第十三章-骨代谢异常的生物化学诊断课件.ppt
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- 第十三 代谢 异常 生物化学 诊断 课件
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1、 第十三章第十三章骨代谢异常的生物骨代谢异常的生物化学诊断化学诊断下一页下一页骨的主要成分骨的主要成分:无机物:钙、磷和镁有机基质:()型胶原骨功能骨功能:机械支撑;保护脏器;代谢(参与钙和磷等的储备和代谢调节)。骨细胞骨细胞:(1)破骨细胞:产生酸和蛋白水解酶,分解无机物和水解有机基质,促进骨吸收。(2)成骨细胞:合成有机基质(胶原和非胶原蛋白),并通过新合成的基质控制无机物,促进骨形成。下一页下一页钙和磷的代谢及调节钙和磷的代谢及调节钙和磷代谢紊乱钙和磷代谢紊乱镁代谢及其异常镁代谢及其异常骨代谢异常的临床生物化学骨代谢异常的临床生物化学骨代谢相关指标的实验室检查骨代谢相关指标的实验室检查返
2、回返回 钙盐、磷酸盐是机体含量最多的无机盐,约99的钙、85的磷以及一半以上的镁存在于骨和齿。下一页下一页返回返回钙、镁、磷在血浆中以游离、与蛋白结合或与其他阴离子形成复合物等形式存在。下一页下一页上一页上一页返回返回第一节钙和磷的代谢及调节第一节钙和磷的代谢及调节返回返回返回返回约90 99的细胞内钙存在于线粒体、肌浆和内质网内。浓度约106107molL,仅为细胞外液的11000。下一页下一页返回返回功能:(1)触发肌肉兴奋-收缩耦联。当肌细胞内储存Ca2+神经冲动而释放,Ca2+浓度增大,可迅速地与肌钙蛋白结合,引起一系列构象改变,产生肌肉收缩。(2)作用于质膜,影响膜通透性及膜的转运。
3、(3)Ca2+为细胞内第二信使,广泛参与胞内多种信号转导。(4)Ca2+是许多酶(脂肪酶、ATP酶、腺苷酸环化酶)的辅因子。(5)Ca2+能抑制维生素D3-1-羟化酶的活性,参与自身及磷代谢的调节。(6)细胞内钙结合蛋白一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(如磷酸化酶激酶)。返回返回上一页上一页细胞外钙指存在于血浆等细胞外液中的钙,亦具有许多重要功能:(1)稳定神经细胞膜影响其应激性。血浆游离钙浓度的降低会增加神经肌肉的应激性,发生手足搐搦,游离钙浓度增高将降低其应激性。(2)血浆Ca2+即凝血因子,参与凝血过程。(3)细胞外钙是细胞内钙
4、的来源,它为骨的矿化、凝血以及膜电位维持提供钙离子。返回返回下一页下一页血浆钙约一半与蛋白主要是清蛋白结合,这种结合受PH的影响。酸中毒时清蛋白的氨基酸链带更多的正电荷;结合钙减少,游离钙增多。而碱中毒则产生相反影响。pH每改变 0.1单位,血清游离钙浓度将改变0.05mmolL。多发性骨髓瘤病人,高浓度的球蛋白能大量结合钙,引起血清总钙浓度增加。返回返回上一页上一页细胞内磷酸盐参与多种细胞内的代谢过程,包括:(1)三磷酸腺苷(ATP)中的高能磷酸盐,作为能源维持着细胞的各种生理功能,如肌肉的收缩、生物膜上的各种主动转运系统等。(2)磷酸盐是各种腺嘌呤、鸟嘌呤核苷以及核苷酸辅酶类(如 NAD+
