Gospodarka mineralna ustroju

Metody oznaczania i znaczenie diagnostyczne:

• wapnia,

• fosforu nieorganicznego,

• magnezu,

• żelaza.

Zawartość wapnia ustroju

Zawartość wapnia w ustroju człowieka wynosi około 20-25 g/kg beztłuszczowej m.c.

Prawie cały wapń znajduje się w przestrzeni pozakomórkowej:

99,85% - w kościach,

0,05% - w płynie pozakomórkowym,

Płyn śródkomórkowy zawiera zaledwie 0,1% ogólnoustrojowego wapnia.

Tylko 1% wapnia odkładanego w kościach jest szybko wymieniany, ta frakcja wapnia kośćca tworzy z wapniem płynu pozakomórkowego tzw. Szybko wymienialną pulę wapniową.

Regulacja kalcemii

W stanach fizjologicznych kalcemia jest wypadkową interakcji trzech procesów:

1. wchłaniania wapnia z przewodu pokarmowego,

2. wydalania wapnia z moczem

3. odkładania lub uruchomienia wapnia w kośćcu

Regulacja metabolizmu wapnia i fosforanów w organizmie człowieka

Hormon	Kości	Nerki	Jelito
PTH	⇑ resorpcji Ca^2+ ⇑ resorpcji PO4^3-	⇑ resorpcji Ca^2+ ⇓resorpcji PO4^3-	⇑ wchłaniania Ca^2+ ⇑ wchłaniania Mg^2+ ⇑ wchłaniania PO4^3-
Witamina D3	⇑ resorpcji Ca^2+ ⇑ resorpcji PO4^3-	⇑ resorpcji Ca^2+ ⇑ resorpcji PO4^3-	⇑ wchłaniania Ca^2+ ⇑ wchłaniania Mg^2+ ⇑ wchłaniania PO4^3-
Kalcytonina	⇓ resorpcji Ca^2+ ⇓ resorpcji PO4^3-	⇓ resorpcji Ca^2+ ⇓ resorpcji PO4^3-	Nie wpływa

Wapń występuje w surowicy w trzech postaciach:

1. wapń zjonizowany

(stanowiący 40-50%, średnio 45% ogólnego stężenia Ca)

2. związany z substancjami drobnocząsteczkowymi (skompleksowany)

(cytryniany, fosforany, siarczany, itp.), przesączalny przez błony dializacyjne (stanowi średnio 14%)

3. wapń związany z białkami

(stanowi 35-45%, średnio 41% ogólnego stężenia wapnia w surowicy).

Stężenia wapnia całkowitego w surowicy krwi:

2,25 - 2,75 mmol/l (9-11 mg/dl)

Stężenie wapnia zjonizowanego w surowicy krwi:

0,95 - 1,3 mmol/l (3,8-5,2 mg/dl)

Stężenie wapnia w surowicy krwi zależy od:

• wieku,

• płci,

• pory roku.

Czynniki wpływające na stężenie wapnia w surowicy:

• stężenie białek w surowicy

• wielkość kalcemii należy skorygować o wartość wynikającą z nieprawidłowej proteinemii,

• obecnie preferuje się oznaczanie stężenia wapnia zjonizowanego (łatwe i tanie)

• stężenie sodu w osoczu

• hiponatremia poniżej 120 mmol/l wywołuje wzrost wapnia związanego z białkami (mierna hiperkalcemia)

Wapń skorygowany

⇑ stężenia albuminy ⇒ ⇑ stężenia Ca

Ca^2+ skoryg. = Ca^2+ ozn. + 0,02 x (40-albumina ozn.)
mmol/l	mmol/l	g/l

⇑ pH ⇒ ⇓ stężenia Ca²⁺

Ca²⁺ = 0,45 x Ca całk.

Ca^2+ skoryg. = Ca^2+ ozn. + 0,5 x (7,40 - pH akt.)
mmol/l	mmol/l

Hiperkalcemia

Stężenia wapnia całkowitego w surowicy krwi >2,75 mmol/l (>11 mg/dl),

wapnia zjonizowanego >1,3 mmol/l (>5,2 mg/dl).

