Metabolizmus kostí,
biochemické markery
Vladimír Soška
Oddělení klinické biochemie
Kost
• Kost
Složka organická - kolagen, proteoglykany
Složka anorganická - krystaly hydroxyapatitu
• Kost = živá tkáň - trvale přestavba
Tvorba i odbourávání - remodelace kosti
Převaha odbourávání - osteoporóza
Převaha novotvorby - růst, mineralizace kosti
• Dětství - nárůst
• Dospělost - úbytek
Kostní buňky
• Osteoblasty - tvorba kostní tkáně
Mineralizace, Ca, P z krve, hydroxyapatit
Obsahují ALP
• Osteoklasty - resorbce kostní hmoty
H+: ↓ pH - rozpouštění hydroxyapatitu
 Uvolňění Ca, P
Enzymy - proteolýza organické matrix
Obsahují ACP
Kostní matrix
• Složení
Kolageny, především kolagen typu I (90 %)
Molekuly spojeny příčnými vazbami „cross-linky“
Pyridinolinové, deoxypyridinolinové vazby
Osteokalcin
20 % nekolagenních bílkovin
Vytvářen v osteoblastech
Ukazatel remodelace
Novotvorba x odbourávání kosti
• Novotvorbu zvyšuje
STH, insulin, vit. D
Fyzická aktivita !
• Odbourávání zvyšuje
PTH, glukokortikoidy, T3, T4, …..
Vit. D (zvýšení „obratu“ kosti)
Fyzická inaktivita !
• Odbourávání snižuje
Kalcitonin, estrogeny
Minerály, hormony, markery metabolizmu
• Minerály: Ca, P, Mg
• Hormony: Parathormon, Calcitonin, D3
• Ukazatele kostního metabolizmu
Novotvorba kosti
Kostní ALP, Osteokalcin, PICP
Resorpce kosti
Odpady Ca, Hydroxyprolin, ICTP
Pyridinolin, deoxypyridinolin
TRACP (tartát-rezistentní ACP)
Vápník - Kalcium - Ca
• Kost - 30 000 mmol (1,2 kg) - hydroxyapatit
• Význam:
Nervosvalová dráždivost
Tvorba kostní hmoty
• Krev
Ca vázané na bílkovinu (46 %)
Ca v komplexních sloučeninách (7 %)
Ca volné - ionizované (47 %)
Vápník - Kalcium - Ca
• Vazbu na bílkovinu ovlivňuje
Koncentrace bílkovin
↑ celkové koncentrace, nezměněno volné Ca
Hodnota pH - nemění se celkové Ca
Acidóza - vzestup volné frakce
Alkalóza - pokles volné frakce
Změny hladiny Ca v krvi
• Hypokalcémie
Nedostatek v potravě
Porucha vstřebávání: nedostatek vitaminu D
Nedostatek parathormonu
• Hyperkalcémie
Zvýšené vstřebávání (nadbytek vitamínu D)
Nadbytek parathormonu
Fosfor - P
• Zásoba: 600 g (85 % - skelet)
• Organické fosfáty
Fosfolipidy, fosfoproteiny, ATP, DNA, ......
• Kost - hydroxyapatit: 85 % P
• Zvýšení koncentrace v krvi
Chronické selhání ledvin
• Snížení koncentrace v krvi
Poruchy vstřebávání, anacida
Ca a P - preanalytika
• Krev - Ca
Albumin ↓ o 10 g/l = pokles Ca o 0,25 mmol/l
Pokles pH = vzestup Ca
Odběrové soupravy: ne EDTA, Na-citrát !!
Měřit ionizované Ca
• Moč - Ca
Ca/24 hod v moči
Sběr bez acidifikace
Riziko precipitace
• Moč - P
Mytí sběrné nádoby - fosfáty v mycích prostř.
Hořčík - Mg
• 55 % v kostech
Asi 1000 mmol = 25 g
• Krev
30 % vazba na bílkoviny
55 % ionizovaná frakce
15 % komplexy - citráty, fosfáty, …
• Význam:
Kofaktor asi 300 enzymů
Stabilizuje membrány - nervosvalová dráždivost
Tvorba kostní hmoty
Parathormon: 1,5 - 7,6 pmol/l
• Polypeptid, příštitná tělíska (4)
Řízení sekrece - ionizovaný Ca, kalcitriol
• Játra - štěpení (rychlá degradace)
C-terminální a N-terminální fragment
• Krev: intaktní + c-terminální fragment (inakt.)
