Применение биохимических маркеров костного обмена в

Врачу первичного звена
Применение биохимических маркеров
костного обмена в повседневной деятельности врача
✑ В.Н. Ларина1, М.П. Михайлусова1, Т.Н. Распопова2
1
Кафедра поликлинической терапии № 1 Лечебного факультета Российского национального
исследовательского медицинского университета им. Н.И. Пирогова, Москва
2
Диагностический клинический центр № 1 Департамента здравоохранения города Москвы
Статья посвящена применению биохимических маркеров костного обмена в клинической
практике. Представлены данные о структуре и процессах ремоделирования кости, диагностике остеопороза и практическом значении костных биомаркеров в контроле лечения
остеопороза.
Ключевые слова: костные биомаркеры, остеопороз, минеральная плотность кости.
Остеопороз – системное заболевание
скелета, характеризующееся снижением
костной массы и нарушением ее микроархитектоники, что приводит к хрупкости
костей и возникновению переломов при
незначительной травме.
Оcтеопороз является распространенным заболеванием, особенно среди лиц
старшей возрастной группы. В мире более 200 млн. человек страдает этим заболеванием [1, 2]. Данные популяционных
исследований, проведенных НИИ ревматологии РАМН, свидетельствуют о наличии остеопороза у каждой 3-й женщины
и у каждого 4-го мужчины старше 50 лет
в Российской Федерации. Особенно подвержены развитию остеопороза женщины
в постменопаузальном периоде: у 30% из
них отмечается остеопороз и примерно у
54% – остеопения. Проблема остеопороза в
будущем станет еще более актуальной, поскольку к 2020 г. количество людей старше
50 лет увеличится вдвое.
Медико-социальное значение этого заболевания определяется его высокой распространенностью и серьезными последствиями переломов костей скелета. Среди
Контактная информация: Ларина Вера Николаевна, larinav@mail.ru
10 Лечебное дело 2.2015
городского населения России у 24% женщин и 13% мужчин в возрасте 50 лет и старше регистрируется 1 перелом. В возрасте
65 лет и старше риск переломов увеличивается в 3 раза. Заболеваемость остеопорозом неуклонно возрастает, и в отсутствие
своевременных профилактических и лечебных мероприятий ожидается ее увеличение в ближайшие 30 лет на 30% [3].
При остеопорозе происходит потеря
как органического матрикса, так и минеральных веществ из-за низкой активности
остеобластов; наблюдается истончение
балок губчатого и компактного вещества,
нарушение связи между пересекающимися балками, повышение хрупкости кости.
Уменьшение костной массы способствует
снижению механической прочности и возникновению переломов при незначительной травме или даже при статической нагрузке.
Кость представляет собой неоднородный
материал и состоит из разных типов ткани:
70% костной массы имеет неорганическую
природу, 30% – органическую. Неорганическая часть представлена гидроксиапатитом, органическая состоит главным образом из коллагена I типа, остеокальцина
и остатков протеинов. Основным компо-
Остеопороз
нентом, отвечающим за биохимические
функции, структурную интеграцию кости,
ее эластичность и гибкость, является коллаген.
Клеточный компонент костной ткани
представлен остеобластами, остеоцитами и
остеокластами. Остеобласты синтезируют
белки органического матрикса, способны
к пролиферации и содержат костный изофермент щелочной фосфатазы, рецепторы
паратиреоидного гормона и кальцитриола.
Остеоциты представляют собой зрелые,
непролиферирующие клетки, расположенные в полостях новообразованной кости.
Их функциональная активность направлена на поддержание целостности костного
матрикса. Ведущая функция остеокластов – резорбция костной ткани. К межклеточным компонентам костной ткани относится органический матрикс (коллаген
I типа, альбумин, фетуин, остеокальцин,
γ-карбоксиглутаматсодержащий белок матрикса, остеонектин, тромбоспондин) и
минеральное вещество (частично кристаллизованный гидроксиапатит, аморфный
фосфат кальция).
