Badania laboratoryjne

 

BIOCHEMICZNE WSKAŹNIKI PRZEBUDOWY KOŚCI A OCENA RYZYKA ZŁAMAŃ

W roku 2011 opublikowano nowe zalecenia Grupy Roboczej IOF-IFCC (Międzynarodowej Fundacji Osteoporozy- Międzynarodowej Federacji Chemii Klinicznej) ds. Standaryzacji w zakresie Markerów Przebudowy Kości [7]. Zgodnie z tym konsensusem dla oceny ryzyka złamań, ale także monitorowania leczenia osteoporozy należy oznaczać stężenie w surowicy dwóch biomarkerów – s-CTx (C-końcowy telopeptyd kolagenu typu I) jako markera referencyjnego dla oceny resorpcji kostnej oraz – s-PINP (N-końcowy propeptyd prokolagenu typu I) jako markera referencyjnego dla oceny kościotworzenia.
CTx to cząsteczka dobrze scharakteryzowana a metoda immunochemiczna do jego oznaczania jest zautomatyzowana i powszechnie dostępna. Zmienność biologiczna i analityczna s-CTx zostały dokładnie określone podobnie jak sposób pobierania materiału biologicznego, postępowania z próbką i stabilność.

Mimo, że żaden z produktów degradacji kolagenu typu I nie jest wyłącznie swoisty dla kości, większość CTx pochodzi z osteoklastycznej resorpcji kości. Wykazano, że s-CTx doskonale nadaje się do monitorowania terapii u pacjentów z osteoporozą a ponadto, zgodnie z wynikami najnowszych doniesień, z powodzeniem może być traktowany jako czynnik predykcyjny ryzyka złamań.
Stężenie PINP we krwi odzwierciedla syntezę białka najpowszechniej występującego w kości – kolagenu typu I. Choć cząsteczka ta jest słabiej scharakteryzowana niż CTx jej zmienność biologiczna i analityczna zostały dokładnie określone podobnie jak sposób pobierania materiału biologicznego, postępowania z próbką i stabilność. Metoda immunochemiczna do oznaczania PINP jest zautomatyzowana i powszechnie dostępna; oznacza się trimer PINP (nienaruszona cząsteczka PINP) lub monomer i trimer (całkowity PINP).
Żaden z produktów powstających podczas syntezy kolagenu typu I nie jest wyłącznie swoisty dla kości jednak przyjmuje się, że większość PINP powstaje podczas kościotworzenia (syntezy kolagenu). s-PINP jest szeroko wykorzystywany do monitorowania terapii u pacjentów z osteoporozą oraz może być traktowany jako czynnik predykcyjny ryzyka wystąpienia złamań.

Niezależnie od rodzaju terapii, antyresorpcyjnej czy anabolicznej, zmiany stężenia biomarkerów przebudowy kości są związane ze zmianami gęstości mineralnej kości. Trzeba jednak podkreślić, że zmiana BMD, w szczególności po zastosowaniu terapii antyresorpcyjnej, nie odnosi się bezpośrednio do obniżenia ryzyka złamań. Dla przykładu zmiana BMD w kręgosłupie w okresie 3 lat tylko w 11% była odpowiedzialna za obniżenie ryzyka złamań po leczeniu alendronianem, w 18% za obniżenie ryzyka złamań po leczeniu risedronianem, a obniżenie ryzyka złamań kręgosłupa po leczeniu raloksifenem w ogóle nie było związane ze zmianą BMD. Sugeruje się, że wzrost wytrzymałości kości po leczeniu antyresorpcyjnym można częściowo tłumaczyć poprawą mikroarchitektury beleczek kostnych (zmniejszeniem ich perforacji) co odzwierciedla się w stężeniu biomarkerów natomiast nie w wartości BMD.
W wielu badaniach wykazano, że im większe obniżenie stężenia biomarkerów kostnych tym większe zmniejszenie ryzyka złamań. W badaniu VERT wykazano, że zmiana stężenia CTx oznaczanego w moczu po 3-6 miesiącach leczenia risedronianem, była odpowiedzialna w 54% za obniżenie ryzyka złamań.
Podobne badania przeprowadzono z zastosowaniem PINP i osteokalcyny (markera remodelingu kostnego) do monitorowania efektów leczenia raloksifenem. Oceniano również zależności między stężeniem biomarkerów w trakcie leczenia a ryzykiem złamań u kobiet. Z tych badań wysunięto wniosek, iż optymalnym celem jest obniżenie, w wyniku leczenia, stężenia biomarkerów do wartości przyjętych za prawidłowe dla kobiet przed menopauzą.

