Metabolismus kostí
Anatomická stavba (dlouhé) kosti
• 2 x epifýza
• metafýza
• diafýza
Kosti tvoří 15 – 20 % hmotnosti těla.
Anatomie kosti
Složení kosti
Kostní matrix – různé typy kolagenů a nekolagenní
proteiny (fibronektin, osteokalcin, osteonektin)
Organická složka (35 % kostní hmoty)
• kolagen, BL + sacharidy (= proteoglykany)
Anorganická složka
• hydroxyapatit (Ca)
• fosfor - strukturální funkce (85 % P je ve skeletu,
celkem 600 g P v organismu)
Vápník - Ca
• zásoba v kostech: 1,2 kg ve formě hydroxyapatitu
• nervosvalová dráždivost, tvorba kostní hmoty
Krev
• Ca vázané na bílkovinu (46 %)
• Ca v komplexních sloučeninách (7 %)
• Citráty, fosfáty, laktáty, sulfáty
• Ca volné - ionizované (48 %)
Plazmatický Ca: 2,1 - 2,6 mmol/l
Nedifusibilní (vázaný na albumin) - 46 %
Difusibilní
• v komplexních sloučeninách (6 %), tj. citráty,
fosfáty, laktáty, sulfáty
• Ca volné - ionizované (48 %) – biologicky aktivní
Vazba Ca na BL
Ovlivněna
• koncentrací bílkovin
• hodnotou pH
 acidóza… uvolnění Ca, vzestup volné frakce
 alkalóza… vazba Ca, pokles volné frakce
Regulace hladiny Ca v krvi
• Kalcitonin – parafolikulární bb. štítné žlázy,
snižuje hladinu Ca v krvi
• Parathormon (PTH) – příštítná tělíska, zvyšuje
hladinu Ca v krvi (uvolněním z kostí, zvyšuje
reabsorpci Ca v ledvinách, stimuluje tvorbu
kalcitriolu v ledvinách)
• Vitamin D (aktivní forma – kalcitriol) –
podpora resorpce Ca ze střeva
Hypokalcemie
Příčiny:
• dlouhodobá deplece Ca
• porucha vstřebávání: nedostatek vitaminu D
• nedostatek parathormonu
Příznaky
• parestezie
• tetanie
• křeče
• dušnost
Hyperkalcemie
Příčiny:
• zvýšené vstřebávání (nadbytek vitamínu D)
• nadbytek parathormonu
Příznaky
• svalová slabost
• nausea
• polyurie
Biochemie Ca
• pokles albuminu o 10 g/l = pokles Ca o 0,25
mmol/l
• pokles pH = vzestup Ca
• odběrové soupravy: ne EDTA, Na-citrát !!
• měřit ionizované Ca
• pokles Ca
léky (furosemid, bisfosfonáty)
hyperfosfatémie, hypomagnezémie
malabsorbce, ledvinná onemocnění, tumory
Fosfor
• zásoba 600 g (85 % - skelet, 15 % - měkké
tkáně, ECT)
• organické fosfáty (fosfolipidy, fosfoproteiny,
ATP, nukleové kyseliny)
• anorganické fosfáty (sérum - mono a
dihydrofosfát, vazba na proteiny, P – pufr),
hydroxyapatit v kostech
Výkyvy ve fosfatemii
• Zvýšení - chronické selhání ledvin
• Snížení - poruchy vstřebávání, antacida
Hořčík - Mg
• 55 % v kostech (25 g)
• 45 % intracelulárně (vazba na ATP, GTP)
• Krev
30 % vazba na bílkoviny
55 % ionizovaná frakce
15 % komplexy: citráty, fosfáty, další anionty
• Význam: nervosvalová dráždivost, kostní
hmota, kofaktor enzymů
Kostní buňky
Osteoblasty
• jednojaderné
• novotvorba kosti, poté se mění na osteocyty, dochází k
mineralizaci
• alkalická fosfatáza
Osteoklasty
• až 20 jader, vznikají fúzí monocytů
• odbourávání kosti
• kyselá fosfatáza, snížení pH = rozpuštění
hydroxyapatitových krystalů, proteolytické štěpení matrix
Osteoblasty, osteoklasty
Procesy v kosti
Remodelace (růst kosti, síly působící na kost)
• novotvorba (podporuje fyzická aktivita, inzulin,
růstový hormon, vit. D, FGF)
• resorpce (snižována estrogeny, kalcitoninem X
zvyšována fyz. nečinností, kortikoidy, hormony
štítné žlázy, TNF…)
Mezi novotvorbou a resorpcí kosti je za ideálních
podmínek rovnováha.
