钙磷代谢及微量元素
2012-04-17 12:03:24 来源:37度医学网 作者: 评论:0 点击:
晶,总的表面积可达100平方米,体液中其他离子如Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、HCO3-、 F-,柠檬酸根等可吸附在羟磷灰石的晶格之间。骨晶性质稳定,不易解离,但在其表层进行离子交换的速度较快。
骨中镁离子占体内镁离
子总量的50%,骨中钠离子也占体内钠离子总量的35%,而且大部分钠易于交换。所以骨 骼不仅是身体的支持组织,也是贮存大量钙、磷、钠、镁的器官,在维持体液电解质浓度的稳定性上具有重要作用。此外,骨盐中的Ca2+还可与体液中的H+交 换,当体液中[H+]增多(酸中毒)时,由于Ca2+H+交换,可致骨盐溶解。
骨基质包括胶原和非胶原化合物。胶原约占90%以上。非胶原蛋白中含量较多的是骨钙素 (osteocalcin)和骨连接素(osteonectin)。骨钙素为一种依赖维生素K的小分子酸性蛋白质,分子量约6000,其谷氨酸残基在γ位 羧化为γ-羧基谷氨酸,与羟磷灰石、Ca2+有很高亲和力、骨连接素是附着于胶原的一种糖蛋白,易与羟磷石结合,可能作
为骨盐沉积的核心。
(二)成骨作用与钙化
骨的生长、修复或重建过程,称为成骨作用(osteogenesis)。成骨过程中,成骨细胞先合成胶原和糖白多糖等细胞间质成分,形成所谓“骨样质”(osteoid),继后骨盐沉积于骨样质中,此过程称为钙化(calcification)。
关于钙化的机理,尚未完全阐明,研究表明下列变化可能参与和影响骨盐的沉积:
(1)电镜下可见成骨细胞表面突起形成很多囊泡。囊泡膜富含类脂并具有很高的碱性磷酸酶活性,可水解基质中多 种磷酸酯,使无机磷浓度升高。囊泡中富含丝氨酸磷酯,能与Ca2+紧密结合,故能有效摄取周围基质中Ca2+。此外,成骨细胞具有钙泵作用,可从周围间隙 中浓集钙。这些因素共同作用,使骨组织钙化局部Ca2+和HPO42-升高,使[Ca]×[P]积升高,利于钙盐的沉积。
(2)正常血中存在钙化抑制物,如焦磷酸盐(pyrophosphate),而成骨细胞囊泡中的磷酸酶可水解焦磷酸盐,一方面解除其抑制作用,另一方面提供了充分的无机磷作为骨盐沉着的原料。
(3)基质中的骨连接素可能提供羟磷灰石结晶形成的“晶核”,促使羟磷石结晶的形成。骨钙素则可直接结合羟磷灰石,避免羟磷灰石在局部堆积,使之有规律地沉积于胶原上。
(4)实验表明,胶原纤维的成熟和骨样组织的正常,是骨盐沉着的重要前提。
骨的生成和钙化是一个复杂的生物过程,受多种因素的影响和调节,此方面的研究正在深入进行,并取得了一些可喜的进展。如发现了多种与骨生成相关的蛋白及细胞因子等。
(三)溶骨作用与脱钙
骨在不断的新旧更替之中,原有旧骨的溶解和消失称为骨的吸收(bone resorption)或溶骨作用(osteolysis)。溶骨作用包括基质的水解和骨盐的溶解,后者又称为脱钙(decalcification)。 溶骨作用同成骨作用一样,是通过骨组织细胞的代谢活动完成的。溶骨作用主要由破骨细胞引起,可分为细胞外相和细胞内相两相完成。
