Czytelnia Medyczna » Nowa Medycyna » 3/2004 » Osteoporoza – część 3.
Ocena przydatności biochemicznych markerów przebudowy kości oraz perspektywy diagnostyczne w procesie rozpoznawania osteoporozy

- reklama -

Fitomed
kosmetyki ziołowe

Mamy sprzęt do ręcznej obróbki krawędzi i ślizgów - serwis narciarski Warszawa

- reklama -

Bogdan Lewandowski¹, Karol Kita¹, Jacek Kita¹, Urszula Jafiszow¹, Piotr Adrian Klimiuk¹, Stanisław Sierakowski¹, Wiesław Zarzycki², Izabela Domysławska¹

Osteoporoza – część 3.
Ocena przydatności biochemicznych markerów przebudowy kości oraz perspektywy diagnostyczne w procesie rozpoznawania osteoporozy

Osteoporosis – part 3. Usefullness of biochemical markers of bone remodeling and the perspectives in diagnosis of the osteoporosis

¹z Kliniki Reumatologii i Chorób Wewnętrznych Akademii Medycznej w Białymstoku
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. med. Stanisław Sierakowski
²z Kliniki Endokrynologii, Diabetologii i Chorów Wewnętrznych Akademii Medycznej w Białymstoku
Kierownik Kliniki: prof. dr hab. med. Maria Górska

Streszczenie
This review presents mechanisms of action of new factors controlling bone remodelling and the therapeutic possibilities identified at the end of the twentieth century, which requires further examinations.

Słowa kluczowe: osteoporosis, osteogenesis, bone resorption, genetic examinations.

Polecane książki z księgarni medycznej BORGIS:

Wiktora Degi ortopedia i rehabilitacja t. 1 / 2

Terapia bólów szyjnego odcinka kręgosłupa

Podręcznik dostępów operacyjnych w ortopedii i traumatologii

WSTĘP

Kość jest tkanką metabolicznie bardzo aktywną. Podlega ciągłej przebudowie wewnętrznej, na którą składają się dwa przeciwstawne procesy: tworzenie kości przez osteoblasty i resorpcja kości przez osteoklasty. Dynamika tych procesów powinna równoważyć ilość kości zresorbowanej przez osteoklasty, zapewniając wieloletnie utrzymanie stałej masy kostnej oraz prawidłową jakość i odporność na siły mechaniczne. W okresie menopauzy, a także w przebiegu wielu chorób dochodzi do zaburzenia równowagi pomiędzy resorpcją i kościotworzeniem czego konsekwencją jest postępująca utrata masy kostnej i pojawienie się nieprawidłowości w zakresie jej mikroarchitektury. Niezależnie od gęstości mineralnej kości do obniżenia wytrzymałości mechanicznej szkieletu może doprowadzać również sam wzrost tempa obrotu metabolicznego kości. Efektem metabolizmu są białka lub enzymy uwalniane do krwi w przebiegu kościotworzenia lub fragmenty białkowych składników struktury kostnej powstające w trakcie procesów resorpcji. W związku z tym określanie stężenia lub aktywności odpowiednich wskaźników (markerów) jest pewnego stopnia miarą tempa obrotu kostnego, co jest przydatne nie tylko w ocenie szybkości ubytku gęstości mineralnej, ale również w monitorowaniu leczenia i ocenianiu ryzyka złamań.

MARKERY TWORZENIA KOŚCI

Fosfataza zasadowa (alkaliczna – ALP) występuje w postaci czterech izoenzymów. Izoenzymy: łożyskowy, jelitowy i z nabłonka rozrodczego gonad są tkankowo specyficzne. Natomiast kostno-wątrobowo-nerkowy stwierdzany jest w różnych tkankach. Aktywność frakcji kostnej jest wynikiem czynności osteoblastów. Ponieważ podlega ona największej dynamice, to też w najwyższym stopniu rzutuje na zmiany w zakresie całkowitej ALP. Dlatego też określanie całkowitej ALP ma uzasadnienie w chorobach kości przebiegających ze zwiększonym metabolizmem i/lub zaburzoną mineralizacją, takich jak krzywica, osteomalacja, choroba Pageta, osteodystrofia nerkowa, a także podczas gojenia złamań kości. Natomiast w innych chorobach o umiarkowanym zwiększeniu obrotu kostnego udział pozakostnych źródeł ALP może być procentowo zbyt duży i w takim procesie jak np. osteoporoza pomenopauzalna nie należy oczekiwać istotnych zmian w zakresie całkowitej fosfatazy zasadowej. Dlatego też najbardziej właściwym jest pomiar frakcji kostnej (1, 2).

Należy jednak pamiętać, że na aktywność frakcji kostnej ALP ma wpływ wiele czynników. Stwierdzono między innymi podwyższoną jej aktywność u dzieci z szybkim tempem wzrostu, w ciąży i w chorobach przebiegających ze wzmożonym obrotem kostnym jak np. choroba Pageta, nadczynność przytarczyc, tarczycy, osteomalacja, osteodystrofia nerkowa i w przerzutach nowotworowych do kości (3, 4, 5, 6, 7). Uważa się również, że postać kostna ALP jest czułym wskaźnikiem skuteczności leków antyresorpcyjnych (8, 9).

Osteokalcyna (bone GLA protein – BGP) jest niekolagenowym białkiem macierzy kostnej tworzonym przez osteoblasty. Prawdopodobnie odgrywa rolę w ograniczaniu mineralizacji osteoidu, aktywacji osteoklastów, hamowaniu tworzenia kości przez osteoblasty i reguluje obrót kostny. Osteokalcyna stwierdzana we krwi pochodzi z nowo zsyntetyzowanego białka, które nie zostaje zdeponowane w macierzy kostnej. Frakcja ta stanowi około 15% całości BGP. Ponieważ czas półtrwania BGP jest rzędu kilkunastu minut jej stężenie wykazuje znaczne wahania w ciągu doby, mogące sięgać 10-30% (maksimum w środku nocy, minimum rano, zgodnie z dobowym rytmem osteoblastów). W surowicy krwi osteokalcyna występuje w postaci całej cząsteczki oraz kilku różnej wielkości fragmentów, co może być przyczyną rozbieżności wyników oznaczania jej stężenia metodami immunologicznymi. Dlatego też najlepszą metodą jest technika wykorzystująca przeciwciała wiążące zarówno całą cząsteczkę jak i jej fragment N-końcowy (10, 11).

