Diagnostyka laboratoryjna zaburzeń metabolicznych tkanki kostnej

• Tkanka kostna jest odmianą tkanki łącznej, zbudowaną z komórek osteocytów, osteoblastów i osteoklastów.

• Budowa anatomiczna kości, wewnętrzna struktura, bardzo duża wytrzymałość mechaniczna, a także zdolność do regeneracji są wynikiem modelowania strukturalnego oraz przebudowy
  wewnętrznej tkanki kostnej.

• Zarówno procesy modelowania jak i przebudowy możliwe są dzięki współistnieniu procesów resorpcji i kościotworzenia, które w warunkach fizjologicznych pozostają w równowadze dynamicznej, determinując wielkość masy kostnej.

• Metabolizm kostny i jego dynamika (dla kości gąbczastej jak i zbitej) uzależnione są od etapu rozwoju organizmu.

• Procesy modelowania strukturalnego (bone modelling) zachodzą głównie w okresie rozwoju i wzrostu osobniczego doprowadzając w efekcie do przyrostu kości na długość i grubość. Modelowanie strukturalne zachodzi w sposób ciągły, z przewagą procesów kościotworzenia na wszystkich powierzchniach kości pokrytych komórkami osteogennymi (zarówno okostnej jak i śródkostnej).

• U osób dorosłych tj. po osiągnięciu szczytowej masy kostnej (peak bone mass) opisujemy procesy przebudowy wewnętrznej kości (bone remodelling), które mają charakter cykliczny i przebiegają w określonych miejscach zwanych miejscami aktywnej przebudowy (bone remodelling unit - BRU).

• Remodeling jest procesem wieloetapowym, jeden epizod przebudowy trwa około 3-6 miesięcy, umożliwiając między innymi naprawę mikrouszkodzeń, zapobiegając w ten sposób złamaniom oraz regenerację kości po złamaniach
  i ubytkach.

• Wzmożenie procesów resorpcji i/lub zahamowanie osteogenezy doprowadza do utraty masy kostnej, zmian w mikroarchitekturze kości i w konsekwencji obniżenie wytrzymałości mechanicznej kości beleczkowych i gąbczastych. Przyspieszony obrót metaboliczny kości jest zjawiskiem patologicznym. Należy jednak pamiętać, że w procesie starzenia się organizmu dochodzi do powolnej utraty masy kostnej zarówno u kobiet jak i mężczyzn, jest to proces nieodwracalny.

• Mężczyźni tracą ok. 0,3% masy kości zbitej i niewiele więcej gąbczastej, u kobiet obserwujemy rocznie ok. 1% rocznie spadku masy kości zbitej i zmiany architektoniczne w kości beleczkowej.

Dynamiczny proces przebudowy kostnej

W regulacji prawidłowego metabolizmu kostnego zaangażowane są liczne procesy kontrolno-regulujące, do najistotniejszych zaliczamy:

- homeostazę wapniowo-fosforanową,

- niektóre hormony (szczególnie parathormon, aktywna postać witaminy D₃, kalcytonina)

- cytokiny.

Wapń w surowicy występuje w trzech formach:
- zjonizowanej (47%),
- związanej z białkami (głównie albuminą, 47%)
- skompleksowanej z anionami cytrynianowymi, fosforanami (6%).

• W celach klinicznych najczęściej wykorzystywane jest oznaczenie stężenia wapnia całkowitego w surowicy.

• Za wartości prawidłowe dla stężenia wapnia całkowitego w surowicy krwi osób dorosłych przyjmuje się 2,2-2,65 mmol/l (zależą od wieku i płci), u dzieci wartości te są nieco wyższe.

• Prawidłowe stężenie wapnia zjonizowanego u osób dorosłych w surowicy krwi wynosi 1,12-1,32 mmol/l.

• Oznaczanie stężenia wapnia zjonizowanego w surowicy nie jest zalecane w praktyce klinicznej, w związku z dużą zmiennością wyników zależną od stosowanej metodyki oznaczenia, rodzaju badanego materiału, a zwłaszcza konicznością wykonywania oznaczeń w warunkach beztlenowych w czasie 15 minut od chwili pobrania.

• Na wartość oznaczeń wapnia w surowicy krwi niewielki wpływ mają wahania dobowe związane z rytmem dobowym stężenia albumin w surowicy.

