Diagnostyka zaburzeń gospodarki wapniowo-fosforanowej Zakład Diagnostyki Laboratoryjnej i Immunologii Klinicznej Wieku Rozwojowego AM w Warszawie

Funkcje wapnia: Składnik kości Kofaktor enzymów Udział w krzepnięciu krwi Regulacja przepuszczalności błon komórkowych Przewodzenie bodźców nerwowych Udział w procesach związanych ze skurczem i rozkurczem mięśni

Poziom wapnia we krwi zależy od: Współdziałania hormonów Poziomu białek osocza pH krwi Związków kompleksujących Niektórych leków Ca całkowity w surowicy=2,25-2,75 mmol/L Ca+2 zjonizowany=1,03-1,26 mmol/L

Wchłanianie wapnia z przewodu pokarmowego I. stopień wchłaniania zależy od zawartości wapnia w pokarmach Wzmaga PTH/pośrednio/ wchłanianie 1,25/OH/2D3 sekrecję kalcytonina/ pobudza syntezę 1,25/OH/2D3 i hamuje gastryny, pankreozyminy i glukagonu - czyli wydzielanie żołądkowe i trzustkowe Hamują wchłanianie- glikokortykoidy

II. Wchłanianie stymulują: laktoza aminokwasy zasadowe niskie pH soku jelitowego

III. Wchłanianie hamują: szczawiany fosforany sole kwasu fitynowego wolne kwasy tłuszczowe wzrost pH soku jelitowego

IV. Transport wapnia przez nabłonek jest trójfazowy: 1. związanie jonów wapnia przez białko umiejscowione w rąbku szczoteczkowym 2. wnikanie wapnia do cytoplazmy przy udziale ATP- azy zależnej od Ca+2 i koncentracja w mitochondriach 3.wydalenie Ca+2 z komórek nabłonkowych do krwiobiegu przy udziale ATP-azy zależnej od Na+ i Ca+2

Wapń w osoczu występuje w trzech formach: Wolny/zjonizowany/ - 47% Związany z białkami – 46% 80% z albuminami 20% z globulinami Związany z innymi jonami – 7% (cytrynian, siarczan, fosforan lub mleczan) Ca całkowity= Ca zjoniz.(47%)+ Ca związ.(46%) z alb.+Ca związ. z in. jonami .(7%)

Wpływ albumin: ALBUMIN Ca całkowitego Ca+2 zjonizowany nie ulega zmianie Ca skoryg. [mmol/L] = Ca ozn. [mmol/L] + 0,02(40-Alb.ozn. g/L)

Wpływ pH: pH Ca +2 zjonizowanego/zmniejsza się wiązanie z białkami/ Ca +2 skoryg. [mmol /L] = Ca +2 [mmol /L] + 0,05 x ( 7,40- pH aktualne) Przy pH =7,40 ok. 46% wapnia występuje w formie zjonizowanej: Ca +2= 0,46 x Ca całk.

Regulacja gospodarki wapniowo- fosforanowej HORMON KOŚCI NERKI JELITO PTH resorpcji Ca +2 resorpcji PO4-3 wchł. Ca+2 wchł. PO4-3 WITAMINA D3 resorpcji Ca +2 KALCYTONINA Nie wpływa

Wpływ kalcytoniny i parathormonu na poziom wapnia w surowicy PTH → ↑ Ca +2 KALCYTONINA → ↓ Ca +2 HIPOKALCEMIA → ↑ wydzielania PTH ↑ Ca +2 w surowicy

Wpływ kalcytoniny i parathormonu na poziom wapnia w surowicy HIPERKALCEMIA → ↑ wydzielania kalcytoniny ↓ Ca +2w surowicy

PARATHORMON • Polipeptyd (84 aa), wydzielany jako pre-prohormon przez komórki przytarczyc • Zwiększa stężenie Ca +2 zjonizowanego w osoczu w wyniku: 1. bezpośredniego oddziaływania na osteoklasty i zwiększania uwalniania do PZK zarówno Ca +2, jak i fosforanów 2. zmniejszenia cewkowego transportu fosforanów (spadek resorpcji) prowadzącego do fosfaturii i wzrostu resorpcji Ca +2 • PTH stymuluje nerkową aktywację witaminy D3 , co sprzyja wchłanianiu Ca w jelicie i resorpcji w nerkach • sekrecja PTH kontrolowana na zasadzie sprzężenia zwrotnego ujemnego ze stężeniem Ca +2 zjonizowanego w PZK