5、、NADP+、FMN、FAD、CoA等)和其他含磷酸根的辅酶(如 TPP、磷酸吡多醛等)的组成成分。(3)磷脂在构成生物膜结构、维持膜功能以及代谢调控上均发挥重要作用。酶蛋白及多种功能性蛋白质的磷酸化与脱磷酸化是代谢调节中化学修饰的主要方式,与细胞的分化、增殖调控密切相关。因此,细胞内磷酸盐是蛋白、脂肪、碳水化合物代谢以及基因转录和细胞生长的调控媒介。(4)细胞内的磷酸盐参与许多酶促反应,如磷酸基转移反应、加磷酸分解反应等。返回返回血浆中磷酸盐是以磷酸氢盐和磷酸二氢盐两种形式存在,这两种形式统称无机磷,正常成人血浆无机磷含量为0.811.45mmolL。细胞外磷酸盐主要功能为:(1)血中磷酸盐
6、(HPO42H2PO4)是血液缓冲体系的重要组成。(2)细胞外磷酸盐为细胞内以及骨矿化所需磷酸盐的来源。返回返回下一页下一页血磷不如血钙稳定,儿童时期困骨骼生长旺盛,血磷与碱性磷酸酶都会增高,随着年龄的增长,逐渐达到成人水平。成人血磷也有生理性变动,进食、摄糖、注射胰岛素和肾上腺素等情况下,因细胞内利用增加,血磷会降低。血清磷酸盐的急性减少会导致横纹肌溶解以及红细胞功能的改变。血钙与血磷之间有一定的浓度关系,正常人钙、磷浓度(mgdl)的乘积在3640之间。返回返回上一页上一页、钙的吸收:(十二指肠)正常成人钙日摄入量为0.61.0g,吸收量为0.10.4gCa+活性维生素吸收PH偏碱Ca(P
7、O4)2(不吸收)Ca2+吸收减少Ca(PO4)2 (吸收)偏酸Ca2+吸收增加草酸、植酸Ca2+不溶性盐Ca2+吸收减少Ca:P=2:1时吸收最佳返回返回下一页下一页、Ca排泄:(肠道及肾)由消化道排出的钙除未吸收的食物钙,还有部分肠道分泌的钙,每日由肾小球滤出约10g。其中约一半在近曲小管被重吸收,15在髓袢升段被吸收,其余在远曲小管和集合管被吸收。因受血钙浓度的影响,尿中排钙量只占滤过量的 15(约 150 mg)。血钙低于2.4mmolL时,尿中无钙排出。下一页下一页返回返回上一页上一页、3+吸收(肠道):成人每日进食磷约1.01.5g,以有机磷酸酯和磷脂为主。吸收(空肠吸收最快)长期
8、口服氢氧化铝凝胶以及食物中钙、镁、铁离子过多均可形成不溶性磷酸盐而影响磷的吸收。P3+磷酸酶无机磷酸盐返回返回下一页下一页上一页上一页、P3+排泄(肾、粪便):P3+肾小球滤出(约克)肾小管重吸收粪便(30%)返回返回上一页上一页在体内激素的控制下,血浆中的钙、磷维持着相对恒定。甲状旁腺激素(PTH)、1,25(OH)2D3、1,25(OH)2D2以及降钙素是钙、磷及骨代谢的主要调节激素。下一页下一页返回返回返回返回甲状旁腺激素(parathyroid hormone,pH)是甲状旁腺主细胞合成与分泌的一种单链多肽。初合成的是含115个氨基酸残基的前甲状旁腺素原,在粗面内质同去掉N端25个氨基
9、酸残基形成甲状旁腺素原,后者再在高尔基复合体内从N端去掉一个6肽,形成84个氨基酸残基的PTH,分子量 9500。返回返回下一页下一页的合成与分泌受细胞外液Ca2+浓度的负反馈调节,血钙浓度降低可促进合成与分泌;血钙浓度增高则抑制合成与分泌。血钙在.33.9mmolL范围内与分泌呈负相关关系。在库普弗细胞及肾小管细胞内均可被分解为N端和C端两个片段,N片段具有活性,可被肝细胞、肾及骨组织摄取,C片段无活性,分子中间部分具有免疫原性。返回返回下一页下一页上一页上一页PTH是维持血钙正常水平最重要的调节激素,它有升高血钙、降低血磷和酸化血液等作用,其主要靶器官是骨、肾小管,其次是小肠粘膜等。PTH