• W przypadku znacznego zmniejszenia stężenia albumin w surowicy (marskość wątroby, zespoły nerczycowe) stężenie wapnia całkowitego w surowicy krwi powinny być korelowane zgodnie ze wzorem:

Ca_s (mmol/L) = Ca_ozn. (mmol/L) + 0,02 x [40 – Alb (g/dl)]

• Parametrem lepiej odzwierciedlającym aktualny bilans wapniowy organizmu a także w pewnym stopniu stan aktywności metabolizmu kostnego jest dobowe wydalanie wapnia w moczu.

• Wartości prawidłowe dobowego wydalania wapnia z moczem dla kobiet kształtują się w zakresie od 2,5 do 6,2mmol Ca/24h, dla mężczyzn od 2,5 do 7,5mmol Ca/24h.

• Głównym źródłem wapnia w organizmie jest dieta (mleko i jego przetwory). Wapń wchłaniany jest w przewodzie pokarmowym i wydalany w kanalikach nerkowych.

• Istotną rolę w utrzymaniu homeostazy wapniowej w organizmie pełni aktywny metabolit witaminy D₃- (1,25(OH₂)D₃ i parathormon (PTH).

• 1,25(OH₂)D₃ jest niezbędna do wchłaniania wapnia w jelitach oraz jego resorpcję zwrotną w kanalikach nerkowych.

• Spadek stężenia wapnia w surowicy (mała podaż, złe wchłanianie) powoduje wydzielanie PTH przez przytarczyce i uwalnianie wapnia z kości poprzez pobudzenie osteoklastów, jednocześnie PTH stymuluje syntezę aktywnej postaci witaminy D₃ z substratów
  w nerkach i wątrobie co w konsekwencji doprowadza do zwiększonej resorpcji zwrotnej wapnia w nerkach.

• Wzrost stężenia wapnia stymuluje komórki C tarczycy do wytwarzania kalcytoniny (CT), która działając bezpośrednio na osteoblasty zwiększa ich aktywność oraz hamuje aktywność osteoklastów.
  Kalcytonina hamuje wchłanianie wapnia z jelit oraz zwiększa jego wydalanie z moczem.

Fosfor

• występuje w organizmie podobnie jak wapń w postaci wolnej (jako anion fosforanowy - PO₄) lub związanej z białkami (białka, estry).

• Prawidłowe stężenie fosforanów nieorganicznych w surowicy wynosi 0,87- 1,67 mmol/l.

• Na wartość stężenia fosforanów nieorganicznych ma wpływ podaż fosforanów w diecie oraz prawidłowa funkcja nerek, nawet niewielkie upośledzenie doprowadza do wzmożonej retencji fosforanów i podwyższenie stężenia ich w surowicy. Również kwasica szczególnie metaboliczna powoduje wyraźny wzrost stężenia w surowicy.

• Spadek stężenia fosforanów nieorganicznych obserwujemy po posiłku węglowodanowym, przy podwyższonym stężeniu insuliny, w alkalozie oddechowej oraz przy wzroście adrenaliny we krwi.

• Większość fosforanów w organizmie jest dostarczanych w diecie (fasola, groch, orzechy, kasze, nabiał, jaja, wołowina, drób i ryby).

• Parathormon i 1,25(OH₂)D₃ zwiększają nerkowe wydalanie fosforanów przez hamowanie resorpcji zwrotnej. Hormony: wzrostu, tyroksyna, insulina i kortyzol zmniejszają wydalanie fosforanów z moczem poprzez pobudzenie nerkowej resorpcji zwrotnej.

• Wspólna regulacja hormonalna wydalania wapnia i fosforanów, jak również ścisły związek pomiędzy stężeniami wapnia i fosforanów we krwi są wskazaniem do oznaczania obu parametrów jednocześnie.
  Materiałem do badań tych parametrów jest surowica, osocze heparynizowane, pobrane na czczo.

• Krew pobrana od pacjenta powinna być dość szybko odwirowana, ponieważ z krwinek czerwonych dochodzi do uwalniania fosforanów.

• Oznaczanie wapnia i fosforanów wykonujemy również w dobowej zbiórce moczu, pamiętając o wykonaniu możliwie szybko tych oznaczeń ze względu na duże straty w oznaczanym materiale wynikające z wytrącania się fosforanów w zebranym moczu.

Do podstawowych zaburzeń gospodarki wapniowo-fosforanowej zaliczamy:

* Hiperkalcemię

* Hipokalcemię

* Pierwotną nadczynność przytarczyc

* Wtórną nadczynność przytarczyc

* Pierwotną niedoczynność przytarczyc

* Wtórną niedoczynność przytarczyc

* Hiperkalcemia – stan, w którym stężenie wapnia zjonizowanego jest wyższe od górnej wartości referencyjnej dla tego jonu lub stężenie wapnia całkowitego skorygowanego z aktualnym stężeniem albumin jest wyższe od 2,75 mmol/L.

