KEMİK DOKUSU VE METABOLİK BELİRTEÇLERİ

Transkript

1 FİZYOPATOLOJİ (KLİNİK BİYOKİMYA) KEMİK DOKUSU VE METABOLİK BELİRTEÇLERİ Prof. DrArif ALTINTAŞ Prof. Dr. Ulvi Reha FİDANCI Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi Biyokimya Anabilim Dalı

2 Organizmadaki en sert dokudur. Destek ve koruyucu işleve sahiptir. Kemik Doku Organizmaya biçim verir, organizmanın yükünü taşır Kasların hareketini kolaylaştırır. Organizmanın Ca ve P depolarıdır. Ara madde (matriks) çoğunlukta, hücreler azınlıktadır. Büyük metabolikrezervlere sahip değildir Glikoz, yağ asitlerive diğer maddeleri metabolize edebilir Tercih ettiği enerji kaynağı endokrin sistemden kuruluşuna kadar uyumlu olarak değişir

3 Kemik Doku Temel maddeorganik ve inorganik maddelerden oluşur. Organik:(% 25) -Bağ doku iplikleri- Tip I kollagen iplik (%95) -Şekilsiz temel madde- proteoglikanlar (kondroitin-4 sulfat, kondroitin-6, keratan sulfat), glikozaminoglikanlar(hiyaluronikasit) ve glikoproteinlerden(osteonektin) oluşur. İnorganik:(% 75) Ca-fosfat (%85), Cakarbonat (%10), Ca-florid, Mg-florid, OH ve sulfatbileşikleri oluşturur. Ca ve P hidroksiapatit kristallerini oluşturur. Kemiğin kolay kırılmamasını sağlayan öğeler kollagenipliklerdir, sertlik sağlayan ise hidroksiapatit kristalleridir.

4 Yapı ve Fonksiyon Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 Hidroksiapatit Kemik nazik dokuları korur, eklemler için taşıyıcılık görevi alır. Ca, P, Nave Mg gibi iyonlar için bir depo olarak hizmet eder. Metabolizma ve dağılımları çeşitli hormonlarla düzenlenir. Kemiğin mineral bölümü geniş ölçüde Ca 3 (PO 4 ) 2 bileşiğidir. Buna florid, karbonat, sitrat, hidroksit eklenebilir. Mg +2 'un çoğu Na + 'un ¼'i ve vücut K'ununçok az bir kısmı kemikte mevcuttur. Kemik kristalleri HidroksiapatitCa 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 şeklindedir. Kemiğin %25'i organik (bunun da %90'ı kollagen, glikozaminler, glikoproteinler, lipidlerve peptidlerdir) ve %75'i mineral maddedir (hidroksiapatit, Ca/P oranı 1,5; Na, Mg, Sr, K, Cl, HCO 3, sitrat, su, amorf trikalsiyum fosfat). Kemik vücut Ca'un%99'unu, vücut Mg'unun%50'sini, vücut Na'unun%35'ini ve vücut suyunun %9'unu içerir. İnorganik madde tek başına kemik hacminin yaklaşık ¼'ini teşkil eder. Gerisi organik kısımdır. Mineralizeolmamış kemik dokusu osteoiddiye adlandırılır. Organik kısmın %90-95'ini kollagenteşkil eder. Sadece çok az miktarda proteoglikanmevcuttur. Kemik matriksinde kollagen fibrilleri Tip I'dir ki o tendo ve deride de mevcuttur. 49 amino asit artığından oluşmuş küçük bir protein osteocalcin diye adlandırılır ve 3 ɣ- karboksiglutamatartığı içerir. Ki bu, kemikte hidroksiapatitkristaline güçlü olarak bağlıdır. Kan pıhtılaştırıcı enzimlerde ɣ-karboksiglutamatartığının oluşumu için VitK esansiyeldir.

