钙磷镁与微量元素的临床生物化学

钙磷镁与微量元素的临床生物化学　　钙、磷、镁是人体的重要组成物质，具有广泛的生理功能，其代谢异常在临床上亦较多见。微量元素（traceelements）在体内具有广泛的生物学作用和临床意义，已引起医学界的重视。本章将扼要介绍钙磷镁及某些微量元素的生理作用、体内分布、代谢和代谢异常以及测定这些物质的临床意义。第一节　钙、磷代谢及其异常　　一、钙、磷的生理功用　　钙盐和磷酸盐是人体内含量最高的无机盐，成人体内钙总量约为400-800g，约99％的钙和86％以上的磷存在于骨骼和牙齿中。　　（一）体内Ca2+的生理功能　　⒈血浆Ca2+可降低毛细血管和细胞膜的通透性，降低神经、肌肉的兴奋性当血浆Ca2+的浓度降低时，神经、肌肉的兴奋性增高，可引起抽搐。　　⒉血浆Ca2+作为血浆凝血因子Ⅳ参与凝血过程它是因子Ⅸ、因子Ⅹ、凝血酶原、因子ⅩⅢ等的激活作用中不可缺少的辅因子。　　⒊骨骼肌中的Ca2+可引起肌肉收缩当肌细胞内储存Ca2+受神经冲动而释放，Ca2+浓度增大到10-7-10-5mol/L时，Ca2+可迅速地与钙蛋白的钙结合亚基结合，引起一系列构象改变后导致肌肉收缩。　　⒋Ca2+是重要的调节物质一方面作用于质膜，影响膜的通透性及膜的转运。一方面，在细胞内Ca2+作为第二信使起着重要的代谢调节作用。此外，Ca2+还是许多酶（脂肪酶、ATP酶）的激活剂，Ca2+还能抑制维生素D3-1α-羟化酶的活性，从而影响代谢。　　（二）磷的生理功能　　⒈血中磷酸盐（HPO42-/H2PO4-）是血液缓冲体系的重要组成成分。　　⒉细胞内的磷酸盐参与许多酶促反应如磷酸基转移反应、加磷酸分解反应等。　　⒊构成核苷酸辅酶类（如NAD+、NADP+、FMN、FAD、CoA等）和含磷酸根的辅酶（如TPP、磷酸吡哆醛等），还构成多种重要的核苷酸（如ATP、GTP、UTP、CTP、cAMP、cGMP等）。　　⒋细胞膜磷脂在构成生物膜结构、维持膜的功能以及代谢调控上均发挥重要作用。酶蛋白及多种功能性蛋白质的磷酸与脱磷酸化则是代谢调节中化学修饰调节的最为普遍、最为重要的调节方式，与细胞的分化、增殖的调控有密切的关系。　　二、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HPO42-的形式存在，其余为H2PO4-，PO43-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端去掉一个六肽，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PTH9500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　　三、钙、磷代谢异常　　钙磷代谢的异常包括高钙血症、低钙血症、高钙尿症、高磷血症以及低橉血症。现分别叙述如下。　　（一）高钙血症　　按病因学分类（表6-3）引起高钙血症（hypercalcemia）的原因包括溶骨作用增强、小肠钙吸收增加以及肾对钙的重吸收增加等。高钙血症是由于过多的钙进入细胞外液，超过了细胞外液钙浓度调节系统的调节能力或钙浓度调节系统的异常所致。较多见的是恶性肿瘤，其次是原发性甲状旁腺功能亢进症。　　上述引起高钙血症的原因中，最多见的是由于溶骨作用而引起的高钙血症。