Маркеры метаболизма костной ткани и остеопороза

Этиология

Маркеры метаболизма костной ткани и остеопороза Для остеопороза характерно снижение минеральной плотности с сопутствующими изменениями количества и микроархитектуры костной ткани, что сопровождается нарушением прочности скелета и повышением опасности переломов, особенно позвоночника, шейки бедра и запястья.
Масса костной ткани зависит от взаимодействия между клетками, формирующими (остеобласты) и разрушающими (остеокласты) кость. Индивидуальный пик костной массы, который в норме достигается к 25-30 годам, зависит от генетических и ненаследст-венных факторов: гормонального статуса, физических нагрузок, питания. Нарушение гор-монального статуса, несбалансированное питание, малоподвижный образ жизни, курение, чрезмерное потребление алкоголя являются факторами риска снижения костной массы Таким образом, остеопороз — гетерогенное заболевание, он может быть классифицирован как первичный или вторичный в соответствии с причинами, ответственными за потерю костной массы.

Диагностика

Начальный этап диагностики остеопороза – это выявление факторов риска на основе данных пациента:

низкое содержание кальция в рационе;
дефицит витамина D;
заболевания ЖКТ (снижение всасываемости кальция);
ранняя менопауза;
длительные периоды иммобилизации
длительный прием глюкокортикоидов, гормонов щитовидной железы;
заболевания щитовидной железы, надпочечников, почек, печени;
низкий индекс массы тела;
вредные привычки (курение,алкоголь);
низкая физическая активность.

Рентгенологические методы являются наиболее доступными и широко используются в клинической практике при исследовании костей. Однако, при рентгенографии можно обнаружить наличие остеопении только при потере более 30% костной массы, поэтому этим методом чаще выявляются поздние признаки остеопороза – деформация позвонков или переломы трубчатых костей.

Денситометрия — измерение плотности костной ткани, основано на измерение минерального компонента костной ткани – кальция.
В настоящее время для ранней диагностики остеопороза используют различные методы костной денситометрии, позволяющие выявить уже 2-5% потери массы кости, оценить динамику плотности костной ткани в процессе развития заболевания или эффективность лечения. Применяются изотопные методы (моно — и двухфотонная абсорбциометрия), рентгеновские (моно — и двухэнергетическая абсорбциометрия, количественная компьютерная томография) и ультразвуковые. С помощью монофотонной, моноэнергетической и ультразвуковой денситометрии исследуют периферические отделы скелета. Эти методы наиболее подходят для скрининга остеопороза или предварительного диагноза. Наиболее универсальным является применение двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DEXA) – золотой стандарт, позволяющей измерять содержание костного минерала в любом участке скелета, а также определять содержание солей кальция, жира и мышечной массы во всем организме. Стандартными (автоматическими) программами для таких денситометров являются программы для поясничных позвонков, проксимальных отделов бедра, костей предплечья и программа «все тело».
Независимо от того, как рассматривать остеопороз – как заболевание или синдром, — риск переломов, определяемый при денситометрии, не может быть одинаковым для всех костей скелета. Поэтому выбор его участков для исследования является чрезвычайно важ-ным, Чтобы сделать этот выбор, необходимо помнить о том, что в костной ткани имеются два разных слоя. Компактное (кортикальное) вещество вносит основной вклад в прочность кости, но характеризуется невысокой скоростью метаболических процессов. Губчатое (трабекулярное) вещество, напротив, весьма активно в плане обмена веществ. Отмечено, что разные виды остеопороза по-разному сказываются на этих двух слоях.
При преимущественном поражение трабекулярного вещества – развивается постменопаузальный, гипогонадальный, стероидный остеопороз; кортикального вещества – сенильный, гипертиреодный, гиперпаратиреодный, диабетический остеопороз. При многих видах остеопороза наблюдается тенденция постепенного «распространения» остеопороза от осевого скелета (прежде всего позвонков), где появляются первые признаки остеопороза, к периферическому. Поэтому, учитывая чрезвычайную ценность ранней диагностики остеопороза, в целом следует отдать предпочтение исследованию осевого скелета. Исследование периферических отделов (большеберцовая, пяточные кости, фаланги пальцев) часто называют скриниговыми.