Przyczyny hiperkalcemii

1. nadmierne uruchomienie wapnia z kości:

• nowotwory,

• pierwotna nadczynność gruczołów przytarczycznych,

• unieruchomienie chorego,

Upośledzone wydalanie wapnia z moczem:

• diuretyki taizydowe,

• wzmożone wchłanianie wapnia z przewodu pokarmowego:

• przedawkowanie witaminy D lub A,

• ziarniniaki wytwarzające 1,25(OH)₂D₃,

• niedobór glikokortykosteroidów,

• współdziałanie wymienionych czynników

Wzrost stężenia wapnia u chorych z nowotworami może być uwarunkowany wydzielaniem przez tkankę nowotworową:

• PTH lub substancji PTH-podobnych,

• prostaglandyn PGE2,

• cytokin, określanych jaki czynnik aktywujący osteoklasty (IL-1, IL-6, TNF-alfa, TNF-beta)

• transformującego czynnika wzrostu (TGF) lun uwarunkowany:

• niszczeniem struktury kostnej przez pierwotne nowotwory kości.

Przełom hiperkalcemiczny - Ca>4,0-4,25 mmol/l (>16-17 mg/dl)

Zespół objawów chorobowych charakteryzujący się:

• znacznym odwodnieniem ustroju uwarunkowanym wymiotami i wielomoczem,

• zapaścią,

• obrzękiem płuc,

• zaburzeniami orientacji, sennością i śpiączką.

Hipokalcemia

Stężenie wapnia całkowitego w surowicy krwi <2,25 mmol (<9 mg/dl),

wapnia zjonizowanego <0,95 mmol/l (<3,8 mg/dl)

Przyczyny hipokalcemii

1. upośledzenie biosyntezy PTH (niedoczynność gruczołów przytarczycznych) lub uszkodzenie receptora dla PTH,

2. zaburzenia gospodarki witamina D

• niedobór witaminy D,

• upośledzenie 25-hydroksylacji lub (i) 1-hydroksylacji witaminy D,

• pierwotne zaburzenia gospodarki wapniowej,

• hiperfosfatemia,

• leki,

• zaburzenia gospodarki magnezowej.

Przemiana fosforu

Zawartość fosforu w ustroju ludzkim wynos ci 11-14 g/kg m.c.

Rozmieszczenie fosforu:

• 86% fosforu ogólnoustrojowego znajduje się w przestrzeni pozakomórkowej,

• 85% - w kościach,

• 1% - w płynie pozakomórkowym,

• 14% - w płynie sródkomórkowym.

W surowicy krwi występują fosforany nieorganiczne oraz ich estry (fosfolipidy)

Stężenie fosforanów nieorganicznych w surowicy wynosi 0,9-1,6 mmol/l. Jest nieco większe u dzieci (do 1,9 mmol/l) oraz nieco większe u kobiet niż mężczyzn.

Przyczyny hipofosfatemii

1. niedostateczna podaż fosforanów,

2. niedostateczne wchłanianie fosforanów z przewodu pokarmowego,

3. nadmierne przemieszczenie fosforanów do komórek albo układu kostnego,

4. nadmierna utrata fosforanów przez nerki,

5. współdziałanie wymienionych czynników.

Przyczyny hiperfosfatemii

1. wzmożone wchłanianie fosforanów z przewodu pokarmowego,

2. nadmierne uwalnianie się fosforanów z rozpadających się tkanek,

3. zmniejszone wydalanie fosforanów z moczem,

4. inne przyczyny

Przemiana magnezu

Zawartość w ustroju

Organizm dorosłego człowieka zawiera około 24g magnezu:

• połowa tej ilości znajduje się w kościach,

• 1% w płynie pozakomórkowym,

• pozostała ilość (≈50%) w tkankach miękkich, głównie śródkomórkowo.

Tylko około 16% ustrojowego magnezu jest wymienialne.

