临床生物化学/钙、磷代谢及其调节

（一）血钙与血磷

⒈血钙血钙几乎全部存在于血浆中，正常人血钙波动甚小，保持于2.25-2.75mmol/L（10±1mg/dl或4.5-5.5mEq/L）。血浆钙分为可扩散钙和非扩散钙两大类。非扩散钙是指与蛋白质（主要是白蛋白）结合的钙，约占血浆总钙的40％，它们不通透毛细血管壁，也不具有前述生理功用。

血浆（清）钙的60％是可扩散钙，其中一部分（占血浆总钙的15％）是复合钙，即是与柠檬酸、重碳酸根等形成不解离的钙。发挥血钙生理作用的部分是离子钙，占总钙的45％，非扩散钙与离子钙之间可以互相转化。临床上常测定血清总钙量以观察血清离子钙的变化情况，方法简便。但由于非扩散钙部分可随血清白蛋白浓度的增减而改变，即同时引起血清总钙含量的增减，但不影响血清离子钙的浓度。目前已可应用离子选择电极等方法直接测定血清中离子钙的浓度，其正常参考值为0.94-1.26mmol/L。

血清pH值对血钙浓度有显著影响，酸中毒时蛋白结合钙向离子钙转化；碱中毒时，血浆离子钙浓度降低，此时虽血浆总钙含量无改变，亦可出现抽搐现象。

⒉血磷血液中的磷以有机磷和无机磷两种形式存在。有机磷酸酯和磷脂存在于血细胞和血浆中，含量甚大，血磷通常是指血浆中的无机磷，正常人血浆无机磷含量为成人1.1-1.3mmol/L（3.5-4.0mg/dl），婴儿为1.3-2.3mmol/L（4-7mg/dl），血浆无机磷酸盐的80％-85％以HPO₄^2-的形式存在，其余为H₂PO₄^-，PO₄^3-仅含微量。

血浆磷的浓度不如血浆钙浓度稳定，新生儿血磷约为1.8mmol/L（5.5mg/dl），6个月婴儿可升高至2.1mmol/L（6.5mg/dl）。此后随年龄增长又逐步下降，15岁时达成人水平。儿童时期血磷高是由于儿童处于成骨旺盛期，碱性磷酸酶活性较高所致。成年人血磷也有一定的生理变动，进食、摄糖、注射胰岛素和肾上腺素等情况下，由于细胞内磷的利用增加，也可引起血磷降低。血钙与血磷之间也有一定的浓度关系，正常人钙、磷浓度（mg/dl）的乘积在36-40之间，病理条件下此值可高于40或低于36。

（二）钙磷代谢及其调节

⒈钙、磷的吸收与排泄正常成人日摄入钙量在0.6-1.0g之间。发育期儿童、少年、孕妇及授乳妇女需较多的钙。食物钙主要含于牛奶、乳制品及果菜中。钙主要在十二指肠吸收，成人每日可吸收0.1-0.4g，钙吸收主要是在活性维生素D₃调节下的主动吸收。肠管pH明显地影响钙的吸收，偏碱时可以促进Ca₃（PO₄）₂的生成，因而能减少钙的吸收。乳酸、氢基酸及胃酸等酸性物质有利于Ca₃（H₂PO₄）₂的形成，因此能促进钙的吸收。食物中的草酸和植酸可与钙形成不溶性盐，影响钙的吸收。食物中钙磷比例对吸收也有一定影响，Ca：P＝2：1时吸收最佳。

钙通过肠管及肾排泄。由消化道排出的钙一部分是未吸收的食物钙，另一部分是肠管分泌的钙（每日可达600mg），分泌的钙量可因摄入高钙膳食而增加，严重腹泻排钙过多可导致缺钙。经肾排泄的钙占体内总排钙量的20％。每日由肾小球滤出约10g钙，其中约一半在近曲小管被重吸收，1/5在髓袢升段被吸收，其余在远曲小管和集合管被吸收，尿中排钙量只占滤过量的1.5％（约150mg）。尿钙的排出量受血钙浓度的直接影响，血钙低于2.4mmol/L（7.5mg/dl）时尿中无钙排出。

成人每日进食磷约1.0-1.5g，以有机磷酸酯和磷脂为主，在肠管内磷酸酶的作用下分解为无机磷酸盐。磷在空肠吸收最快，吸收率达70％，低磷膳食时吸收率可达90％。由于磷的吸收不良而引起的缺磷现象较少见，但长期口服氢氧化铝凝胶以及食物中钙、镁、铁离子过多，均可由于形成不溶性磷酸盐而影响磷的吸收。