• Przy interpretacji wyników uzyskanych u dzieci należy pamiętać o wyższych fizjologicznie wartościach tj. 2,9 mmol/L dla wapnia całkowitego, a dla wapnia zjonizowanego 1,92 mmol/L.

• Do najczęstszych przyczyn hiperkalcemii zaliczamy:

• nowotwory kości,

• szpiczaka mnogiego,

• nadmierne wydzielanie PTH,

• hormonu wzrostu, tyroksyny, adrenaliny,

• nadmierne endogenne wytwarzanie witaminy D przez komórki niektórych nowotworów,

• przedawkowanie witaminy D₃,

• hiperwitaminoza A,

• upośledzone wydalanie przez nerki,

• leczenie pochodnymi tiazydowymi,

• długotrwałe unieruchomienie,

• rodzinna hipokalcuria, hiperkalemiczna,

• zatrucia glinem.

• Podstawowymi objawami w przypadku hiperkalcemii jest uczucie osłabienia mięśni, przewlekłe zmęczenie, bóle brzucha, zaparcia, brak łaknienia. W ciężkich przypadkach może doprowadzić do zaburzeń w funkcji narządów, śpiączki.

• W wyniku hiperkalcemii dochodzi do odwodnienia (moczówka hiperkalcemiczna) na wskutek zaburzeń zagęszczania moczu, wzrost wydalania wapnia
  z moczem doprowadza do kamicy nerek, natomiast wzrost wydalania potasu z moczem może
  w konsekwencji doprowadzić do zasadowicy oddechowej.

• Opisywane w hiperkalcemii zmiany w pobudliwości tkanki mięśniowej i nerwowej mogą doprowadzić do zaburzeń rytmu serca, osłabienia siły mięśni.

* Hipokalcemia – stan, w którym stężenie wapnia całkowitego w surowicy jest niższe niż 2,25 mmol/L i/lub stężenie wapnia całkowitego skorygowanego z aktualnym stężeniem albumin jest poniżej 2,1 mmol/L.

Do najczęstszych przyczyn hipokalcemii zaliczamy

• niedoczynność przytarczyc,

• niedobór witaminy D spowodowany zarówno jej niedostateczną podażą,
  jak i zaburzeniami jej przemian,

• nadmierna utrata wapnia z moczem (leki moczopędne)

• nadmierną ilość kwasu szczawiowego, który wiąże wapń,

• pierwotne zaburzenia gospodarki wapniowej - złe wchłanianie,

• ostre zapalenie trzustki.

• Kliniczną manifestacją hipokalcemii jest tężyczka, z obniżonym stężeniem wapnia zjonizowanego w surowicy. Zaburzenia wentylacji – hiperwentylacja –
  może doprowadzić do zasadowicy oddechowej.

* Pierwotna nadczynność przytarczyc - przyczyny jej mogą być różne: pojedyncze gruczolaki przytarczyc, mnogie gruczolaki, rak.

• Choroba występuje częściej u kobiet, w późniejszych dekadach życia. Czasami miewa charakter utajony.

• Pierwotna nadczynność przytarczyc jest schorzeniem, w przebiegu którego dochodzi do nadmiernego wydzielania parahormonu (PTH) przez zmienione komórki przytarczyc, skutkiem czego jest zwiększone uwalnianie jonów wapnia z kośćca oraz nasilone wchłaniania wapnia z przewodu pokarmowego, a w konsekwencji wysokie stężenia tego jonu w surowicy krwi.

• Objawy kliniczne pierwotnej nadczynności przytarczyc: kamica nerkowa, bóle kostno-stawowe, większa podatność na złamania, zaparcia, choroba wrzodowa żołądka i dwunastnicy, ostre zapalenie trzustki z tendencją do nawrotów, wielomocz i nadmierne pragnienie, nadciśnienie.

• Rozpoznanie laboratoryjne tej choroby opiera się na podwyższonym stężeniu w surowicy stężeniu wapnia zjonizowanego, parathormonu, wzroście aktywności fosfatazy alkalicznej oraz spadku stężenia fosforanów.

• Dodatkowo w badaniach laboratoryjnych obserwuje się wzrost stężenia anionu chlorkowego wtórnie do zmniejszania się stężenia wodorowęglanów, co wywołuje kwasicę hiperchloremiczną.

• W badaniach laboratoryjnych moczu wyraźnie zaznacza się wzrost stężenia wydalanych jonów wapnia i fosforanowych oraz hydroksyprolinuria.