PARATHORMON Przy prawidłowej funkcji przytarczyc: ↓ Ca +2 zjonizowanego Stymulacja PTH (↑) ↑ Ca +2 zjonizowanego i ↓ stężenia fosforanów w surowicy ( fosfaturia)

PARATHORMON Zahamowana sekrecja PTH (↓) Przy prawidłowej funkcji przytarczyc: ↑ Ca +2 zjonizowanego Zahamowana sekrecja PTH (↓) ↓ Ca +2 zjonizowanego i ↑ stężenia fosforanów w surowicy W ZABURZENIACH GOSPODARKI WAPNIOWEJ OBSERWUJE SIĘ JEDNAKOWY KIERUNEK ZMIAN STĘŻENIA WAPNIA I FOSFORANÓW

KALCYTONINA - Hormon peptydowy wytwarzany przez komórki C tarczycy w odpowiedzi na wzrost poziomu wapnia w surowicy -Obniża poziom Ca poprzez: • hamowanie uwalniania Ca z tkanki kostnej (natychmiast), zapobiegając rozpadowi kolagenu kości • stymulację wydalania Ca i wody przez nerki • hamowanie wchłaniania Ca z jelit Poza tym: pobudza osteoblasty do nowotworzenia kości stymuluje mineralizację kości w okresie wzrostu hamuje różnicowanie i aktywność osteoklastów hamuje wydzielanie gastryny odpowiedzialnej za hiperkalcemię ma działanie przeciwbólowe i antydepresyjne

KALCYTONINA FIZJOLOGICZNY WZROST CT: PATOLOGICZNY WZROST CT: - ciąża (tuż przed porodem) u płodów u noworodków w leczeniu estrogenami po podaniu dożylnym wapnia po wypiciu alkoholu po podaniu gastryny PATOLOGICZNY WZROST CT: rak rdzeniasty tarczycy pierwotna nadczynność przytarczyc nadczynność tarczycy ektopowe wydzielanie przez komórki nowotworowe- rak piersi, płuc, prostaty przedawkowanie witaminy D3

GLIKOKORTYKOIDY (GKK) -POWODUJĄ OBNIŻENIE STĘŻENIA WAPNIA W SUROWICY -DZIAŁANIE: GKK JELITO KOŚCI NERKI ↓ wchłaniania Ca ↓ tworzenia kości ↓ resorpcji zwrotnej z p. pokarm (↑ resorpcji Ca z kości) Ca w nerkach ↓ Ca +2 ↑ PTH Resorpcja kości Osteoporoza HIPERKALCYNURIA

WPŁYW ESTROGENÓW NA POZIOM WAPNIA WSUROWICY -POWODUJĄ OBNIŻENIE WAPNIA W SUROWICY - DZIAŁANIE: ■ chronią tkankę kostną przed działaniem PTH (↓ odpowiedź kości na PTH) czyli chronią przed odwapnieniem ■ pobudzają wydzielanie kalcytoniny ■ nasilają proliferację osteoblastów ■ hamują różnicowanie osteoklastów W okresie menopauzy niedobór estrogenów prowadzi do osteoporozy.

HIPERKALCEMIA Stan, w którym stężenie wapnia zjonizowanego jest powyżej wartośći referencyjnych lub stężenie wapnia całkowitego skorygowanego z aktualnym stężeniem albumin jest powyżej 2,7 mmol/l Przyczyny: nowotwory złośliwe tkanki kostnej (szpiczak mnogi) pierwotna nadczynność przytarczyc przedawkowanie witaminy D3 długotrwałe unieruchomienie długotrwałe podawanie mleka bogatego w wapń u osób z chorobą wrzodową żołądka i dwunastnicy leczenie pochodnymi tiazydowymi ( hamują wydalanie Ca z moczem)

KLINICZNE KONSEKWENCJE HIPERKALCEMII: • Zaburzenia zagęszczania moczu Odwodnienie (Moczówka hiperkalcemiczna) • Wzrost wydalania wapnia z moczem Kamica lub wapnica nerek • Wzrost wydalania potasu z moczem Zasadowica nieoddechowa • Stymulacja sekrecji gastryny Choroba wrzodowa żołądka i dwunastnicy • Zmiana pobudliwości tkanki mięśniowej i nerwowej Zaburzenia rytmu serca, osłabienie siły mięśniowej i odruchów

