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1、第十二章 骨代谢异常的生物化学诊断,佝偻病,骨质疏松,骨,骨纤维骨相关细胞,无机成分,骨组织,细胞间质（骨基质）,有机成分,矿物质：钙、磷、镁骨盐：羟磷灰石结晶,蛋白质型胶原多糖蛋白质脂类糖蛋白复合体,骨细胞成骨细胞破骨细胞,基础概要,A.骨组成 骨主要由骨矿物质（无机物）、有机基质和骨组织组成。,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。,溶骨作用 是破骨细胞释
2、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。,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
3、互协调，共同维护骨的正常代谢，实现骨骼发育、生长。,C.骨代谢性疾病 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。,主要内容,一、钙、磷、镁代谢及其异常,二、骨转换相关标志物,三、骨代谢异常生化指标的检测,四、骨代谢异常生化指标的临床应用,第一节骨代谢及其异常,一、钙代谢及其异常,二、磷代谢及其异常,三、镁代谢及其异常,四、骨代谢激素,钙、磷、镁是人体重要组成物质，具有广泛的生理功能。,钙、磷、镁的分布和存在形式,钙的代谢,食物钙(乳制品、果菜),十二指肠主动吸收,钙的代谢,肠道排泄,肾排
4、泄,近曲小管被重吸收,远曲小管和集合管被吸收,活性维生素D3,20%,50%,20%,一、钙代谢及其异常,80%,人体内钙的存在状态,人体中钙存在状态,骨盐,体液钙,羟磷灰石结晶无定形磷酸钙沉淀,非扩散钙：与蛋白质结合可扩散钙,游离Ca2复合钙乳酸钙、柠檬酸钙等,40%,60%,红细胞内钙含量较少，绝大多数存在于血浆中，故血钙通常指血浆钙，正常值为2.252.75mmol/L。,离子钙45%血钙 复合钙15 与血浆蛋白结合的钙40%,扩散钙,非扩散钙,结合钙,注：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。,总钙的异常 2.25-2.75mmol/L表现为 游离钙的
5、异常0.94-1.26mmol/L 总钙和游离钙的异常,钙代谢异常,1.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骼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）定义：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并发高磷血症,磷的代谢,食物有机磷酸酯和磷脂,磷的代谢,无机磷酸盐 在空肠,肠管内磷酸酶,肠道排泄,肾排泄,肾小管（主要是近曲小管）重吸收,85%9
6、5%,30%,70%,二、磷代谢及其异常,血中磷通常指血浆中的无机磷，主要以HPO42-的形式存在占8085以上。正常成人血浆无机磷含量为0.811.45mmol/L。,1.高磷血症 定义:指血清无机磷浓度高于1.45mmol/L。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,磷代谢异常,2.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,三、镁代谢及其异常,骨中的镁主要以磷酸镁及碳酸镁的形式存在。,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。1.吸收 部位：主
7、要在回肠 方式：主动转运过程 2.排泄 消化道排泄 肾排泄（主要途径）,3.对骨代谢的调节（1）镁能从羟磷灰石中置换出钙，故镁能够影响骨的代谢。（2）高镁可影响成骨作用，骨镁升高，矿化过程减慢，可能发生骨营养不良。,高镁血症 致高镁血症的主因有：镁摄入过多 静脉内补镁过快过多，这种情况在肾 功能受损的病人中易发生。排镁过少 肾排镁减少是高镁血症最重要的原因。内分泌紊乱 甲状腺功能减退，某些粘液水肿的病 人可能发生高镁血症；醛固酮减少，某些Addison 病患者可发生高镁血症。,镁代谢异常,低镁血症缺镁的主要表现是神经-肌肉障碍和精神与行动的异常，如乏力、衰弱感、体温调节不良。严重时可有神经过敏