Stężenie BGP w surowicy krwi dzieci koreluje z szybkością rośnięcia, wzrasta u mężczyzn powyżej 60 roku życia i u kobiet w okresie menopauzy. Najwyższe zaś stężenia stwierdzane są u pacjentów z podwyższoną szybkością obrotu kostnego (nadczynność przytarczyc, choroba Pageta). Stężenie BGP wykazuje dość znaczne zróżnicowanie u pacjentek z osteoporozą pomenopauzalną. Mimo to uważa się, że może mieć zastosowanie jako marker tworzenia kości i w monitorowaniu skuteczności leczenia (12). Wykorzystując osteokalcynę do diagnostyki należy pamiętać, że jest ona wydalana przez nerki i przy ich niewydolności jej stężenie może wzrastać wielokrotnie (13).

Organiczna część macierzy kostnej w ponad 90% zbudowana jest z kolagenu typu I. Podczas tworzenia kolagenowych fibryli, z których jest budowany osteoid, od prokolagenu są odłączane amino- i karboksy-końcowe peptydy (procollagen I aminoterminal propeptide – PINP, procollagen I carboxyterminal propeptide – PICP). Czas półtrwania obu markerów jest krótki (kilka minut) i dlatego ich stężenie podlega rytmowi dobowemu, równolegle do dobowego rytmu aktywności osteoblastów (maksimum w środku nocy, minimum rano). Kolagen typu I znajduje się we wszystkich tkankach, jednak stężenie w surowicy krwi PINP i PICP wynika przede wszystkim z dynamiki procesów metabolicznych tkanki kostnej. Natomiast w procesach wiodących do dużego stopnia włóknienia tkanek należy brać pod uwagę dodatkowe, znaczące źródło obu prokolagenów, rzutujące na ich stężenie.

Dotychczas wykazano, iż oznaczanie stosunku stężenia PICP do PINP może mieć wartość w monitorowaniu aktywności choroby Pageta. Wykazano bowiem jego zmniejszanie się w miarę spadania aktywności choroby (14). Ponadto stwierdzono wzrost stężenia PINP u pacjentów poddawanych hemodializie (15). Natomiast PICP wzrasta w chorobach charakteryzujących się wysokim obrotem kostnym jak nadczynność przytarczyc, tarczycy, choroba Pageta (16). Niektórzy autorzy sugerują, że PINP jest lepszym markerem obrotu kostnego w osteoporozie pomenopauzalnej niż PICP (17). Obok prac dowodzących wzrost stężenia PICP po menopauzie są i negujące występowanie takiej zależności (18, 19). W związku z tak rozbieżnymi informacjami praktycznie w diagnostyce osteoporozy PINP i PICP nie znalazły jeszcze szerszego zastosowania. Stwierdzono jednak, że PINP ulega obniżeniu w następstwie terapii lekami antyresorpcyjnymi takimi jak kalcytonina, bisfosfoniany i estrogeny.

MARKERY RESORBCJI KOŚCI

Wapń jest uwalniany z puli kostnej do krwioobiegu między innymi w naturalnym procesie jej resorpcji. Nie jest jednak specyficznym, ani swoistym wskaźnikiem tego zjawiska. Na wielkość wydalania wapnia z moczem wpływa jego wchłanianie jelitowe, reabsorpcja z moczu pierwotnego w kanalikach nerkowych oraz stan dynamicznej równowagi na granicy krew-kość. Natomiast na ostateczną wielkość wydalania wapnia z moczem mają również istotny wpływ hormony, takie jak parathormon, estrogeny i glikokortykosteroidy. W związku z tym jest to wypadkowa uzależniona od wielu czynników. Ponadto jego stężenie podlega dużej zmienności indywidualnej i międzyosobniczej. Dlatego może być wykorzystywany raczej jako marker w chorobach przebiegających z szybkim obrotem kostnym, a nie w osteoporozie pomenopauzalnej, która nie ma takiej dynamiki. Wydalanie wapnia z moczem powinno być oznaczane w drugiej porannej zbiórce na czczo (jedno- lub dwugodzinnej) i przeliczane na kreatyninę. Największą zaletą tego wskaźnika jest duża dostępność metody laboratoryjnej i niski koszt badania.

Hydroksyprolina (HYP) występuje we wszystkich odmianach kolagenu i we wszystkich odmianach tkanki łącznej. Obecność jej również stwierdzono w niekolagenowych białkach jak np. składnik C1q dopełniacza w surowicy. Nie jest w związku z tym specyficznym markerem resorpcji kości, tym bardziej, że część HYP wydalanej z moczem pochodzi z N-końcowego propeptydu prokolagenu. Ponadto spożywanie mięsa, ryb lub żelatyny również wpływa na wzrost jej wydalania z moczem (20). Ocenia się, że u chorych na osteoporozę jedynie 50% HYP pochodzi z kości, zaś wydalana jej pula stanowi zaledwie 10% ilości uwalnianej podczas degradacji kolagenu. Pozostała natomiast część jest reabsorbowana w kanalikach nerkowych i metabolizowana w wątrobie. W moczu HYP występuje w postaci związanej z dużymi fragmentami polipeptydowymi, co stanowi około 10% całej puli pochodzącej prawdopodobnie z syntezy kolagenu (tzw. frakcja nie dializująca). 85% występuje w postaci dwu- i trójpeptydów, natomiast tylko 5% w postaci wolnej (21). Stwierdzana zmienność HYP i liczne jej źródła pochodzenia, w znacznym stopniu ograniczają wartość diagnostyczną jako markera resorpcji. Również należy pamiętać, że obiektywne wartości wydalania HYP z moczem można uzyskać stosując bezwzględny rygor wyłączenia na 24 do 48 godzin z diety potraw mięsnych. Wadą jest również to, że HYP charakteryzuje się zbyt małą czułością, aby stosować ją rutynowo w chorobach metabolicznych przebiegających tak jak osteoporoza z umiarkowanym wzrostem tempa resorpcji kości (22). Ponadto wykazuje ona dużą krótkoterminową wewnątrzosobniczą zmienność wydalania (17-34%) oraz wysoką zmienność międzyosobniczą w populacji dochodzącą nawet do 40% (64). Mimo to są jednak autorzy sugerujący jej przydatność, szczególnie w połączeniu z innymi markerami, w celu wczesnego wyłaniania osób zagrożonych osteoporozą (23).

