第四節 骨礦物質
一、鈣
鈣是構成骨礦物質的重要成分，也是人體含量最多的礦物質成分。鈣在人體內的含量僅次於氧、碳、氫和氮，居第5位，約占人體體重的2％。
人體內的絕大部分鈣都儲存在骨組織中，骨鈣總量占人體鈣總量的99％，約為1100g，其餘1％左右分布在軟組織（約為7.0g）和細胞外液（約為1.0g）。
正常情況下，骨鈣中約有鈣99％是相對穩定的，稱為穩定性鈣。約有1％是不穩定的，這部分鈣可以自由地與細胞外液交換，稱為可溶合鈣（miscible calcium）。軟組織鈣、細胞外液鈣和可溶合鈣合稱為不穩定鈣。穩定鈣和不穩定鈣通過可溶合鈣不斷地進行著鈣的交換，舊骨中不穩定鈣不斷進入血循環和細胞外液，腸道吸收的鈣又不斷通過血循環沉積在骨中。如此循環，周而複始，舊骨不斷破壞，新骨不斷形成。
（一）鈣的生理作用及細胞內鈣
1.鈣的生理作用
鈣不僅是骨礦物質的重要成分，而且對機體內諸多細胞的功能有很大的影響。鈣主要是以其離子形式發揮作用的，作用方式類似激素的第二信使，因此又有人稱鈣為生物學信使（biological messenger）。在某些組織中，鈣能影響Na+和K+所產生的電信號，鈣離子能將信號帶入靶組織細胞而引起細胞的一係列生物活動。在這一生物過程中，鈣可能與某些特異性蛋白質（一種可溶性蛋白）結合發揮作用。鈣離子能調節多種酶的活性，最重要的是與cAMP有關的磷酸二酯酶和腺苷酸環化酶。
細胞水平上鈣離子最重要的作用是對膜結構和膜穩定性的作用。在興奮時，軸突膜構型的變化就是鈣離子作用所致。線粒體膜上惟一的磷脂——cardiolipin與鈣離子有高度親和性，而且此膜與具有高鈣離子濃度的細胞外膜相對應，也就是說，細胞隨時為鈣離子發揮作用準備條件。
鈣離子與血液凝固過程有密切關係。鈣離子對肌肉的收縮和舒張，特別是心肌有很重要的作用。
2.細胞內鈣離子的濃度
細胞內的鈣離子濃度約為細胞外液鈣離子濃度的1/1000。應用微電極技術已測得細胞質鈣離子濃度為0.13~1.3μmol/L。但在某些（如平滑肌）細胞，細胞質內鈣離子濃度可達8～9mmol/L。某些細胞內的蛋白質與鈣離子有高親和性，一些細胞內的酶也可與鈣離子結合，但親和力較低。另外有一種越來越受到人們重視的蛋白質——鈣依賴性調節蛋白，又稱鈣調節蛋白或調鈣素（Calmodulin），現在有人認為這種物質就是鈣的“受體”，其作用是調節鈣進入許多細胞內的酶靶部位（intracellular enzyme targets），從而使鈣離子發揮作用。
除去上述可溶性小分子陰離子外，細胞內的一些線粒體對儲存非離子鈣是非常重要的。在某些組織細胞內，線粒體的鈣濃度可達0.1mol/L以上。一般情況下，其鈣離子濃度也可達10mmol/L。在這些部位，鈣多以可溶性磷酸鹽形式存在。
3.鈣的平衡和血鈣調節係統
人體調節血鈣和鈣離子水平的三大器官是腸、骨和腎。許多調節鈣代謝的激素也是通過這三大器官發揮作用的正常情況下，血鈣隻在很狹窄的範圍內波動，調節血鈣水平的激素主要是甲狀旁腺激素、降鈣素和維生素D活性代謝物1，25-（OH）2D3，上述3種激素對穩定血鈣和鈣離子水平是非常重要的，當任何一種激素缺乏時，就會使血鈣發生變化。血鈣調節係統是一個互相聯係互相製約的整體。當血鈣下降時，就會使甲狀旁腺激素分泌增加，促進腎髒1a羥化酶的活性，使1，25（OH）2D3合成增加。1，25（OH）2D3一方麵使腸鈣結合蛋白生成增加，促進腸鈣吸收，另一方麵和甲狀旁腺激素一起動員骨鈣釋放入血。其綜合結果是使血鈣升高。與此相反，血鈣高於正常，就會抑製甲狀旁腺激素分泌，使1，25（OH）2D3合成減少，腸鈣吸收減少，骨鈣動員減少，血鈣下降。
（二）骨鈣的沉積和釋放
骨是機體最大的鈣庫，是調節鈣平衡的重要器官。當機體攝入鈣增加時，除一部分隨糞便排泄和從尿中排泄外，一部分鈣就儲存在骨組織中。但骨鈣儲存是有一定限度的，是可飽和的。當攝入不足。機體缺鈣時，除尿及糞的鈣排泄減少外，一部分骨鈣也動員出來釋放入血以維持正常的血鈣水平。骨鈣的沉積和動員是通過骨的礦化（mineralization）和吸收（resorption）兩個過程來完成的。
（三）血清總鈣和遊離鈣測定
1.血清總鈣測定①EDTA滴定法所測血清總鈣的正常參考範圍為2.2～2.6mmol/L；②原子吸收光譜法所測得的正常參考範圍為2.3～2.7mmol/L。③鄰甲酚絡合劑直接比色法所測正常範圍為2.03～2.54mmol/L。嬰兒血清總鈣高於成年人，為2.25～2.67mmol/L。
2.血清鈣離子測定主要方法是離子電極方法，結果準確，一致性好，正常參考值在1.1～1.3mmol/L，兒童大約比成人略高0.2mmol/L。
3.臨床意義血清總鈣和離子鈣測定對骨礦代謝和鈣磷代謝的研究有很重要價值。很多代謝性骨病如原發性甲狀旁腺功能亢進、結節病、維生素D中毒等可伴血鈣升高，有些疾病如佝僂病、軟骨病、甲狀旁腺功能減退等可伴有血鈣下降。血清鈣與年齡有關，40歲以上的成年人，隨著年齡的增加，血清鈣有逐漸下降的趨勢。
（四）尿鈣測定
尿鈣是指經尿排出的鈣的含量。尿鈣測定是研究代謝性骨病、鈣磷代謝和有關疾病的重要手段。臨床上常用的檢測尿鈣的手段是測定24小時尿鈣、每克肌酐排出的尿鈣即尿鈣/肌酐（包括24小時尿和空腹尿）比值和空腹2小時尿鈣。
1.24小時尿鈣
不同地區、不同飲食習慣和不同營養狀態，24小時尿鈣有很大的差別。攝入奶製品較多的地區和人群，24小時尿鈣較高，多在150～300mg，甚至更多；而貧窮落後地區或無牛奶或奶製品攝入者，尿鈣較低。從嬰幼兒至20歲成年人，隨著年齡的增大和攝入量的增加，尿鈣增加。20～60歲成年人，24小時尿鈣隨年齡的變化不大。60歲以後的老年人，24小時尿鈣有下降趨勢。男性24小時尿鈣高於同齡女性。這些差別可由多種因素所致。一年四季中，以夏末尿鈣量最多（7、8月份），冬末尿鈣含量最低，這可能與日照多少有關。光照多，皮膚能合成更多的維生素D，促進了腸鈣的吸收。冬季戶外活動少，光照少，維生素D合成減少，腸鈣吸收減少。