Клинические лабораторные исследования

В основе патогенеза развития остеопороза лежит дисбаланс процессов костного ремоделирования (костеообразования) и костной резорбции: либо преобладает ускоренная резорбция, либо сниженое костеообразование, либо замедление обеих составляющих костного обмена. В норме количество новообразованной ткани эквивалентно разрушенной.
Основная цель ранней биохимической диагностики остеопороза состоит в оценке интенсивности костного метаболизма. Для этого используются специальные биохимические маркеры, которые можно разделить на три группы.
Наибольшее значение в дифференциальной диагностике заболеваний скелета метаболического характера имеет оценка гормонального статуса больных, в частности парати-реоидного гормона (ПТГ), половых стероидных и гонадотропных гормонов, а также витамина Д, участвующего с ПТГ в регуляции обмена кальция. Определение концентрации кальция, фосфора и общей активности щелочной фосфатазы сыворотки крови использу-ются в оценке общего статуса больного и имеет вспомогательное, но не диагностическое значение.

Маркеры формирования костной ткани

Остеокальцин – основной неколлагеновый белок костного матрикса, который син-тезируется остеобластами. Синтез остеокальцина зависит от витамина К и Д, что до некоторой степени снижает чувствительность и специфичность определения остеокальцина, как маркера метаболизма костной ткани. Но, именно ,его концентрация в крови отражает метаболическую активность остеобластов костной ткани, поскольку остеокальцин крови – результат нового синтеза, а не освобождения его при резорбции кости. Он синтезируется остеобластами во внеклеточное пространство кости, часть попадает в кровоток, где он и может быть проанализирован. Высокий уровень ПТГ подавляет выработку белка остеобластами, в результате чего снижается его концентрация в костной ткани и в крови. По мнению многих авторов, этот показатель «возможный» прогностический индикатор усиления заболевания костей.
Кальцитонин – полипептидный гормон, выделяемый С-клетками щитовидной железы. Основной эффект кальцитонина – снижение уровня кальция в крови и отложение в кости. По своему действию является антагонистом паратгормона. Кальцитонин действует через специфические рецепторы (в костях, почках), в результате чего тормозится резорбция костей и выход кальция из кости.
Костный фермент щелочной фосфатазы (b ALP) Его исследование, наряду с общей активностью щелочной фосфотазы (ЩФ), существенно повышает информативность при дифференциальной диагностике заболеваний скелета и печени. Щелочная фосфотаза ассоциируется с активностью остеобластов и поэтому ее определение дополняет картину формирования костной ткани.

Маркеры состояния обмена

Паратгормон (ПТГ) – является одним из основных регуляторов кальциево-фосфорного обмена, синтезируется паращитовидными железами в ответ на уменьшение внеклеточной концентрации кальция. Он активирует резорбцию костной ткани и приводит к поступлению кальция и фосфора в кровь. Тиреотроопный гормон (ТТГ), наоборот, способствует усвоению кальция и препятствует его выводу из костной ткани. Между тем, уровень кальция в крови должен быть постоянным, если его мало, то риск развития сердечной патологии высок и регуляторная система нашего организма идет на все, чтобы содержание кальция в крови было нормальным, «забирая» его у скелета, мыщц.
Кальций, фосфор – основные минеральные компоненты костной ткани. Разные формы и стадии остеопороза могут проявляться различными сдвигами в концентрациях этих минералов. Другой аспект проблемы нарушения кальциевого гомеостаза – дефицит витамина Д. Хорошо известно, что с возрастом наблюдается прогрессирующее снижение кишечной абсорбции не только кальция, но и витамина Д, а также образование витамина Д в коже. В 2006 году группа экспертов Американского национального фонда по изучению остеопороза показала, что лечение препаратами кальция и витамина Д экономически эффективно и выгодно в целях профилактики остеопороза.