肾是排泄磷的主要器官，肾排出的磷占总磷排出量的70％，30％由粪便排出。每天经肾小管滤过的磷可达5g，约85％-95％被肾小管（主要是近曲小管）重吸收。

⒉钙磷代谢的调节钙、磷的吸收与排泄、血钙与血磷的水平、机体各组织对钙磷的摄取利用和储存等都是在活性维生素D、甲状旁腺激素及降钙素这三种激素的调节下进行的。

⑴甲状旁腺素：甲状旁腺素（parathyroidhormone，PTH）是由甲状旁腺的主细胞合成并分泌的一种单链多肽。初合成的是含115个氨基酸残基的前甲状旁腺素原，再在粗面内质网去掉N端25个氨基酸残基形成甲状旁腺素原，后者在高尔基复合体内从N端去掉一个肽，形成84个氨基酸残基的PTH，分子量9500。

PTH的合成与分泌受细胞外液Ca₃⁺浓度的调节，血钙浓度低（如降至1.3mmol/L）时可明显促进PTH的合成与分泌；血钙浓度高（如达3.9mmol/L）则抑制PTH的合成与分泌。血钙在1.3-3.9mmol/L范围内，血钙浓度与PTH分泌呈负相关关系。

在肝枯否细胞及肾小管细胞，PTH均可被分解为N端两个片段，N片段具有PTH活性，可被肝细胞、肾及骨组织摄取，C片段无PTH活性（表）6-1。

表6-1 血中PTH各片段的活性比较

片段	分子量	产生器官	激素活性	靶器官	百分比	血中	代谢
完整PTH	9500	甲状旁腺	＋	肾	＜10	＜10分钟	肝、肾
N片段	3000-4000	肝、肾	＋	肾、骨	＜10	＜10分钟	肾、骨
C片段	6000-7000	肝、肾	－	／	＜80	＞1小时	肾
		甲状旁腺

PTH是维持血钙正常水平的最重要的调节因素，它有升高血钙、降低血磷和酸化血液等作用，其主要靶器官是骨、肾小管，其次是小肠粘膜等。PTH作用于靶细胞膜。活性腺苷酸环化酶系统，增加胞质内cAMP及焦磷酸盐浓度。cAMP能促进线粒体Ca²⁺转入胞质；焦磷酸盐则作用细胞膜外侧，使膜外侧Ca²⁺进入细胞，结果可引起胞质内Ca²⁺浓度增加，并激活细胞膜上的“钙泵”，将Ca²⁺主动转运至细胞外液，导致血钙升高。

PTH对骨的作用：骨是最大的钙储存库，PTH总的作用是促进溶骨，提高血钙。PTH可在数分钟到数小时内引起骨钙动员，使密质骨中的钙释放入血，此种作用迅速但不持久。数小时至数日内，PTH的作用是将前破骨细胞和间质细胞转化为破骨细胞，使破骨细胞数目增多，引起溶骨作用和骨钙的大量释放。PTH对破骨细胞的作用是使细胞内Ca²⁺浓度增加，进而促使溶酶体释放各种水解酶；另一方面抑制异柠檬酸脱氢酶等酶活性，使细胞内异柠檬酸、柠檬酸、乳酸、碳酸及透明质酸等浓度增高，促进溶骨。此外，胶原酶活性也显著升高，这均有利于溶骨作用。

PTH对肾的作用：主要是促进磷的排出及钙的重吸收，进而降低血磷，升高血钙。它作用于肾远曲小管和髓袢上升段以促进钙的重吸收；抑制近曲小管及远曲小管对磷的重吸收，使尿磷增加。

此外，PTH促进肾活性维生素D的形成，它能促进肾25-（OH）-D₃lα-羟化酶的活性增高，从而促进25-（OH）-D₃lα-羟化作用。

PTH对小肠的作用是促进肠管对钙的重吸收，这一作用是通过活性维生素D来实现的。PTH刺激肾25-（OH）-D₃lα-羟化酶，促进lα，25-（OH）-D₃的生成，后者作用于小肠，促进小肠对钙和磷的吸收。

⑵降钙素：降钙素（calcitonin，CT）是由甲状腺滤泡旁细胞（parafollicularcell，C细胞）合成、分泌的一种单链多肽激素，由32个氨基酸残基组成，分子量3500。CT在初合成时是由136个氨基酸残基组成的分子量为15000的前体物。此前体物中还含有一个称为下钙素（katacalicin）的21肽肽段。当血钙增高时，降钙素及下钙素等分子分泌，下钙素能增强降钙素降低血钙的作用，血钙低于正常时CT分泌减少。CT作用的主要靶器官是骨、肾和小肠。CT对骨的作用是抑制破骨细胞活性，从而抑制骨基质的分解和骨盐溶解，同时抑制破骨细胞的生成，还有使间质细胞转变为成骨细胞的作用，结果促进骨盐沉淀，降低血钙。此外，它还抑制肾小管对磷的重吸收，以增加尿磷，降低血磷。

⑶维生素D：天然存在的维生素D有两种，即维生素D₂（麦角钙化醇，erqocalciferol）及维生素D₃（胆钙化醇，cholecalciferol）。维生素D₂及D₃具有相同的生理作用，且都必须在体内进行一定的代谢转变，成为活化型后才能发挥其生物学作用，肝和肾是维生素D活化的主要器官。