Hydroksylizyna jest aminokwasem charakterystycznym dla różnych typów kolagenu. Podobnie jak hydroksyprolina występuje również w białkach niekolagenowych, np. jest składnikiem C1q dopełniacza. Hydroksylizyna ulega naturalnej glikolizacji, której produktami są dwa glikozydy: galaktozylohydroksylizyna (GHYL) lub glukozogalaktozylohydroksylizyna (GLGHYL). Oba związki w różnych proporcjach występują w kolagenie kości i skóry. W kości GHYL jest około 7 razy więcej niż GLGHYL. Natomiast w skórze stosunek ten wynosi 1:1,6 (24, 25). Różnica ta jest podstawą poglądu, że GHYL może być bardziej swoistym markerem resorpcji kości niż np. hydroksyprolina (24). Ponadto prawdopodobnie nie ulega reutylizacji lub dalszemu katabolizmowi i w związku z tym cała jej pula jest wydalana z moczem (26). Prawdopodobnie diagnostyczna przydatność wydalania GHYL z moczem do oceny resorpcji kości jest zbliżona do takich markerów jak pirydynolina i dezoksypirydynolina (27, 28). Najistotniejszą wadą ograniczającą zastosowanie kliniczne jest wysoki koszt badania.

Winianooporna kwaśna fosfataza (WKF) jest enzymem lizosomalnym uwalnianym przez resorbujące kość osteoklasty (29). Dlatego też można ją uważać za marker aktywności osteoklastów i resorpcji kości. W skład WKF wchodzi sześć izoenzymów (typy 0-5). Charakterystycznym dla aktywności osteoklastów jest typ 5, a w zasadzie jego izoforma 5b. Oporność na hamowanie wysokimi stężeniami winianu sodowego umożliwia odróżnienie aktywności WKF od aktywności innych obecnych w surowicy izoenzymów (30). Mimo iż WKF uważana jest za specyficzny marker osteoklastów, to jednak izoenzym ten może pochodzić także z aktywnych makrofagów. Wzrost jej aktywności obserwuje się nie tylko w procesach charakteryzujących się przyspieszoną przebudową kości, ale również np. po operacjach usunięcia jajników. W związku z tym przydatność kliniczna WKF jest ograniczona. Ponadto szersze wykorzystanie kliniczne utrudnia niestabilność w surowicy oraz obecność jej inhibitorów. Być może, opracowywane metody immunoenzymatycznych oznaczeń izoformy 5b będą szerzej przydatne w ocenie aktywności osteoklastów.

Pirydynolina (PYR) i dezoksypirydynolina (DPYR) tworzą międzycząsteczkowe wiązania sieciujące w dojrzałych formach kolagenu typu I, II i III. Oba związki występują w cząsteczkach kolagenu w obrębie mikrofibryli. Wiążą dwa aminotelopeptydy lub dwa karboksytelopeptydy z obszarem potrójnej spirali. Mimo że nie występują np. w skórze, nie są wyłącznie swoiste dla kolagenu macierzy kostnej (31). Jednak w ludzkiej kości jest charakterystyczna wzajemna proporcja PYR do DPYR wynosząca 3,5 do 1 mol/mol. W takim samym stosunku stwierdza się je w moczu, co znalazło zastosowanie diagnostyczne. Natomiast w innych tkankach proporcje są odmienne i np. w chrząstce stawowej wynoszą 40 do 1, a w torebce stawowej 12 do 1 (32).