破骨作用起始于细胞外。破骨细胞通过接触骨面的刷状缘,溶酶体释放出多种水解酶类,如胶原酶可水解胶原纤维, 糖苷酶水解氨基多糖。同时,破骨细胞通过糖元分解代谢产生大量乳酸,丙酮酸等酸性物质扩散到溶骨区,使局部酸性增加,促使羟磷灰石从解聚的胶原中释出。破 骨细胞产生柠檬酸能与Ca2+结合形成不解离的柠檬酸钙,降低局部Ca++的浓度,从而促进磷酸钙的溶解。继后,多肽、羟磷灰石等经胞饮作用进入破骨细 胞,并与溶酶体溶合形成次级溶酶体。在此多肽水解为氨基酸、羟磷灰石转变为可溶性钙盐。最后,氨基酸、磷及Ca2+从破骨细胞释放入细胞外液,再入血,可 参与血磷、血钙的组成。因骨的有机质主要为胶原,溶骨作用增强时,血及尿中羟脯氨酸增高。因此可将血及尿中羟脯氨酸的量作为溶骨程度的参考指标。
正常成人,成骨与溶骨作用维持动态平衡,每年骨的更新率约1?%。骨骼发育生长时期,成骨作用大于溶骨作用。 而老年人则骨的吸收明显大于骨的生成,骨质减少而易发生骨质疏松症(osteoporosis)。骨盐在骨中沉积或释放,直接影响血钙、血磷水平,在平时 骨中约有1%的骨盐与血中的钙经常进行交换维持平衡,因此血钙浓度与骨代谢密切相关。
四、钙磷代谢的调节
体内钙、磷代谢的平衡主要由甲状旁腺素、1,25-(OH)2D3和降钙素来调节。
(一)甲状旁腺素(Parathormone,PTH)
1.合成及分泌
甲状旁腺素是由甲状旁腺主细胞合成和分泌的一种单链多肽激素,成熟PTH含84个氨基酸残基,分子量约为9500。是维持血钙恒定的主要激素。
PTH的合成遵循典型的胞内多肽合成途径。首先合成的是含115个氨基酸的前甲状旁腺激素原(Pre Pro PTH)。在粗面内质网切除N端25个氨基酸的信号肽,降解为激素原(Pro PTH),含90个氨基酸残基,无生理活性。Pro PTH在高尔基体中进一步切去N端6个氨基酸残基,组装为成熟的、具生物活性的PTH分泌颗粒。(图12-4)。
图12-4 PTH及其前体的合成、分泌及代谢
完全相同的生物活性。主要受体结合位点在1-6,它的切除会导致全部生物活性丧失。C-未端片断不具有生物活性,但决定PTH的免疫原性,这在PTH放射免疫测定时应注意。
PTH在血液中的半衰期仅数分钟,甲状旁腺细胞内PTH的储存亦有限。因而,分泌细胞不断进行PTH的合成及 分泌。血钙是调节PTH水平的主要因素,血钙不仅调节PTH的分泌,而且影响PTH的降解。低血钙的即刻效应(几秒钟内)是刺激贮存的PTH的释放,而持 续作用主要是抑制PTH的降解速度。后者是调节外周血PTH水平的主要机制。当血Ca2+水平下降时,体内PTH降解速度减慢,血中PTH水平增高。此 外,1,25-(OH)2D3与PTH分泌也有关系,当血中1,25-(OH)2D3增多时,PTH的分泌减少,降钙素则可促进PTH分泌。一方面是通过降低血钙的间接作用,另一方面可直接刺激甲状旁腺分泌PTH。
(二)生理作用PTH作用的靶器官是肾脏,骨骼和小肠。PTH作用于靶细胞膜
上腺苷酸环化酶系统,增加胞浆内cAMP及焦磷酸盐(PPi)的水平。前者促进线粒体内Ca2+向胞浆透出, 后者则作用于细胞膜外侧,增加Ca2+向细胞内透入,使细胞浆Ca2+浓度升高,于是细胞膜上的“钙泵”被激活,将Ca2+大量输送到细胞外液。PTH作 用的总效应是升高血钙。
1.对骨的作用 PTH具有促进成骨和溶骨的双重作用。实验研究表明小剂量PTH可促进成骨作用,而
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