BIOCHEMIA KOŚCI

Kość - niezwykle aktywna metabolicznie. Rozróżnia się dwa rodzaje kości:

• kość gąbczasta (beleczkowata) - stanowi ok. 20% masy kostnej człowieka, ale odpowiada za 80% metabolizmu kostnego (niezwykle aktywna metabolicznie, ze względu na dużą powierzchnię kontaktu)

• kość zbita (korowa) - stanowi 80% masy kostnej, ale wykazuje małą aktywność metaboliczną ze względu na małą powierzchnię resorpcji kostnej.

Struktura kości:

• 30% - składnik organiczny - białka kolagenowe i niekolagenowe kości oraz komórki [osteocyty, osteoblasty, osteoklasty]

• 70% - składnik nieorganiczny [głównym jest hydroksyapatyt]

Spośród całej puli wapnia 99% zlokalizowane jest w kości.

- resorpcja odmiennie odbywa się w kości zbitej i kości gąbczastej:

• w kości gąbczastej powstają takie miejsca nazywane jednostkami przebudowy kości (osteoklasty nadgryzają kość, a osteoblasty powinny ją odbudować). Okres takiej przebudowy trwa 200 dni.

• w kości zbitej występuje struktura nazywana stożkiem tnącym. Okres odbudowy trwa 120 dni.

Osteoporoza

Osteoporoza (zrzeszotnienie kości) - następuje zmiana składu mineralnego kości, ale ubywa również substancji niemineralnych - kość ulega rozrzedzeniu

Osteoporoza wg WHO (Światowej Organizacji Zdrowia):

• układowa choroba szkieletu (ma charakter uogólniony i dotyczy wszystkich kości w organizmie

• niska gęstość mineralna kości BMD (bone mineral density)

• zaburzona struktura i architektura kości

• zwiększona częstotliwość złamań

Wskutek złamania szyjki kości udowej ryzyko zgonu wzrasta 6,7x (z powodu zakrzepicy, zaburzeń oddychania, unieruchomienia).

W skutek złamania kompresyjnego kręgosłupa - ryzyko zgonu wzrasta 8,6x.

Czynniki ryzyka osteoporozy:

• podeszły wiek (>65 lat)

• niska masa ciała (niski wskaźnik masy ciała BMI - body mass index)

• drobna, wątła budowa ciała

• obciążenie rodzinne (występowanie osteoporozy u matki)

• uprzednio przebyte złamania

• niska gęstość mineralna kości (niski BMD)

• menopauza naturalna lub indukowana chirurgicznie przed 45 rokiem życia

• długotrwały (powyżej 6 miesięcy) brak miesiączki

• sterydoterapia (glikokortykoidy mają szczególnie niekorzystny wpływ na kość)

• mała podaż wapnia (duża podaż soli)

• mała ekspozycja na słońce

• palenie papierosów

• nadużywanie alkoholu, nadmierne ilości kawy

• długotrwałe okresy unieruchomienia

• zaburzenia widzenia i równowagi (zwiększają częstość upadków i ryzyko złamań)

• choroby prowadzące do osteoporozy wtórnej (nadczynność tarczycy, cukrzyca, choroba i zespół Cushinga itd.)

Po zakończeniu przebudowy beleczka kostna nie może być cieńsza niż 1μm w stosunku do grubości przed przebudową.

U osoby z osteoporozą, albo dochodzi do nadmiernej resorbcji kości przez osteoklasty, albo zbyt małej aktywność ostoblastów odbudowujących kość i po każdym cyklu przebudowy kości następuje deficyt sięgający kilkunastu mikrometrów (około 16ųm)

ZMIANA MASY KOSTNEJ W FUNKCJI WIEKU

- do 25 roku życia kształtuje się szczytowa masa kostna (zarówno u kobiet, jak i u mężczyzn, aczkolwiek szczytowa masa kostna kobiet jest niższa)

- 25-35 lat masa kostna utrzymuje się na względnie stałym poziomie

- po 35 roku życia zarówno u kobiet, jak i mężczyzn następuje ubytek tkanki kostnej, początkowo w podobnych proporcjach

- około 50 roku życia następuje rozbieżność między kobietami i mężczyznami - u kobiet następuje gwałtowny spadek masy kostnej - spowodowany menopauzą (zanikiem aktywności hormonalnej jajnika)

