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1、1,第十二章 骨代谢异常的生物化学诊断,湘南学院医学检验系 临床生化检验教研室,2,教学目标,教学时数 4学时,掌握钙代谢异常、磷代谢异常、镁代谢异常及与代谢性骨病的关系；骨矿物质的激素调节与代谢性骨病的关系（维生素D缺乏与代谢性骨病）；性激素与骨质疏松症关系，I型骨质疏松症、型骨质疏松症及骨代谢的生化指标变化；血清总钙和离子钙、血清无机磷、血清镁的检验及其方法学评价与临床应用；反映骨形成及骨吸收的生化指标、检测方法及其方法学评价与临床应用 。 熟悉血钙，成骨作用与钙化，溶骨作用与脱钙 。,3,成骨细胞:合成有机基质,并通过新合成的基质控制无机物,促进骨形成。 破骨细胞:通过产生酸和蛋白水解酶
2、分解无机物和水解有机基质,促进骨吸收。,成骨细胞,4,骨具有机械支撑、保护脏器功能； 骨是钙磷的储存库，参与钙磷代谢的调节； 钙磷是人体重要组成物质，具有广泛的生理功能； 血浆中钙磷的浓度依赖于：肠道吸收、骨质沉积和吸收、肾脏的排泌； 主要调控激素有：甲状旁腺激素、1.25（OH）2D3、降钙素。,5,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 主要储存在骨和牙齿，以羟磷灰石形式存在 钙磷镁在体内的分布 组织 骨和齿 99 85 55 软组织 1 15 45 细胞外液 0.2 0.1 1 总量克/摩 1000(25) 600(19.4) 25(1.0),相对分布(%),钙,
3、磷,镁,6,一、钙和磷的生理功能,(一)钙的生理功能 1、细胞内钙：其浓度仅为细胞外的1/1000。主要存在于线粒体、肌浆和内质网内。 生理功能： （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 （4）Ca2+是许多酶的辅因子。,7,（5）Ca2+能抑制维生素D3-1-羟化酶的活性，参与自身及磷代 谢调节。 （6）细胞内的钙结合蛋白-钙调蛋白是重要的酶调节物质，钙与钙调蛋白结合后，使钙调蛋白的构象发生改变，从而活化或抑制酶。,8,2、细胞外钙：存在于血浆等细胞外的钙。 生理功能： （1）稳定神经细胞膜影响其应激性。 Ca2+ 神经肌
4、肉的应激性 手足抽搐 （2）Ca2+ 即凝血因子，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。,9,(二)磷的生理功能 1、细胞内磷的生理功能 （1）ATP中的高能磷酸盐，作为能源维持着细胞的各种生理功能。 （2）磷是辅酶类物质的构成成分(如NAD+, NADP+)； （3）细胞膜的磷脂在构成生物膜结构，维持膜的结构功能以及代谢调节均发挥作用。 （4）细胞内的磷酸盐参与许多酶促反应。,10,2、细胞外磷的生理功能 （1）血中的磷酸盐是血液的缓冲体系的重要组成成分之一； （2）细胞外磷酸盐为细胞内以及骨矿化所需磷酸盐的来源； 血钙和血磷之间有一定的
5、浓度关系，正常人钙、磷(mg/dl)的乘积在3640之间。,11, 当cap40，则钙和磷以骨盐形式沉积于骨组织； 若(cap)36则妨碍骨的钙化，甚至可使骨盐溶解，影响成骨作用。,12,二、钙和磷的代谢,(一)钙的代谢 1、吸收 部位：十二指肠 吸收方式：在活性VitD3调节下的主动吸收过程 影响因素：肠道中的PH值 PH Ca(H2PO4)2 促进Ca2+ 吸收 PH Ca3(PO4)2 不利Ca2+ 吸收 食物中构成成分的影响,Ca:P=2:1吸收最佳 肠道中活性VitD3的影响(最主要的因素) 年龄的影响,13,骨形成,骨吸收,14,2、排泄 钙通过肾和肠道排泄，由消化道排泄的钙量占总
