1、第十二章 骨代谢异常的生物化学检验,卫生部“十二五” 规划教材 全国高等医药教材建设研究会规划教材,新疆医科大学 张朝霞,教学内容,A.骨组织组成骨主要由骨矿物质（无机质）、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。,C.骨代谢性疾病 骨代谢疾病是指由多种
2、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。,第一节 一、钙代谢及其异常,一、钙代谢,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，其中用ISE测得的离子钙仅为0.961.24mmol/l。,人体中钙的 存在状态,骨盐,体液钙,羟磷灰石结晶 无定形磷酸钙沉淀,不扩散钙：与蛋白质结合可扩散钙,游离Ca2 难解离化合物 乳酸钙、柠檬酸钙等,人体内钙的存在状态,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
3、非扩散钙可相互转换，但受PH影响。,扩散钙,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-,总钙的异常 表现为 游离钙的异常总钙和游离钙的异常,二、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（hypocalce
4、mia） 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,磷代谢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。,第一节 二、磷代谢及其异常,1.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,磷代谢异常,2.低磷血症定义：血清无机磷浓度低于0
5、.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,镁代谢 血液中的镁主要以磷酸镁及碳酸镁的形式存在。血浆中镁的浓度约为0.751.00mmol/l，主要以三种形式存在：55%是游离的、30%与蛋白结合、15%与阴离子形成复合物。体内镁分为细胞内和细胞外。,第一节 三、镁代谢及其异常,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
6、慢，可能发生骨营养不良。,1. 低镁血症 血镁1.10mmol/l 镁摄入过多 排镁过少 内分泌紊乱,镁代谢异常,第二节 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
7、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。,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,（2）骨代谢调节: 靶器官是小肠、骨、肾脏。,2. 维生素D缺乏与代谢性骨病 （1）维生素D 摄入不足
8、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。,（1）合成由甲状旁腺滤泡细胞合成、分泌的一种单链多肽激素。 （2）合成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。,三、降钙素,（3）骨代谢调节靶器官主要是骨和肾，对小肠间接影响。,（4）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、甲状腺降钙素分泌细胞癌、白血病、骨髓外骨髓增殖症、肺癌等
9、。降低见于：甲状腺先天发育不全、甲状腺全切患者、低血钙、老年性骨质疏松等。,PTH、 CT、活性D3与血钙、血磷的恒定,三种激素对钙磷代谢的影响,第三节 骨转换相关标志物,一、骨形成标志物,1.骨钙素测定（OC或BGP）,（1）概述：骨钙素是人骨中主要的和最多的非胶原蛋白。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。,（2）临床意义：BGP是
10、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。,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-
11、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。,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）（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。,型胶原是由成骨细胞的前体细胞合成，含N端和C端延伸段(又称I 型前胶原羧基端前肽 PICP和I 型前胶原氨基端前肽 PINP)。在形成纤维和释放入血时从型
12、胶原上断裂下来，并以等摩尔浓度释入血中，它们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。,（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。,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,骨吸收期间型胶原
13、被水解，羟基吡啶酚交联释放入血并从尿中排除。故可作为反映骨吸收的指标。,（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。,二、骨吸收标志物,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。,（2）临床意义：与吡啶酚相同，用于骨质疏松、Pagets病、甲旁亢等伴有骨吸收增加性疾病的诊断或评价。,3.耐酒石酸酸性磷酸酶 （1）概述：骨吸收期间，破骨细胞产生和分泌一种耐酒石酸酸性磷酸酶进入破
14、骨细胞与骨细胞表面之间的间隙，并能在血清中测得，能反映破骨细胞活性和骨吸收情况。,（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。,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。,（2）临床意义：增加见于各种骨代谢性疾病，如Pag
15、et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。,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 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和我国推荐的常规方法 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推荐的决定性方法,一、血清钙、磷、镁检测,2.血清游离（离子）钙测定 生物学法 透析法 超滤法 金属
16、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。,（二）血清磷测定 磷钼酸还原法 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 黄嘌呤氧化酶法 WHO推荐的常规方法 CV多元络合超微量测定法 同位素稀释质谱法 决定性方法 原子吸收分光光度法等,（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 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(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
17、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 酶联免疫法 免疫化学发光法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, 该法最小检测量为2pgml，批内及批间CV分别为2.72.9和7.98.6。回收率为9394。,二、骨代谢相关激素检测,（二）1,25- (OH)2-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）由于1,25- (OH)2-D3是血清中维生
18、素D的主要活性形式,故是反映维生素D状况的最佳指标。,（三）血清降钙素测定 RIA：不同来源抗血清灵敏度和特异性不同，不同方法和试剂盒间差异较大，使临床正常水平在实验室之间难以统一。 两点免疫法（EIA和IRMA）：测出正常人降钙素的基础水平低于10 ng/L20ng/L，其检出限可小于2ng/L。两点法在诊断甲状腺髓样癌（medullary thyroid carcinoma MIC）要比大多数竞争性RIA显现出良好的灵敏度和特异性。,三、骨转换相关标志物检测,1.骨钙素测定 放射免疫法（ RIA法） 酶联免疫法（ ELISA法） 亲和素-生物素酶免疫测定法(BAEIA) 化学发光免疫分析法
19、(CLIA) 免疫荧光分析法(FIA)等目前应用最多的是RIA法和ELISA法,（一）骨形成标志物的检测,2.骨性碱性磷酸酶测定 （1）化学法：先识别或分离出BALP，再测定其碱性磷酸酶的活性。（2）免疫放射法(IRMA)测定BALP：IRMA法定量检测骨ALP可作为筛选试验，高值标本须用电泳法证实除去肝ALP干扰，检测骨ALP过低标本时，以电泳法为首选。（3）化学发光免疫分析法：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的最佳方法。,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）
20、酶联免疫法（ ELISA法）制备抗PINP1链的抗体建立的免疫标记法是测定PINP的主要方法。,1.吡啶酚（PYD）和脱氧吡啶酚（DPD） 测定方法： HPLC法：用HPLC-荧光检测法测定。 ELISA法：用竞争性单克隆抗体测定脱氧吡啶酚。 RIA 法 ：用用同位素标记抗体检测吡啶酚。,（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： HPLC法：用HPLC-荧光检测法测定。 ELISA法：用竞争性单克隆抗体测定型胶原交联区的C端和N端肽是目前主要采用的方法。 RIA 法 ：用同位素标记抗体检测吡啶酚。,3.耐酒石酸酸性磷酸酶检测方法酶动力学法 电泳法 放射免疫法酶联免疫法
21、,4.尿羟脯氨酸检测（HOP）测定方法：（1） 化学试剂法：尿总HOP测定采用酸性环境中将胶原肽链上的HOP水解下来，再氧化生成吡咯，用Ehrlich试剂（酸性对二甲氨基苯甲醛试剂）显色。（2）离子交换色谱反向HPLC法。,第五节 骨代谢异常检测的临床应用,代谢性骨病是一种伴有钙、磷、镁、维生素D代谢和甲状旁腺功能异常的全身骨骼病。临床上以骨重建紊乱所致的骨转换率异常、骨痛、骨畸形和骨折为主要特征。常见疾病是骨质疏松症和骨软化症和佝偻病。,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
22、一种全身骨代谢障碍的疾病。,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,年龄、 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 肾功能不全性别 胃肠切除 脂肪泻 类风湿 慢性肝炎,骨质疏松症的危险因素,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 hor
23、mone ) 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%,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
24、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
25、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
26、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。,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,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。,谢 谢！,
