降解和骨吸收的最灵敏和特异的指标之一 二 骨吸收标志物 2 I型胶原C端肽 carboxy terminaltelopeptideoftype collagen CTX 和N端肽 N terminaltelopeptideoftype collagen NTX 测定 CTX和NTX均是 型胶原分解的产物 型胶原降解时 CTX与 型胶原的降解按1 1释入血中血清CTX水平是破骨细胞性胶原降解的灵敏指标 骨吸收时 破骨细胞产生和分泌TRAP 释放入血 血浆中TRAP水平 能反映破骨细胞活性和骨吸收情况 3 抗酒石酸酸性磷酸酶 tartrateresistantacidphosphatase TRAP 尿HOP是体内胶原代谢的最终产物之一 大约10 的羟脯氨酸在胶原分解时被释放从尿排出 尿HOP浓度还受人体骨以外的其他组织和饮食中所含有的胶原的干扰 所以尿HOP对骨更新或骨吸收不特异 不灵敏 4 尿羟脯氨酸检测 hydroxyproline HOP 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 血清磷测定还原钼蓝法我国推荐的常规方法黄嘌呤氧化酶法WHO推荐的常规方法同位素稀释质谱法决定性方法 三 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 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与镁形成蓝色复合物 加入EGTA可减少钙的干扰 一 甲状旁腺激素测定放射免疫法化学发光免疫分析法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 二 骨代谢相关激素检测 二 1 25 OH 2 D3的测定ELISA法由于1 25 OH 2 D3是血清中维生素D的主要活性形式 三 血清降钙素测定RIA 三 骨转换相关标志物检测 1 骨钙素测定放射免疫法 RIA法 化学发光免疫分析法 CLIA 一 骨形成标志物的检测 2 骨性碱性磷酸酶测定 1 免疫活性测定法 2 酶联免疫法 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 检测方法 放射免疫法 RIA法 化学发光法 1 吡啶酚 PYD 和脱氧吡啶酚 DPD 测定方法 ELISA法 二 骨吸收标志物检测 2 I型胶原C端肽和N端肽测定测定方法 ELISA法 3 耐酒石酸酸性磷酸酶检测方法 酶动力学法酶联免疫法 4 尿羟脯氨酸检测 HOP 测定方法 氯胺T化学法 第五节骨代谢异常检测的临床应用 骨代谢异常 骨钙和磷等矿物质 成骨细胞和 或 破骨细胞功能异常 引起的骨形成 骨吸收间转换异常 骨矿化不足或沉积过多的疾病 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 一 骨质疏松症 osteoporosis 骨质疏松症是一种全身性的骨量减少 以骨组织显微结构退化为特征 骨脆性增加 骨强度降低的疾病 基本特点是单位体积内骨量减少和骨折危险度升高 原发性骨质疏松症 primaryosteoporosis 占90 绝经后骨质疏松症 I型 老年性骨质疏松症 II型 继发性骨质疏松症 secondaryosteoporosis 占10 分型 骨吸收增加 骨量快速丢失 骨形成减弱 骨丢失缓慢 1 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 一 原发性骨质疏松症 primaryosteoporosis 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 I型骨质疏松症 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 I型骨质疏松症 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 型骨质疏松症 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 型骨质疏松症 二 继发性骨质疏松症 secondaryosteoporosis 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