8、、震颤、搐搦、肌肉痉挛、眼颤以及吞咽困难等。镁缺乏通常因胃肠道及肾脏的丢失胃肠道病症肾脏丢失,四、骨代谢激素调节及其异常,主要调节激素 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9500。是维生素D3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。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3418。,甲状旁腺激素（PTH）,1，25-二羟维生素D3,降钙素（CT）,1.甲状旁腺激素,（1）血钙负反馈调节PTH的合成与分泌（2）调节骨代谢：靶器官为肾脏、骨骼、小肠。,升高血Ca2
9、+，降低血P,（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。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.甲状旁腺激素功能异常,（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，尿钙显著增加，皮肤、毛发、指甲等外胚层组织病变，小儿牙齿发育不全。,2.甲状旁腺激素功能异常,2.活性维生素D,活性D3活性是维生素D3的1
10、015倍,1,CT,骨代谢调节:靶器官是小肠、骨、肾脏。,（1）维生素D摄入不足 佝偻病和骨软化症（2）肝性佝偻病和肾性佝偻病（3）维生素D依赖性佝偻病 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。,活性维生素D的调节异常,3.降钙素（CT）,(1)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。(2)骨代谢调节:靶器官主要是骨和肾，对小肠间接影响。,（3）降钙素分泌异常 升高见于：孕妇、儿童、甲状旁腺功能亢进、肾衰、慢性炎症、甲状腺髓样癌、白血
11、病、骨髓外骨髓增殖症、肺癌等。降低见于：甲状腺先天发育不全、甲状腺全切患者、低血钙等。,一、骨形成标志物,第二节骨转换相关标志物,二、骨吸收标志物,骨转换标志物,骨形成标志物骨钙素骨性碱性磷酸酶型胶原前肽,骨吸收标志物吡啶酚和脱氧吡啶酚型胶原C端肽和N端肽抗酒石酸酸性磷酸酶尿羟脯氨酸,骨代谢过程中，破骨细胞活动所降解的骨基质成分和分泌的产物，以及成骨细胞形成新骨所释放的代谢产物进入血液和尿液中，构成了反映破骨细胞活性的骨吸收指标和反映成骨细胞活性的骨形成指标。,骨钙素是含49个氨基酸，分子量5669的小蛋白，为人骨中主要的和最多的非胶原蛋白，占总蛋白的1%。骨钙素是1,25-(OH)2-D3刺
12、激下由成骨细胞合成。50%结合羟磷灰石中的Ca2+，50%游离入血，由肾脏清除。,骨钙素,骨形成标志物,其主要功能是保持骨的正常矿化和抑制异常羟磷灰石结晶形成。循环中的骨钙素半寿期仅5min左右，因此，血清骨钙素水平基本上能够反映近期成骨细胞活性和骨形成功能。,骨钙素,骨形成标志物,由成骨细胞合成和分泌。它在成骨过程中能水解多种磷酸酯，为羟磷灰石的沉积提供所需的磷酸，同时水解焦磷酸盐，维 持局部碱性环境，促进骨的矿化。血清骨性碱性磷酸酶：在反映成骨细胞活性和骨形成上有 较高特异性，优于骨钙素。因为B-ALP在血清中比骨钙素更 稳定，血清中的半寿期为12d，并且不受昼夜变化的影响,骨性碱性磷酸酶
13、,型胶原是由成骨细胞的前体细胞合成，含N-和C-端延伸段。这些延伸段又称前肽，在形成纤维和释放入血时从型胶原上断裂下来。现多检测C-端前肽。,型胶原前肽,型胶原也是其他组织的主要基质，故型胶原前肽评估骨形成的敏感性和特异性不如骨钙素和B-ALP。,型胶原前肽,骨吸收过程中，由于破骨细胞的酶解作用，胶原等有机基质降解，产生肽类、游离氨基酸等产物，可从血或尿中检出。,骨吸收标志物,在胶原纤维成熟过程中，由两个羟赖氨酸侧链和一个赖氨酸侧链反应生成脱氧吡啶酚，由三个羟赖氨酸侧链反应生成吡啶酚。,1.吡啶酚（Pyr）和脱氧吡啶酚（D-Pyr）,Pyr和D-Pyr作为骨吸收标志物的优越性：由于Pyr 和D
14、-Pyr是胶原纤维的交联物，为其结构成分，因此只能由成熟的骨基质降解产生；胶原降解产生的Pyr和D-Pyr入血后不经中间代谢而直接由尿排出；在骨中含量远远高于其它组织，更具代表性；不受饮食和体力活动影响。Pyr和D-Pyr 比较：Pyr 在软骨中含量最高，而D-Pyr主要来源于骨，所以评价骨吸收，D-Pyr的特异性和灵敏度优于Pyr。,2.型胶原C端肽和N端肽,型胶原交联区的C端和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。,血清中的酸性磷酸酶有6种同工酶，抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)是其中的一种，具有抗酒石酸的特性，其主要来源于骨。TRAP是成熟破骨