• Jeżeli w badaniach laboratoryjnych stwierdza się prawidłowe stężenia wapnia i fosforanów przy podejrzeniu pierwotnej nadczynności należy wykonać test Adamsa (z hydrochlorotiazydem i alusalem) i/lub próbę Denta - hydrokortyzonową.

* Wtórna nadczynność przytarczyc jest konsekwencją obrony organizmu przed nadmiernym obniżeniem jonów wapnia w surowicy krwi.

• Do najczęstszych przyczyn tej choroby zaliczamy: niewydolność nerek, zespoły upośledzonego wchłaniania, upośledzona synteza witaminy D, hopomagnezemia.

• Rozpoznanie tej jednostki klinicznej opiera się o objawy kliniczne i badania laboratoryjne, gdzie stwierdza się w surowicy krwi podwyższone stężenie PTH, fosforanów przy obniżonym lub prawidłowym stężeniu jonów wapnia.

• W moczu występuje obniżone lub prawidłowe stężenie jonów wapnia.

* Pierwotna niedoczynność przytarczyc – najczęstszą przyczyną choroby jest usunięcie tkanki gruczołowej w trakcie tyreoidektomii, choroby autoimmunologiczne, spadek wydzielania PTH lub wydzielanie formy nieaktywnej biologicznie (mutacja genu kodującego PTH) przez przytarczyce, brak wrażliwości komórek docelowych na działanie PTH.

• Najpoważniejszym objawem klinicznym choroby jest tężyczka z często towarzyszącymi objawami zasadowicy oddechowej.

• W badaniach laboratoryjnych stwierdza się w surowicy krwi spadek stężenia PTH, witaminy 1,25(OH)₂D₃, i jonów wapnia przy wyraźnym podwyższeniu się stężeniu fosforanów.

• W moczu wyraźnie spada stężenie wydalanych jonów wapnia i fosforanów.

* Wtórna niedoczynność przytarczyc jest następstwem przedawkowania witaminy D₃,przerzutów nowotworowych do kości oraz przewlekłej niewydolności nerek.

• Podstawowym zaburzeniem związanym z tą chorobą jest obniżenie wytwarzania aktywnej witaminy D₃ co doprowadza do spadku stężenia jonów wapnia i 1,25(OH)₂D₃ oraz wzrostu stężenia PTH i jonów fosforanowych w surowicy krwi.

• W moczu zaś obserwujemy spadek stężenia jonów wapnia i fosforanów. wzrostu stężenia PTH.

• W utrzymaniu homeostazy tkanki kostnej ważną rolę odgrywają również: estrogeny, androgeny oraz glikokortykosteroidy.

• Estrogeny przeciwdziałają utracie tkanki kostnej poprzez hamowanie procesu jej resorpcji.

• Spadek stężenia estrogenów jest istotnym bodźcem do zapoczątkowania procesu aktywacji w jednostce przebudowy tkanki kostnej. Ponadto niskie stężenia estrogenów wywierają inhibicyjny wpływ na poszczególne etapy osteoklastogenezy oraz zahamowują produkcję cytokin proresorpcyjnych (M-CSF, IL-6, TNFα) przez osteoblasty i komórki zrębu.

• Ponadto estrogeny zwiększają ekspresję genu dla osteoprotegeryny (OPG), która poprzez układ cytokin OPG/RANKL/RANK w bardzo istotny sposób uczestniczy w aktywacji osteoklastów. Również w dojrzałych osteoklastach estrogeny hamują produkcję enzymów lizosomalnych.

• Androgeny pobudzają proliferację i dojrzewanie osteoblastów, jak również zwiększają syntezę TGFβ, kolagenu typu I oraz uwrażliwiają osteoblasty na działanie czynników wzrostowych (FGFi IGF-2).

• Spadek stężenia androgenów podobnie jak niskie stężenia estrogenów powoduje zwiększenie obrotu kostnego, liczby osteoklastów i w konsekwencji utratę masy ciała.

• Oddziaływanie glikokortykosteroidów na tkankę kostną jest złożone. Hormony te wpływają bezpośrednio na komórki różnicujące się w kierunku osteoblastów, a także na aktywność metaboliczną oraz czas przeżycia osteoblastów
  i osteocytów doprowadzając do apoptozy tych komórek.

• Poprzez supresję czynności gonad hamują również efekty anaboliczne hormonów płciowych.

• Glikokortykosteroidy zmniejszają także absorpcję wapnia w jelicie, nasilające jednocześnie wydalanie jego z moczem, co może doprowadzić do wyraźnego spadku stężenia wapnia i wywołać wtórny hierparatyreoidyzm.