 

 

farm tab 1

Publikowane dzięki uprzejmości R.Eastell (zaadaptowane w oparciu o artykuły Machado A et al JBMR 1999;14:602-8 oraz Eastell R NEJM 1998; 338:736-46)

 

 

Cauley i wsp.wykazali, że stężenie biomarkera resorpcji NTx oznaczane w moczu u kobiet zarówno przed jak i po menopauzie jest czynnikiem predykcyjnym ryzyka złamań [11]. Kobiety z wyższym wyjściowym stężeniem NTx miały o 46% wyższe ryzyko złamania (HR, 1.46; 95% CI, 1.05-2.26). Ponadto ryzyko złamania u tych z najniższą wyjściową BMD w obrębie kręgosłupa i najwyższym stężeniem NTx wynosiło 2.87 (95% CI, 1.61-6.01), w porównaniu do kobiet z niższym NTx i wyższą BMD. Zatem wysokie stężenie markera resorpcji oznaczone przed menopauzą i w okresie perimenopauzy jest związane z wyższym ryzykiem złamań.
W najnowszej metaanalizie 6 prospektywnych badań kohortowych, opublikowanej przez Johansson i wsp. wykazano umiarkowany lecz istotny związek między stężeniem s-PINP i s-CTx a ryzykiem złamania. Średnio ryzyko złamania było o około 20% wyższe. Wzrost ryzyka złamania w przeliczeniu na 1SD wzrostu stężenia s-PINP był istotny statystycznie i wynosił 1,23 (95%CI 1,09-1,39) dla grupy kobiet i mężczyzn, bez uwzględnienia wpływu BMD. Podobnie, wzrost ryzyka złamania w przeliczeniu na 1SD wzrostu stężenia s- CTx wynosił 1,18 (95%CI 1,05-1,34), bez uwzględnienia wpływu BMD. Autorzy podkreślają, że pewnym ograniczeniem tej analizy była niemożność dokładnego ustalenia do jakiego stopnia wartość predykcyjna obu biochemicznych wskaźników przebudowy kości była niezależna od BMD oraz fakt, iż czas obserwacji w poszczególnych badaniach był różny. W kilku publikacjach wykazano obniżanie się wartości predykcyjnej biomarkerów przebudowy kości dla oceny ryzyka złamań wraz z wydłużeniem czasu obserwacji.

 

 

BIOCHEMICZNE WSKAŹNIKI PRZEBUDOWY KOŚCI W MONITOROWANIU LECZENIA OSTEOPOROZY

 

Odpowiedź pacjenta na leczenie

Jest bardzo indywidualna i zależy od zastosowanego leku oraz rodzaju ocenianego biomarkera. Na zmiany stężenia danego biomarkera będzie miał wpływ mechanizm działania stosowanego leku. Przykładowo podawanie kobietom po menopauzie bisfosfonianów o działaniu antyresorpcyjnym (np. alendronianu), stosowanego jako lek pierwszego rzutu zgodnie z najnowszymi zaleceniami, spowoduje wczesne (po tygodniu) obniżenie stężenia markera resorpcji o około 50% a dopiero po następnych około 4 tygodniach obniżenie o połowę stężenia biomarkera kościotworzenia (PINP). Świadczy to o prawidłowym sprzężeniu procesów resorpcji (początek przebudowy) i kościotworzenia (wytworzenie nowej tkanki kostnej) w danym miejscu szkieletu. Odzwierciedleniem zmian w stężeniu biomarkerów będzie przyrost BMD obserwowany po znacznie dłuższym okresie czasu.
Zupełnie inna będzie odpowiedź na leczenie preparatem hormonalnym o działaniu anabolicznym, teryparatydem (1-34 aminokwasowy fragment PTH) stosowanym u pacjentów z ciężką osteoporozą.