Маркеры резорбции костной ткани

Для оценки эффективности лечения остеопороза используют, как правило, маркеры резорбции, поскольку их снижение под влиянием терапии начинается уже через 2-3 недели и достигает плато через 3-6 месяцев (НИИ трансплантологии и искусственных органов МЗ РФ). Выявление нормального или значительно повышенного уровня маркера резорбции при однократном определении уже имеет диагностическое значение.
Деоксипиридинолин (ДПИД). На сегодняшний день ДПИД считают самым адекватным маркером резорбции кости. Костный коллаген характеризуется наличием поперечных связей между отдельными молекулами коллагена, которые играют большую роль в его стабилизации и представлены в виде деоксипиридинолина. Выход ДПИД в сосудистое русло из кости происходит в результате его разрушения остеокластами. ДПИД не подвергается дальнейшим метаболическим превращениям и выводится с мочой в неизменном виде. Его экскреция повышается при многих видах остеопороза.
beta-CrossLaps – (С-концевые телопептиды) образующиеся при деградации колагена 1 типа, который составляет более 90 % органического матрикса кости. Измерение beta-CrossLaps позволяет оценить темпы деградации относительно «старой» костной ткани. В норме малые фрагменты коллагена, образующиеся при его деградации, поступают в кровь и выводятся почками с мочой. У пациентов со сниженной функцией почек содержание beta-CrossLaps в сыворотке крови возрастает вследствие снижения экскреции. При патологическом увеличении резорбции костной ткани (пожилой возраст, остеопороз) коллаген 1 типа деградирует в большом объеме, что приводит к увеличению уровня фрагментов коллагена в крови.
В настоящее время все больше появляется данных о влиянии полиморфизмов генов на минеральную плотность костной ткани (МПКТ). Группой ученых из ГУ института ревматологии РАМН были получены данные о влиянии полиморфизма гена ВМР4 на ми-неральную плотность костной ткани и маркеры костного ремоделирования в группах женщин в постменопаузе, имеющих остеопороз.Обнаружена значимая ассоциация полиморфизма этого гена (6007С – Т полиморфизма 4 экзона) с МПКТ поясничного отдела и маркерами костного ремоделирования. При этом средний уровень щелочной фосфатазы был снижен, а значение уровня CrossLaps были высокими. Эти данные свидетельствуют о более низкой интенсивности процессов костеообразования и более высокой интенсивности процессов костной резорбции.
Изучение аллельного полиморфизма сети генов костного ремоделирования является перспективным направлением для выявления генотипов предрасположенности к остеопорозу.
Таким образом, определение уровня биохимических маркеров резорбции и ремоделирования кости позволяет:

при профилактическом обследовании выявить пациентов с метаболическими нарушениями процессов ремоделирования и резорбции костной ткани;
оценить и прогнозировать уровень потери костной массы;
оценить эффективность проводимой терапии уже через 2-3 месяца

Прогностическая значимость

Высокие уровни маркеров резорбции костей, превышающие норму в 2 раза, связывают с двукратным увеличением риска переломов; пациенты с остеопорозом, имеющие уровни маркеров резорбции костей, превышающие нормы в 3 раза, имеют другую метаболическую костную патологию (включая злокачественную). Таким образом, показаниями для исследования маркеров метаболизма костной ткани являются:

определение риска развития остеопороза;
мониторинг в период мено — и постменопаузы;
мониторинг при проведении гормональной заместительной терапии;
оценка эффективности терапии антирезорбционными препаратами

Сегодня каждый из вас может самостоятельно выполнить диагностику остеопороза по специально разработанной лабораторной программе «Метаболизм костной ткани». Данная диагностика поможет выявить метаболические отклонения уже на самой ранней стадии и своевременно обратиться к врачу для профилактики и лечения.

Лабораторная программа: Метаболизм костной ткани

Маркеры формирования костной ткани

Остеокальцин
Щелочная фосфатаза

Маркеры состояния минерального обмена и его регуляции

Паратгормон (ПТГ)
Неорганический фосфор
Ионизированный кальций

Маркеры резорбции костной ткани

Деоксипиридинолин (ДПИД)
CrossLaps – коллаген 1 типа

Цена: 2800 р.