Hormonální regulace dějů v kosti
Kalcitonin
• parafolikulární bb. štítné žlázy
• snižuje plasmatickou hladinu Ca - mineralizace
kosti
Parathormon (PTH)
• příštítná tělíska
• zvyšuje plasmatickou hladinu Ca a P uvolněním z
kostí, resorpce kosti
• produkce PTH je ovlivněna hladinou Ca.
Vitamin D
Mechanizmus účinku kalcitoninu
• polypeptid
• stimulem pro sekreci kalcitoninu je zvýšená
koncentrace ionizovaného Ca
• kost: snížení odbourávání kostní hmoty, útlum
osteoklastů
• ledvina: snižuje zpětnou resorpci Ca + P
… tumorový marker (nádory štítnice)
Mechanizmus účinku parathormonu
• polypeptid (84 AMK)
• stimulem pro sekreci je pokles plasmatické
koncentrace Ca
• PTH štěpen (C a N terminální polypeptid –
hormonálně neaktivní)
• kosti: zvyšuje odbourávání kostí (aktivace
osteoklastů)
• ledviny: zvyšuje resorpci Ca, snižuje resorpci P.
• střevo: nepřímo stimuluje resorpci Ca (přes
ledviny, kde podporuje tvorbu kalcitriolu)
Vitamín D
Vitamin D3 (cholekalciferol), D2 (ergokalciferol)
• 25 hydroxylace v játrech (kalcidiol)
• 1 hydroxylace v ledvinách (kalcitriol)
• pro hydroxylaci nutný vit. C
• provitamin D3 vzniká v kůži za účinku UVZ
• střevo: stimulace resorpce Ca a P, Calbidin - Ca
vázající protein
• příštítná tělíska:  D3  syntézu PTH,  D3 
syntézu PTH
• kost:  remodelace,  diferenciace osteoblastů,
syntéza organické kostní matrix,  aktivitu
osteoklastů, odbourávání kostní hmoty
Mechanismus účinku vit. D
Markery novotvorby kostní tkáně
Markery novotvorby kostní tkáně
• karboxyterminální propeptid prokolagenu
typu I (PICP)
• kostní alkalická fosfatáza (bALP)
• osteokalcin (OC)
Prokolagen … kolagen
• prokolagen I je prekurzorem kolagenu typu I
(tvoří 90 % organické kostní matrix)
• z prokolagenu jsou odštěpeny karboxy (C) i
amino (N) terminální části molekuly
Vznikají:
• N – terminální propeptid (nestabilní)
• C – terminální propeptid (stabilnější),
stanovuje se
Kostní alkalická fosfatáza (bALP)
• součástí membrán osteoblastů
• zvýšená aktivita osteoblastů … zvýšená aktivita
enzymu v krevním séru
• nutno odlišit kostní izoformu od jaterní (stejná
skladba, rozdíl pouze v obsahu kyseliny sialové
a N-acetylglukosaminu)
• problémy s odlišením izoforem, nutno
kombinovat metody s ELFO nebo
imunochemicky s Ab proti kostní izoformě ALP
Osteokalcin (OC)
• BL kostní tkáně důležitá pro vazbu
hydroxyapatitu
• ke tvorbě OC je potřeba kalcitriol a vit. K.
• malá molekula, prochází i zdravým
glomerulem … zvýšená koncentrace u pac. s
renální insuficiencí, ovlivnění výsledků
Markery kostní resorpce
Markery kostní resorpce
• Karboxyterminální telopeptid kolagenu I (ICTP)
• Denní ztráty Ca v moči
• (Hydroxyprolin)
• Glykosidy hydroxylyzinu
• Pyridinolin a deoxypyridinolin
• Tartarát rezistentní kyselá fosfatáza (TRACP)
Karboxyterminální (C) telopeptid
kolagenu I (ICTP, CTx-I)
• uvolňován do krve během degradace kolagenu
typu I.
• malá molekula, vylučována ledvinami,
koncentrace je závislá na jejich funkci
• -CrossLaps =  izomery C-terminálního
telopeptidu kolagenu I
V současné době nejpoužívanější marker kostní
resorpce (imunochemické stanovení v krvi)
Denní ztráty Ca v moči
• 24 hod sběr moči + okyselení vzorku před
transportem do lab.
