Kosti: metabolizmus, hormony,
Ca, P, lab. markery
Vladimír Soška
Oddělení klinické biochemie
Kost
 Kost - 2 složky
Organická (35 % hmoty) - kolagen, proteoglykany
Anorganická - krystaly hydroxyapatitu
 Kost = živá tkáň - trvale přestavba
Tvorba i odbourávání - remodelace kosti
Fysiologicky
Dětství - nárůst, dospělost - úbytek
 Převaha odbourávání - osteoporóza
 Převaha novotvorby - růst, mineralizace kosti
Osteoporóza
 Redukce kostní hmoty
Organické + anorganické
Zvýšená křehkost a lomivost
 Celospolečenský problém
Fraktury krčku femuru
20 % úmrtnost, invalidita
 Dělení osteoporózy
Sekundární
Při jiném onemocnění (steroidy, revm. arthritis,..)
Primární
Primární osteoporóza
 Typ I - postmenopauzální (estrogeny)
Ženy 50 - 65 r.
Zvýšená resorpce při normální novotvorbě
 Typ II - senilní
M+Ž, Po 65 r.
Snížená novotvorba při nezměněné resorpci
Diagnostika osteoporózy
 Kostní biopsie
Nejlepší, agresivní
 Zobrazovací techniky
Ultrasono, denzitometrie, CT
Měření pouze aktuální hustoty tkáně
Chyba měření často větší než roční změna
 Laboratorní vyšetření
Markery kostního metabolizmu
Měření aktivity procesu
Nutná kombinace metod
Kostní buňky
 Osteoblasty
Osteocyty
 Osteoklasty
Kostní buňky
 Osteoblasty - tvorba kostní tkáně
Mezenchymální kmenové buňky
Po ukončení formace přeměna na osteocyty
Tvorba osteoidu, mineralizace
Vychytávání Ca a P z krve, tvorba
hydroxyapatitu
Obsahují ALP
Kostní buňky
 Osteoklasty - odbourávání (resorpce) kostní
hmoty
Z hematopoetických bb.
Tkáňové růstové faktory (cytokiny)
Enzymy a protony (pH)
Pokles pH - rozpouštění krystalů hydroxyapatitu
Z krystalu hydroxyapatitu uvolňují Ca a 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
Syntéza - vit. K
Novotvorba x odbourávání kosti
 Novotvorbu zvyšuje
STH, insulin, vit. D
Fyzická aktivita !
 Odbourávání zvyšuje
PTH, glukokortikoidy, T3, T4, TNF, interleukiny
Vit. D (zvýšení „obratu“ kosti)
Fyzická inaktivita !
 Odbourávání snižuje
Kalcitonin, estrogeny
Minerály, hormony, markery metabolizmu
 Minerály: Ca, P, Mg
 Hormony: Parathormon, Calcitonin, D3
 Markery kostního metabolizmu
Vápník - Kalcium - Ca
 Zásoba: kosti: 30 000 mmol (1,2 kg)
99 % tělesného Ca (hydroxyapatit)
Mechanická pevnost kostí
Pohotová zásoba Ca pro extracelul. tekutinu
 Denní bilance
Příjem asi 25 mmol (= 1 g.)
Resorpce 35-50 %
Výdej: ledviny
Filtrace, zpětná resorpce 98-99 % Ca
Plazmatický Ca: 2,1 - 2,6 mmol/l
 Nedifusibilní
Vázané na bílk.
(albumin) - 46 %
 Difusibilní
V komplexních
sloučeninách
(6 %)
Citráty, fosfáty,
laktáty, sulfáty
Ca volné ionizované
(48 %)
Biologicky aktivní Ca
0,9 - 1,3 mmol/l
Ionizované (Ca2+) x celkové (Ca)
 Změny Ca2+ při nezměněném celkovém Ca
 Koncentrace bílkovin (albumin)
 bílk. =  podílu Ca2+
 bílk. =  podílu Ca2+
 Hodnota pH
 pH (acidóza) =  Ca2+
 pH (alkalóza) =  Ca2+
 Koncentrace P
 P =  Ca2+ (nerozpustné komplexy Ca)
 P =  Ca2+
Ionizované (Ca2+) x celkové (Ca)
  podílu Ca2+
 albuminu, pH, P
  podílu Ca2+
 albuminu, pH, P
 Měření celkového x ionizovaného Ca
Význam Ca2+
  nervosvalovou dráždivost
  propustnost bb. membrán a kapilár cév
 Tvorba kostní hmoty
 Svalová kontrakce
 Hemokoagulace
 Laktace
Řízení metabolizmu Ca
 Parathormon
 Kalcitonin
 Vitamin D
Parathormon: 1,5 - 7,6 pmol/l
 Polypeptid, příštitná tělíska (4)
Řízení sekrece: hladina Ca2+ , kalcitriol
 Metabolizmus
Játra, ledviny
 Játra - štěpení na:
C-terminální a N-terminální fragment
 Krev: intaktní + c-terminální fragment
C-terminální fragment - neúčinný
Intaktní PTH - účinná látka
 Ledviny
Vylučování obou fragmentů
Parathormon
 Základní regulační hormon Ca-P matabol.
