骨形成と骨吸収のマーカー

骨組織は、カルシウム、リン、マグネシウム、そしてミネラル代謝の恒常性維持に必要なその他の化合物の動的な「貯蔵庫」を形成します。骨は細胞、有機基質、そしてミネラルの3つの構成要素から構成されています。細胞は骨組織の体積のわずか3%を占めています。

骨組織は骨芽細胞によって形成されます。骨芽細胞の主な機能は、90～95%のコラーゲン、少量のムコ多糖類、および非コラーゲンタンパク質（オステオカルシン、オステオポンチン）からなる類骨（タンパク質マトリックス）の合成です。その後、細胞外液中のカルシウムとリン酸によって石灰化されます。骨芽細胞は骨表面に存在し、類骨と密接に接触しています。アルカリホスファターゼを含み、副甲状腺ホルモンおよびカルシトリオールの受容体を有し、増殖能力を有しています。石灰化された有機マトリックスに囲まれた骨芽細胞は、骨細胞（新生骨の層間の空洞に位置する成熟した非増殖性細胞）へと変化します。

骨組織の吸収は破骨細胞によって行われます。破骨細胞はタンパク質分解酵素と酸性ホスファターゼを分泌することで、コラーゲンの分解、ハイドロキシアパタイトの破壊、そして骨基質からのミネラルの除去を引き起こします。新たに形成された、ミネラル化が不十分な骨組織（類骨）は、破骨細胞による吸収に対して抵抗性を示します。

I型コラーゲンは、骨の有機マトリックスの90%を構成する主要なタンパク質です。骨芽細胞によって前駆体であるプロコラーゲンI型として合成されます。プロコラーゲンI型は、カルボキシル末端およびアミノ末端のプロペプチド（I型コラーゲンのN末端およびC末端のプロペプチド）を含む大きな分子です。プロコラーゲンが細胞から遊離した後、これらのプロペプチドは特定のペプチダーゼによって主分子から分離されます。

非コラーゲンタンパク質は有機骨基質の約10%を占め、骨基質に独特の構造を与えています。ハイドロキシアパタイトの沈着は、骨芽細胞によって合成される基質タンパク質の適切な比率に大きく依存します。

骨のミネラル部分は、ハイドロキシアパタイト（Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂）と非晶質リン酸カルシウムで構成されており、これらは有機マトリックスのタンパク質と非共有結合しています。ハイドロキシアパタイト結晶の配向は、主にマトリックスのコラーゲン繊維の配向によって決定されます。

骨格系の生命活動は、相互に関連し、互いに代替し合う2つのプロセス、すなわち新しい骨の形成プロセスと、古い骨の破壊（吸収）プロセスに基づいています。通常、骨組織の形成と吸収（骨リモデリング）はバランスを保っています。

破骨細胞は古い骨組織を絶えず吸収し、骨芽細胞は類骨（タンパク質マトリックス）を合成することで新しい骨を形成します。類骨はその後、細胞外液中のカルシウムとリン酸によって石灰化されます。骨吸収と骨形成の局所的過程に関与するこれらの細胞複合体は、基本多細胞リモデリング単位と呼ばれます。

骨リモデリング部位の障害は、骨形成と骨吸収のバランスが骨吸収優位に変化することで発生し、骨量減少につながります。骨量減少の程度と重症度は「骨代謝回転」の速度に依存します。骨組織形成の優位性と骨の石灰化の促進は、骨量と骨密度の増加、すなわち骨硬化症を引き起こします。

骨量減少の臨床的、臨床検査的、および放射線学的所見を総称して「骨減少症」と呼びます。骨減少症の原因には、骨粗鬆症、骨軟化症、原発性副甲状腺機能亢進症、骨髄腫、肥満細胞症、腎性骨異栄養症などがあります。

骨量と骨密度の増加は骨硬化症と呼ばれます。骨硬化症は、有機基質の形成が増加し、それがその後石灰化することで骨量と骨密度が増加するという特徴があります。骨硬化症は通常、慢性腎不全の後期に発症します。

骨組織代謝マーカー（骨組織形成マーカー）としては、アルカリホスファターゼ骨アイソザイム、オステオカルシン、I型コラーゲンのC末端プロペプチドなどがあります。

臨床診療において骨吸収の基準として使用される主な生化学的パラメータには、尿中カルシウム排泄量、I 型コラーゲンの N 末端プロペプチド、コラーゲンのピリジン結合などがあります。

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