Источник

Автор Предложить Статью На чтение 9 мин. Опубликовано 22.04.2015 09:45

Широкое применение в диагностике остеопороза (ОП) нашли биохимические методы, позволяющие определить маркеры состояния костной ткани, которые условно можно разделить на 2 группы. Первую группу составляют биохимические показатели, позволяющие в первом приближении определить тип ОП и установить патогенетические механизмы его возникновения. В эту группу маркеров входят гормоны (эстрогены, кальцитонин, ПТГ, тиреоидные гормоны, витамины), концентрации некоторых ионов (Са, Р и Mg в крови и утренней моче), активность общей щелочной фосфатазы, а также экскреция с мочой кальция и общего гидроксипролина (ГП). В целом группа этих рутинных маркеров мало специфична, их значения определяются не только костным метаболизмом.

Биохимические методы диагностики остеопороза

В последние годы наблюдается значительный прогресс в разработке новых биохимических методов диагностики ОП, непосредственно отражающих состояние «костного оборота» и являющихся наиболее перспективными для широкого лабораторного применения. Клиническая значимость специфических биохимических маркеров остеопороза определяется следующими основными достоинствами:

позволяют диагностировать быструю потерю костной массы;
дают информацию о средней скорости ремоделирования всего скелета, а не отдельных его областей;
позволяют оценить риск переломов кости;
являются важными параметрами для оценки эффективности лечения и реабилитации больных;
могут быть использованы для проведения скрининговых, в том числе, популяционных исследований;
необходимы для объективизации эффективности мероприятий по профилактике ОП.

С практической точки зрения выделяют биохимические маркеры формирования и резорбции кости, характеризующие функции, соответственно, остеобластов и остеокластов. К биохимическим маркерам формирования кости относятся костный изофермент щелочной фосфатазы (КЩФ), остеокальцин, а также карбокси- и аминотерминальные фрагменты (пропептиды) проколлагена 1 типа. К биохимическим маркерам резорбции кости относятся фрагменты поперечных сшивок коллагена I типа — пиридинолин и дезоксипиридинолин, карбокси- и аминотерминальные телопептиды коллагена I типа (KTTKI и ATTKI), фрагменты KTTKI т.н. а и (3-кросслапы, галактозилгидроксилизин (ГГЛ), маркер функции остеокластов тартратрезистентная кислая фосфатаза (ТРКФ), остеопротегерин и остеопротегерин-лиганд (RANKL).