Hladina ionizovaného Ca v extracelulární
tekutině
 Ca =  sekrece PTH
 Ca =  sekrece PTH
Cílové tkáně pro PTH
Kosti, ledviny: přímo
Střevo: nepřímo přes vit. D3
Parathormon - cílové tkáně
 Kost -  novotvorby,  odbourávání
Vyplavení Ca do krve,  Ca
 Ledviny
Tubuly ledvin
 reabsorpce Ca,  reabsorpce P a HCO3

hydroxylace D vit. (syntézy 1,25-OH-vit. D)
 Střevo
1,25-OD vit. D -  vstřebávání Ca
Problematika stanovení PTH
 Degradace v krevní cirkulaci
Fragmenty - inaktivní
Fragment 7-84 AMK
u HD pacientů, inaktivní, zachycován většinou
souprav na stanovení PTH
Hyperparathyreóza
 Primární
Adenom příštitných tělísek
Hyperplázie, karcinom
Příznaky
Polyurie, polydipsie, sval. slabost, nausea
Laboratoř:
Hyperkalciúrie, hypofosfatémie,  ALP
Oxalátová nefrolitiáza
 Sekundární
Dlouhodobá stimulace příštit. tělísek
Chron. selhání ledvin
Normální nebo snížené Ca,  P
Hypoparathyreóza
 Primární
Chybění příštitných tělísek
Operace, zánět
 Pseudohypoparathyreóza
Sekrece PTH v normě
Vadné receptory pro PTH (kost, ledviny)
 Klinika
Pokles Ca, ALP, vzestup P
Osteomalacie, křivice
Kalcitonin: 0-10 ng/l
 Polypeptid, parafolikulární bb. thyroidey
 Sekrece - hladina Ca2+
 Ca2+ = zvýšení tvorby
 Ca2+ = útlum tvorby
 Cílové tkáně: kost, ledviny
Kost -  ukládání Ca do kostní hmoty
Ledviny -  rezorpce fosfátů
Kalcitonin
 Vliv na metabol. Ca u člověka
Zanedbatelný
Význam - léčba osteoporózy
 Zvýšení - nádorový marker
Některé tumory štítnice
Tumory jiných tkání
Vitamin D (cholekalciferol = prohormon)
 Cholekalciferol (D3) - živočišný původ
Ergokalciferol (D2) - rostlinný původ
 Zdroj: potrava, tvorba v kůži
 Tvorba v kůži vlivem UV záření
Syntéza z 7-dehydrocholesterolu
Tepelná izomerace
Krev - transportní protein
Ergokalciferol (D2)
Syntéza z ergosterolu (potrava)
Aktivní vit. D = steroidní hormon
 Další metabolizmus = hydroxylace
Nutný vit. C
Játra: 25-hydroxyvitamín D (kalcidiol)
Ledviny: 1,25- dihydroxyvitamín D (kalcitriol)
Řízeno PTH - stimulace
Stanovení - Sezónní variabilita !!!
Aktivní vit. D = steroidní hormon
 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
Změny hladiny Ca v krvi
 Hypokalcémie
Příčiny
Dlouhodobý nedostatečný přívod
Porucha vstřebávání: nedostatek vitaminu D
Nedostatek parathormonu
Příznaky: parestézie, tetanie, křeče, dušnost
 Hyperkalcémie
Příčiny
Zvýšené vstřebávání (nadbytek vitamínu D)
Nadbytek parathormonu
Příznaky: Svalová slabost, nausea, polyurie
Ca v séru - preanalytika
 Odběrové soupravy: ne EDTA, Na-citrát !!
 Měřit ionizované Ca
Ca v moči/24 hod - preanalytika
 Ca/24 hod v moči
Sběr bez acidifikace
Riziko precipitace
Nepromíchání vzorku
Měření MM
 P
Mytí sběrné nádoby - fosfáty v mycích prostř.
Fosfor - P
 Zásoba: 600 g
85 % - skelet (hydroxyapatit, 85 % P, 20 mol)
15 % - měkké tkáně, ECT
 Anorganický P v plazmě
Hydrogen- a dihydrogen-fosforečnany (4 : 1)
Dospělí 0,7 - 1,6 mmol/l
Děti do 2,2 mmol/l
 Vylučování močí: 25 - 50 mmol
Význam P
 Minerální součást kostní hmoty
 Klíčové organické sloučeniny
DNA, RNA, fosfolipidy, koenzymy (ATP..),.....