HIPOKALCEMIA Ca całk.<2,1 mmol/l Przyczyny: 1. Upośledzenie biosyntezy, wydzielania lub uszkodzenie efektora PTH 2. Zaburzenia gospodarki witaminą D - niedostateczna podaż - niedostateczne wchłanianie - niedostateczne naświetlenie skóry - przyspieszony metabolizm - zaburzony metabolizm (choroby nerek) 3. Pierwotne zaburzenie gospodarki wapniowej - zaburzone wchłanianie - nadmierne odkładanie się soli wapnia (ostre zapalenie trzustki) Hipokalcemia ujawnia się klinicznie jako tężyczka, z obniżonym stężeniem wapnia zjonizowanego w surowicy. Hiperwentylacja występująca w tym zespole może spowodować zasadowicę oddechową.

PIERWOTNA NADCZYNNOŚĆ PRZYTARCZYC PRZYCZYNY: -gruczolak przerost lub rak przytarczyc • Uszkodzenie sprzężenia zwrotnego między sekrecją PTH a poziomem wapnia • Sekrecja PTH jest niezależna od ujemnego sprzężenia zwrotnego wywołanego wysokim stężenim wapnia w surowicy W surowicy: ↑ PTH ↑ Ca +2 ↓PO4-3 ↑ aktywności FA (ALP)- zwłaszcza f. kostnej

PIERWOTNA NADCZYNNOŚĆ PRZYTARCZYC OBJAW: - hiperkalcemia - hipofosfatemia kamienie nerkowe W moczu: - ↑ Ca +2 - ↑ PO4-3 - ↑ wydalania cAMP nefrogennego - hydroksyprolinuria Inne objawy: - zanik kości- osteopenia - choroba wrzodowa, moczówka nerkowa

PIERWOTNA NIEDOCZYNNOŚĆ PRZYTARCZYC PRZYCZYNY: - chiruriczne usunięcie tkanki gruczołowej w trakcie tyreoidektomii - uszkodzenie w wyniku procesu chorobowego - choroby na tle immunoagresji - spadek wydzielania PTH lub wydzielanie nieaktywnej biologicznie formy przez przytarczyce w wyniku mutacji genu kodującego PTH - Niewrażliwość komórek docelowych na działanie PTH Badania: - ↓ PTH - ↓ Ca +2 i ↓ Mg w surowicy (w wyniku niedoboru lub braku PTH) - ↑ PO4-3 w surowicy (wczesny objaw laboratoryjny) - ↓ 1,25 (OH)2 D3 - ↓ wapnia i fosforanów w moczu Klinicznie objawia się jako tężyczka. Często napadom tężyczki towarzyszy zasadowica oddechowa.

WTÓRNA NIEDOCZYNNOŚĆ PRZYTARCZYC PRZYCZYNY: - toksyczne działanie przedawkowania wit. D3 - przerzuty nowotworowe do kości - chroniczna niewydolność nerek ↓ wytwarzania akt. D3 1,25 (OH)2 D3 ↓ Ca +2 ↑ PTH ↓ 1,25 (OH)2 D3 niewrażliwość kości na PTH ↑ PO4-3 w surowicy przyczyna zaburzeń mineralizacji tkanki kostnej prowadzi do wiązania przez fosforany jonów wapnia

WTÓRNA NIEDOCZYNNOŚĆ PRZYTARCZYC BADANIA: ↓ Ca +2 w surowicy ↑ PTH ↑ PO4-3 ↓ 1,25 (OH)2 D3 W moczu: ↑ Ca +2 ↓ PO4-3

RZEKOMA NIADOCZYNNOŚĆ PRZYTARCZYC pseudohipoparatyroidyzm PRZYCZYNA: defekt receptorowy w tkankach docelowych (nerki i kości) ↓ Ca +2 w surowicy ↑ PTH ↑ PO4-3

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA DOKŁADNOŚĆ OZNACZEŃ WAPNIA PRZYGOTOWANIE PACJENTA Zaleca się pobieranie krwi rano na czczo. Pacjent powinien wstrzymywać się od przyjmowania pokarmu i płynów po kolacji w dniu poprzedzającym badanie POBIERANIE MATERIAŁU Pobieranie krwi do jednorazowych probówek na skrzep. Materiałem zalecanym do oznaczeń jest surowica lub heparynizowane osocze. Pobieranie krwi w warunkach beztlenowych (całkowite wypełnienie probówki krwią), aby uniknąć wpływu zmian pH na powinowactwo albuminy do jonów wapniowych. Oznaczenie nie powinno być wykonane najpóźniej w 2 godz. po pobraniu.