Magnez w osoczu występuje w postaci:

• nieprzesączalnej - związanej głównie z albuminami (20-30%)

• przesączalnej - głównie zjonizowanej (70%) oraz związanej z kompleksami (5%)

Prawidłowe stężenie MG w surowicy krwi wynosi 0,8-1,2 mmol/l (śr. 1,0),

magnezu zjonizowanego 0,6-0,6 mmol/l (70%)

Nerki odgrywają najważniejszą rolę w utrzymaniu względnie stałego stężenia magnezu we krwi.

W warunkach ograniczonej podaży Mg w pokarmach nerki wykazują dużą zdolność zachowywania (oszczędzania) tego pierwiastka.

• stężenie magnezu w surowicy nie zawsze jest zmniejszone w tanach niedoboru tego pierwiastka,

• dlatego magnezemia nie może być ścisłym miernikiem bilansu magnezowego,

• uważa się, że lepszym wskaźnikiem niedoboru magnezu w ustroju, niż jego stężenie we krwi, jest wydalanie tego pierwiastka z moczem po podaniu dożylnym lub zawartość Mg w krwinkach czerwonych lub leukocytach.

Przyczyny hipomagnezemii

1. niedostateczna podaż Mg w pokarmach

• przewlekły alkoholizm,

• długotrwałe żywienie pozajelitowe,

• dług energetyczny i białkowy,

• niedostateczne wchłanianie Mg

• z przewodu pokarmowego,

• zespół wadliwego wchłaniania,

• rozległa resekcja jelita cienkiego,

• nadmierna utrata Mg z wydzielinami i wydalinami ustrojowymi:

• długotrwałe odsysanie treści żołądkowej,

• przewlełe stosowanie środków przeczyszczających itd.

• nadmierna utrata Mg przez nerki:

• stosowanie leków moczopędnych

• pierwotny hiperaldosteronizm,

• przemieszczenie Mg do kości (po usunięciu gruczolaka gruczołów przytarczycznych) i do komórek (np. u chorych na cukrzycę).

Przyczyny hipermagnezemii

• niedostateczne wydalanie Mg przez nerki (niewydolność nerek w fazie skąpomoczu, itd.),

• nadmierna podaż soli magnezu,

• nadmierne wchłanianie Mg z przewodu pokarmowego,

• znaczne odwodnienie organizmu.

Metabolizm żelaza w organizmie

Żelazo jest składnikiem:

1. hemoprotein:

• hemoglobina,

• mioglobina,

• cytochromy,

• oksydaza cytochromowa,

• katalaza,

• peroksydaza,

• flawoprotein (białka nie zawierające hemu):

• dehydrogenza bursztynianiowa,

• dehydrogenaza ksantynowa,

• dehydrogenaza NADH,

• akonitaza.

Rozmieszczenie żelaza w organizmie

hemoglobina	62 - 66%
mioglobina	4,4 - 5%
ferrytyna i hemosyderyna	19 - 25%
transferyna osoczowa i pozaosoczowa	0,14 - 0,17%
cytochromy i inne enzymy	0,7%
inne związki	ok. 0,05%

Rola żelaza w organizmie

Jako dodatkowy czynnik lub kofaktor bierze udział w licznych przemianach metabolicznych organizmu, w:

• syntezie i katabolizmie niektórych hormonów,

• wytwarzaniu limfokin i innych substancji istotnych dla czynności limfocytów T,

• wytwarzaniu związków bogatoenergetycznych,

• procesie fagocytozy,

• syntezie kolagenu,

• czynności detoksykacyjnej wątroby,

• termogenezie, itp.

Udziałem żelaza w czynności tak wielu komórek i narządów można tłumaczyć:

• bogatą symptomatologię choroby,

• złe tolerowanie niedoboru tego pierwiastka przez organizm.

Zawartość żelaza w organizmie

Organizm dorosłego człowieka zawiera 3,5 - 4,2 g żelaza, z tej ilości:

• ok. 3g potrzebne jest do prawidłowych procesów metabolicznych,

• pozostała część stanowi rezerwę czynnościową znajdującą się z ferrytynie i hemosyderynie:

• u mężczyzn rezerwa ta wynosi ok. 1g

• u miesiączkujących kobiet znacznie mniej 0,3-0,5g (grupa szczególnie narażona na rozwój niedokrwistości syderopenicznej)

źródła żelaza

żelazo zużywane do syntezy hemoglobiny pochodzi z dwóch źródeł:

1. z pokarmów,

2. z rozpadu starych krwinek czerwonych.