PTH、前列腺素、破骨细胞激活因子（osteoclastactivationfactor，OAF）、甲状腺素、1α，25-(OH)2-D3等都可促进溶骨作用。现将几种常见的高钙血症略加说明。　　⒈原发性甲状腺功能亢进和PTH异位分泌这两种情况都造成PTH过多，促进溶骨作用，又促进了维生素D的活化，间接地促进了肠管对钙的吸收，引起高钙血症。　　⒉恶性肿瘤恶性肿瘤骨转移是引起血钙升高的最常见的原因。65％的乳腺癌病人有骨转移，多发性骨髓瘤和Burkitt淋巴肉瘤亦多有骨转移。这些肿瘤细胞可分泌破骨细胞激活因子，这种多肽因子能激活破骨细胞。肾癌、胰腺癌、肺癌等即使未发生骨转移亦可引起高钙血症，这与前列腺素（尤其是PGE2）的增多导致溶骨作用有关。表6-3高钙血症的病因学分类 ⒈溶骨作用增强原发性甲状旁腺功能亢进症　PTH的异位分泌　甲状腺功能亢进　恶性肿瘤（白血病、多发性骨髓瘤等）　废用性骨萎缩⒉小肠钙吸收增加维生素D摄入过量　维生素A摄入过量　类肉瘤病⒊肾对钙重吸收增多应用噻嗪类药物⒋其他乳-碱综合征　肾上腺功能不全（如艾迪生病）　急性肾功能不全　婴儿特发性高钙血症　　⒊维生素D中毒治疗甲状旁腺功能低下或预防佝偻病而长期服用大量维生素D可造成维生素D中毒，维生素D在体内的半寿期长，中毒可持续数月，高钙高磷血症引起头痛恶心等一系列症状及软组织和肾的钙化。　　⒋甲状腺功能亢进甲状腺素具有溶骨作用，中度甲亢病人约15％-20％伴有高钙血症。　　（二）低钙血症　　低钙血症（hypocalcemia）的病因学分类见表6-4。表6-4低钙血症的病因学分类⒈溶骨作用减弱，成骨作用增强甲状旁腺功能低下（原发性，手术）　假性甲状旁腺功能低下　甲状腺功能亢进病人手术后　低镁血症（酒精中毒，吸收不良综合症）　恶性肿瘤骨转移（前列腺癌）⒉肠管钙吸收的抑制维生素D缺乏　维生素D摄入不足或紫外线照射不足　吸收不全综合征　维生素D活化受阻⒊其他低白蛋白血症（肾病综合征）　急性胰腺炎　妊娠、肾功能不全　大量输血 　　甲状旁腺功能低下可因甲状旁腺或甲状腺手术的失误所引起。由于PTH的分泌减少，骨中破骨细胞减少，成骨细胞增加，造成一时性低钙血症。假性甲状旁腺功能低下主要是由于PTH的靶器官受体异常，对PTH应答不良所引起。低镁血症时PTH的分泌减少，也可由于引起PTH靶器官对PTH反应低下而造成低钙血症。食物中维生素D缺少或紫外线照射不足，或消化系统疾病造成维生素D吸收障碍都可引起维生素D缺乏性佝偻病。此时血循环中的活性维生素D减少，引起肠钙吸收减少及血钙降低。血钙降低又刺激PTH的分泌，促进骨钙动员和增加肾小管对钙的重吸收，通过此种代偿机制维持血钙正常水平。　　急性胰腺炎时机体对PTH的反应性降低，CT和胰高血糖素分泌亢进。急性胰腺炎时的低血钙与溶骨作用的抑制可能有关。　　肾功能不全时由于肾功能低下而造成活性维生素D产生不足，结果PTH对溶骨的促进作用降低，造成低钙血症。　　低血钙时神经、肌肉兴奋性增加，外界刺激可引起肌肉痉挛、手足搐搦。维生素D缺乏引起的佝偻病可表现方头、O形或X形腿、鸡胸及念珠胸，血清碱性磷酸酶可因软骨细胞增加而活性增高，可高达50-60布氏单位（正常值为5-15布氏单位）。　　（三）高磷血症　　高磷血症（hyperphosphoremia）主要是由于肾排出减少，溶骨作用亢进，磷摄入过多，磷向细胞外移出及细胞破坏等原因所造成。