Czynniki zaburzające uzyskanie szczytowej masy kostnej:

• czynniki genetyczne (zaburzenia wchłaniania Ca, defekty receptorów witaminy D, defekty hydroksylacji witaminy D)

• czynniki dietetyczne

• polekowe (sterydoterapia w okresie dzieciństwa, stosowanie niektórych leków przeciwpadaczkowych)

• tryb życia

• endokrynopatie (zaburzenia wydzielanie estrogenów - opóźnione dojrzewanie płciowe, choroba i zespół Cushinga, pierwotna niedoczynność przytarczyc)

Czynniki przyspieszające ubytek osiągniętej masy kostnej:

• endokrynopatie: nadczynność przytarczyc, nadczynność tarczycy, hiperkortycyzm (nadmiar PTH, T₃, kortyzolu)

• niedobór hormonów: estrogenów (menopauza), androgenów (hipogonadyzm hipogonadotropowy)

• zaburzenia syntezy metabolitów witaminy D (choroby wątroby lub nerek)

• gastrektomia (zmniejszenie wchłaniania wapnia w przewodzie pokarmowym)

• idiopatyczna (samoistna) hiperkalcjuria

• dieta bogatobiałkowa, bogatosolna

• leki: hepatyna, warfaryna, cyklosporyna

Podział osteoporozy:

• miejscowe (po złamaniu, stan zapalny np. stawu)

• uogólnione

• pierwotne (80%)

• idiopatyczne

• inwolucyjne

• typ I - pomenopauzalna (80%)

• typ II - starcza (20%)

• wtórne (20%)

ESTROGENY A KOŚĆ

- ochronne działanie estrogenów wyraża się po pierwsze bezpośrednim wpływem na komórki linii monocytarnej, z której wywodzą się osteoklasty. Jeśli nie ma hamowania estradiolem następuje zwiększona aktywacja osteoklastów. Gdy jest deficyt estrogenów osteoklastów jest mniej i są w mniejszym stopniu aktywowane.

- estrogeny hamują wydzielanie IL-6 przez osteoblasty. A osteoblasty stymulują osteoklasty do osteolizy wydzielając właśnie interleukinę 6.

- estrogeny powodują również zwiększenie wydzielania przez osteoblasty TGFβ (transformujący czynnik wzrostu beta). TGFβ hamuje powstawanie prekursorów osteoklastów, stymuluje natomiast prekursory osteoblastów. TGFβ po wydzieleniu przez osteoblast występuje w formie latentnej - w połączeniu z białkiem transportowym. Aktywacja następuje przez odłączenie białka - i to właśnie robią estrogeny (uwalniają TGFβ z połączeń z białkiem)

- estrogeny pobudzają wydzielanie przez osteoblasty IGF-1 (insulinopodobny czynnik wzrostu 1), który działa zwrotnie na receptor zlokalizowany na osteoblaście i zwiększa aktywność osteoblastów, czyli indukuje osteogenezę.

PATOMECHANIZM OSTEOPOROZY POSTMENOPAUZALNEJ

PATOMECHANIZM OSTEOPOROZY STARCZEJ

DIAGNOSTYKA LABORATORYJNA:

- densytometria kości DEXA (badaniu poddaje się kręgosłup lędźwiowy i szyjkę kości udowej)

T_SCORE - gęstość mineralna kości osoby badanej w stosunku do osoby zdrowej

Wynik podaje się w formie odchylenia standardowego

+ 1 SD

- 1 SD ^NORMA

- 2,5 SD - OSTEOPOROZA

- badanie radiologiczne (w celu identyfikacji złamań kostnych) - gdy dochodzi do złamań - osteoporoza w zaawansowanym stadium

- badania biochemiczne

BOCHEMIA KLINICZNA:

- markery procesów przebudowy kości

- diagnostyka różnicowa osteopatii

- monitorowanie bezpieczeństwa terapii

Densytometria umożliwia sprawdzenie, czy pacjent jest resonderem - czy odpowiada na leczenie. Powinna być wykonywana nie częściej niż co 2 lata. Poprawa oznacza, że mniej się pogarsza.