Ad. 1

• w przeciętnej diecie dziennej znajduje się 10-15 mg żelaza w postaci hemowej i niehemowej,

• z tej ilości wchłania się do krwi średnio 10% z tym, że:

• żelazo hemowe wchłania się w ok. 22%,

• a niehemowe w zaledwie 2-5%.

Żelazo jest uwalniane ze związków organicznych w żołądku i w kwaśnym środowisku jest w znacznej części przeprowadzane z postaci Fe³⁺ do Fe²⁺.

• Fe³⁺ tworzy w alkalicznym środowisku nierozpuszczalne kompleksy niewchłanialne w dalszych częściach przewodu pokarmowego,

• tylko rozpuszczalna postać żelaza może przejść do komórek błony śluzowej jelita cienkiego,

• mukopolisacharydy znajdujące się w soku żołądkowym tworzą rozpuszczalne związki z żelazem, przechodząc do dwunastnicy, co chroni część Fe³⁺ przed wytrącaniem się jego niewchłanialnych strątów w środowisku alkalicznym.

Cząsteczki hemu dostają się do komórek nabłonka błony śluzowej dwunastnicy i górnego odcinka jelita cienkiego, gdzie żelazo zostaje uwolnione z pierścienia hemowego przy udziale oksydazy hemowej lub oksydazy kasntynowej.

W enterocytach żelazo wiąże się z ferrytyną.

• część komórek przekazuje żelazo dysocjujące z ferrytyny do łożyska naczyniowego

• część komórek wypełnionych żelazem zastaje złuszczonych do światła jelita, skąd żelazo zostaje wydalone.

• w mechanizmie wydalania nadmiaru żelaza biorą też udział makrofagi, które mogą przechodzić do światła jelita lub wydalać ferrytynę na zewnątrz

• mechanizmy te mają duże znaczenie w obronie przed przeciążeniem ustroju żelazem pochodzącym z przewodu pokarmowego

Żelazo wchłonięte do krwi łączy się z białkiem transportującym - transferyna ( syderofina):

- jedna cząsteczka transferyny wiąże 2 atomy Fe³⁺

- w warunkach prawidłowych tylko 1/3 krążącej we krwi transferyny jest wysycona żelazem

Transferyna związana z żelazem jest wychwytywana przez erytroblasty zawierające na swojej powierzchni swoiste receptory dla fransferyny (ok. 50 000 receptorów na 1komórce)

- po związaniu transferyny z receptorem erytroblastu następuje endocytoza całego związku do lizosomów

- po czym odłączone żelazo zostaje związane z mitochondriami komórki

- a cząsteczka transferyny bez żelaza, czyli appotransferyna wydostaje się na zewnątrz do krążenia ogólnego

- żelazo Fe2+ zostaje przyłączone do protoporfiryny w czasie ostatniego etapu syntezy hemu przy udziale chelatazy żelazowej

- przeniesienie żelaza ze struktur subkomórkowych do hemu wewnątrz erytroblastu odbywa się za pośrednictwem ferrytyny

Ad 2 )

Żelazo pochodzące z rozpadu erytrocytów dostaje się do makrofagów gdzie zostaje zmagazynowane w postaci związanej z ferrytyną.

Ferrytyna z makrofagów znajdujących się w szpiku przedostaje się przez błonę komórkową do wnętrza erytroblastów w procesie tzw. rofeocytozy.