5 Yapı ve Fonksiyon Kemiklerin organik fazının bloğunda kollagenfibrillerinsentezi osteoblastlarıngörevidir. Mezenşimal kaynaklı bu hücreler kemik matriksi ile çevrelenirler. Bu safha da bunlar osteosit diye adlandırılır ve progresifolarak kemik yapma kapasitelerini kaybederler. Kemikte diğer büyük hücre tipi çok çekirdekli osteoklast olup bu kemik rezorpsiyonuna katılır. Kemikte organik maddenin %95'i kollagendir. İnorganik kısmın esasını da hidroksiapatit kristalleri oluşturur. Kemikte sertliği inorganik tuzlar verirken organik kısım esneklikten sorumludur. Kemik oluşumu (osteogenez) ile fosforilazve fosfatazenzimleri ilgilidir. Gelişmekte olan hayvanların kemik epifizlerifosforilaziçerir ki bu enzim Glikojen G-1-P'ın birbirine dönüşmesini katalizler. Bu şekilde, heksozfosfatlar, gliserofosfatlarve nükleotidler fosfat iyonlarının potansiyel bir kaynağı durumundadır. Kemikte yüksek konsantrasyonda bulunan fosfatazise lokal PO 4-3 iyonlarının konsantrasyonunu arttırır. Kalsiyum tuzlarının kemik ve dişte depolanması ile ilgili bir diğer enzim karbonik anhidrazdır. Bu şekilde, hidroksiapatit-karbonat depolanmış olur. Tetrasiklin(antibiyotik) kemik oluşumunu etkiler ve fena kemik oluşumuna sebep olur. Kemik iliği sarı ve kırmızı kemik iliği şeklinde iki çeşit olabilir. Sarı kemik iliği bol miktarda yağ ile bağ dokudan ibarettir. Eritrosit oluşumu ile ilgisi yoktur. Bu iş kırmızı kemik iliğinin görevidir. Bazı şartlarda sarı kemik iliği kırmızı kemik iliği haline geçer ve onun fonksiyonlarına sahip olabilir. Kırmızı kemik iliği proteinden zengin, yağdan fakirdir. Hem kırmızı ve hem de sarı kemik iliği albümin, globülin, nükleoprotein, fibrinojen, polipeptid, fosfolipid ve kolesterol içerir.

6 Kemik Metabolizmasını Etkileyen Faktörler Hormonalve besinsel faktörler kemiğin metabolizmasını, yeniden şekillenmesini, fonksiyonlarını ve büyümesini düzenler. VitD metabolitlerininkemik fonksiyonunun regülasyonundaki hakim rolüne ek olarak VitA ve VitC'de iskeletin normal büyümesi ve gelişmesi için gereklidir. Askorbikasit de normal kemik gelişmesi için esansiyeldir. Yetersizliğinde mezenşimalhücrelerin normal kollagenioluşturmalarında yeteneksizlik kalsifikasyon bozukluğu ile sonuçlanır. Kemik hücreleri solunum yapar ve glikolizdevamlı olarak laktik asit üretir. PTH verilmesi laktatüretim hızını artırır ki bu da ph'nındüşmesi sonucu lokal demineralizasyonile sonuçlanabilir. Asit birikimi karbonik anhidrazenzimini inhibe ederek kemik rezorbsiyonunu bloke edebilir. Cinsiyet steroidhormonları kemik büyümesini ve metabolizmasını etkilerler. Puberti(ergenlik) çağında epifizeal büyüme hem testosteronla ve hemde östrojenlerle hızlandırılır. Postmenapozaldönemdeki kadınlarda görülen kemik erimesi östrojen verilmesiyle kısmen durdurulabilir ya da korunabilir.

7 Kemik Metabolizmasını Etkileyen Faktörler Prostaglandinler(PG), özellikle PGE serisi in vitrokemik rezorbsiyonunuuyarır ve çeşitli yangılı bozukluklarda (romatoidartritgibi) kemik rezorbsiyonunakatılabilir. PG biyosentezinininhibitörleri (asetilsalisilik asit gibi) bu etkiyi önler. Bazı malignanthastalıklar büyük miktarda PG ve PG metabolitisalar ki bunlar kemik rezorbsiyonuna ve hiperkalsemiye yol açar. Glikokortikosteroidlerçeşitli etkileri nedeniyle kemik demineralizasyonunaneden olur. Diğer bir çok hormon da (tiroidhormonları, büyüme hormonu, somatomedinler, insulinve çeşitli büyüme faktörü peptidler) iskeletin büyümesine ve metabolizmasına doğrudan iştirak edebilir. Osteoklastaktive edici faktörler, insanda, nitrojenle veya antijenle uyarılmış mononükleer lökosit kültürlerinden salınmış, çok az tanımlanan bir protein ürünüdür. Kemik dokusunun kalsitoninekarşı reaksiyon kabiliyeti yüksektir ve bu reaksiyon yaşın artmasıyla azalır.