15、细胞的主要标志。在骨吸收时，破骨细胞产生并分泌TRAP。同时，破骨细胞产生并分泌的部分TRAP进入血清，故血清中的TRAP可反映破骨细胞的活性和骨吸收的状况。,3.抗酒石酸酸性磷酸酶,由脯氨酸羟化而成。易受各种疾病或其他因素包括饮食的干扰。对骨更新或骨吸收不特异，不是骨更新或骨吸收的常规标志物。,4.尿羟脯氨酸,第三节骨代谢异常的生物化学检测指标,一、钙、磷、镁检查,血清总钙（TCa2+）的测定滴定法（氧化还原滴定法、络合滴定法）比色法邻甲酚酞络合酮法 WHO和我国推荐的常规法甲基麝香草酚蓝法偶氮胂法火焰光度法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推荐的决定方法,
16、原子吸收分光光度法,元素在热解石墨炉中被加热原子化，成为基态原子蒸汽，能吸收相同原子发射的特定波长的光。在一定浓度范围内，其吸收强度与试液中被检原子的含量成正比。其定量关系可用Lambert-beer定律。,主要用于痕量元素杂质的分析,同位素稀释质谱法,将已知质量的同位素作为稀释剂加入样品中，均匀混合，用质谱仪测定混合前后同位素丰度的变化的比值，由此计算出该样品中该元素含量的方法。,主要用于痕量元素的测定,血清游离（离子）钙测定 生物学法透析法超滤法金属指示剂法离子选择性电极法(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。,电极管内电极（内参比
17、电极）电极內充溶液（内参比溶液）电极膜（敏感膜）,ISE基本结构,血清磷测定还原钼蓝法 我国推荐的常规方法非还原法染料结合法紫外分光光度法黄嘌呤氧化酶比色测定法 WHO推荐的常规方法同位素稀释质谱法 决定性方法原子吸收分光光度法等 参考方法,血清镁测定比色法 我国推荐甲基麝香草酚蓝法（MTB法）和钙镁试剂法作为常规方法。荧光法离子层析法离子选择性电极法(ISE)酶法原子吸收分光光度法 参考方法同位素稀释质谱法 决定性方法,二、骨代谢相关激素检测,甲状旁腺激素测定放射免疫法（RIA）酶联免疫法(ELISA)免疫化学发光法(CLIA)CLIA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
18、点.,25-OH-D3的测定放射竞争性结合法（CPB）放射受体测定法（RRA）放射免疫法（RIA）高效液相色谱法（HPLC）,1,25-(OH)2-D3的测定酶联免疫法,CT的测定放射免疫法,三、骨代谢标志物测定,骨钙素测定 放射免疫法双位免疫放射法酶联免疫法亲和素-生物素酶免疫测定法(BAEIA)化学发光免疫分析法(CLIA)免疫荧光分析法(FIA)等目前应用最多的是RIA法和CLIA法,骨性碱性磷酸酶测定 先识别或分离出BALP，再测定其碱性磷酸酶的活性。近来建立了对BALP特异性很强的单克隆抗体的免疫分析法，具有高度的特异性和敏感性，而且操作简便，被认为是目前鉴别和定量分析BALP的最佳
19、方法。,吡啶酚和脱氧吡啶酚测定 HPLC法：用HPLC-荧光检测法测定。免疫法：用等分子交叉反应法检测吡啶酚。竞争性单克隆抗体ELISA法测定脱氧吡啶酚。C-端肽和N-端肽测定 ELISA法 耐酒石酸酸性磷酸酶测定 免疫法羟脯氨酸测定 离子交换色谱法、反相HPLC法。,第四节骨代谢异常生物化学检测指标的临床应用,骨软化症,骨质疏松症,以骨组织显微结构退化为特征，骨矿成分和骨基质等不断减少，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。常见原因：生长期骨形成缺陷。成骨细胞骨形成受损。增加骨吸收的其他病理生理过程。主要临床表现：是疼痛、不适和易骨折。,一、骨质疏松
20、症,【特点】静态，隐匿性疾病非特异性症状易被忽视病程较长,：绝经后骨质疏松症（I型）老年性骨质疏松症（II型）：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。青少年骨质疏松，青壮年成人骨质疏松,原发性骨质疏松,继发性骨质疏松,特发性骨质疏松症：,骨质疏松症的诊断方法,X线检查 骨密度（BMD）测定 钙、镁、磷检测 骨标志物（吸收、合成、转换）检测其它指标检测 甲状旁腺素、睾酮、雌二醇、性激素结合球蛋白 尿吡啶啉、骨碱性磷酸酶、1,25(OH)2D3,（二）骨软化症,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。,引起骨软化症和佝偻病的常见病因,实验室检查 1.血钙轻度下降，血磷明显下降。血清钙、磷乘积明显低于正常，2.血清骨碱性磷酸酶增高。3.活性维生素D降低。4.血PTH多升高。,谢谢！,