Открытие сигнальной системы, состоящей из рецептора активатора ядерного фактора κВ (receptor activator of nuclear factor κB
(RANK)), его лиганда (receptor activator of
nuclear factor κB ligand (RANKL)) и остеопротегерина и являющейся регулятором
процессов функционирования и апоптоза остеокластов, совершило революцию в
понимании костного метаболизма и патофизиологии остеопороза. Гликопротеин
RANKL, продуцируемый остеобластами и
активированными Т-лимфоцитами, относится к суперсемейству лигандов фактора
некроза опухоли α и является ключевым
фактором дифференцировки остеокластов.
Его специфический рецептор RANK расположен на поверхности остеокластов, дендритных, гладкомышечных и эндотелиальных клеток. Взаимодействие RANKL и
RANK приводит к каскаду геномных трансформаций в костномозговых предшественниках остеокластов, превращающихся в
преостеокласты и в дальнейшем в зрелые
активные многоядерные остеокласты, осуществляющие резорбцию костной ткани.
Одновременно с этим тормозится процесс
апоптоза зрелых остеокластов. Остеопротегерин, синтезируемый остеобластными
клетками, клетками стромы, эндотелиоцитами и В-лимфоцитами, действует как эндогенный рецептор-ловушка для RANKL.
Благодаря блокировке взаимодействия
RANKL с собственным рецептором остеопротегерин угнетает формирование зрелых
многоядерных остеокластов, нарушая процесс остеокластогенеза, и понижает активность костной резорбции [4].
Формирование новой кости и процесс
резорбции регулируются и контролируются следующими факторами: кальцийрегулирующими (паратиреоидный гормон,
кальцитонин и активный метаболит витамина D – кальцитриол) и другими системными гормонами (глюкокортикоиды,
инсулин, тиреоидные и половые гормоны,
соматотропный гормон); паракринными
факторами (инсулиноподобный фактор
роста 1, факторы роста тромбоцитарного
происхождения, фактор роста фибробластов и др.); местными факторами, продуцируемыми самими костными клетками
(простагландины, остеокластактивирующий фактор – остеопротегерин, интерлейкины и др.) [5].
Диагностика остеопороза
Основная причина поздней диагностики
остеопороза заключается в том, что сама по
себе низкая минеральная плотность кости
(МПК) не ассоциируетcя с конкретными
клиническими проявлениями. Наиболее
частая реакция скелета – это уменьшение
костной массы, что до возникновения переломов может протекать бессимптомно.
Костную массу оценивают по содержанию минералов на единицу площади
кости, а также в процентном отношении к нормативным показателям у людей
соответствующего пола и возраста и к по-
Лечебное дело 2.2015 11
Врачу первичного звена
казателю пиковой костной массы у людей
соответствующего пола. Наряду с этим
рассчитывают параметр стандартного отклонения: по Z-критерию – относительно
возрастной нормы и по Т-критерию – относительно пика костной массы у молодой
женщины европеоидной расы. Значения
МПК, отклоняющиеся по Т-критерию
менее чем на –1 стандартное отклонение, расцениваются как норма, значения
от –1 до –2,4 – как остеопения, значения
–2,5 и более – как остеопороз [6].
Инструментальные методы исследования.
Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (денситометрия) на сегодняшний день является “золотым стандартом”
в диагностике остеопороза из-за низкой
лучевой нагрузки, приемлемой себестоимости и краткого времени сканирования
пациента. Этот метод позволяет с высокой
чувствительностью и воспроизводимостью
определять МПК в наиболее важных с точки зрения риска остеопоротических переломов участках скелета – позвоночнике и
проксимальном отделе бедренной кости [7].
Для скрининга используется ультразвуковое исследование костной ткани (костная сонометрия) с оценкой массы губчатой
костной ткани в дистальных отделах (надколенник, пяточная кость, средняя треть
большеберцовой кости, фаланги пальцев
кистей). После выявления этим методом
лиц с костной патологией обязательна последующая верификация диагноза с помощью денситометрии. Результаты костной сонометрии не могут служить основанием для назначения лечения остеопороза
или для контроля его эффективности и не
являются альтернативой данным денситометрии.
Визуальная оценка рентгенограммы
скелета – общепринятый метод установления анатомических особенностей кости
и ее повреждений. Рентгенография позвоночника проводится с целью исключения
остеопоротических переломов позвонков.
Биохимические маркеры костного метаболизма. Реструктуризация кости проявляет-
12 Лечебное дело 2.2015
ся изменением в сыворотке крови и моче
множества биохимических параметров.