肝细胞微粒体中有维生素D₃-25-羟化酶系，可在NADPH、O₂和Mg²⁺参与下将维生素D₃羟化生成25-（OH）-D₃。在肝生成的25-（OH）-D₃与血浆中特异的α₂-球蛋白（D结合蛋白）结合，运输至肾，在肾近曲小管上皮细胞线粒体中的25-（OH）₂-D₃lα-羟化酶系（包括黄素酶．铁硫蛋白和细胞色素P₄₅₀）的催化下，羟化生成lα，25-（OH）₂-D₃。后者具有较强的生理活化，其活性比维生素D₃高10-15倍，被视为维生素D的活化型，并被当作激素。

1α，25-（OH）₂-D₃能反馈地抑制25-OH-D₃-1α-羟化酶的活性，但可诱导肾25-OH-D₃-24-羟化酶的合成。故当体内1α，25(OH)₂-D₃减少时，25-(OH)-D₃倾向于合成高活性的1α，25(OH)₂-D₃；而当1α，25(OH)₂-D₃过多时，可形成低活性的1，24，25-(OH)₂-D₃，这对于防止体内活性维生素D产生过多，控制维生素D中毒有重要意义。

无机磷可抑制25(OH)-D₃-1α-羟化酶系的活性，故当血磷降低时可促进1，25-(OH)₂-D₃的生成，血磷正常或增高时，25-(OH)-D₃-1α-羟化酶系活性降低。甲状旁腺激素亦可促进1α，25-(OH)₂-D₃的生成；而降钙素则抑制此过程。

活性维生素D₃作用的靶器官主要是小肠、骨和肾。

对小肠的作用：1α，25-(OH)₂-D₃具有促进小肠对钙、磷的吸收和转运的双重作用，即促进肠粘膜细胞膜对钙的通透、细胞内的结合及转运。钙主要在十二指肠吸收，肠粘膜上皮细胞刷状缘存在着可控制Ca²⁺通透的孔道，而在基底膜一侧，Ca²⁺向血液的转运是在Ca²⁺-ATP酶作用下的主动耗能过程。

1α，25-(OH)₂-D₃进入肠粘膜上皮细胞后，首先与细胞液中特异受体结合，然后起到下述生理作用：①与受体结合的1α，25-(OH)₂-D₃直接作用于刷状缘，改变膜磷脂的结构与组成（增加磷脂酰胆碱和不饱和脂肪酸含量），从而增加钙的通透性；②与受体结合的1α，25-(OH)₂-D₃进入细胞核，加快DNA转录mRNA，促进与Ca²⁺转运有关的蛋白质（钙结合蛋白，Ca²⁺-ATP酶）的生物合成；③与受体结合的1α，25-(OH)₂-D₃还刺激基底膜腺苷酸环化酶的活化。这样，进入细胞的Ca²⁺和cAMP都作为第二信使，发挥其调节作用。

在1α，25-(OH)₂-D₃的作用下，细胞内钙浓度升高，一部分Ca²⁺进入线粒体，钙结合蛋白多位于粘膜细胞的基底膜侧，它可从线粒体接受Ca²⁺，再将Ca²⁺转运到基底膜的钙泵上，将Ca²⁺输送至血液中。小肠粘膜还可通过Na⁺-Ca²⁺交换体系（需与Na⁺，K⁺-ATP酶相偶联）将Ca²⁺转运至血液。

1α，25-(OH)₂-D₃还能促进小肠粘膜细胞对磷的吸收。

对骨的作用：1α，25-(OH)₂-D₃对骨的直接作用是促进溶骨，用佝偻病动物实验证明：骨钙沉积于骨端软骨的作用也以1α，25-(OH)₂-D₃为最高。1α，25-(OH)₂-D₃与PTH协同作用下，加速破骨细胞的形成，增强破骨细胞活性，通过促进肠管钙、磷的吸收及促进溶骨，使血钙、血磷水平增高以利于骨的钙化。也就是说，1α，25-(OH)₂-D₃能维持骨盐溶解与沉积的对立统一过程，有利于骨的更新与生长。

对肾的作用：1α，25-(OH)₂-D₃对肾小管上皮细胞的作用是促进对钙、磷的重吸收，其机制也是增加细胞内钙结合蛋白的生物合成。

在正常人体内，通过PTH、CT、1α，25-(OH)₂-D₃三者的相互制约，相互协调，以适应环境变化，保持血钙浓度的相对恒定。现将上述三种激素对钙磷代谢的影响列于表6-2。

表6-2 三种激素对钙磷代谢的影响

激素	肠钙吸收	溶骨作用	成骨作用	肾排钙	肾排磷	血钙	血磷
PTH	↑	↑↑	↓	↓	↑	↑	↓
CT	↓（生理剂量）	↓	↑	↑	↑	↓	↓
1α，25-(OH)2-D3
	↑↑	↑	↑	↓	↓	↑	↑

↑升高：↑↑显著升高；↓降低