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA DOKŁADNOŚĆ OZNACZEŃ WAPNIA PRZECHOWYWANIE MATERIAŁU: Szybkie, dokładne odwirowanie krwi pobranej na skrzep, szczelne wypełnienie probówki surowicą oraz zamknięcie jej czystą, jednorazową zatyczką plastikową. Materiał stabilny przez kilka godzin w temperaturze pokojowej, przez kilka dni po schłodzeniu do temp. 4 st. C i nawet kilka miesięcy w temp. -20 0C. Oznaczeniu wapnia przeszkadzają: - hemoliza - podwyższone stężenie bilirubiny - wysokie stężenia lipidów - Obecność paraprotein, które mogą zaniżać lub zawyżać wynik SPOSÓB POBRANIA PRÓBKI - Stosowanie stazy wpływa na stężenie białka oraz stymuluje uwalnianie wapnia z komórek śródbłonka Efekt ortostatyczny przy pobraniu krwi od stojącego pacjenta (zawyżenie wyniku o 0,05 mmol/l Długotrwałe unieruchomienie chorego przed pobraniem próbki (zawyżenie wyniku) Hiperwentylacja (zaniżenie wyniku) Wysiłek fizyczny przed pobraniem próbki (zawyżenie próbki)

DIAGNOSTYKA LABORATORYJNA I. POBIERANIE MATERIAŁU Wapń całkowity- krew na skrzep; surowica Wapń zjonizowany – w pełnej krwi pobranej na heparynę II.TESTY LABORATORYJNE - albumina - fosfataza alkaliczna - kreatynina we krwi i moczu - rkz - morfologia z rozmazem -OB - elektroforeza białek TESTY UZUPEŁNIAJĄCE: - cAMP - 1,84 PTH - wydalanie wapnia i fosforu - wydalanie hydroksyproliny Wartość kalcemii zależy nie tylko od stosowanej metodyki, ale też od czynników egzo- i endogennych.

DIAGNOSTYKA LABORATORYJNA CZYNIKI POWODUJĄCE ZAWYŻENIE WYNIKÓW WAPNIA: Zbyt długie przetrzymywanie stazy Użycie korków lub probówek zanieczyszczonych solami wapnia CZYNIKI POWODUJĄCE ZANIŻENIE WYNIKÓW WAPNIA: Użycie szczawianu jako antykoagulantu Nienatychmiastowe odwirowanie krwi po jej pobraniu

MARKERY OBROTU KOSTNEGO Fragmenty białkowych elementów strukturalnych kości (lub produktów ich degradacji) oraz enzymy i białka uwalniane do krążenia w czasie aktywności metabolicznej osteoblastów lu osteoklastów. I. MARKERY KOŚCIOTWORZENIA Frakcja kostna fosfatazy alkalicznej b-ALP Osteokalcyna BGP C-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PICP) N-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PINP) Monitorowanie leczenia kalcytoniną: -przed rozpoczęciem leczenia -po 3-4 miesiącach stosowania leków -obniżenie oznaczanych markerów 40-80 % wartości wyjściowych (skuteczność leczenia).

MARKERY OBROTU KOSTNEGO II. MARKERY RESORPCJI hydroksyprolina OHP winianooparna kwaśna fosfataza TRAP karboksyterminalny telopeptyd kolagenu typu I ICTP pirydynolina i deoksypirydynolina N-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha α-kolagenu typu I (Ntx) C-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha α-kolagenu typu I (Ctx) Monitorowanie leczenia kalcytoniną, bisfosfonioanami i hormonalną terapią zastępczą: Przed rozpoczęciem leczenia Po 4-6 tygodniach stosowania leków Obniżenie oznaczanych markerów 50-80 % wartości wyjściowych (skuteczność leczenia)

FOSFOR I. WYSTĘPOWANIE Kości 84 % Mięśnie 6 % Tkanki 9 % Płyn pozakomórkowy 1 % II. WARTOŚCI PRAWIDŁOWE 0,9-1,6 mmol/l 2,7 4,5 mg/dl (u dzieci do 6 md/dl) 1. Różnice wiekowe np. u starszych mężczyzn obserwuje się obniżenie fosforu, bo dochodzi do wzrostu PTH 2. Rytm dobowy 12-22 % wahania dobowe Max 24-4 (bo działa PTH) 3. Standaryzacja pobrania – na czczo, godziny poranne 4. Rodzaj materiału- surowica Wyższe wartości w surowicy w porównaniu z osoczem, ponieważ fosfor uwalniany z płytek krwi i krwinek czerwonych.