Czynniki pobudzające kościotworzenie:

• parathormon (jeśli działa w sposób pulsacyjny)

• prostaglandyna E

• hormon wzrostu

• hormony tarczycy (w stężeniu prawidłowym)

• TGF β

Czynniki hamujące kościotworzenie:

• glikokortykoidy

MARKERY KOŚCIOTWORZENIA (substancje, które osteoblast wydziela do krwiobiegu podczas kościotworzenia)

• fosfataza alkaliczna całkowita (obecnie znaczenie znikome - ponieważ oznaczając FA całkowitą oznacza się głównie izoenzym wątrobowy)

• fosfataza alkaliczna - izoenzym kostny

• osteokalcyna

• PICP & PINP (C-końcowe i N-końcowe propeptydy prokolagenu)

• osteonektyna

• fibronektyna

Fosfataza alkaliczna izoenzym kostny (BAP):

- test cieplny (inkubuje się fosfatazę alkaliczną całkowitą przez 5 minut w 56˚C i następuje inaktywacja izoenzymu kostnego, który jest termolabilny - metoda mało czuła i mało swoista)

- elektroforeza

- techniki immunologiczne (np. ELISA - oznacza się stężenie białka enzymatycznego - w tym przypadku BAP - bone alkaline posphatase, a nie aktywność)

Osteokalcyna (OC):

- ekspresja genu następuje pod wpływem 1,25(OH)₂D₃

- aktywacja następuje pod wpływem aktywnej witaminy K

- mała cząsteczka

- krótki okres półtrwania (nie warto oznaczać w osoczu)

- metody diagnostyki są różne - część wykrywa całą cząsteczkę, a część wykrywa od końca N' pierwsze 43 aminokwasy.

- fragment 43 aminokwasowy - stabilny, dlatego lepiej go oznaczać

- osteokalcyna jest białkiem mało stabilnym - po 3 h w temp. pokojowej traci 25% aktywności

- RIA - przeciwciało przeciwko osteokalcynie wołowej

- EIA, CLA-2 - przeciwciało monoklonalne

Propeptydy prokolagenu typu I - PINP, PICP

- kolagen typu I stanowi główną masę kości

-aby powstał dojrzały kolagen, to wytworzone prokolageny muszą ulec modyfikacjom potranslacyjnym - posiadają na końcach fragmenty globularne (PINP, PICP), które aby powstał protokolagen muszą zostać odcięte przy pomocy odpowiednich proteaz. W trakcie działania osteoblastów odcięte propeptydy trafiają do krążeniai można je oznaczyć, w ten sposób wnioskując o ilości powstałego kolagenu (swoiste markery kościotworzenia)

- PINP i PICP maja mniejszą swoistość dla kości niż BAP i OC

- metody immunologiczne (ELISA, RIA) z użyciem odpowiednich surowic poli- lub monoklonalnych

Przyczyny wzrostu markerów kościotworzenia:

• osteoporoza z dużym obrotem kostnym

• choroba Pageta

• endokrynopatie (nadczynność tarczycy, przytarczyc)

• osteomalacia

• osteodystrofia nerkowa

• akromegalia

• przerzuty osteolityczne do kości

Czynniki pobudzające kościoresorbcję:

• leukotrieny

• TGFα

• kachektyna

• IL-1

• parathormon (wydzielany w sposób ciągły)

• PTHRP - parathormone relited peptides

Czynniki hamujące kościoresorbcję:

• kalcytonina

• estrogeny

• TGFβ

• interferon γ

• PGE₂

MARKERY KOŚCIORESORBCJI (substancje uwalniane przez osteoklasty podczas resorbcji kostnej, bądź uwalniane z kości pod wpływem działania osteoklastów):

• fosfataza kwaśna izoenzym kostny (produkt osteoklastów)

• telopeptydy kolagenu typu I

• pirydynolina, dezoksypirydynolina

• hydroksyprolina

• glikozydy hydroksylizyny (uwalniane we wszystkich kolagenach-mało swoiste dla kości)

• kalciuria (dużo czynników zaburzających - mało wiarygodna dla diagnostyki)

Telopeptydy kolagenu typu I

- na N- i C-końcu kolagenu dojrzałego znajdują się układy wiązań poprzecznych, które noszą nazwę telopeptydów

- telopeptyd C-terminalny oznaczany jest CTx

- telopeptyd N-terminalny oznaczany jest NTx

- mogą być oznaczane zarówno w moczu (NTx), jak i surowicy (CTx)

- metody immunologicze (RIA, ELISA)

- przyczyny wzrostu stężenia:

- osteoporoza

- choroba Pageta

- nadczynność tarczycy

- pierwotna i wtórna nadczynność przytarczyc

- przerzuty nowotworowe do kości

Pirydynolina (PYD), dezoksypirydynolina (DPD)

- aminokwasy wiązań krzyżowych (poprzecznych)

- w wyniku degradacji kolagenu pojawiają się w układzie krążenia

- PYD: kości, chrząstki, więzadła, aorta

- DPD: kości, zębina

- PYD i DPD - pochodzą wyłącznie z degradacji kolagenu, nie są resorbowane z pokarmu

- nie są metabolizowane przed wydaleniem

- 40% PYD - postać wolna, 60% - postać usieciowana w struktury peptydowe

- HPLC - wysokosprawna chromatografia cieczowa (całkowita PYD i DPD - mocz)

- RIA (całkowita, wolna DPD - mocz)

- ELISA (wolna PYD i DPD - mocz)

- przyczyny wzrostu stężenia:

- osteoporoza

- choroba Pageta

- nadczynność tarczycy

- pierwotna i wtórna nadczynność przytarczyc

- przerzuty nowotworowe do kości

Czynniki wpływające na zmianę stężeń parametrów kościoresorbcji i kościotworzenia:

• wiek

• płeć

• funkcja nerek

• złamania

• ciąża

• laktacja

• leki antyresorbcyjne

• glikokortykosterydy

• leki moczopędne

• leki przeciwpadaczkowe

• środki antykoncepcyjne

• wysiłek fizyczny

• zmienność osobnicza

• pora dnia - wykazują rytm dobowy

• pory roku

• krótkotrwałe unieruchomienie

Przydatność markerów kościotworzenia i kościoresorbcji:

• przewidują utratę masy kostnej u kobiet pomenopauzalnych

• przewidują wystąpienie złamań kości

• przydatne do monitorowania skuteczności terapii - mogą służyć do oceny, czy ktoś odpowiada na leczenie czy nie

Wg zaleceń WHO należy wybrać jeden marker kościotworzenia i jeden marker kościoresorbcji (jeśli tylko jeden - to lepiej aby był to kościoresorbcji).

- surowicę należy pobrać rano przed godziną 9⁰⁰ (na czczo)

- mocz 1 lub 2 poranny (na czczo)

Markery resorbcji: oznaczyć przed oraz w 3 lub 6 miesiącu leczenia

Markery tworzenia: oznaczyć przed oraz po 6 miesiącach terapii

Jak monitorować leczenie antyresorbcyjne?

- należy odnieść wynik po danym okresie leczenia do wyniku sprzed rozpoczęcia terapii

u NTx → 45-65%

u CTx → 45-65%

s CTx → 35-55%

u DPD → 20-30%

OC, BAP → 20-40%

u - urine

s - serum

OGRANICZENIA:

- pomimo, iż markery podzielono na kościoresorbcji i kościotworzenia - to nie można wykluczyć, że dany marker jest również markerem procesu przeciwnego (np. osteokalcyna)

- niektóre wywodzą się z kolagenu, którego jest ok. 20 rodzajów - więc nie są swoiste dla kości

- mówią o obrocie kostnym, ale nic nie mówią o przyczynach kościoresorbcji i kościotworzenia - nie są markerami osteoporozy ale przebudowy kości.

Postępowanie przy osteoporozie:

- profilaktyka

- leczenie przyczynowe

- leczenie

- zapobieganie złamaniom i ich powikłaniom

wapń: 1000-1500 mg/24h

witamina D: 400-800 U/24h

- najwięcej wapnia zawierają produkty mleczne:

1 ml mleka → 1 mg wapnia

♦ węglan wapnia 39,7%

♦ chlorek wapnia _dwuwodny 27,2%

♦ cytrynian wapnia 21,1%

♦ chlorek wapnia _{sześciowodny} 18,3%

♦ mleczan wapnia 13,0%

♦ glukuronian wapnia 8,9%

Leczenie antyresorbcyjne:

• estrogeny

• kalcytonina

• bisfosfoniany

• SERM - specyfic estrogen receptor modulators

• sterydy anaboliczne

• flawonoidy

Leczenie kościotwórcze:

• parathormon (podawany pulsacyjnie)

• fluorek sodu

• estrogeny

• witamina D

• hormon wzrostu

• sterydy anaboliczne

• flawonoidy

1

---