临床上常伴有血钙降低的各种症状和软组织的钙化现象。高血磷的病因可见表6-5。表6-5高磷血症⒈摄入磷过多摄取磷过多　小肠磷吸收亢进（维生素D过量）　使用含磷缓泻剂　磷酸盐静注⒉磷向细胞外移出或组织破坏呼吸性酸中毒　糖尿病性酮症、酸中毒　乳酸性酸中毒　骨骼肌破坏　高热　恶性肿瘤（化疗）　淋巴性白血病⒊肾排磷减少肾功能不全（急性、慢性）　甲状旁腺功能低下　原发性甲状旁腺功能低下 　继发性甲状旁腺功能低下　假性甲状旁腺功能低下　甲状腺功能亢进症　肢端肥大症⒋其他镁缺乏　细胞外液量减少　家族性间歇性高磷血症　　⒈急、慢性肾功能不全肾小球滤过率在20-30ml/min以下时，肾排磷减少，血磷上升，血钙降低，PTH的分泌增多。肾的病变使1α，25-(OH)2-D3的生成减少，血浆钙浓度降低，也有利于高磷血症的发生。　　⒉甲状旁腺甲状旁腺功能低下，尿排磷减少，导致血磷增高。　　⒊维生素D中毒由于维生素D的活性型促进溶骨，并促进小肠对钙、磷的吸收以及肾对磷的重吸收，因而维生素D中毒时伴有高磷血症。　　⒋甲状腺功能亢进同时出现高钙血症与高磷血症，这与溶骨作用亢进有关。　　⒌肢端肥大症活动期可出现高磷血症。生长激素可促进小肠对钙的重吸收，增加尿钙排出，减少尿磷排泄，导致血磷增高。　　（四）低磷血症　　血清无机磷的降低即低磷血症（hypophosphoremia）可由于小肠磷吸收减低、尿磷排泄增加、磷向细胞内转移等所引起，引起低磷血症的病因学分类见表6-6。表6-6低磷血症⒈小肠磷吸收减低对磷摄取不足，饥饿、呕吐　1α，25-(OH)2-D3不足〔维生素D缺乏、维生素D活化障　碍，对1α，25-(OH)2-D3感受性低下〕　吸收不良综合征　结合磷酸的制酸剂（氢氧化铝凝胶、碳酸铝、氢氧化镁等）⒉尿磷排泄增加急性乙醇中毒　甲状旁腺功能亢进症（原发性、继发性）　肾小管性酸中毒　Fanconi综合征　维生素D抵抗性佝偻病　代谢性酸中毒　糖尿病 　糖皮质类固醇投予　利尿剂投予⒊磷向细胞内转移摄取糖类　静注葡萄糖、果糖、甘油　高热量输液　营养恢复综合征　过度换气综合征（呼吸性碱中毒）　应用胰岛素、乳酸钠　投予水杨酸　应用雄性激素　严重烫伤恢复期投予葡萄糖　　⒈甲状旁腺功能亢进症无论原发性或继发性甲状旁腺功能亢进均可使PTH过多，无机磷随尿排出增多，造成低磷血症。　　⒉维生素D缺乏维生素D摄入减少或肾1α-羟化酶受抑制，1α，25-(OH)2-D3合成不足，均可引起小肠磷吸收降低，尿排磷增加，导致低磷血症。　　⒊肾小管性酸中毒与Fanconi综合征肾小管性酸中毒时由于H+排出受阻导致钙磷代谢障碍，出现骨软化症、肾钙化、肾结石等。酸中毒可抑制肾小管对钙的重吸收，出现低钙血症、高PTH和低磷血症。Fanconi综合征表现为高钙血症、低磷血症和高碱性磷酸酶血症。低磷血症是由于肾小管对磷的重吸收显著减低所致。病人尿中大量排磷，即使血磷很低，尿磷仍很高。　　四、尿路结石症的生物化学　　尿路结石症是地区性常见病、多发病。我国尿石症的多发地区是广东、广西、贵州、云南、四川、福建、台湾、浙江、江西、安徽、湖南、湖北、陕西、河南东部、山东、苏北、吉林双城堡等地。　　尿石症大体可分为上尿路结石症（肾结石、输尿管结石）与下尿路结石症（膀胱结石、尿道结石等）。