FOSFOR -hamuje resorpcję zwrotną w nerce III. ROLA FOSFORU Skurcz mięśni Transport jonów Składnik nukleotydów NADP Metabolizm glukozy Główny składnik kości IV. REGULACJA FOSFATEMII PTH -hamuje resorpcję zwrotną w nerce -pobudza wchłanianie fosforanów w jelicie -pobudza resorpsję fosforanów w kościach KALCYTONINA -hamuje resorpcję fosforanów w kościach -hamuje resorpcję fosforanów w nerkach WITAMINA D3 -pobudza resorpcję fosforanów w nerce -pobudza resorpcję fosforanów w kościach -pobudza wchłanianie w jelitach SOMATOTROPINA -pobudza resorpcję zwrotną w nerce -pobudza wchłanianie w przewodzie pokarmowym

HIPERFOSFATEMIA PRZYCZYNY: -niewydolność nerek ostra przewlekła -kwasica metaboliczna lub oddechowa -egzogene podawanie fosforu -masywna transfuzja krwi -hemoliza -zatrucie witaminą D -niedoczynność przytarczyc -rzekoma niedoczynność przytarczyc

WSKAZANIA DO KONTROLI POZIOMU FOSFORANÓW W SUROWICY -pacjenci oddziału OJOM-u -przewlekła lub ostra niewydolność nerek -leczenie nowotworów: OBL -zaburzenia w gospodarce wapniowej, np. nadczynność lub niedoczynność przytarczyc -kwasica ketonowa w cukrzycy -zaburzenia kanalików nerkowych -zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej

HIPOFOSFATEMIA STĘŻENIE FOSFORU<0,9 mmol/l (<2,7 mg%) • ŁAGODNA HIPOFOSFATEMIA • CIĘŻKA HIPOFOSFATEMIA stęż. Pi < 0,3 mmol/l PRZYCZYNY: 1. Zmniejszenie wchłaniania w jelitach 2. Wzrost wydalania z moczem -nadczynność przytarczyc -uszkodzenie cewek nerkowych -niekontrolowana cukrzyca -glikokortykoidy -hipomagnezemia 3. Przesunięcia wewnątrzkomórkowe.

OSTRA HIPOFOSFATEMIA PRZESUNIĘCIE WEWNĄTRZKOMÓRKOWE Z KRWI DO KOMÓREK WYSTĘPUJĄCE W WYNIKU: PRZYCZYN POZANERKOWYCH Dożylne podawanie węglowodanów -niedożywienie -oparzenia -kwasica ketonowa -zasadowica oddechowa

Hipofosfatemia w przebiegu śpiączki hipoglikemicznej: wychwyt i zużycie fosforanów przez komórki Przyspieszona glikoliza wydania fosforanów z moczem

Posocznice są często przyczyną hipofosfatemii Niespodziewany ↓ P surowicy (P wykorzystywany przez bakterie)

HIPOFOSFATEMIA Utrata fosforanów przez przewód pokarmowy Zespół złego wchłaniania Wymioty i biegunki Przyczyny nerkowe- wydalania przez nerki Nadczynność przytarczyc pierwotna i wtórna Terapia diuretykami Niedobór witaminy D

OBJAWY HIPOFOSFATEMII NEUROLOGICZNO-MIĘŚNIOWE najwcześniej niedobór fosforu w mięśniu ↓ ATP w mięśniu męczliwość mięśni nieprawidłowe EMG ↑ CPK w surowicy RABDOMIOLIZA

OBJAWY HIPOFOSFATEMII NIEDOBÓR FOSFORU W MIĘŚNIU SERCOWYM I MIĘŚNIACH SZKIELETOWYCH ↓ 2,3 DPG niedotlenienie zaburzenia funkcji wielu narządów NIEDOBÓR FOSFORU W KOŚCIACH ↓ kalcyfikacja osteoidu ↑ resorpcja kości -osteomalacja ↑ Ca +2 w surowicy -bóle kostne ↓ PTH w surowicy ↓ PO4-3 (fosfaturia)