• dieta se standardním obsahem Ca
• metoda je obsolentní (příliš ovlivněna léky,
resorpcí v tenkém střevě, funkcí ledvin)
Hydroxyprolin
• AMK v kolagenu, vzniká posttranslační
hydroxylací prolinu v hotové molekule
kolagenu
• uvolňuje se po odbourání kolagenu a není
užíván pro jeho novotvorbu
• metoda je nespecifická (hydroxyprolin může
pocházet i z vazivové tkáně nebo je zvýšen pří
aktivaci komplementu – je součástí C1q frakce
komplementu) – již se nestanovuje
Glykosidy hydroxylyzinu
• Hydroxylyzin je BL kolagenu, není užívána pro
jeho syntézu
• v kolagenu je ve formě glykosidů
• Glukosyl – galaktosyl - hydroxylyzin pochází z
kolagenu vaziva
• Galaktosyl - hydroxylyzin je z kostní tkáně,
vylučován do moči
• specifičtější než vylučování hydroxyprolinu
Pyridinolin a deoxypyridinolin
• obě molekuly tvoří příčné kovalentní vazby
(tzv. cross links) mezi kolagenovými vlákny.
• při odbourání kolagenu se dostávají do krve
Pyridinolin – obsažen jak v kolagenu kosti tak
chrupavky
Deoxypyridinolin – specifický produkt štěpení
kostního kolagenu I. Nejspecifičtější marker
kostní resorpce
Tartarát rezistentní kyselá fosfatáza
(TRACP)
• kyselá fosftáza je obsažena v mnoha tkáních
• prostata (ACP je inhibovatelná tartarátem),
trombocyty, erytrocyty, osteoklasty (taratarát
rezistentní ACP)
• pokud stanovíme enzym z plasmy (vyloučíme ACP
z trombocytů) a není-li vzorek hemolytický (ACP z
erytrocytů), je většina ACP kostního původu
• vzorek se stabilizuje okyselením, marker kostní
resorpce.
Dynamika markerů
• 2 trimestr - nárůst markerů, nejprve
osteoresorpce, později i novotvorba
• konec těhotenství - 2-3x zvýšené CTx, NTx, Pyr, o
35-100 % PICP, ALP. pokles osteokalcinu
• návrat k původním hodnotám pomalejší u kojících
žen
• menstruační cyklus - málo významné změny
• puberta – nárůst markerů novotvorby
• stáří – nárůst markerů resorpce
Biologické rytmy
Odběr vždy ve stejnou dobu, ráno nalačno 7-9 hod
• kolísá PTH, kalcitonin, P, méně Ca
• markery osteoresorpce i novotvorby, maximum
ráno, minimum odpoledne
Roční cykly souvisí s vitaminem D
Onemocnění s dopadem na kostní
strukturu
• Hyperparathyreóza
• Hypovitaminóza D
• Osteoporóza
• Pagetova choroba
Osteoporóza
• redukce kostní hmoty
• rovnoměrný úbytek organické i anorganické
matrix
• zvýšená křehkost a lomivost kosti
Osteoporóza
• primární – příčina je v samotné kosti (častější)
• sekundární – v důsledku jiného onemocnění
(kortikoidy, revmatoidní artritis…)
Typy osteoporózy
Typ I (postmenopauzální)
• přestavba kostí
• 50 – 65 let věku, nedostatek estrogenů
Typ II (senilní)
• obě pohlaví
• manifestace po 65. roku věku
Příčiny vzniku osteoporózy
• Deplece Ca
• Nedostatečná fyzická aktivita
• Poruchy absorpce z GIT
• Léčiva
• Hormonální poruchy
• Defekty receptoru pro kalcitriol
Příčiny vzniku osteoporózy
• Fast loosers – osoby s převahou kostní
resorpce nad novotvorbou (primární
osteoporóza)
• Slow loosers – snížený přírůstek kostní tkáně
při nezměněné resorpci
Diagnostika osteoporózy
Biochemické metody (vhodná jejich kombinace)
• stanovení aktivity enzymů specifických pro
osteoblasty a osteoklasty.
• stanovení bílkovin kostní hmoty
Zobrazovací techniky
• kostní denzitometrie (X-ray),
• CT
Kostní biopsie – invazivní a agresivní metoda
Komplikace osteoporózy
Fraktury – zlomeniny
• typicky u lidí ve vyšším věku – 20% letalita!