10、作用于靶细胞膜上受体 ,活化腺苷酸环化酶系统,增加胞浆内cAMP及焦磷酸盐浓度。cAMP能促进线粒体Ca2+转运入胞浆;焦磷酸盐则作用于细胞膜外侧,使膜外侧的Ca2+进入细胞。共同导致胞浆内Ca2+浓度增加,激活细胞膜上的“钙泵”,将 Ca2+主动转运至细胞外液,导致血钙升高。返回返回上一页上一页骨是最大的钙储备库,PTH总的作用是促进溶骨,升高血钙。PTH可在数分钟到数小时内引起骨钙动员,使密质骨中的钙释放人血,此种作用迅速但不持久。数小时至数日内,PTH可促进前破骨细胞和间质细胞转化为破骨细胞,使破骨细胞数目增加,导致溶骨和骨钙的大量释放。PTH对破骨细胞的作用是通过升高细胞内Ca2+浓度
11、,进而促使溶酶体释放各种水解酶;抑制异柠檬酸脱氢酶等酶活性,使细胞内异柠檬酸、柠檬酸、乳酸、碳酸及透明质酸等酸性物浓度增高,促进溶骨;此外,胶原酶活性也显著升高。这均有利于溶骨作用。返回返回主要是促进磷的排出及钙的重吸收,进而降低血磷,升高血钙。它作用于肾远曲小管和髓袢上升段以促进钙的重吸收;抑制近曲小管及远曲小管对磷的重吸收。返回返回PTH能升高肾25(OH)D31羟化酶活性,从而促进高活性的l,25(OH)2D3的生成。返回返回PTH促进小肠对钙和磷的吸收,这一作用是促肾生成 1,25(OH)2D3的继发效应。1,25(OH)2D3可促进小肠对钙和磷的吸收。返回返回维生素 D(vitami
12、n D,VitD)为类固醇衍生物,具有抗佝偻病的作用,又称钙(骨)化醇。已知族维生素有6种,它们结构相似,仅侧链不同。其中(麦角钙化醇)和(胆钙化醇)较为重要。维生素D和D具有相同的生理作用,而且都必须在体内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,肝和肾是维生素D活化的主要器官。返回返回下一页下一页肝细胞微粒体:返回返回VitD3VitD325羟化酶NADPH、O2、Mg2+25(OH)D3特异的 球蛋白肾肾小管上皮细胞线粒体25(OH)D3-12-羟化酶系1,25(OH)2D3(活性维生素D)负反馈PTHCT促进抑制正反馈25(OH)D324羟化酶1,24,25(OH)3D3防
13、止维生素中毒下一页下一页维生素来源:食物日光照射后在皮下由7脱氢胆固醇转变生成维生素存在形式:大部分与蛋白结合少量以游离形式存在,游离维生素才能发挥作用返回返回上一页上一页 1,25(OH)2D3具有促进十二指肠对钙的吸收及空肠、回肠对磷的吸收和转运的双重作用,即促进肠粘膜细胞膜对钙通透,细胞内的结合及转运。Ca2+1,25(OH)2D3细胞内钙线粒体钙结合蛋白Ca2转运至基膜的钙泵上Ca2+输送至血液Na+Ca2+交换体系返回返回1,25(OH)2D3对骨的直接作用是促进溶骨,并与PTH协同作用,既加速破骨细胞的形成,增强破骨细胞活性,促进溶骨;亦通过促进肠管钙、磷的吸收,使血钙、血磷水平增
14、高以利于骨的钙化。返回返回1,25(OH)2D3促性肾小管上皮细胞对钙、磷的重吸收,其机制也是上调细胞内钙结合蛋白的表达。返回返回降钙素(calcitonin,CT)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。CT在初合成时是含136个氨基酸残基、分子量15000的前体物.此前体物中还含有一个称为降钙蛋白(katacalcin)的21肽片段。当血钙增高时,CT与降钙蛋白等分子分泌,降钙蛋白能增强CT降低血钙的作用。血钙低于正常时,CT分泌减少。CT作用的靶器官主要是骨和肾。返回返回抑制被骨细胞生成及活性,从而抑制骨基质的分解和骨盐溶解。还