Podczas resorpcji kości przez osteoklasty PYR i DPYR uwalniane są w około 40% w formie wolnej, a w ok. 60% związanej z peptydami i wydalane z moczem. Podobnie jak glikozydy hydroksylizyny, PYR i DPYR nie ulegają reutylizacji lub dalszemu katabolizmowi w organizmie oraz nie są wchłaniane z pożywieniem z przewodu pokarmowego. Niewątpliwą zaletą jest również to, że występowanie ich w moczu wynika wyłącznie z procesu resorpcji, gdyż występują tylko w dojrzałym kolagenie (33). Nowsze badania wskazują jednak, że w trakcie degradacji kolagenu kości powstają wyłącznie peptydowe fragmenty PYR lub DPYR, a wolna ich postać jest produktem wtórnego katabolizmu peptydów zachodzącego prawdopodobnie w nerkach (34, 35). Nie ma to jednak istotnego znaczenia w ich wykorzystaniu diagnostycznym. Wydalanie PYR i DPYR wykazuje rytm dobowy. Najwyższe wartości występują nad ranem, a najniższe w godzinach popołudniowych (36). Zmienność ta musi być uwzględniona przy pobieraniu moczu do badania. Należy również pamiętać, że wydalanie PYR i DPYR jest różne w zależności od wieku i stanu hormonalnego. U dzieci wydalanie obu związków jest kilkakrotnie wyższe niż u dorosłych (37). Natomiast w menopauzie stwierdza się ich wzrost w granicach 50-100%. Wykazano, że stosowanie hormonoterapii zastępczej lub bisfosfonianów czy kalcytoniny znacząco obniża wartości PYR i DPYR (38, 39). W niektórych badaniach stwierdzono, że u pacjentek z osteoporozą kregosłupa zwłaszcza DPYR wykazuje znamienną korelację z obrotem tkanki kostnej mierzonym histomorfometrycznie lub radioizotopowo (40, 41, 42). Obecnie jednak podkreśla się, że wysoki poziom wolnej DPYR jest niezależną od BMD prognostyczną determinantą ryzyka złamania szyjki kości udowej u starszych kobiet (43). Stwierdzono, że wzrost wolnej DPYR o 1 odchylenie standardowe (SD) od średniej dla kobiet premenopauzalnych zwiększa ryzyko złamania szyjki kości udowej o 1,4. Natomiast blisko 2-krotny wzrost ryzyka złamania występuje przy 2 SD. Tak więc oznaczanie wolnej DPYR nie tylko może mieć znaczenie w monitorowaniu leczenia antyresorpcyjnego, ale co więcej, w prognozowaniu ryzyka złamań u indywidualnych pacjentów. W świetle obecnych preferowanych kierunków diagnostycznych możliwość oceny ryzyka złamań jest szczególnie ważna.

Usieciowane telopeptydy kolagenu typu I są aminokwasami zlokalizowanymi w N- i C-terminalnych telopeptydach oraz zawierających wiązania sieciujące. Wchodzą one w skład fragmentów peptydowych uwalnianych z kolagenu w czasie osteoklastycznej resorpcji kości (34, 35). Oznaczanie sekwencji aminokwasów specyficznych dla kolagenu typu I umożliwiło opracowanie kilku markerów resorpcji kości do których należą:

– karboksyterminalny telopeptyd kolagenu typu I zawierający wiązanie sieciujące (ICTP),

– usieciowany fragment N-terminalnego telopeptydu łańcucha a 2 kolagenu typu I (NTx),

– usieciowany fragment C-terminalnego telopeptydu łańcucha a 1 kolagenu typy I (CTx).

Stężenie ICTP jest mierzone w surowicy krwi (44). W stosowanej metodzie poliklonalne przeciwciała rozpoznają kompleks składający się z trzech łańcuchów peptydowych: dwóch pochodzących z C-terminalnych fragmentów telopeptydów łańcucha a1 i jednego pochodzącego z obszaru potrójnej spirali. ICTP odznacza się wysoką czułością w takich stanach jak przerzuty nowotworowe do kości, szpiczak mnogi i reumatoidalne zapalenie stawów (45). Jego stężenie nie wzrasta istotnie u kobiet po menopauzie. Również nie stwierdzono jego zmian pod wpływem leczenia bisfonianami lub hormonalną terapią zastępczą (8, 46, 47). Wydaje się więc, że ICTP jest raczej nieswoistym parametrem obrotu kolagenu. Dlatego też na jego stężenie może znacząco wpływać również proces kościotworzenia (47). W związku z tym nie znalazł zastosowania jako marker resorpcji kości w przebiegu osteoporozy.

NTx jest polipeptydem zawierającym 8 aminokwasów, z których hydroksylizyna bierze udział w tworzeniu trójwartościowego wiązania sieciującego. Łączy ono ten oktapeptyd z telopeptydem z łańcucha á1 lub á2 drugiej cząsteczki kolagenu oraz z obszarem potrójnej spirali trzeciej cząsteczki (48). NTx odznacza się dużą swoistością dla kolagenu typu I, a ponadto jest pierwotnym produktem osteoklastycznej degradacji kolagenu (32, 34). Wydaje się, że wydalanie NTx z moczem jest czulszym markerem resorpcji kości niż np. całkowita lub wolna pirydynolina. Wzrost NTx stwierdzono u kobiet po menopauzie. Wykazano również dużego stopnia procentowy spadek po rozpoczęciu leczenia bisfosfonianami i hormonalną terapią zastępczą (49,50,51). Nie wykazano jednak jego wartości jako niezależnego od BMD czynnika ryzyka złamań szyjki kości udowej.

CTx (crosslinked C-telopeptide) jest uwalniany podczas osteoklastycznej resorpcji kości (35). Jego stężenie można określać zarówno w moczu jak i w surowicy krwi (52, 53). CTx nie jest bezwzględnie swoisty dla kolagenu typu I kości, ponieważ występuje we wszystkich tkankach, w których kolagenie są pirydynolowe wiązania sieciujące (32).

Wydalanie CTx z moczem wzrasta po menopauzie u około 70% kobiet i spada o 60% po rocznym stosowaniu hormonalnej terapii zastępczej. Marker ten może być stosowany do diagnostyki chorób kości związanych z nadczynnością tarczycy i monitorowania leczenia pacjentów, a także do monitorowania leczenia kalcytoniną (54, 55). Stwierdzono również, że podawanie dożylne bisfosfonianów pacjentom z chorobą Pageta powoduje jego spadek o około 70% w ciągu trzech pierwszych dni (56). Ponadto uważa się, że marker ten jest niezależną od BMD determinantą ryzyka złamania szyjki kości udowej u starszych kobiet (43). Oznaczanie usieciowanych oktapeptydów w surowicy przypuszczalnie odznacza się wyższą swoistością dla procesu resorpcji kości niż dokonywanie pomiarów w moczu. Jednak i ta metoda, również nie jest bezwzględnie swoista wobec kolagenu macierzy kostnej. Nie można bowiem wykluczyć udziału metabolizmu innych tkanek w oznaczanej jego puli w surowicy. Być może wyniki kolejnych badań potwierdzą zastosowanie tego markera do oceny tempa resorpcji kości, a także monitorowania odpowiedzi na leczenie antyresorpcyjne u indywidualnych pacjentów.