8 Kemiğin MetabolikHastalıkları Kemik fonksiyonunda anormalliklerle sonuçlanan kemik oluşumu (osteogenez) ve rezorpsiyonu(osteoliz) olaylarında yaygın bozuklukları kapsayan metabolik hastalıklardır. İki sınıfta incelenebilir: Osteoporoz:Mineralin matrikseoranında herhangi bir değişiklik olmaksızın iskeletin tüm kitlesinde azalma ile karakterizedir. Ricketsiave osteomalasi: Büyümekte olan ve olgun iskelette kemiğin organik matriksininmineralizasyonundabozukluk ile tanınır. Bir başka kemik bozukluğu olan Paget'shastalığıkemiğin yapımı ve yıkımında bozuklukla karakterizedir.

9 Kemik Metabolizmasının Biyokimyasal Belirteçleri Kemik metabolizmasının incelenmesinde kemik biyopsisi önem taşır, ancak, teknik çok özel deneyimi gerektirir. Kemik rezorpsiyonununincelenmesi osteoblast-enzim türevlerinin veya kollagen yıkım ürünlerinin idrar veya serumdaki konsantrasyonlarının ölçümü ile sağlanabilir. Kemik oluşumu dolaylı olarak kollagen sentezinde öncül peptidlerin, enzimlerin ve osteoblastproteinlerin serum konsantrasyonlarının ölçülmesi ile sağlanır. I. Kemik rezorpsiyonu(osteoliz) Serum belirteçleri Tartarat-rezistan asit fosfataz İdrar belirteçleri Pridinolin, deoksipridinolin (kollagen-çapraz bağlar) Açlık kalsiyum konsantrasyonu Hidroksiprolin Hidroksilizin glikozidler II. Kemik oluşumu(osteogenez) Serum belirteçleri ALP(toplam veya kemik izoenzimi) Osteokalsin

10 Kemik Metabolizmasının Biyokimyasal Belirteçleri Serum asit fosfataz(acp) aktivitesi kemik, prostat, trombositler, eritrositler ve dalaktan köken alır. Kemiklerde asit fosfatazosteoklastlartarafından üretilir. En az altı izo-enzimi vardır. Serum ve idrarda pridinolinve deoksipridinolinkemiklerden köken alır. Hayvanlarda açlık halindeki idrar kalsiyum konsantrasyonu (kreatininile düzeltilmiş) kemik rezorpsiyonunundolaylı ölçüm kriteridir. Çünkü, mide bağırsak sisteminden kalsiyum emilimi yeterli değildir.

11 Kemik Metabolizmasının Biyokimyasal Belirteçleri Hidroksiprolin başlıca kollagende bulunur. Kemik kollageni vücut kollageninin %50'sini gösterdiğinden idrardaki hidroksiprolinkemik rezorpsiyonunundolaylı göstergesidir. Hidroksilizinde kollagendebulunan bir amino asit olup kollagenyıkımından sonra tekrar kullanılamaz. Kollagende galaktozil-hidroksilizin ve glikozil-hidroksilizin şeklinde bulunur. Serum ALP aktivitesi, izoenzimleriile birlikte, karaciğer, kemik, böbrek, plasenta ve bağırsaktan köken alır. Kemik alkali fosfatazı osteoblast hücre membranlarında bulunur ve kemik oluşumu sırasında serbest bırakılır. Osteokalsin Vit K-bağımlı bir proteindir. Osteoblastlar ve odontoblastlar tarafından üretilir ve çoğu kollagenolmayan yapıdadır. VitD, 1,25 dihidroksivitd osteoblastlartarafından osteokalsinüretimini indükler. Osteokalsin kemik oluşumunun en önemli belirteçlerinden biridir. Gelişimi ile ilgili olarak çoğu serum belirteçlerinin değerleri genç hayvanlarda olgunlara kıyasla yüksektir. Kemik rezorpsiyonubesin alımından sonra ve geceleri artış gösterir. Bu nedenle analizler için örnek toplama günün aynı saatinde gerçekleştirilmelidir.