随着工农业生产的发展和生活水平的提高，上尿路结石就诊率明显升高，下尿路结石明显下降。　　（一）尿路结石的化学组成及结构特点　　尿石一般由三部分组成：①中心部或核；②沉积的晶体物质；③基质。　　尿石的核心通常位于尿石的中心，是尿石生成中最早出现的部分。核心的组成常能反映当时体内的代谢变化。对尿石核心的分析对探讨尿石的成因也有一定价值。有的尿石核心由晶体物质及基质组成，也有的尿石核心是凝血块、细胞碎屑、管型、菌落、异物等。 　　尿石的基质是各种尿石共有的成分，是由粘蛋白类构成，基质在含钙尿石中占结石总量的2.5％左右，在胱氨酸结石中基质约占9％-11％，而在罕见的基质结石中基质可达结石总重量的60％左右。基质作为结石的网架，晶体沉积于其上。　　尿石的晶体物质种类较多，其性质及来源各不相同，尿石的晶体成分见表6-7。表6-7尿石的晶体成分　成分分子式一水草酸钙CaC2O4·H2O二水草酸钙CaC2O4·2H2O磷酸镁铵MgNH4PO4·6H2O碳酸磷灰石Ca10（PO4，CO3OH）6（OH）2　羟基磷灰石Ca10（PO4）6（OH）2　二水磷酸氢钙CaHPO4·2H2O尿酸C5H4N4O3　尿酸钠NaHC5H2N4O3·H2O尿酸铵NH4HC5H2N4O3·H2O磷酸三钙Ca3（PO4）2　胱氨酸[-S.CH2CH（NH2）·COOH]2　黄嘌呤C5H4N4O2　　　一种尿石可含一种或数种晶体成分，据国内有关报告初步统计，我国国内尿路结石以含草酸钙的混合结石最为多见，个别地区尿酸结石较其他地区为高。尿石分析可用化学分析方法、微量重结晶分析法、X线粉晶分析、红外线光谱分析、偏光显微镜分析等。　　尿石的结构及其意义见表6-8。　　（二）尿路结石的成因及形成机制　　尿路结石的成因问题颇为复杂，它涉及结石成分由尿中排泄增加、尿液pH的变化、环境及某些生活习惯、营养因素、神经因素及尿液淤滞等。表6-8　尿石的结构特点及其意义结构组成成分意义核心基质与晶体成分（草酸盐、磷酸为尿石生成中最早出现的部分，肾小管中形成 　盐）、血块、细胞碎屑管型、菌的微石进入肾盏，长大成为尿石　落、异物等，核心一个或多个　同心层由晶体及基质组成年轮样结构，基质也在草酸钙结石及尿酸结石中同心层结构明　具有同心层结构，形成结石网架显放射条纹与同心层相垂直，长度相当于1个同心只存在于一水草酸钙、尿酸或磷酸氢钙等单一　层的宽度，由纤维状基质组成成分区域，与同心层并存小球体每个尿石中皆有不同数目的1mm左右小球体即微小结石，尿石可为多个小球体的聚　的小球体存在，由基质及晶体组成合体，说明微小结石不断从肾乳头脱落，聚集　　成尿石　　⒈高钙尿症尿钙的增高与含钙尿石的形成有密切关系，但是高钙尿症并非形成尿石的唯一决定性因素。许多尿石患者尿钙含量正常，高钙尿症也不一定都合并尿石症。只是在原发性甲状旁腺功能亢进症、肾小管性酸中毒、特发性高钙尿症等情况下较多见尿石的发生。　　⒉草酸代谢紊乱草酸钙是尿路结石的主要成分。尿中排泄的草酸约有40％来自富含草酸的食物，还有一半是来自体内氨基酸（甘氨酸、丝氨酸、羟脯氨酸）和维生素C的代谢转变。原发性高草酸症是先天性的酶缺陷所致，包括Ⅰ型（α-酮戊二酸－乙醛酸裂合酶缺陷）和Ⅱ型（D-甘油酸脱氢酶缺陷）。原发性高草酸尿症Ⅰ型由前述三种氨基酸代谢生成的乙醛酸难于进一步转变成α-羟基β-酮基已二酸，因而造成乙醛酸堆积，由乙醛酸生成草酸增加。