Sialoproteina kostna (bone sialoprotein – BSP) występuje w niekolagenowej frakcji macierzy kostnej. Jej udział w tej frakcji ocenia się na 5-10%. Jest głównym produktem osteoblastów i odontoblastów. BSP odgrywa istotną rolę w adhezji komórek do macierzy kostnej oraz organizacji macierzy tkanek zmineralizowanych. Nie ustalono jeszcze klinicznej przydatności tego nowego markera w leczeniu osteoporozy. Na podstawie danych klinicznych i obserwacji szybkiego spadku BSP w surowicy po dożylnym wlewie bisfosfonianu, przyjmuje się, że stężenie BSP w surowicy odzwierciedla głównie resorpcję kości.

Uwieńczeniem wielu badań i prowadzonych analiz było przedstawienie w roku 2000 stanowiska Międzynarodowej Fundacji Osteoporozy (IOF) w formie zaleceń dotyczących przydatności określania niektórych markerów w monitorowaniu skuteczności leczenia przeciwresorpcyjnego i oceny ryzyka złamań. Przedstawione przez IOF zalecenia w sposób syntetyczny i praktyczny ujmują zastosowanie najlepiej poznanych i sprawdzonych w diagnostyce osteoporozy pomenopauzalnej markerów kostnych.

Jakkolwiek ogólna opinia o przydatności markerów do oceny ryzyka złamań jest bardzo powściągliwa, to jednak uważa się, że w przypadkach, w których innymi metodami takiego ryzyka nie da się ocenić można posługiwać się markerami resorpcji. Zalecenia w tym zakresie można ująć następująco:

– Wysokie stężenia (ponad wartości przed menopauzą, tzn. śr. +2 SD, wskaźnik T > 2) są związane z blisko 2-krotnym wzrostem ryzyka złamania osteoporotycznego.

– U chorych u których nie da się podjąć decyzji terapeutycznej na podstawie BMD i klinicznych czynników ryzyka złamań można próbować wykorzystać markery resorpcji w tym celu.

– Bardzo duże stężenia markerów (wskaźnik T > 3) wskazują na inną chorobę metaboliczną kości, a nie na osteoporozę pomenopauzalną.

– Wartościami referencyjnymi są wartości w populacji zdrowych kobiet w wieku od 30 do 45 lat.

Nie wykazano przydatności żadnego markera do oceny ryzyka samoistnej utraty masy kostnej. Natomiast w celu monitorowania skuteczności leczenia przeciwresorpcyjnego IOF rekomenduje spośród markerów resorpcji oznaczanie: NTx lub U-CTx lub S-CTx w przypadku leczenia bisfosfonianami, zaś podczas stosowania HTZ te same markery lub wolną DPD w moczu. Spośród markerów tworzenia kości są preferowane kostna ALP, BGP i PINP.

W zaleceniach nie określono, który marker jest najlepszym wskaźnikiem. Sugeruje się natomiast, aby oznaczać tylko jeden marker, albo łącznie jeden marker tworzenia i jeden resorpcji. Ważną sprawą jest czas pobierania materiału do badań. Uznano, że surowicę do oznaczeń należy pobierać rano na czczo przed godziną 9.00, natomiast mocz, jako pierwszą lub drugą poranną porcję również na czczo. Wydalanie badanych markerów z moczem należy przeliczać na stężenie kreatyniny w moczu. Markery resorpcji należy oznaczać przed rozpoczęciem leczenia, a następnie po 3 lub 6 miesiącach. Markery tworzenia badamy również przed rozpoczęciem i po 6 miesiącach od rozpoczęcia leczenia.

Jak wynika z zaleceń IOF istotnym i nierozwiązanym w pełni problemem jest określenie jakie należy przyjmować granice wartości uznanych za prawidłowe (tzw. wartości odcięcia). Najlepszym rozwiązaniem byłoby opieranie się na prawdopodobieństwie wystąpienia złamania. Jednak takie informacje nie są jeszcze dostępne. W związku z tym obecnie przyjęte wartości odcięcia ustalono na podstawie obserwowanych zmian gęstości mineralnej kości w trakcie leczenia alendronianem i HTZ. Ustalono, że dla danego markera obniżenie jego stężenia jest większe w wyniku leczenia alendronianem niż HTZ. Dlatego też najmniejsze przyjęte wartości odcięcia odnoszą się do monitorowania terapii alendronianem, a większe do hormonalnej terapii zastępczej. Wartości odcięcia dla 90% swoistości w przewidywaniu dodatniej zmiany BMD (+3%), wyrażone jako odsetkowy spadek w stosunku do wartości wyjściowej, są następujące:

– 45% do -65% dla NTx i U-CTx,

– 35% do -55% dla S-CTx,

– 20% do -30% dla całkowitego lub wolnego U-DPD,

– 20% do -40% dla BGP i ALP.

Wartości odcięcia dla 90% czułości są większe o około 20%, tzn. -25% do -45% dla NTx i U-CTx. Jeżeli podczas prowadzonych badań wykazane zmiany stężeń markerów są niejednoznaczne należy wykonać trzecie oznaczenie po trzech miesiącach (57, 58).