Przyczyny nadmiaru żelaza w organizmie

1. Niedokrwistośc hemolityczna

2. Niedokrwistośc plastyczna

3. Zespół mielodysplastyczny

4. Nadmierna podaż ( jatrogenna)

5. Ostre uszkodzenie hepatocytów ( np. w zapaleniu wątroby typu B )

Przyczyny niedoboru żelaza w organizmie

1. Niedobór żelaza w pokarmach

2. Zmniejszenie wchłaniania w takich stanach jak:

• bezkwaśność soku żołądkowego

• zapalenie błony śluzowej żołądka

- stan po resekcji żołądka

3. Nadmierna utrata żelaza na skutek :

- obfitych miesiączek

- krwawienia z przewodu pokarmowego

- krwawienia z dróg moczowych

- zespołu złego wchłaniania

4. Zwiększone zużycie w :

- ciąży

- okresie laktacji

- przypadku szybkiej regeneracji układu krwiotwórczego

- okresie pokwitania

5. Postać samoistna

Okresy w rozwoju niedoboru żelaza

1. Utajony niedobór żelaza w magazynach ustrojowych

2. Niedobór żelaza dostępnego dla erytrocytów

3. Niedokrwistość z niedoboru żelaza

Te stopnie niedoboru żelaza nazywane są również: okresem przedutajonego, utajonego i jawnego niedoboru żelaza.

Faza pierwsza to zubożenie magazynów Fe bez zmiany stężenia Fe w surowicy krwi.

Ten okres niedoboru można wykryć badając:

- obecność syderoblastów w biopsji aspiracyjnej szpiku kostnego

- stężenie ferrytyny w surowicy krwi ( zwykle poniżej 10 mikro gramów / litr)

Faza druga niedoboru żelaza, wsytępuje gdy postępuje zubożenie magazynów Fe, przy prawidłowych wartościach HGB i MCV. W badaniach biochemicznych obserwuje się;

- zmniejszenie wysycenia trensferyny

- ↑TIBC

- ↓ stężenia Fe w surowicy krwi

- ↑wolnej protoporfiryny w erytrocycie

Przy dalej narastającym niedoborze Fe pojawia się niedokrwistość syderopeniczna. W badaniach laboratoryjnych obserwuje się:

- ↓MCV, MCH, MCHC

- ↓ HBG

Testy służące do oceny metabolizmu żelaza

- oznaczanie stężenia ferrytyny w surowicy krwi

• K 12- 500 μg/l

• M 15- 200 μg/l

- oznaczanie stężenia żelaza w surowicy krwi

• K 70-140 μg/dl

• M 80-150 μg/dl

- oznaczanie całkowitej zdolności wiązania żelaza - TIBC (ang. Total iron binding capacity)

TIBC oznacza całkowitą ilość żelaza, którą może związać transferyna, jest pośrednim pomiarem stężenia transferyny, odzwierciedla stężenie transferyny w surowicy,

- K i M 250-400 μg/dl

- utajona zdolność wiązania żelaza - UIBC (ang. Unsaturated iron binding capacity), oznacza taką ilość żelaza, która jest potrzebna do całkowitego wysycenia transferyny

- oznaczanie stężenia transferyny

- 200-360 mg/dl

- test doustnego obciążenia żelazem (test wchłaniania żelaza, krzywa żelazowa)

- oznaczanie wolnej protoporfiryny w erytrocycie

- oznaczanie stężenia wolnych receptorów dla transferyny

- oznaczanie stężenia żelaza w moczu - test z desferoksaminą

Test doustnego obciążenia żelazem

Cel przeprowadzania testu:

Test przeprowadza się w celu ustalenia, czy niedobór żelaza jest spowodowany zaburzeniami wchłaniania w przewodzie pokarmowym.

Wykonanie badania:

- pobiera się krew na czczo w celu oznaczenia wyjściowego stężenia w surowicy,

- badanemu podaje się doustnie 1g żelaza (np. Ferrum Sulfuricum 5 tabl. A 0,2 lub Ascofer 5 tabl.),

- określa się stężenie żelaza w surowicy po 30 min, 1,3,6,24 godzinach.

Interpretacja wyników:

- fizjologiczne stężenie żelaza po 3 h nie przekracza 2-krotnej wartości wyjściowej,

- w przypadku niedoboru żelaza w surowicy szybko się zwiększa, osiągając po 3h wartości 10-30 x wyższe od stężenia początkowego,

- jężeli wchłanianie jest upośledzone krzywa ma przebieg płaski.