Функциональное состояние остеобластов
оценивают по продуцируемым ими ферментам, белкам, компонентам костного
матрикса, цитокинам. В зависимости от их
количества в сыворотке крови можно судить о процессе костеобразования.
Биомаркеры костного обмена, как правило, не являются специфическими. Они
могут определяться как в крови, так и в
моче, отражают метаболическую активность остеобластов или остеокластов, хотя
некоторые из них, в частности остеокальцин, отражают оба процесса костного ремоделирования – синтез и резорбцию. Ряд
маркеров могут свидетельствовать о метаболических процессах не только в костной ткани, но и в других тканях организма.
В связи с этим при интерпретации полученных результатов необходимо оценивать
в первую очередь данные клинической
картины, природу и источник каждого
маркера, учитывая влияние на них внескелетных процессов, происходящих в организме. К наиболее часто применяемым в
клинической практике маркерам костного
формирования относятся остеокальцин,
костный изофермент щелочной фосфатазы; карбокси- и аминоконцевые пропептиды проколлагена I типа (carboxy-terminal
propeptide of type 1 procollagen (P1CP),
amino-terminal propeptide of type 1 procollagen
(P1NP)) [8, 9].
В процессе синтеза коллагена I типа
под влиянием пептидаз P1NP и P1CP
отщепляются от молекулы проколлагена,
который превращается в молекулу тропоколлагена. Поскольку пропептиды высвобождаются исключительно при образовании коллагена, их концентрация в сыворотке крови отражает раннюю фазу костной формации – синтез коллагена I типа
de novo. P1NP имеет низкую внутрииндивидуальную вариабельность, что является
его преимуществом перед другими маркерами. Кроме того, он относительно ста-
Остеопороз
билен в сыворотке крови при комнатной
температуре.
Остеокальцин представляет собой малый неколлагеновый протеин костного
матрикса, который отражает вторую стадию костеобразования – минерализацию
синтезированного коллагена I типа. Часть
образованного остеокальцина из внеклеточной жидкости кости попадает в кровоток и подвергается протеолитической
дефрагментации. Циркулирующий в крови
остеокальцин имеет довольно короткий
период полувыведения и выводится из организма почками.
Большинство маркеров резорбции костной ткани являются продуктами деградации костного коллагена. К ним относятся
N-терминальный телопептид (N-terminal
telopeptide) и C-терминальный телопептид (C-terminal telopeptide (CTX)) молекул
коллагена I типа в сыворотке крови или
моче, окси- и дезоксипиридинолины, оксипролин и кальций в моче. Тартратрезистентная кислая фосфатаза (изоформа 5b)
и катепсин K характеризуют активность
остеокластов. Эти ферменты малоустойчивы при комнатной температуре, и их применение в клинической практике требует
дальнейшего изучения. В настоящее время
предпочтительнее определять сывороточные биомаркеры, поскольку это не требует
больших временных затрат в отличие от
маркеров, которые определяют в моче, собранной, как правило, в течение 24 ч.
Применение биомаркеров костного
обмена в клинической практике
Совершенствование технологий в последние годы позволило рассматривать
определение биохимических маркеров
костного обмена в качестве дополнительного неинвазивного высокочувствительного диагностического метода при ведении
пациентов с метаболическими заболеваниями костей. Несмотря на эти достижения, до сегодняшнего дня костные биомаркеры редко применяются в рутинной
практике. В настоящее время биомаркеры
синтеза и резорбции рекомендовано использовать для оценки скорости обмена
костной ткани и спаренности процессов
ремоделирования. Особенно это актуально
у женщин в период пре- и постменопаузы,
когда необходима своевременная оценка
риска развития остеопенического синдрома и контроль антиостеопоротической терапии [10].
В настоящее время имеются данные, полученные в ряде клинических исследований по лечению остеопороза и свидетельствующие о тесной связи высокого уровня
сывороточных костных биомаркеров со
сниженной МПК [11, 12].