PERSPEKTYWY DIAGNOSTYCZNE

Badania epidemiologiczne oraz wieloletnie obserwacje kliniczne przemawiają jednoznacznie za ścisłym związkiem występowania osteoporozy, a uwarunkowaniami genetycznymi (59). Istnieje coraz więcej dowodów, że predyspozycja do osteoporozy i skłonność do złamań kości w okresie pomenopauzalnym jest warunkowana dziedziczeniem poligenowym. Najnowsze badania dotyczące całego genomu zlokalizowały szereg miejsc w genomie wskazujących związek z osteoporozą. Między innymi miejsca te występują na chromosomach 1q21-23, 4q32, 12q24 i 7p22 (blisko genu IL-6) w przypadku zmian w kręgosłupie. Natomiast na chromosomach 1p36, 4q33, 12q13 przy osteoporozie szyjki kości udowej (60). Wiadomo również, że struktury fibrylarne kolagenu typu I mają dużą odporność na rozrywanie i w związku z tym odgrywają podstawową rolę w nadawaniu wytrzymałości mechanicznej szkieletowi człowieka. Łańcuchy a 1 i a 2 kolagenu są kodowane przez oddzielne geny COL I a 1 i COL I a 2. Prawdopodobnie geny te są ważnym czynnikiem regulacji gęstości minerału kostnego i ryzyka złamań. Stwierdzono bowiem mutacje punktowe w ich rejonach kodujących, co jest przyczyną pojawiania się wrodzonej łamliwości kości (61). Jakkolwiek wśród chorych z osteoporozą typu I lub II nie wykazano tego typu mutacji to jednak stwierdzono istnienie zmienności polimorficznej genu COL I a1 polegającej na zamianie G(r)T w obszarze wiązania się czynnika transkrypcyjnego SP1. Badania te między innymi wskazują na istnienie istotnych statystycznie związków polimorfizmu genu kodującego kolagen typu I a1 z BMD oraz częstością złamań kości (61). W ostatnich latach prowadzone są intensywne badania nad rolą polimorfizmu promotora genu osteoprotegeryny (OPG). Jest ona białkiem należącym do nadrodziny TNF wykazującym hamujące właściwości, zwłaszcza w końcowych etapach, procesu osteoklastogenezy. OPG hamuje aktywację dojrzałych osteoklastów i indukuje ich apoptozę, co w efekcie wpływa pozytywnie na BMD. Biologiczny efekt wywierany przez OPG jest przeciwstawny do innego białka z nadrodziny TNF, tzw. RANKL (receptor activator of nuclear factor kappa B ligand), które aktywuje różnicowanie się osteoklastów, indukuje aktywację dojrzałych osteoklastów i hamuje apoptozę przez łączenie się ze swoim receptorem RANK (receptor activator of nuclear factor kappa B). Najnowsze badania sugerują, że równowaga między OPG i RANKL decyduje o różnicowaniu się osteoklastów i ich funkcji. Do czynników, które mogą wpływać na ekspresję OPG i/lub RANKL, a przez to regulować osteogenezę i resorpcję kości są zaliczane: witamina D₃, IL-1, TNFa, TNFb, BMP-2, TGFb. Wykazano również, że glikokortykosteroidy i prostaglandyna E2 zmniejszają produkcję mRNA i białka OPG. Ponadto stwierdzono, że u transgenicznych zwierząt pozbawionych genu OPG obserwuje się ciężką osteoporozę, której można zapobiegać podając egzogenną osteoprotegerynę. Rolę polimorfizmu promotora genu OPG w patogenezie osteoporozy pomenopauzalnej po raz pierwszy zasugerował w 2002 roku Arko, wykazując związek BMD z obecnością określonych genotypów genu OPG (62). W chwili obecnej poznano już szereg genów odpowiadających za procesy osteogenezy i resorpcji kości (63).

PODSUMOWANIE

Z przedstawionych informacji wynika, że nie dysponujemy idealnym markerem kościotworzenia lub resorpcji tkanki kostnej. Używane wskaźniki do oceny zachodzących procesów metabolicznych bardzo często podlegają różnym wpływom. Tylko niektóre spełniają kryteria i to jedynie względnie specyficznych dla przebudowy kości. Dlatego też o ile w sposób dość wiarygodny możemy oceniać gęstość mineralną kości, to do chwili obecnej nie mamy takiej możliwości w aspekcie jakościowym. Wynikają z tego trudności w obiektywizacji prognozowania bezwzględnego ryzyka złamań w odniesieniu do indywidualnego pacjenta. W związku z tym wykorzystanie diagnostyczne markerów kostnych, pomijając trudności techniczne lub finansowe, jest ciągle bardzo ograniczone. Również dane literaturowe na temat ich wartości są bardzo zróżnicowane. Mimo licznych wad znalazły jednak zastosowanie przede wszystkim w badaniach klinicznych oceniających skuteczność leków stosowanych w osteoporozie. Natomiast, jak już zauważono wcześniej, ich znaczenie w postępowaniu u indywidualnych chorych nie ma jeszcze istotnej wartości i budzi kontrowersje. Trudności w ich wykorzystaniu wynikają także z faktu, iż większość markerów kostnych może pochodzić również z innych tkanek. Wreszcie zmiany ich stężeń nie są swoiste dla poszczególnych chorób i odzwierciedlają zmiany metabolizmu tkanki kostnej, niezależnie od ich przyczyny. Mimo to uważa się, że mają dużą przyszłość diagnostyczną.

Badania nad uwarunkowaniami genetycznymi i oznaczanie przynajmniej niektórych z genów odpowiadających za procesy osteogenezy i resorpcji kości może w przyszłości mieć znaczenie diagnostyczne we wczesnym wyłanianiu osób predysponowanych do osteoporozy i złamań kości. Przytoczone informacje, w wielu przypadkach muszą być jeszcze potwierdzone i zweryfikowane. Jednak już w chwili obecnej określają nowe kierunki i perspektywiczne możliwości diagnostyki osteoporozy w oparciu o badania genetyczne.