Próba z desferoksaminą

• Oznaczanie żelaza w moczu ma wartość w rozpoznawaniu i różnicowania stanów nadmiaru żelaza.

• Zaburzenia polegające na spichrzaniu żelaza w ustroju można wykryć po podaniu desferoksaminy.

• Próbę tę przeprowadza się po podaniu 1g desferoksaminy domięśniowo.

• 10 mg desferoksaminy wiąże 9,3 mg żelaza.

• Stężenie żelaza ocenia się w moczu dobowym:

- fizjologiczne wydalanie żelaza w teście deferoksamionowym wynosi < 1mg/6h

- przy przeładowaniu żelazem > 3mg/6h

- w pierwotnej hemochromatozie > 10mg/6h

• Badanie to znajduje również zastosowanie w kontroli leczenia deferoksaminą, ponieważ w prosty sposób pozwala ocenić jego skuteczność.

Zmiany stężenia żelaza w surowicy i całkowitej zdolności wiązania żelaza i ich diagnostyczne amplifikacje:

Rodzaj zmiany Najczęstsze przyczyny

↓Fe i ↓TIBC przewlekłe choroby infekcyjne, marskość, reumatoidalne Zapalenie stawów, guzy nowotworowe niekrwotoczne, uremia

↓Fe i ↑TIBC anemia s niedoboru żelaza, trzeci trymestr ciąży, okres karmienia piersią

↑Fe i ↑TIBC zażywanie estrogenów, ostre zapalenie wątroby, karmienia piersią

↑Fe i ↓TIBC hemochromatoza, niedokrwistość hemolityczna

• Poszczególne pierwiastki różnią się pomiędzy sobą wartością potencjału wzbudzenia, dlatego wymagają różnych źródeł wzbudzenia atomów.

• Sód i potas charakteryzują się niskim potencjałem wzbudzenia. Wystarcza więc względnie niska temperatura płomienia dla dokonania pomiaru ich zawartości w badanej próbce.

Metody oznaczania wapnia

Metoda referencyjna oznaczania:

• wapnia całkowitego - spektrofotometria masowo-absorpcyjna

• wapnia zjonizowanego - elektroda jednoselektywna

Metody chemiczne (głównie kompleksometryczne oznaczenie wapnia)

1. metoda z kompleksonem o-krezoloftaleiny

2. metoda z błękitem metylotymolowym (BMT)

3. metoda z ARENAZO III

4. metoda kompleksometryczna z EDTA

5. metoda z GBHA

6. metoda z kwasem chloranilowym

7. metoda manganometryczna

Metody oznaczania magnezu

metoda referencyjna oznaczania:

• magnezu całkowitego - spektrometria atomowo-absorpcyjna

• magnezu zjonizowanego - elektroda jonoselektywna

Metody kolorymetryczne oznaczania magnezu

1. metoda z błękitem ksylidylowym

2. metoda z kalmagitem

3. metoda z błękitem metylotymolowym

4. metoda z żółcienią tytanową

5. metoda z chlorofosfonazo III

Metody oznaczania fosforu nieorganicznego

Jony fosforowe tworzą z molibdenianem amonu w środowisku kwaśnym, w obecności detergentu, fosfomolibdenian amonu. Zmiana obsorbancji mierzona przy długości fali 340 nm jest proporcjonalna do stężenia jonów fosforanowych w próbce.

Większość metod oznaczania fosforu jest modyfikacją w. metody

Podstawa tych metod oznaczania fosforu jest redukcja fosfomolibdenianu do błękitu molibdenowego. Polecanymi środowiskami redukcyjnymi są : kwas askorbinowy, chlorek cynawy, hydrochinon, inne.