Возможность с помощью биомаркеров
костного обмена предсказывать индивидуальную потерю костной массы была продемонстрирована в исследовании, в котором
принимали участие 429 женщин в возрасте
от 21 до 79 лет. Костные маркеры позволяли предсказать возникновение перелома
бедренной кости с точностью до 55%, тел
позвонков – до 65% [13]. Эти данные поддерживают гипотезу о возможности применения маркеров костного метаболизма как
дополнительного фактора для предсказания
снижения плотности костной ткани, дальнейшего возникновения переломов, а также
для уточнения правильного выбора терапии.
Обычно для контроля проводимой терапии рекомендуется исследование МПК с
помощью денситометрии. Однако изменение МПК можно обнаружить лишь спустя
1–2 года от начала лечения, в то время как
костные маркеры уже на ранних этапах
антирезорбтивной терапии позволяют оценить ее эффект [12].
На сегодняшний день определение биохимических маркеров костного обмена
рекомендовано использовать для оценки
эффективности терапии через 3 мес от ее
начала. Изменение биомаркеров на 30% и
более от исходного уровня (снижение при
антирезорбтивной терапии и увеличение
при лечении терипаратидом) свидетельствует об эффективности лечения. Благодаря
мониторированию костных биомаркеров
Лечебное дело 2.2015 13
Врачу первичного звена
пациенты довольно быстро после начала
терапии могут убедиться в ее результате и
положительном влиянии на костный метаболизм, что способствует повышению приверженности к терапии [14].
Следует помнить, что использование
биохимических маркеров костного метаболизма для диагностики и контроля лечения
остеопороза является важным дополнением
к измерению плотности костной ткани.
Изолированное применение костных биомаркеров без денситометрии для диагностики остеопороза недопустимо.
При использовании костных биомаркеров необходимо учитывать вариабельность результатов, которая может быть
обусловлена разными причинами (ответом у пациента на проводимое лечение,
самим заболеванием, биологической вариабельностью, циркадными ритмами,
пищевыми продуктами, медикаментозной
терапией, включая и антирезорбтивную,
заболеваниями печени и почек). Для минимизации вариабельности и повышения
аналитической надежности результатов необходимо забирать биообразцы утром натощак. К примеру, определение CTX следует
проводить строго натощак, поскольку этот
маркер имеет широкую циркадную вариабельность, а на уровень P1NP прием пищи
и циркадные ритмы не оказывают влияния. При принятии референсных границ
необходимо учитывать пол, возраст, менопаузальный статус. Важно уделять внимание и техническим аспектам: условиям забора биообразца, длительности хранения и
исследования образца, особенно для биомаркеров с ограниченной стабильностью.
На сегодняшний день сывороточные
костные биомаркеры определяют на элек-
трохемилюминесцентных
анализаторах
линии Elecsys со значениями коэффициента вариабельности ниже 8%. P1NP обладает высокой аналитической точностью,
достаточно стабилен и существенно не изменяется со временем. Коэффициент вариабельности для P1NP составляет менее
3,7%, для остеокальцина – менее 4,2%, для
костного изофермента щелочной фосфатазы – менее 4,3%, для CTX – менее 5,4%.
В связи с тем, что паратиреоидный гормон
является регуляторным гормоном и определить его биологическую вариабельность
довольно сложно, коэффициент его вариабельности является значительно более высоким и достигает 10%.
Заключение
Хрупкость костей при остеопорозе определяется не только снижением плотности
костной ткани, но и нарушениями микроархитектоники, выраженность которых
можно оценить с помощью биохимических
маркеров. Использование биохимических
маркеров костного метаболизма в диагностике и контроле лечения остеопороза –
важное дополнение к измерению плотности костной ткани. В отличие от денситометрии, по данным которой можно констатировать состояние минерализации костной
ткани на момент исследования, биохимические маркеры позволяют судить о скорости и направленности процессов костного
метаболизма и контролировать эффективность антиостеопоротической терапии.
Со списком литературы вы можете
ознакомиться на нашем сайте
www.atmosphere-ph.ru
Biochemical Markers of Bone Turnover in Clinical Practice
V.N. Larina, M.P. Mikhailusova, and T.N. Raspopova
The article deals with the role of biochemical markers of bone turnover in clinical practice. We discuss bone structure and remodeling, diagnosis of osteoporosis, and usage of bone biomarkers for osteoporosis treatment control.
Key words: bone biomarkers, osteoporosis, bone mineral density.
14 Лечебное дело 2.2015