Polecane książki z księgarni medycznej BORGIS:

Osteoporoza. Komu zagraża, jak jej uniknąć

Choroby metaboliczne kości

Ortopedia i traumatologia Tom 1 - 2

Piśmiennictwo

1. Rauch F. et al.: Comparison of total ALP and three assays for bone-specific alkaline phosphatase in childhood and adolescence. Acta Paed., 1997, 86:583. 2. Takahashi M. et al.: Comparison of bone and total alkaline phosphatase activity on bone turnover during menopause and in patients with established osteoporosis. Clin. Endocr., 1997, 47:177. 3. Alvarez L. et al.: Discriminative value of biochemical markers of bone turnover in assasing the activity of Paget´s disease. J. Bone Miner. Res., 1995, 10:458. 4. Garnero P. et. al.: Markers of bone turnover in hyperthyroidism and the effects of treatment. J. Clin. Endocr. Metab., 1994, 78:955. 5. Groteguth U. et al.: Osteomalacia in immigrants from mediterranean countries. Osteoporosis Int., 1996, 6 (Suppl. 11):128. 6. Withold W. et al.: Serum bone-ALP is superior to plasma levels of bone matrix proteins for assessment of bone metabolism in patients receiving renal transplants. Clin. Chem. Acta, 1997, 261:105. 7. Zaninotto M. et al.: Serum b-ALP in the follow-up of skeletal metastases. Anticancer Res., 1995, 15:2223. 8. Garnero P. et al.: Comparison of new biochemical markers of bone turnover in late postmenopausal osteoporotic women in response to alendronate treatment. J. Clin. Endocr. Metab., 1994, 79:1693. 9. Miki T. Et al.: Assessment of bone metabolism of postmenopausal women by BGP and b-ALP. Osteoporosis Int., 1996, 6, suppl. 1:197. 10. Rosenquist Ch. et al.: Measurement of a more stable region of osteocalcin in serum by ELISA with two monoclonal antibodies. Clin. Chem., 1995, 41:1439. 11. Rosenquist Ch.: Development of immunoassays for quantitative determination of human osteocalcin and related fragments in serum. Dan. Med. Bull., 1996, 43:389. 12. Rosen C.J. et al.: The predictive value of biochemical markers of bone turnover for bone mineral denstity in early postmenopausal women treated with hormone replacement or calcium supplementation. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1997, 82:1904. 13. Klein J.R. et al.: Clearence of BGP in adults with end-stage renal disease undergoing CAPD in Advances in Peritoneal Dialysis, eds. Khanna R., Nolph K.D. et al., 1991, 7:225. 14. Sharp C.A. et al.: Discrepant blood concentrations of type I procollagen propeptides in active Paget disease of bone. Clin. Cem., 1996, 42:1121. 15. Jansen P.B. et al.: Serum concentration of the PINP in patients on haemo- and peritoneal dialysis. APMIS, 1997, 105:371. 16. Mazzaferro C. et al.: Diagnostic value of serum peptides of collagen synthesis and degradation in dialysis renal osteodystrophy. Nephrol. Dial. Transplant., 1995, 10:52. 17. Garnero P. et al.: PINP is more sensitive marker of bone turnover than PICP in osteoporosis. J. Bone Miner. Res., 1997, 12, suppl. 1:579. 18. Hassager C. et al.: The effect of the menopause and hormone replacement therapy on serum PICP. Osteoporosis Int., 1993, 3:50. 19. Pedersen B.J. et al.: Purification of human PICP cleared as in vivo from procollagen and used to calibrate a RIA of the propeptide. Clin. Chem., 1994, 40:811. 20. Calvo M. et. al.: Molecular basis and clinical application of biological markers of bone turnover. Endocrine Rev., 1996, 17:333. 21. Smith R.: Collagen and disorders of bone. Clin. Sci., 1980, 59:215. 22. Deacon A.C. et al.: Estimation of whole body bone resorption rate: A comparison of urinary total hydroxyproline excretion with two radioisotopic tracer methods in osteoporosis. Clin. Chem. Acta, 1987, 266:297. 23. Christiansen C. et. al.: Screening procedure for women at risk of developing postmenopausal osteoporosis. Osteoporosis Int., 1990, 1:35. 24. Krane S.M. et al.: Urinary excretion of hydroxylysine and its glycosides as an index of collagen degradation. J. Clin. Invest., 1977, 59:819. 25. Pinnel S.R. et al.: Human collagens: Differences in glycosylated hydroxylysines in skin and bone. Biochem. Biophys. Acta, 1971, 229:119. 26. Moro L. et al.: The glycosides of hydroxylysine are final products of collagen degradation in humans. Biochem. Biophys. Acta, 1993, 1156:228. 27. Bettica P. et al.: Clinical performances of galactosyl hydroxylysine, pyridinoline and desoxypyridinoline in postmenopausal osteoporosis. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1996, 18:542. 28. Marabini R. et al.: Galactosylhydroxylysine and pyridinium cross links in monitoring the bone response to hormone replacement therapy. J. Endocrinol. Invest., 1996, 19:154. 29. Minkin C.: Bone acid phosphatase: tertrate-resistant acid phosphatase as a marker of osteoclast function. Calcif. Tissue Int., 1982, 34:285. 30. Lau K.H.W. et al.: Characterization and assay of tartrate-resistant acid phosphatase activity in serum: potential use to assess bone resorption. Clin. Chem., 1987, 33:458. 31. Eyre D.R. et al.: Collagen cross-linking in human bone and articular cartilage. Biochem. J., 1988, 252:495. 32. Eyre D.R.: The specificity of collagen cross-links as markers of bone and connective tissue degradation. Acta Orthop. Scand., 1995, 66 (supl. 266):166. 33. Colwell A. et al.: Effect of diet on desoxypyridinoline excretion. In: Osteoporosis (ed. Christiansen C. et Overgaard K.), Osteopress ApS, Kopenhaga, Dania, 1990:520. 34. Apone S. et al.: Osteoclast generate cross-linked collagen N-telopeptides (NTx) but not free pyridinolines when cultured on human bone. Bone, 1997, 21:129. 35. Foged N.T. et al.: Quantification of the collagenolytic activity of isolated osteoclasts by enzyme-linked immunosorbent assay. J. Bone Miner. Res., 1995, 2:226. 