Metody oznaczania stężenia żelaza w surowicy krwi

Metody spektrofotometryczne, absorpcyjna spektrometria atomowa, metoda kulometryczna

Metody spektrofotometryczne

1. metoda zalecana przez Międzynarodowy komitet standaryzacji w Hematologii

1. odbiałczanie surowicy i uwolnienie żelaza z połączenia z białkiem

2. redukcja żelaza trójwartościowego do dwuwartościowego

3. połączenie żelaza z chromogenem

2. Metoda Ramsaya

1. Odbiałczanie surowicy, redukcja żelaza i połączenie z chromogenem zachodzi jednocześnie

3. Metoda bezpośrednia

1. Dodawanie chromogenu ze związkiem redukującym żelazo do surowicy nieodbiałczonej

Chromogeny:

• Fenantrolina

• Difenylofenantrolina (Batofenantrolina)

• Chromazurol

• Dipirydol

• Tripirydol

• Tripirydylo-S-triazyna (TPTZ)

• Pirydylo-bis(fenylo-kwas sulfonowy)-triazyna, sól sodowa (ferrozyna)

• Di-pirydylo-metoksyfenylo-pirydyna (DPMP)

• Fenylo-pirydylo-difenylo-triazyna (PPDT)

• Nitroso-PS AP

Absorpcyjna spektrometria atomowa - Metoda kulometryczna

MARKERY OBROTU KOSTNEGO

Proces przebudowy tkanki kostnej - obrót kostny (ang. Bone turnover, remodeling)

Kościotworzenie ↔ Resorpcja kości

Czynniki mające wpływ na obrót kostny:

1. PTH

2. witamina D

3. kalcytonina

4. hormon wzrostu

5. hormony płciowe

6. czynniki wzrostowe

7. cytokiny

8. składniki macierzy kostnej

Tkanka kostna → struktura dwufazowa

- organiczna macierz kostna

- kryształy hydroksyapatytu (składnik nieorganiczny)

Kości występują 3 rodzaje komórek:

- osteocyty

- osteoklasty

- osteoblasty

2 ostatnie należą do metabolizmu kostnego

Osteoklasty

Rola:

- resorpcja tkanki kostnej z wytworzeniem zatok - miejsca ubytku w strukturze tkanki kostnej

- produkcja i wydzielanie m. In. winianoopornej kwaśnej fosfatazy, kolagenaz, proteaz cysternowych

Osteoblasty

Rola:

- synteza białek macierzy kostnej

- wyścielają osteoidem nowopowstałe zagłębienia macierzy kostnej (zatoki)

- produkcja m. in. fosfatazy alkalicznej, osteokalcyny, kolagenu typu I

Proces przebudowy wewnętrznej odbywa się w ściśle określonych miejscach szkieletu zwanych jednostkami przebudowy kości (ang. BRU - bone remodeling unit). Histologicznie jednostkę przebudowy w kości zbitej stanowi osteon, zaś w kości gąbczastej zatoka erozyjna (zatoka Howshipa).

Cykl przebudowy tkanki kostnej

Składa się z następujących po sobie dwóch przeciwstawnych procesów:

1. resorpcji

2. tworzenia - okresu przejściowego spoczynku




W stanie równowagi ilości resorbowanej i tworzonej kości są równe.

RESORPCJA - trwa krótko (kilka - kilkanaście dni) i markery resorpcji są intensywnie uwalniane w stosunkowo dużych ilościach.

TWORZENIE - trwa długo (kilkanaście tygodni) i markery tworzenia uwalniane są w małych ilościach.

Składniki organicznej macierzy kostnej

Kolagen typu I 90% organicznej macierzy kostnej. Pozostałe:

- proteoglikany

- cząsteczki adhezyjne (integryny)

- białka γ-karboksylowane

- czynniki wzrostowe

- osteonektyna

Synteza kolagenu typu I

Syntetyzowany jest przez aktywne osteoblasty w formie:

Preprokolagen - prokolagen- tropokolagen - reaktywne aldehydy wiązania poprzeczne (sieciujące) - pochodne 3-hydroksy-pirydyniowe pirydynoliny i deoksypirydynoliny - dojrzały kolagen

Preprokolagen ma strukturę potrójnej helisy, w której 3 łańcuchy polipeptydowe (2 alfa₁ i 1 alfa₂) tworzą prawoskrętny superheliks. W łańcuchach alfa częściej niż w innych bialkach występują: glicyna, lizyna, prolina i ich hydroksylowane pochodne: hydroksyprolina i hydroksylizyna.