• Regulace Ca-P metabolizmu
↓ ioniz. Ca = ↑ sekrece
↑ ioniz. Ca = ↓ sekrece
Hladina P - nepřímo (↑ P = ↓ Ca, ↓ P = ↑ Ca)
Parathormon
• Cílové tkáně pro PTH
• Kost - odbourání = vzestup Ca v krvi
↑ činnosti osteoklastů, ↓ osteoblastů
• Ledviny
↑ reabsorbce Ca, Mg
↑ vylučování P
↑ syntézy 1,25-dihydroxy vit. D
Střevo - ↑ vstřebávání Ca a P
Hyper a hypoparathyreóza
• Primární hyperparathyreóza - adenom
Hyperkalciurie, hypofosfatémie, ↑ ALP
Oxalátová nefrolithiáza
• Sekundární hyperparathyreóza
Chron. selhání ledvin - Normální nebo ↓ Ca, ↑ P
• Primární hypoparathyreóza
Operace, zánět
↓ Ca, ALP, ↑ P, osteomalacie, křivice
Kalcitonin: 0-10 ng/l
• Polypeptid, parafolikulární bb. thyroidey
↑ ioniz. Ca = ↑ tvorby, ↓ Ca = ↓ tvorby
• Kost - ↓ odbourávání kostní hmoty
Útlum osteoklastů
Ledviny - inhibive rezorbce fosfátů
• Vliv na metabol. Ca u člověka - zanedbatelný
Význam - léčba osteoporózy
• Nádorový marker - tumory štítnice, …
Vitamin D
• Cholekalciferol (D3) = pro-hormon
Potrava, tvorba v kůži (UV záření)
• Ergokalciferol (D2)
Syntéza z ergosterolu (potrava)
• Hydroxylace
Játra: 25-hydroxyvit. D (kalcidiol)
Ledviny: 1,25- dihydroxyvit. D (kalcitriol) (PTH !)
Kalcitriol
• Funkce kalcitriolu
• Střevo
Stimulace resorbce Ca a P
Calbidin - Ca vázající protein
• Příštitná tělíska
↓ D3 ↑ syntézu PTH, ↑ D3 ↓ syntézu PTH
• Kost - ↑ remodelace
↑ diferenciace osteoblastů
Syntéza organické kostní matrix
↑ aktivitu osteoklastů
Odbourávání kostní hmoty
Osteokalcin
• Vedle kolagenu hlavní bílkovina kostní tkáně
Malá molekula, rychle vyloučen močí
Zvýšená hladina při renální insuficienci
Diurnální rytmus - nejvíce v noci
• Stanovení v krvi - dnes hlavní marker
novotvorby kosti
µ/l
Kostní ALP
• Produkována osteoblasty
• Obtížné odlišení kostní a jaterní ALP
Diagnostické soupravy
PICP: Karboxyterminální propeptid prokolagenu I
• Kolagen typu I = 90 % organické kostní hmoty
Syntéza - prokolagen I
Odštěpení propeptidů C-terminální a N-terminální
C-terminální: stabilní, není filtrován ledvinami
• Dnes již praktidky nepoužívaný
Problém stanovení v moči
C- terminální fragment telopeptid kolagenu I
(ICTP, CTX, beta-CorssLaps)
• Uvolňován z kosti při degradaci kostního
kolagenu
Malá molekula, filtrován ledvinami
• Imunochemické stanovení v krvi = míra
resorpce organické hmoty kosti
• V současné době nejpoužívanější marker
kostní resorbce
Imunochemické stanovení v krvi
Do 0,3 ug/l
Tartát-rezistentní ACP (TRACP)
• ACP izoenzymy
Prostata, trombocyty, erytrocyty, kost-osteoklasty
ACP v osteoklastech
Aktivita ACP = intenzita kostní resorpce
• Stanovení
Tartarát inhibuje prostatickou ACP
Stanovení v plasmě - zábrana vzestupu thr. ACP
Není-li hemolýza, není ani ery. ACP
• Málo používaný, ale někdy důležitý marker
Odpady Ca v moči
• 24 hod. sběr, okyselení vzorku
• Nevýhody
Vliv potravy - dieta se standardním obsahem Ca
Vliv funkcí ledvin, některých léků
• Doplňkové vyšetření
Hydroxyprolin
• AMK v kolagenu, uvolněn při odbourání
Vylučován do moče
• Nevýhody
Sběr moče, hydrolýza peptidů
Není specifický pro kost
 Kolagen, C1 složce komplementu
• Dnes obsoletní, nepoužívá se
Pyridinolin, deoxypyridinolin (cross-links)
• Vazby mezi kolagenními vlákny
Tvorba z hydroxylyzinu
Odbourávání kolagenu
• Pyridinolin - nespecifický (kost, chrupavka)
• Deoxypyridinolin - specifický pro kost
Vylučování do moče
Nezávislé na dietě, funkci ledvin
Diurnální kolísání
• Dnes již málo používán (problém moče)
Minerály, hormony, markery metabolizmu
• Minerály: Ca, P, Mg (sérum, odpady v moči)
• Hormony: Parathormon, vitamin D
• Ukazatele kostního metabolizmu
Novotvorba kosti
Osteokalcin
Kostní ALP, PICP
Resorpce kosti
ICTP (β-Crosslaps)
TRACP (tartát-rezistentní ACP)
Hydroxyprolin, Deoxypyridinolin