• Glikokortykosteroidy poprzez swoje oddziaływanie na ekspresją genu dla M-CSF oraz dla liganda ostoprotegeryny, powodują jednocześnie supresję dla genu osteoprotegeryny, co doprowadza do osteoklastogenezy i pobudzenia aktywności dojrzałych osteoklastów.

• Nie sposób pominąć faktu, że glikokortykosteroidy przyczyniają się do zmniejszenia wykrywania i reparacji mikrouszkodzeń kości najprawdopodobniej przez aktywację procesu apoptozy osteocytów i osteoblastów.

• W zdrowej kości jest zachowana mniej więcej równowaga pomiędzy procesami kościotworzenia i resorpcji, co zapewnia względnie stałą masę kostną.

• Istotą tej równowagi wydaje się być prawidłowe dojrzewanie i funkcjonowanie osteoklastów. Zasadniczym czynnikiem regulującym wielkość aktywnych osteoklastów jest układ osteoprotegeryna/ligand receptora aktywującego jądrowy czynnik κB/receptor aktywator NF-κB (OPG/RANKL/RANK), układ specyficznych białek należących do rodziny receptorów czynników martwicy nowotworów (TNFR).

• Osteoprotegeryna (OPG), zwana także czynnikiem hamującym osteoklasty (OCIF) oraz osteoklastogenezę, białkiem „ochraniającym kości”. OPG produkowana jest w postaci dimera w formie rozpuszczalnego białka wydzielanego przez komórkę. Ekspresję tego białka opisano poza osteoblastami w sercu, tętnicach, żyłach, nerkach, wątrobie, śledzionie, szpiku kostnym, komórkach układu odpornościowego.

• Stymulatorami produkcji OPG są IL-1, IL-13, IL-18, TNFα, TGFβ, BMP-2, 17β-estradiol, leptyna, wapń, naprężenia mechaniczne w kościach.

• Do inhibitorów produkcji OPG zaliczamy: PTH, prostaglandynę E2, glikokortykosteroidy, cyklosporynę A.

• Charakterystyczną cechą tej cytokiny jest wysokie powinowactwo do produkowanego w kościach i komórkach zrębu szpiku liganda receptora aktywatora czynnika jądrowego κB-RANKL (receptor activator of nuklear factor-κB), często określanego również jako liganda osteoprotegeryny (OPGL), lub czynnika różnicującego osteoklasty.

• RANKL jest białkiem przezbłonowym typu II pozbawionym peptydu sygnałowego. Jest zbudowany z 317 aminokwasów. W budowie jego wyróżniamy N-końcową domenę cytoplazmatyczną, domenę śródbłonową oraz C-końcową domenę zewnątrzkomórkową z aktywnym miejscem ligandu.

• Białko to stymuluje dojrzewanie, aktywność osteoklastów, również hamując ich apoptozę.

• Opisano trzy aktywne biologicznie izoformy tego białka (RANKL1, RANKL2, RANKL3), różniące się budową szczególnie w obrębie domeny śródbłonowej.

• RANKL pełni funkcję czynnika aktywującego proces tworzenia dojrzałych osteoklastów a tym samym jest aktywatorem procesów resorpcji tkanki kostnej poprzez receptor RANK.

• Receptor RANK jest białkiem przezbłonowym typu I, którego ekspresję wykazują tylko osteoklasty i ich komórki prekursorowe.

• Zbudowany jest 616 aminokwasów, a w jego budowie wyróżniamy: peptyd sygnałowy, N-końcową domenę zewnątrzkomórkową z 4 pseudopowtórzeniami bogatymi w cysteinę, krótką domenę śródbłonową oraz C-końcową domenę cytoplazmatyczną.

• W początkowym etapie dojrzewania osteoklastów istotną rolę odgrywają: czynnik wzrostu CSF-1 oraz czynnik transkrypcyjny, które stymulują komórki prekursorowi osteoklastów do proliferacji.

• Kolejnym etapem różnicowania się komórek oraz ich przekształceń zarówno strukturalnych jak i metabolicznych, które umożliwiają pełne działanie resorpcyjne jest połączenie się RANKL z RANK.

• Fuzja ta wywołuje wewnątrzkomórkowo rekrutację białek adaptacyjnych c-src i TRAF (czynnik związany z receptorem TNF), doprowadzając do aktywacji szlaku sygnałowego z udziałem czynnika transkrypcyjnego NF-κB, c-Jun N-terminalnej kinazy (JNK) oraz kinazy seryny/treoniny (Akt/PKB), które wyzwalają ekspresję wielu genów.