15、可使间质细胞转变为成骨细胞,促进骨盐沉积,降低血钙。返回返回抑制肾小管对钙、磷的重吸收,以增加尿钙、尿磷,降低血钙、血磷。返回返回甲状旁腺激素相关蛋白(PTHrP),由肿瘤细胞分泌后作为内分泌激素作用于靶组织(骨骼和肾)引起高钙血症 PTHrP基因位于染色体12 上,与染色体11的H基因明显不同,139个氨基酸的PTHrP的端前13个氨基酸中有8个与H同源PTHrP mRNA编码三种同功型的 PTHrP。PTHrP可导致高钙血症和低磷血症以及增加尿cAMP、与原发性甲状旁腺功能亢进病人比较,PTHrP引起高钙血症的病人1,25(OH)D水平更低,多见代谢性减中毒而不是高氯性代谢性酸中毒。返回返
16、回返回返回第二节钙和磷代谢紊乱第二节钙和磷代谢紊乱返回返回钙代谢异常表现为血清总钙和或游离钙水平异常升高或低下。正常成人血清总钙参考范围为2.252.75mmolL,游离钙参考范围为0.941.26 mmolL。返回返回下一页下一页返回返回常见病因:低钙血症(hypocalcemia),血清总钙浓度可因清蛋白结合部分或游离部分的减少而导致降低,游离钙的减少通常是由于维持血清钙各种存在形式间分配的生理机制破坏而引起。返回返回慢性肝病、肾病综合征、充血性心衰以及营养不良均可造成低清蛋白血症。此时,虽然血清总钙降低,但直接检测游离钙多正常。返回返回 肾脏损害肾脏所至的慢性肾功能衰竭使1,25(OH)
17、D生成不足,导致低钙血症,并可因此持续增加 的分泌,影响骨代谢而发生骨病。返回返回H分泌不足。假性甲状旁腺功能减退,分泌正常,而对H反应的靶组织受体异常。返回返回可因吸收不良或不适当饮食,加上暴露于阳光下太少。对于成人,可发生软骨病,儿童可患佝倭病。返回返回并发高磷血症,升高的血磷破坏了钙、磷间的正常比例,使血钙降低。并发镁缺乏,可因干扰PTH分泌,并影响其在骨和肾的活性,导致低钙血症。返回返回高钙血症在临床常见,但多无特征性症状而只能通过血钙测定发现。高钙血症常见于:钙溢出进人细胞外液(如癌肿时骨矿物质过度被吸收);肾对钙重吸收增加(如应用噻嗪类药物);肠道对钙吸收增加(维生素D中毒);骨骼
18、的重吸收增加(固定不能活动);原发性甲状旁腺功能亢进,H过度分泌。原发性甲状旁腺功能亢进是门诊高钙血症病人最常见的原因,住院病人中高钙血症多见于恶性肿瘤。这两种病因占所有高钙血症的9095。恶性肿瘤病人中有1020可出现HHM。返回返回常见病因:返回返回血清无机磷浓度低于 0.81mmol/L被称为低磷血症,血磷浓度在 0.480.77mmol/L之间为中等偏低,除慢性骨软化症或佝偻病所致者外,通常没有临床症状。血磷低于0.48mmol/L,才会出现临床症状。返回返回下一页下一页常见的低磷血症病因有:磷向细胞内转移(输注葡萄糖,高营养治疗,使用胰岛素或呼吸性碱中毒)。肾磷酸盐阈值降低(原发性或