6、量的80。由肾排出的钙占总排钙的20。 尿钙的排除量受血钙浓度直接影响，血钙低于2.4mmol/L,尿中无钙排除。,15,(二)磷的代谢 1.吸收 部位：小肠上段（空肠最快） 方式：食物中的磷主要指有机磷酸脂和磷脂，在磷酸酶的作用下生成无机磷酸盐，才能被吸收； 影响因素：肠道的PH 食物中金属离子的影响：钙镁铁 体内钙的利用情况 2.排泄 肾是磷排泄的主要器官，肾排磷占总排磷的70，其余30由粪便排泄。,16,血钙和血磷,骨钙骨磷,沉积,溶解,肠,食物钙磷,粪钙,吸收,排出,组织细胞,利用,排出,肾,排泄,重吸收,尿磷,钙磷的代谢,17,三、血钙和血磷,(一)血钙 红细胞内钙含量较少，绝大多数
7、存在于血浆中，故血钙通常指血浆钙，正常值为2.252.75mmol/l，其中用ISE测得的离子钙仅为0.961.24mmol/l。,18,离子钙45% 血钙 复合钙15 结合钙 与血浆蛋白结合的钙40% 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。,扩散钙,非扩散钙,19,血浆蛋白结合钙 血浆蛋白+ Ca2+ 当H+升高时，蛋白结合体钙向离子钙转移 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 在测定Ca2+同时要测pH。,H+,HCO3-,20,(二)血磷 血中的磷通常
8、指血浆中的无机磷，主要以HPO42-的形式存在占8085以上。血中的磷以有机磷和无机磷两种形式存在。 正常成人血浆无机磷含量为0.811.45mmol/l。,21,四、钙和磷及骨代谢的激素调节,(一)甲状旁腺激素(parathyroid hormone PTH) 1、合成：甲状旁腺主细胞 2、合成调节 (1)血钙负反馈调节 (2)1.25（OH)2D3的影响 (3)降钙素的影响,22,3、代谢：在肝枯否细胞及肾小管细胞的PTH被分解为N端和C端，N端具有生物学活性，可被肝细胞、肾及骨组织摄取，C端无PTH活性。 4、作用机制：具体如图,23,24,5、生理功能：PTH为调节血钙的主要因素，具体
9、作用表现为升高血钙，降低血磷，酸化血液。 靶器官为肾脏、骨骼、小肠。 对骨的作用：促进溶骨,升高血钙 PTH促使已形成的破骨细胞的活动性增强，骨盐溶解，血钙升高； 促使未分化的间叶细胞向破骨细胞的转化，同时抑制成骨细胞的活动，抑制破骨细胞向成骨细胞的转化，使破骨细胞的活动性增强，血钙升高。,25,对肾作用 促进远曲小管和髓袢上段对钙的重吸收，抑制近曲小管及远曲小管对磷的重吸收，净结果为血钙升高，血磷降低，尿钙减少，尿磷增加 对小肠的作用 为一种间接反应，促进肠道对钙磷的重吸收，PTH可以促进活性VitD3的形成。 对维生素D的作用 升高肾25(OH)D3-1-羟化酶活性 促进1.25-（OH）
10、2-D 3 的生成。,26,(二)维生素D 又称钙化醇，为类固醇衍生物，具有抗佝偻病作用。天然的维生素D有两种： VitD2（麦角钙化醇）、VitD3（胆钙化醇）。 肝和肾是VitD3活化的主要器官，仅活化的VitD3有生物学活性。,胆钙化醇,麦角钙化醇,27,7-脱氢胆固醇,VitD3的合成,28,1、合成 胆固醇 脱氢 7-脱氢胆固醇 紫外线 胆钙化醇(D3),肝25-羟化酶,25-羟维生素D3,1, 25-二羟维生素D3,肾1-羟化酶,24, 25-二羟维生素D3,肾24-羟化酶,活性型,低活性,活性D3活性是维生素D3的1015倍，被认为是一种激素,29,2、调节 PTH :促进其生成