• Podsumowując, można stwierdzić, że aktywacja RANK poprzez RANKL doprowadza do zmian strukturalnych
  i metabolicznych osteoklastów umożliwiając im działanie resorpcyjne.

• Na uwagę zasługuje również fakt, że RANKL obecny jest na każdym etapie osteoklastogenezy.

• Osteoprotegeryna, która produkowana jest przez komórki linii osteoplastycznej cechuje się zdolnością do wiązania się z RANKL uniemożliwia wiązanie się z RANK zatrzymując cały szlak dojrzewania osteoklastów.

• Związanie się OPG z RANKL blokuje możliwość powstawania kompleksu RANKL z RANK w konsekwencji doprowadzając do zablokowania sygnału przekazywanego między osteoblastem a osteoklastem.

• Do efektów działania OPG na tkankę kostną zaliczamy: zahamowanie osteoklastogenezy, supresję aktywności osteoklastów, indukcję apoptozy osteoklastów, co w efekcie końcowym doprowadza do zmniejszenia puli aktywnych osteoklastówi ograniczenie resorpcji tkanki kostnej.

• Regulacja działania systemu sygnałowego OPG/RANKL/RANK jest ściśle powiązana
  z mediatorami stanów zapalnych, czynnikami wzrostowymi i układem hormonalnym.

• Efekt tej regulacji jest taki, że nadmiar RANKL w stosunku do OPG doprowadza do wzmożonej aktywności osteoklastów (osteoporoza pomenopauzalna, reumatoidalne zapalenie stawów, nadczynność przytarczyc, szpiczak mnogi) a nadmiar OPG hamuje procesy resorpcji kostnej.

• Podsumowując, wielkość masy kostnej jest wypadkową dwóch zachodzących naprzemian procesów resorpcji i syntezy tkanki kostnej, a więc zależy od aktywności osteoblastów i osteoklastów.

• Zrównoważone aktywności osteoblastów/osteoklastów (=1), określamy jako przebudowa kości, gdy aktywność osteoblastów przewyższa aktywność osteoklastów (aktywności osteoblastów/osteoklastów >1) kość ulega budowie, natomiast aktywności osteoblastów/osteoklastów <1 oznaczają przewagę procesów resorpcji tkanki kostnej.

• Zaburzenia metaboliczne tkanki kostnej mogą doprowadzić do następujących zespołów chorobowych:

* osteoporozy (przewaga procesów resorpcji nad procesami syntezy, zmniejszenie masy kości beleczkowej i korowej bez zaburzeń ich mineralizacji np. osteoporoza postmenopauzalna)

* osteomalacji (zahamowanie mineralizacji tworzonego przez osteoblast osteoidu np. brak Wit. D- zespół złego wchłaniania)

* osteosklerozy (nadmierna mineralizacja osteoidu)

* osteodystrofii (ogniska zarówno osteoporozy jak i osteomalacji np. osteodystrofia nerkowa).

• Ocena dynamiki procesów obrotu kostnego możliwa jest poprzez oznaczanie tzw.„markerów obrotu kostnego”, których stężenie oznacza się w moczu i w surowicy krwi, a także ostatnio podjęto próby oznaczania wybranych markerów w ślinie.

• Biochemiczne markery obrotu kostnego są fragmentami białkowych elementów strukturalnych kości (lub ich produktami degradacji) oraz enzymy i białka uwalniane do krążenia w czasie aktywności metabolicznej osteoblastów i osteoklastów.

• Zmiany w stężeniach markerów obrotu kostnego oznaczanych metodami laboratoryjnymi obserwujemy w przypadkach:

1. Zwiększenia lub zmniejszenia ilości jednostek przebudowy (BMU);
2. Wydłużenia fazy kościotworzenia niezależnie od miejsc przebudowy;
3. Nasilenia procesów kościotworzenia niezależnie od miejsc przebudowy

• Konsekwencję nasilonego obrotu metabolicznego tkanki kostnej obniżona wytrzymałości mechaniczna kości na wskutek utraty masy kostnej, zmiany mikro- lub makroarchitektury, upośledzenia mineralizacji wtórnej, upośledzenia struktury macierzy kolagenowej czy też powstawania nowych miejsc mikrouszkodzeń.

• Zmiany w stężeniach biochemicznych markerów obrotu kostnego są funkcją wszystkich procesów przebudowy, odbywających się w danym momencie w obrębie całego szkieletu. Oznaczanie ich umożliwia szybką ocenę tempa procesów resorpcji i kościotworzenia, co pozwala na ocenę szybkości utraty masy kostnej, przewidywanie złamań oraz przewidywanie zmian masy kostnej pod wpływem leczenia.