36. Schlemmer A. et al.: Marked diurnal variation in urinary excretion of pyridinium crosslinks in premenopausal women. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1992, 74:476. 37 Marowska J. et al.: Pyridinium crosslinks of collagen as a marker of bone resorption rates in children and adolescents: Normal values and clinical application. Bone, 1996, 16:669. 38. Uebelhardt D. et al.: Urinary excretion of pyridinium crosslinks: a new marker of bone resorption in metobolic bone disease. Bone. Miner., 1990, 8:87. 39. Uebelhardt D. et al.: Effect of menopause and hormone replacement therapy on the urinary excretion of pyridinium crosslinks. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1991, 72:367. 40. Delmans P.D. et al.: Urinary excretion of pyridinoline crosslinks with bone turnover measured on iliac crest biopsy in patients with vertebral osteoporosis. J. Bone Miner. Res., 1991, 6:639. 41. Eastell R. et al.: Urinary collagen crosslinks are highly correlated with radioisotopic measurements of bone resorption. In: Osteoporosis (ed. Christiansen C. et Overgaard K.), Osteopress ApS, Kopenhaga, Dania, 1990:469. 42. Eastell R. et al.: Biochemical markers of bone resorption compared with estimates of bone resorption from radiotracer kinetic studies in osteoporosis. J. Bone Miner. Res., 1997, 12:59. 43. Garnero P. et al.: Markers of bone resorption predict hip fracture in elderly women. The EPIDOS prospective study. J. Bone Miner. Res., 1996, 11:1531. 44. Risteli J. et al.: Radioimmunoassay for the pyridinoline cross-linked carboxyterminal telopeptide of type I collagen: A new serum marker of bone degradation. Clin. Chem., 1993, 39:635. 45. Abildgaard N. et al.: Serum markers of bone metabolism in multiple myeloma: prognostic value of the carboxy-terminal telopeptide of type I collagen (ICTP). Brit. J. Haematol., 1997, 96:103. 46. Blumsohn A. et al.: Different responses of biochemical markers of bone resorption to bisphosphonate therapy in Paget´s disease. Clin. Chem., 1995, 41:1592. 47. Hassager C. et al.: The carboxy-terminal pyrydinoline cross-linked telopeptide of type I collagen in serum as a marker of bone resorption: the effect of nandrolone decanoate and hormone replacement therapy. Calcif. Tissue Int., 1994, 54:30. 48. Hansen D.A. et al.: A specific immunoassay for monitoring human bone resorption: Quantitation of type I collagen cross-linked N-telopeptides in urine. J. Bone Miner. Res., 1992, 7:1251. 49. Bettica P. et al.: Short-term variations in bone remodeling biochemical markers: Cyclical etidronate and alendronate effects compared. J. Clin. Endocrinol. Metab., 1997, 82:3034. 50. Gertz B.J. et al.: Monitoring bone resorption in early postmenopausal women by an immunoassay for cross-linked collagen peptides in urine. J. Bone. Miner. Res., 1994, 9:135. 51. Rosen C.J. et al.: Specificity of urinary excretion of cross-linked N-telopeptides of type I collagen as a marker of bone turnover. Calcif. Tissue Int., 1994, 54:26. 52. Bonde M. et al.: Immunoassay for quantifying type I collagen degradation products in urine evaluated. Clin. Chem., 1994, 40:2022. 53. Bonde M. et al.: Measurement of bone degradation products in serum using antibodies reactive with an isomerized form of an 8 amino acid sequence of the C-telopeptide of type I collagen. J. Bone Miner. Res., 1997, 12:1028. 54. Overgaard K. et al.: A new biochemical marker of bone resorption for follow-up on treatment with nasal salmon calcitonin. Calcif. Tissue Int., 1996, 59:12. 55. Schlemmer A. et al.: Morning or evening administration of nasal calcitonin? Effects on biochemical markers of bone turnover. Bone, 1997, 20:63. 56. Garnero P. et al.: Assessment of bone resorption with a new marker of collagen degradation in patients with metabolic bone disease. J. Clin. Endocr. Metab., 1994, 79:780. 57. Delmans P.D. et al.: The use of biochemical markers of bone turnover in osteoporosis. Osteoporos Int., 2000, 1:suppl. 6:2. 58. Looker A.C. et al.: Clinical use of biochemical markers of bone remodeling: current status and future directions. Osteoporos Int., 2000, 11:467. 59. Boudoin C. et al.: Genetic and Environmental Factors Affect Bone Density Variances of Families of Men and Women with Osteoporosis. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2002, 87 (5):2053.60. Ralston S.H.: Perspective. Genetic control of susceptibility to osteoporosis. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2002, 87 (6):2460. 61. Łukaszewicz J.: Polimorfizm genu kodującego kolagen typu Ia1. Terapia, 1999, 10:36. 62. Arko B. et al.: Sequence Variations in the Osteoprotegerin Gene Promotor in Patients with Postmenopausal Osteoporosis. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2002, 87 (9):4080. 63. Watson J.D.: Editorial: Osteoprotegerin Gene Polymorphism and the Risk of Osteoporosis and Vascular Disease. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2002, 87 (9):4078. 64. Beck-Jensen J.E. et al.: A single measurement of biochemical marcers of bone turnover has limited utility in the individual person. Scand. J. Clin. Lab. Invest., 1997, 57:351.

Nowa Medycyna 3/2004
Strona internetowa czasopisma Nowa Medycyna

Powrót na górę strony

Pozostałe artykuły z numeru 3/2004:

- reklama -

Osteoporoza – część 3.Ocena przydatności biochemicznych markerów przebudowy kości oraz perspektywy diagnostyczne w procesie rozpoznawania osteoporozy

Pozostałe artykuły z numeru 3/2004:

Osteoporoza – część 3.
Ocena przydatności biochemicznych markerów przebudowy kości oraz perspektywy diagnostyczne w procesie rozpoznawania osteoporozy