原发性高草酸尿症Ⅱ型则表现为由丝氨酸生成的羟基丙酮酸堆积，导致L-甘油酸和草酸的生成增加。　　维生素B6及维生素B1构成上述氨基酸代谢酶的辅酶，因而当维生素B6与B1缺乏时亦可导致草酸代谢紊乱，即乙醛酸向氨基酸的转化发生障碍而转向草酸的生成，因而促进草酸钙结石的生成。草酸代谢紊乱与镁的缺乏也有密切的关系，动物实验表明，饲以缺镁食饵即可形成草酸钙结石，而且这种结石形成过程可因投予镁而被阻止。据认为镁的吸收可以抑制钙的吸收，镁离子可使尿中草酸钙的溶解度显著增高，有人曾主张测定尿中镁/磷比值，若镁/磷比值在0.1以下即可认为是“镁失调尿”，他们认为“镁失调尿”是草酸钙结石形成的重要条件。　　内生性草酸的35％-50％是由维生素C转变而来。维素C（L-抗坏血酸）在体内首先被氧化成L-脱氢抗坏血酸（在细胞色素、分子氧等参加下），再经内酯酶作用而生成2，3-二酮古洛糖酸，后者再分解成草酸和L-苏阿糖酸。大量服用维生素C可引起内生性草酸的大量生成而有发生草酸钙结石的可能，动物实验也表明了这一点。 　　⒊尿酸代谢紊乱尿酸是体内嘌呤代谢的产物。发生高尿酸血症的原因在于组织中核酸分解破坏的增加以及摄取富含嘌呤及核酸食物的增加。约25％的痛风病人有尿酸结石，尿酸结石病人的25％合并痛风。高尿酸血症可同时出现高尿酸尿症。　　随着鱼肉类食品及乙醇饮料摄取量的增加，痛风及无症状性高尿酸血症有增加的趋势。痛风已被看做是以原发性高尿酸血症为基础、以关节炎发作为主要症状，合并肾损害（痛风肾）、高血压、脂类及糖代谢异常、肥胖等的全身性代谢异常的疾病。其尿液pH有强烈的偏酸的倾向，因而易形成尿酸结晶和尿酸结石。血清及尿中尿酸浓度越高，肾结石发生率也越高。尿pH越低，肾结石发生率亦越高。尿酸在偏酸（pH6以下）条件下易处于过饱和状态，而利于尿酸结石的形成。　　黄嘌呤是嘌呤代谢的中间产物，溶解度低。黄嘌呤结石是由于黄嘌呤氧化酶的缺陷而致嘌呤代谢障碍，尿中黄嘌呤沉积而成为尿石。　　⒋胱氨酸代谢障碍胱氨酸尿症是肾及肠道中氨基酸转运的先天性异常。尿中胱氨酸、鸟氨酸、赖氨酸等排出增加，可出现复发性尿路结石。　　⒌尿pH与结石形成的关系（表6-9）。表6-9成石物质的溶解度与尿pH的关系成石物质酸性尿中情况碱性尿中情况尿　酸（pH5.0附近）沉淀（pH6.5以上）溶解胱氨酸（pH4.5-7.0）沉淀（pH7.5-7.8）溶解草酸钙（pH6.0以下）沉淀（pH＞7）沉淀磷酸钙（pH6.0以下）溶解（pH＞7）沉淀磷酸镁铵（pH6.0以下）溶解（pH＞7）沉淀　　由表6-9可以看出不同成分尿石的形成是在不同的pH下进行的，在偏酸性的尿中易形成尿酸及胱氨酸结石；在偏碱性尿中易形成磷酸钙及磷酸镁铵结石。　　⒍尿中结晶抑制物的缺乏尿中成石物质的浓度一般都大于其溶解度，因而都处于过饱和状态。在正常尿中存在着一些作用很强的结晶抑制物－焦磷酸盐、粘多糖、柠檬酸、镁离子、尿素、丙氨酸、锰离子在及锌离子等。尿石症病人尿中由于缺乏某些结晶抑制物，导致其尿液的结晶倾向增高。例如草酸钙结石病人尿镁浓度的减低，尿石病人尿液柠檬酸排出量减低等均是这方面的例证。　　⒎结石基质在尿路结石形成中的作用尿石形成的基质学说认为是基质前身物先转化为基质，再以基质为模板吸附或粘着晶体物质而形成结石。