• Macierz organiczna tkanki kostnej to głównie kolagen typu I, dlatego też drobne fragmenty uwalniane w trakcie syntezy kości (propeptydy prokolagenu typu I) i degradacji (terminalne telopeptydy kolagenu typu I oraz wiązania sieciujące kolagenu typu I) są ważnymi markerami obrotu kostnego.
  Frakcja kostna fosfatazy alkalicznej i osteokalcyna uwalniane są przez aktywne osteoblasty, natomiast winianooporna fosfataza kwaśna uwalniana jest przez czynne osteoklasty.

Markery obrotu kostnego (wg ustaleń Światowego Kongresu Osteoporoza 2000) dzielimy na:

1. Markery kościotworzenia:
• frakcja kostna alkalicznej fosfatazy (b-ALP), (ang.bone alkaline phosphatase),
• osteokalcyna (BGP), (ang. osteocalcin, bone GLA protein),
• C-końcowy propeptyd prokolagenu typu I (PICP), (ang.procollagen I carboxyterminal propeptide),
• N-końcowy propeptyd pro kolagenu typu I (PINP), (ang. procollagen I aminoterminal propeptide).

2. Markery resorpcji:
• winianooporną kwaśną fosfatazę (TRAP), (ang. tartrate resistant acid phosphatase),
• karboksyterminalny telopeptyd kolagenu typu I (ICTP), (ang.carrboxyterminal telopeptide of type I collagen),
• pirydynolinę i dezoksypirydynolinę (Pyd i Dpd),
• N-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typuI (Ntx), (ang.collagen type I crosslinked N-telopeptide),
• C-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I (Ctx), (ang.collagen type I crosslinked C-telopeptide).

Charakterystyka markerów obrotu kostnego:

b-ALP - izoenzym kostny alkalicznej fosfatazy jest syntetyzowany tylko przez aktywne osteoblasty, a więc stężenie jej we krwi jest czułym wskaźnikiem kościotworzenia. Biologiczna rola tego enzymu do końca nie została wyjaśniona. Wiadomo, że bierze udział w tworzeniu osteoidu i procesie mineralizacji.

BGP - osteokalcyna jest białkiem niekolagenowym macierzy kostnej, syntetyzowanym przez dojrzałe osteoblasty, odontoblasty, hipertroficzne chondrocyty.

Odgrywa kluczową rolę w prawidłowej mineralizacji macierzy kostnej. W budowie jej wyróżnia się 49 aminokwasów, przy czym 3 reszty kwasu gamma karboksyglutarowego (GLA) odpowiedzialne za wiązanie wapnia i duże powinowactwo do hydroksyapatytu.

BGP jest specyficznym i czułym markerem syntezy tkanki kostnej, a jej stężenie mierzone jest w surowicy krwi

PINP i PICP - peptydy uwalniane w czasie syntezy kolagenu z cząsteczki pro- kolagenu typu I od końca N i C, przed ostatecznym uformowaniem kolagenu i wbudowaniem we włókna kolagenowe.

Pojawienie się w krążeniu PINP i PICP świadczy o wzmożonej syntezie kolagenu. Należy jednak pamiętać, że nie są to wysoce swoiste markery, gdyż mogą pochodzić ze skóry i innych tkanek. Pomiar stężenia tych peptydów przeprowadza się w surowicy krwi.

TRAP - specyficzny izoenzym fosfatazy kwaśnej typu 5 uwalniany przez czynne osteoklasty, marker uważany za wysoce specyficzny resorpcji tkanki kostnej, lecz ze względu na dużą niestabilność mało wykorzystywany
w rutynowej diagnostyce laboratoryjnej.

Pyd i Dpd - tworzą wiązania międzycząsteczkowe w dojrzałych formach kolagenu typu I, II i III, występują w obrębie mikrofibryli.

Pomimo, że nie są swoiste jedynie dla tkanki kostnej należą do markerów resorpcji wysokiej swoistości ze względu na charakterystyczną wzajemną proporcję Pyd i Dpd wynoszącą 3,5 do 1 mol/mol.

W takim samym stosunku stwierdza się je w moczu, co znalazło zastosowanie diagnostyczne.