Маркеры костного формирования. Идеальный маркер костеобразования должен быть структурным белком, высвобождающимся в кровь со скоростью, пропорциональной его включению в кость, и свободная фракция не должна изменяться при различных заболеваниях. Он не должен также высвобождаться неизменным в процессе костной резорбции. Необходимым условием является также знание метаболических превращений маркера и времени его полужизни. Несмотря на то, что ни один из определяемых в настоящее время маркеров не отвечает всем требованиям, многие из них хорошо отражают остеобластическую функцию.
Костный изофермент шалочной Фосфатазы. Его исследование, наряду с определением общей активности 1ДФ, существенно повышает точность дифференциальной диагностики заболеваний скелета и печени. КЩФ — фермент, локализованный на мембране остеобластов и высвобождающийся в кровоток в процессе их жизнедеятельности. Период полужизни фермента — 24-48 ч. Изоферменты печеночного и костного происхождения кодируются одним геном и отличаются только вследствие посттрансляционных модификаций. Разработаны высокоспецифичные иммунорадиометрические и иммуноферментные методики определения КЩФ. Уровень КЩФ является чувствительным маркером ускоренного метаболизма кости во время менопаузы: повышение активности этого изофермента достоверно превосходит увеличение содержания общей ЩФ. Значительное повышение активности КЩФ наблюдается также при первичном и вторичном ОП, остеомаляции, связанной с дефицитом витамина D.
Остеокальцин — маркер остеобластической активности. Уникальность структуры ОК, содержащей три остатка у-карбоксиглутаминовой кислоты, заключается в высокой способности к связыванию с гидроксиапатитом. Часть синтезированного de novo ОК проникает в системный кровоток, где может быть обнаружена различными методами, наиболее употребительными из которых в настоящее время являются иммуноферментные. Циркулирующий ОК имеет короткий период полужизни (15-70 мин) и быстро выводится почками. Уровень ОК в сыворотке крови коррелирует с ростом скелета в период полового созревания и повышается при ряде заболеваний, которым свойственно увеличение скорости ремоделирования кости — гиперпаратирео- зе, гипертирсозе, акромегалии. Напротив, он понижается при гипотиреозе, гипопаратиреозе, гиперкортицизме. Сравнение уровня сывороточного ОК с результатами гистоморфометрии костных биоптатов и данными кинетических исследований кальциевого обмена показало, что ОК служит адекватным маркером скорости ремоделирования при сопряжении процессов резорб- ции/синтеза костной ткани, и специфическим маркером костеобразования при разобщении резорбции и синтеза костной ткани.
Пропептиды проколлагена I типа образуются в результате внеклеточного процессинга проколлагена I типа путем отщепления N- и С-концевых пептидов. Оба типа пропептидов циркулируют в сыворотке крови в виде отдельных цепей с м.м. около 100 кД, что делает доступным их прямое определение методом иммуноферментного анализа. Возможность их использования в качестве маркеров формирования костной ткани до сих обсуждается из-за недостаточной чувствительности и специфичности.
Маркеры костной резорбции. Идеальный маркер остеокластической активности должен быть продуктом деградации компонентов костного матрикса, но не присутствовать в других тканях. Его уровень в крови не должен зависеть от эндокринных факторов и он не должен реутилизироваться в процессе очередного цикла костного формирования.
Галактозилгидроксилизин — гликозилированная аминокислота, характерная для костной ткани, считается весьма специфическим индикатором распада костного коллагена. В отличие от гидроксипролина, ГГЛ не только не используется повторно для синтеза коллагена, но и не подвергается катаболизму. Кроме того, его содержание в моче практически не зависит от характера питания. Уровень ГГЛ в моче рассчитывают по отношению к концентрации креатинина. Отношение ГГЛ/креатинин повышается при менопаузе, причем оно обратно пропорционально плотности кости.
Пиридинолин и дезоксипиридинолин являются фрагментами поперечных сшивок коллагена I типа. Стабильность коллагенового матрикса обеспечивается межмолекулярными связями, образующимися между гидроксили- зином и лизином, входящими в полипептидную цепь коллагена. Лизилоксидаза окисляет остатки гидроксилизина до альдегидов, которые конденсируются с остатками гидроксилизина или лизина соседних молекул коллагена и образуют перекрестные сшивки между двумя полипептидными цепями. При дальнейшей конденсации с новым альдегидом формируются два типа мостиков между тремя молекулами коллагена — ПИД и ДПИД. ПИД формируется из трех остатков гидроксилизина, ДПИД — из двух остатков гидроксилизина и одного остатка лизина.
Общая концентрация ПИД и ДПИД в кости составляет всего 0,3 моль/моль коллагена, из них на долю последнего приходится 22%. Наличие в моче молекул с пиридиновыми сшивками свидетельствует об активном процессе резорбции костной ткани. В качестве показателя резорбции определение этих маркеров имеет ряд преимуществ перед традиционным тестом на гидроксипролин. В отличие от гидроксипролина, сшитые пиридином аминокислоты не подвергаются катаболизму и полностью экскретируются. Кроме того, они практически не всасываются в пищеварительном тракте, поэтому их уровень не зависит от характера питания.
В многочисленных работах последних лет показано, что экскреция с мочой ПИД/ДПИД значительно возрастает у женщин в менопаузе и снижается до пременопаузального уровня на фоне лечения эстрогенами. У пациентов с ОП позвоночника уровень в моче ПИД и особенно ДПИД хорошо коррелирует со скоростью костного обмена, измеренного гистоморфометрически и с помощью кальцийкинетических методов. Для оценки резорбции кости используется определение отношения ПИД или ДПИД к концентрации креатинина в утренней порции мочи.
Продукты деградации коллагена I типа (карбокси- и аминотерминальные телопептиды — СТХ и NTX, соответственно). Во время обновления костной ткани коллаген I типа деградирует и небольшие поперечно сшитые пептидные фрагменты попадают в кровь и выделяются почками. Продукты распада коллагена можно определять как в моче, так и сыворотке с использованием тест-систем различных производителей. Для первичного ОП характерно увеличение карбокситерминального телопептида (СТХ, коммерческие наборы CrossLaps): показано, что в период менопаузы маркер резорбции CrossLaps увеличивается в сыворотке крови и моче почти в 2 раза.
Тартратрезистентная кислая фосфатаза — маркерный фермент остеокластов, является железосодержащим гликопротеином массой 30-40 кДа. Увеличение ее уровня отмечено при различных метаболических заболеваниях костей, сопровождающихся ускорением обмена костной ткани. Активность фермента во всех случаях была обратно пропорциональна плотности кости.
Остеопротегерин (OPG) и остеопротегерин-лиганд (RANKL) — новые перспективные анализы, путь от появления первого сообщения об обнаружении которых до внедрения в клиническую практику составил рекордно короткие сроки — 2-3 года. RANKL, вероятно, является наиболее адекватным маркером костной резорбции, когда его уровень повышается. Определение уровня RANKL целесообразно проводить параллельно с определением его анатагониста OPG. Основные показания для использования тест- систем RANKL/OPG:
первичный ОП;
глюкокортикоидиндуцированный ОП;
мониторинг терапии OPG;
артриты;
онкозаболевания.