在结石形成者的尿中，粘多糖的硫酸化程度比正常尿中的为高。硫酸粘多糖上的硫酸根可能起着在肾内形成难溶性钙盐的作用。因此，高度硫酸化的粘多糖看来是含钙结石形成的重要因素，基质物质A为基质主要成分。 　　⒏其他因素关于水质硬度与尿石发生的关系报告尚不一致，广东东莞、花县以及贵州六盘水地区尿石的发生与水质硬度有关。维生素A缺乏易导致过饱和的碱性尿液，还可使上皮脱落，刺激基质蛋白的分泌。精神紧张与交感神经反射的刺激易引起肾石发生。尿石病人尿中尿激酶活性比正常人低，而尿激酶能促进纤维蛋白溶解，保持尿路的通畅。　　关于各种尿石的生化成因及特点列于表6-10　　（三）尿中防治的临床生化（表6-11）表6-10各种尿石的生化成因及特点结石种类生化成因尿液及结石的特点草酸钙结石原发性高草酸尿症（先天性酶缺陷）尿钙高　甲状旁腺功能亢进尿草酸增高　　尿镁及尿磷降低　继发性高草酸尿（膳食性）尿pH5.0-6.5　维生素B6、B1缺乏，Mg2+缺乏，回肠尿中有草酸钙结晶　切除，胆盐重吸收减弱，胆盐分解放出成堆现象　甘氨酸，转化成草酸，形成草酸盐结尿沉淀加盐酸溶解　石，多数特发性草酸钙石原因未明尿石同心层明显，二水草酸　　钙白而脆，一水草酸钙褐色坚硬磷酸钙结石特发性高钙尿症尿钙增高　甲状旁腺功能亢进症尿pH＞7.0　肾小管性酸中毒，长期卧床尿沉淀和醋酸溶解　骨肿瘤引起高钙尿症尿液结石白色松脆　偏碱，尿中粘蛋白改变等碳酸磷灰石加HCl有气泡生成磷酸镁铵结石尿路感染，细菌尿素酶将尿素分解为氨尿细菌培养阳性　与CO2形成碳酸铵，再与镁及磷酸盐形尿可见磷酸镁铵结晶尿pH＞7.0　成磷酸镁铵沉淀尿沉淀加醋酸溶解尿酸结石高尿酸尿症尿中尿酸可增高　尿pH偏酸，尿酸沉积尿液pH＜5　“特发性尿酸结石”机制未明尿沉淀加碱溶解　　尿中可见尿酸结晶　　尿石呈金黄色，同心层明显胱氨酸结石胱氨酸、鸟氨酸、精氨酸、赖氨酸在肾尿中胱氨酸增加　及小肠转运障碍，肾重吸收障碍，尿中尿pH偏低　大量排泄胱氨酸，沉积而成为胱氨酸结尿中可有胱氨酸结晶 　石　表6-11防治尿石的生化原理结石种类防治药物防治尿石的生化原理　氧化镁纠正镁失调，Mg2+与Ca2+竞争草酸根，阻止尿石生长，增　　加草酸钙溶解度草酸钙结石维生素B6　纠正氨基酸代谢紊乱，降低内生性草酸　无机磷酸盐增加尿中焦磷酸盐，抑制结石生长　亚甲蓝阻止基质与晶体结合，妨碍基质的产生，　磷酸纤维素聚合与钙形成不吸收的复合物，降低尿钙　酪氨酸降低内生性草酸，阻断羟脯氨酸生成草酸　别嘌呤醇抑制尿酸生成，防止草酸钙结合长大　四环素与金属离子螯合，与亚甲蓝作用类似续表结石种类防治药物防治尿石的生化原理磷酸钙结石氢氧化铝胶在肠道与磷形成不溶性磷酸铝减少吸收　柠檬酸在尿中与钙形成可溶性物质　葡萄糖醛酸形成葡萄糖醛酸甙，利于钙结石溶解　萜烯类与葡萄糖醛酸结合成葡萄糖醛酸甙　酸性磷酪盐与NH4+Cl-　酸化尿液，促进磷酸钙溶解，降尿钙　磷酸纤维素与钙形成不吸收的复合物，降低尿钙磷酸镁铵结石抗生素控制尿路感染，减少尿中尿素酶及尿铵　乙酰羟肟酸尿素酶抑制剂，减少尿素分解　丙氨酸防止尿粘蛋白的聚合尿酸结石别嘌呤醇抑制体内黄嘌呤氧化酶，从而抑制尿酸生成　柠檬酸盐碱化尿液至pH6.5，使尿酸结石溶解胱氨酸结石青霉胺青霉胺与半胱氨酸结合，形成溶解度很大的复合　　物，减少胱氨酸的生成　柠檬酸盐碱化尿液至pH7.5，促进胱氨酸结石的溶解