Prokolagen:

1. krótka sekwencja sygnałowa

2. N-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PINP)

3. C-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PICP)

Prokolagen po odcieciu fragmentu sygnałowego jest w postaci prokolagenu uwalniany z komórki. W przestrzeni pozakomórkowej peptydy wydłużające są usuwane N- i C-końców przez zewnątrzkomórkowe enzymy (amino- i kraboksyproteinazy prokolagenu) i w ten sposób powstaje cząsteczka tropokolagenu.

- Ułożenie cząsteczek tropokolagenu we włókna kolagenowe

- oksydacyjna deaminacja (z udziałem oksydazy lizynowej) grup aminowych reszt lizenowych i hydriksylizynowych do aldehydów

- powstają reaktywne aldehydy, które mogą ulegać kondensacji z podobnie powstałymi aldehydami

- wiązania sieciujące (kowalencyjne mostki poprzeczne)

- ostateczne dojrzewanie kolagenu z wytworzeniem pochodnych 3-hydroksy-pirydyniowych:

* pirydynoliny (PYD)

* deoksypirydynoliny (DPD)

- kolagen

Zaburzenia metabolizmu kostnego

W warunkach fizjologicznych: tworzenie kości - resorpcja kości

- osłabienie tworzenia (przy prawidłowej resorpcji) lub nasilenie resorpcji (przy prawidłowym tworzeniu) zmniejszenie się masy kostnej (osteoporoza i inne choroby metaboliczne kości)

Zmiany ilościowe kości ocenia się przy użyciu deoksymetrii rentgenowskiej. Testy biochemiczne pozwalają na badanie dynamiki i kierunku zmian matabolizmu kostnego - badania o charakterze jakościowym.

Biochemiczne markery metabolizmu kostnego

- nowoczesne i wysokospecyficzne wskaźniki procesów resorpcji i kościotworzenia.

Oznaczenie substancji są składnikami macierzy kostnej

1. występują wewnątrz komórek macierzy ( enzymy pochodzą z osteoklastów lub osteoblastów)

2. stanowią fragmenty białkowych elementów strukturalnych kości, lub produkty ich degradacji

3. mogą być składnikami nieorganicznej struktury kostnej (głównie Ca ²⁺)

Na podstawie faz cyklu kostnego markery metabolizmu kostnego dzieli się na wskaźniki:

- kościotworzenia

- resorpcji kości




Markery kościotworzenia

1. frakcja kostna alkalicznej fosfatazy (b-ALP)

2. osteokalcyna (OC, BGP)

3. C-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PICP)

4. N-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PINP)

Markery resorpcji kościotworzenia

1. winianooporna kwasna fosfataza (TRAP)

2. hydroksyprolina OHP)

3. glikozydy hydroksylizynowe (GGHL)

4. pirydynolina i deoksypirydynolina (PYD, DPD)

5. karboksyterminalny telopeptyd kolagenu typu I (ICTP)

6. N-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I (NTX)

7. C-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I (CTX)

8. sjaloproteina kostna (BSP)

Nowoczesne markery obrotu kostnego

Nowoczesne markery obrotu kostnego są:

- cząsteczkami wysoce swoistymi dla metabolizmu tkanki kostnej

- metody ich oznaczania wysoce specyficzne dla tych cząsteczek

Według ustaleń na Światowym Kongresie Osteoporozy 2000 do nowoczesnych markerów obrotu kostnego zalicz się:

- frakcję kostną alkalicznej fosfatazy (b-ALP)

- osteokalcynę (OC)

- N-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PINP)

Nowoczesne markery resorpcji kości

- pirydynolina i deoksypirydynolina (PYD i DPD)

- N-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I (NTX)

- C-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I (CTX)

Charakterystyka markerów kościotworzenia

Rutynowo oznacza się je we krwi.

3

---