11、 活化1-羟化酶 抑制24-羟化酶 自身的调节 1-羟化酶 1.25-(OH)2-D 3 24-羟化酶 CT的调节： CT 1-羟化酶 1.25-（OH）2-D 3,促进1.25-（OH）2-D 3,+,1.25-(OH)2-D 3,1.24.25-(OH)2-D3,30,钙磷的调节 Ca2+:对1-羟化酶系有直接激活作用。 人体1-羟化酶对Ca2+的敏感度为1mmol/L。当Ca2+1.26mmol/L时，对1-羟化酶产生抑制作用。当Ca2+1. 00mmol/L时，1-羟化酶活性增高。 Ca2+ PTH 1-羟化酶 1.25-(OH)2-D 3 磷：血磷可抑制1-羟化酶的活性。 血磷 1-
12、羟化酶 1.25-(OH)2-D 3,31,3、生理功能 ： 升高血钙和血磷 靶器官：小肠、骨、肾脏。 对小肠作用：促进小肠对钙磷的吸收，使血钙和血磷升高。 对骨的作用： 与PTH协同作用，加速破骨细胞形成，促进溶骨； 促进小肠对钙磷的吸收，使血钙和血磷升高，以利于骨的钙化。 对肾的作用：活性VitD3促进肾小管上皮细胞对钙磷的重吸收，,32,以上作用使血钙、血磷增高。增高的钙、磷有利于骨的钙化。维生素D3能维持骨盐的溶解和沉积的对立统一，以利于骨的更新与生长。 维生素D3缺乏时，钙、磷代谢障碍，儿童易发生佝偻病，成人可发生骨质软化症。此外，严重的肝肾功能障碍时，维生素D3转变为活性维生素D3
13、能力下降，也可发生佝偻病和骨质软化症。,33,(三)降钙素（caleitonin CT）,1、合成 部位：由甲状旁腺滤泡细胞合成、分泌的一种单 链多肽激素 2、调节 受血浆中的钙离子的影响，CT的分泌随血钙升高而增加，两者呈正相关。,34,3、生理作用：抑制溶骨作用，降低血钙血磷，促 进尿钙、尿磷的排出。靶器官主要是骨和肾 对骨的作用：抑制间叶细胞转化为破骨细胞 抑制破骨细胞的活性 促使破骨细胞向成骨细胞的转化 通过以上作用，抑制溶骨作用，促进骨盐沉积，降低血钙。 对肾脏的作用：CT可直接作用于肾脏的近曲小管 ， 抑制钙磷的重吸收，使尿钙、尿磷的排出增 加，降低血钙血磷。,35,（四）甲状旁腺
14、激素相关蛋白（PTHrP） 由肿瘤细胞分泌，作为内分泌激素作用于靶细胞（骨骼和肾）引起高钙血症。,36,激素,肠钙的吸收,溶骨作用,成骨作用,尿钙,尿磷,血钙,血磷,PTH,CT,活性D3,激素对骨代谢的调节,37,PTH、 CT、活性D3与血钙、血磷的恒定,血钙正常、血磷降低 血磷降低,活性D3,肠钙磷的吸收,骨盐溶解血钙磷,肾重吸收钙磷,Ca2+,P,CT,Ca2+,PTH,血钙降低血磷升高,血钙血磷正常,38,第二节、钙和磷的代谢紊乱,一、钙代谢异常 总钙的异常 表现为： 游离钙的异常 总钙和游离钙的异常 (一)低钙血症（hypocalcemia） 定义：血钙浓度低于2.25mmol/l
15、,39,常见病因： 低清蛋白血症 血清总钙降低，游离钙多正常 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,40,（二）高钙血症（Hypercalcemia） 定义：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,41,二、磷代谢异常,(一)低磷血症 定义：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,42,(二)高磷血症 定义:指血清无机磷浓度高于1.45mmol/l。 常见病因:常因肾脏排泌磷酸盐的能力不足而致,其他引起的因素与增加或磷酸盐从组织进入到细胞外液等有关。 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,43,第三节、镁代
