(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,而大剂量则可促进溶骨作用。PTH可刺激骨细胞分泌胰岛素样生长因子I(IGF桰),从而促进骨胶原和基质的合成,利于成骨作用。临床上利用此作用,给骨质疏松症患者连续使用小剂量PTH治疗,取得良好疗效。另一方面PTH能使骨组织中破骨细胞的数量和活性增加,破骨细胞分泌各种水解酶,并且产生大量乳酸和柠檬酸等酸性物质,使骨基质及骨盐溶解,释放钙和磷到细胞外液。但PTH只引起血钙升高;而血磷却减少,其原因在于PTH对肾脏的作用。
2.对肾脏的作用
PTH对肾脏作用出现最早,主要是增加肾近曲小管对Ca2+的重吸收,降低肾磷排泄阈并抑制肾小管对磷的重吸收。其机理是通过细胞膜受体和cAMP系统,改变细胞膜对Ca2+通透性,使Ca2+内流增多、胞浆内Ca2+浓度升高,减低腔面对Na+通透性,Na+桯+交换减少,Na+、HCO3-排出增多,磷排出也相应增加。同时,通过浆膜面的“钙泵”使Ca2+进入血液,其结果使尿钙减少,尿磷增多,最终使血钙升高,血磷降低。
3.对小肠的作用
PTH对小肠的钙、磷吸收的影响,一般认为是通过激活肾脏1α-羟化酶,促进1,25-(OH)2D3的合成而间接发挥作用的,此效应出现得较为缓慢。