Uwalniane są podczas resorpcji kostnej przez czynne osteoklasty (ok. 40% postać wolna i 60% postać związana z peptydami) i wydalane z moczem, należy zaznaczyć, że nie ulegają reutylizacji lub dalszemu katabolizmowi. Występowanie ich w moczu wynika wyłącznie z procesu resorpcji, ponieważ występują tylko w dojrzałym kolagenie.

Ntx - jest polipeptydem składającym się z 8 aminokwasów połączonym wiązaniem sieciującym (Pyd lub Dpd), uwalnianym w trakcie osteoklastycznej resorpcji kości. Odznacza się dużą swoistością dla kolagenu typu I, ponadto jest pierwotnym produktem osteoklastycznej degradacji kolagenu.

Wydalany z moczem Ntx jest czułym markerem resorpcji kości.

Ctx - C-końcowy usieciowany telopeptyd łańcucha alfa kolagenu typu I uwalniany jest do krwioobiegu i wydalany z moczem w trakcie osteoklastycznej resorpcji kostnej, nie jest zaliczany do wysoce swoistych markerów dla kolagenu typu I kości, ponieważ występuje we wszystkich tkankach
w których w kolagenie są pirydynylowe wiązania sieciujące.

Jego stężenie można oznaczać zarówno w moczu jak i w surowicy krwi.

ICTP - karboksyterminalny telopeptyd kolagenu typu I zawierający wiązania sieciujące, uwalniany do krwioobiegu w trakcie degradacji tkanki kostnej (produkt degradacji dojrzałych włókien kolagenu).

Odznacza się wysoką czułością w diagnozowaniu przerzutów nowotworowych do kości, szpiczaka mnogiego i w reumatoidalnym zapaleniu stawów.

Stężenie jego mierzone jest w surowicy. Sądzi się, że ICTP nie jest wysoce swoistym markerem obrotu kolagenu, ponieważ na jego stężenie może znacząco wpływać również proces kościotworzenia.

Nowoczesne markery obrotu kostnego muszą charakteryzować się wysoką specyficznością, czułością, niską zmiennością wewnątrzoznaczeniową i międzydzyoznaczeniową, nie podlegać czynnikom zewnętrznym (zmienność dobowa i sezonowa, spożyte pokarmy, funkcja nerek i wątroby).

Stąd w laboratoryjnej diagnostyce zaburzeń metabolicznych tkanki kostnej wykorzystuje się metody oparte o reakcję ze specyficznym przeciwciałem (monoklonalnym lub poliklonalnym) wykorzystując metody radioimmunologiczne (RIA), immunoradiometryczne (IRMA), enzymoimmunologiczne (ELISA), chemiluminescencyjno-immunologiczne, stosując najczęściej dwie techniki oznaczeń immunologicznych: pierwsza to tzw. metoda wychwytowa uwarstwiona, w której wartość odczytu jest wprost proporcjonalna do ilości oznaczanego markera, druga to metoda kompetycyjna, gdzie wartość odczytu jest odwrotnie proporcjonalna do ilości oznaczanego markera.

W oznaczaniu markerów resorpcji tkanki kostnej (Pyd, Dpd) wykorzystuje się również metodę wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) z fluorymetryczną detekcją.

Obecnie wykorzystuje się oznaczanie markerów syntezy
i resorpcji tkanki kostnej w ocenie obrotu metabolicznego kości w badaniach populacyjnych i epidemiologicznych.

Jeżeli chodzi o wartość diagnostyczną oznaczeń tych markerów u indywidualnych pacjentów to obecnie trwają prace nad opracowaniem tych wyników w poszczególnych schorzeniach dotyczących patologii tkanki kostnej.

Najbardziej wydają się obiecujące próby zastosowania oznaczeń do:

- szybkiej oceny skuteczności leczenia i sposobu dawkowania leków antyresorpcyjnych (już po ok. 8 tygodniach);

- monitorowanie długotrwałej terapii metabolicznych schorzeń kostnych;
- wyodrębnianie pacjentów z szybkim obrotem kostnym, przy zastosowaniu nowoczesnych metod statystycznych (analiza skupień i regresja logistyczna);

- ocena ryzyka złamań na podstawie oceny szybkości obrotu kostnego i gęstości minerału kostnego.

Duże nadzieje diagnostyczne oraz terapeutyczne wiązane są z zastosowaniem biochemicznych markerów obrotu kostnego w diagnostyce osteoporozy.

Przede wszystkim w przewidywaniu utraty masy kostnej (po menopauzie, u osób starszych, pacjentów leczonych hormonalnie oraz leczonych lekami antyresorpcyjnymi),
w monitorowaniu terapii (selekcja pacjentów, dawkowanie leków), jak również przy weryfikacji leczenia.