Читайте также: Остеопороз боль в бедре

Перечисленные маркеры обладают различной диагностической ценностью, однако в целом можно констатировать, что они достаточно информативны. Так, показано, что в период менопаузы увеличиваются уровни маркеров резорбции и образования кости в среднем, соответственно, на 79-97% и 37-52%. На фоне адекватного лечения все значения маркеров значительно уменьшались. Процент снижения значений коррелирует с увеличением плотности кости, о чем судят по показателям денситометрии. При этом биохимические маркеры значительно раньше позволяют определить эффективность лечения (например, уровень КТТК уже через 2 недели после начала терапии снижается в среднем на 25%), чем измерение плотности костной ткани (надежные данные можно получить не ранее чем через 6-12 мес).

Было также продемонстрировано, что для оценки эффективности терапии и предсказания возможности переломов более информативны маркеры резорбции, чем маркеры формирования кости. Высокая чувствительность маркеров резорбции кости в отношении реакции организма на специфическое лечение позволяет вовремя скорригировать методы терапии.

Биохимические маркеры костного метаболизма обладают высокой прогностической ценностью. Так, высокие уровни маркеров резорбции кости (превышение более чем на 2 SD), увеличивают риск переломов в 2 раза. Вместе с тем, превышение более чем на 3 SD свидетельствует об иной природе костной патологии, включая злокачественную. Более того, результаты одновременного однократного анализа ОК, ДПИД и ГП могут прогнозировать скорость последующей потери костной ткани на протяжении 2 лет, а у женщин, отнесенных на основании определения биохимических маркеров к категории лиц с быстрой потерей костной ткани (более 3% в год), повышенная скорость утраты сохраняется на протяжении последующих 12 лет.

Исследование базального уровня биохимических маркеров позволяет также предсказать эффективность терапии ОП. Установлено, что чем выше уровень NTX, КЩФ и ОК до начала лечения, тем больше процент увеличения плотности кости через год гормонзаместительной терапии.

Международный фонд по исследованию остеопороза для оценки процессов костеобразования и для мониторинга антирезорбционной терапии рекомендует использовать два маркера: ОК и КТТК. В последние годы с целью оптимизации диагностического процесса активно внедряются полностью автоматические системы определения этих маркеров при помощи элек- трохемилюминесцентных анализаторов, что обеспечивает высокую воспроизводимость, точность и надежность. Такой подход позволяет экономить реактивы, сыворотку и время, кроме того, допускает выполнение не только серийных, но и единичных наблюдений, что важно для динамического наблюдения.

Заключение

Таким образом, в настоящее время клиническая медицина располагает широким арсеналом новых диагностических возможностей, использование которых имеет существенное значение как для прогнозирования риска остеопоретических переломов, так и для оценки эффективности специфической терапии.

Источник