 Esterifikace glycidů
Nutné pro jejich metabolizmus
 Anorganické fosfáty v krvi i moči
Pufrovací vlastnosti
Změny koncentrace P v krvi
 Zvýšení
Růst (fysiol)
Chronické selhání ledvin
Hypoparathyreóza
Intoxikace vit. D
 Snížení
Poruchy vstřebávání, anacida
Hyperparathyreóza
Hypovitaminóza D
Hořčík - Mg
 Distribuce
55 % v kostech (1 000 mmol = 25 g)
45 % intracelulárně (vazba na ATP, GTP...)
2 % ECT (plasma 0,3 %)
 Plasma
33 % vazba na bílkoviny
57 % ionizovaná frakce
10 % komplexy
Citráty, fosfáty, další anionty
Hořčík - význam
 Kofaktor asi 300 enzymů
ATPázy, fosforyláza, Na-K-ATPáza
 Stabilizace bb. membrán
 Sekrece parathormonu
 Podpora fibrinolýzy
  nervosvalovou dráždivost
 Tvorba kostní hmoty
 Brání tvorbě močových konkrementů
Mg - změny v krvi
 Hypermagnezémie
Selhání ledvin
Acidóza
Příznaky: slabost svalů, útlum CNS, arytmie
 Hypomagnezémie
Snížený příjem nebo absorpce
Zvýšené ztráty (průjmy, zvracení, ledviny)
Příznaky: tetanie, křeče
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 (-Crosslaps)
TRACP (tartát-rezistentní ACP)
Hydroxyprolin, Deoxypyridinolin
Osteokalcin
 Vedle kolagenu hlavní bílkovina kostní tkáně
Syntéza - kalcitriol + vit. K., vazba hydroxyapatitu
 Vlastnosti
Velmi malá molekula, rychle vyloučen močí
Zvýšená hladina při renální insuficienci
Diurnální rytmus - nejvíce v noci
 Stanovení v krvi - dnes hlavní marker
novotvorby kosti
/l
 Ve vývoji je stanovení Osteonektinu
Kostní ALP
 Membrána osteoblastů
Aktivita osteoblastů - přestup do krve
 Izoenzymy ALP
 Obtížné odlišení kostní a jaterní ALP
Stejná skladba molekul AMK
PICP: Karboxyterminální propeptid prokolagenu I
 Kolagen typu I = 90 % organické kostní hmoty
Syntéza - prokolagen I
Před zabudováním do kostní hmoty
Odštěpení propeptidů
N-terminální: nestálý, méně vhodný
C-terminální (PICP): stabilní
 Dnes již practidky nepoužívaný
Problém stanovení v moči
Schéma vzniku molekuly kolagenu typu I z prokolagenu a jeho
další odbourávání: PICP = karboxyterminální propeptid
prokolagenu I; ICTP = karboxyterminální telopeptid kolagenu I;
PINP a INTP jsou obdobné N-terminální peptidy.
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 (-Crosslaps)
TRACP (tartát-rezistentní ACP)
Hydroxyprolin, Deoxypyridinolin
 Při degradaci kolagenu typu I uvolňovány
Aminoterminální telopeptid (NTX-I)
Karboxyterminální telopeptid (CTX-I)
Specifické pro kost
CTX-I (ICTP, CrossLaps),  nebo 
Malá molekula, filtrován ledvinami
Míra resorpce kosti
 V současné době nejpoužívanější marker kostní
resorbce
Imunochemické stanovení v krvi
Do 0,3 ug/l
C- terminální fragment telopeptid kolagenu I
(ICTP, CTX, beta-CrossLaps)
Schéma vzniku ICTP (karboxyterminálního telopeptidu kolagenu I)
a INTP (aminoterminálního telopeptidu kolagenu I)
Telopeptidy kolagenu typu I
Tartarát-rezistentní ACP (TRACP)
 ACP izoenzymy
Prostata, trombocyty, erytrocyty, kost-osteoklasty
ACP v osteoklastech
Součinnost při odbourávání kostní hmoty
Aktivita ACP = intenzita kostní resorpce
Není inhibována tartarátem
 Stanovení
Tartarát inhibuje prostatickou ACP
Stanovení v plasmě - zábrana vzestupu thr. ACP
Není-li hemolýza, není ani ery. ACP
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)
 Spojky - příčné vazby mezi kolagenními vlákny
Tvorba z hydroxylyzinu
 Odbourávání kolagenu
Uvolnění těchto složek do krve, přechod do moče
 Pyridinolin - nespecifický (kost, chrupavka)
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 (-Crosslaps)
TRACP (tartát-rezistentní ACP)
Hydroxyprolin, Deoxypyridinolin