19、继发性甲状旁腺功能亢进,肾小管缺损性家族性低磷血症)。肠道磷酸盐的吸收减少(如呕吐、腹泻丢失或与口服制酸剂结合;吸收减少如吸收障碍综合征、维生素D缺乏)。细胞外磷酸盐丢失(酮症酸中毒、乳酸中毒)。返回返回上一页上一页高磷血症指血清无机磷浓度高于1.45rnmolL。常因肾脏排泌磷酸盐的能力不足而致,其他引起的因素与吸收增加或磷酸盐从组织进入到细胞外液等有关。儿童因为生长激素分泌较多,比成人血磷浓度更高。返回返回肾小球滤过率降低,如急、慢性肾功能衰竭;肾小管重吸收增加,如甲状旁腺功能减退(H缺乏)、假性甲状旁腺功能减退(PTH耐受)、肢端肥大症(高血清水平的生长激素)以及用依替磷酸二钠治疗。返回
20、返回经口或静脉补给磷酸盐药或使用含磷酸盐的缓泻剂和灌肠液。返回返回乳酸酸中毒、呼吸性酸中毒或糖尿病酮症;细胞溶解,如横纹肌溶解、血管内溶血、细胞毒性抗癌药治疗、白血病及淋巴瘤。返回返回第三节镁代谢及其异常第三节镁代谢及其异常镁在人体内总量约为2128g,Mg为体内含量较多,功能广泛的重要阳离子之一。体内的镁可分为细胞内(骨及多种组织细胞中)和细胞外(细胞外液中)两部分。返回返回一、镁的生理功能细胞内与细胞外镁具有不同的生理、生物化学功能。骨骼是镁的主要储备库。返回返回1是300多种酶的辅助因子,广泛参与各种生命活动。Mg 与ATP分子的 和一磷酸基构成螯合物,降低ATP分子的电负性,参与一切需
21、要ATP的生物化学反应。2参与酶底物形成,如 MgATP和 MgGTP。3Mg 是许多酶系统的变构效应激活因子,如腺苷酸环化酶、NaKATP酶(NaKATPase)、CaATP酶、磷酸果糖激酶以及肌酸激酶等都需要镁的激活。鸟嘌呤核苷酸调节蛋白Gs和Gi活化亦需Mg参与。4 Mg在氧化磷酸化、糖酵解、细胞复制、核着酸代谢以及蛋白生物合成中起着重要作用。返回返回细胞外液镁仅占总镁含量的 1,以三种形式存在。正常人血镁参考范围为0.751.0mmolL。约55%的镁是游离的,30%与蛋白结合,15与阴离子形成复合物。细胞外镁的主要功能是:细胞内镁的来源;降低神经、肌肉兴奋性。血清Mg浓度减少将降低神
22、经兴奋阈值,增加神经传导速度;Mg 在突触前的神经末梢竞争性抑制 Ca的进入,影响神经递质在神经肌肉连接点的释放。血清镁浓度减少会导致神经肌肉应激性增加。因此,Mg与体内蛋白质、核酸、酶的结构、代谢与功能,正常神经、肌肉功能的维持,都有密切关系,在维持机体内环境的稳定和维持机体正常生命活动中起着重要作用。返回返回二、镁的代谢1.来源:除脂肪以外的所有动物组织及植物性食品中。2.日摄入量:约为250mg,其中23来自谷物和蔬菜。3.吸收:小肠对镁的吸收是主动转运过程,部位主要在回肠。每日镁的吸收量约27.5mg/kg体重。消化液中含有大量的镁,成人每日可从消化液中回收约35mg的镁。返回返回下一
23、页下一页4.排泄:肾是体内镁的主要排泄器官。5.存在:有核细胞中存在的镁约80%存在于肌肉中,肌肉是维持镁平衡的重要组织。急性镁缺乏所引起的低镁血症下波及肌肉镁,慢性镁缺乏病人虽然血镁在正常范围,但肌肉镁显著降低。急、慢性高镁血症时肌肉镁均不增加。红细胞中的镁约为血清镁的3倍,故测血清镁时应防止溶血。肾小球滤过肾小管(特别是髓袢)重吸收2%5%由尿排出返回返回上一页上一页镁缺乏非常普遍,住院病人中约10%和重症监护中心约65%的病人有缺镁,中等及严重镁缺乏通常因胃肠道及肾脏的丢失。在上段胃肠道液中镁的含量为0.5mmol/L。因此,呕吐、胃肠减压可导致大量镁的丢失。更常见的是镁从下段肠道的丢失
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