 

Postmenopauzalna osteoporoza zmiany po zastosowaniu terapii antyresorpcyjnej

farm tab 2 a farm tab 2 b

Poziom S-CTX (ng/ml) podczas terapii
- Premenopauzalny średni poziom - wartość referencyjna

Rzeczywista zmiana S-CTX (ng/ml) od wartości wyjściowej
- Najmniejsza znacząca zmiana 28%

 

W przypadku leczenia teryparatydem biomarkerem z wyboru i o wysokiej czułości do oceny odpowiedzi pacjentów na ten rodzaj terapii jest PINP. Podanie teryparatydu powoduje szybki (w okresie od 6 tyg.do 3 mies.) i bardzo znaczny wzrost stężenia biomarkera kościotworzenia (PINP) o około 150% i następujący później wolniejszy (po 3 mies.) i mniejszy wzrost stężenia biomarkera resorpcji o około 50%. Tak szybki wzrost stężenia biomarkerów kościotworzenia nie jest wynikiem nasilonego remodelingu lecz odzwierciedla bezpośredni wpływ hormonu na osteoblasty- komórki kościotwórcze.

 

Postmenopauzalna osteoporoza Zmiany po zastosowaniu terapii podskórnej Teryparatydem 

farm tab 3 a farm tab 3 b

Wykres 2a Poziom S-PINP (ng/mL) podczas terapii
 -Premenopauzalny średni poziom - wartość referencyjna

Wykres 2b Rzeczywista zmiana S-PINP (ng/mL) od wartości wyjściowej
- Najmniejsza znacząca zmiana 10ng/ml

 

Dawka zastosowanego leku oraz sposób dozowania także mają wpływ na zmiany stężenia biochemicznych wskaźników przebudowy. Oznaczając jeden marker kościotworzenia i jeden marker resorpcji w odstępach co 3 miesiące przez okres jednego roku i porównując zmiany gęstości mineralnej kości w tym samym okresie można ustalić najskuteczniejszą dawkę leku i określić odstęp czasu w jakim powinien być podawany aby zachować szybkość przebudowy kości na właściwym poziomie i podtrzymać powolny przyrost BMD.
Badania takie przeprowadzono z zastosowaniem denosumabu, alternatywy dla bisfosfonianów, leku z grupy pierwszego rzutu dla kobiet pomenopauzalnych oraz mężczyzn z hypogonadyzmem wskutek terapii raka stercza. Stwierdzono, że denosumab najlepiej podawać w iniekcjach podskórnych co 6 miesięcy [14].
Denosumab, jest ludzkim przeciwciałem monoklonalnym wobec RANKL (receptora czynnika jądrowego NFκβ), które obniża remodeling kostny, zwiększa BMD i zmniejsza częstość złamań.

 

 

farm tab 4

Eastell 2010 JBMR

 

 

Wykazano, że w przypadku niektórych leków (denosumab, alendronian, zoledronian) ich podawanie w iniekcjach podskórnych lub dożylnych daje lepsze efekty (szybsze obniżenie resorpcji) niż przyjmowanie drogą doustną. Należy zaznaczyć, że iniekcje dożylne niektórych leków wystarczy stosować w odstępach rocznych aby były skuteczne. Podawanie denosumabu co 6 mies. w dawce 60 mg w różny sposób wpływało na biomarkery kostne u kobiet pomenopauzalnych . Najszybciej i w największym stopniu obniżało się stężenie markera resorpcji Ctx, które już po miesiącu od podania leku wracało do wartości przed menopauzą. W okresie 3 lat terapii denosumabem stężenie markerów referencyjnych Ctx i PINP pozostawało w zakresie wartości prawidłowych dla kobiet przed menopauzą u 46% i 31% leczonych kobiet.
U kobiet poddanych tej terapii obserwowano korelację między obniżeniem Ctx a wzrostem gęstości mineralnej kości. Nie wszystkie leki o działaniu antyresorpcyjnym lub anabolicznym mają taki sam wpływ na stężenie biomarkerów przebudowy kości. Umiarkowany jest wpływ kalcytoniny donosowej w dawce 200 IU/dzień natomiast silny efekt mają denosumab, zoledronian, alendronian. Ranelinian strontu można traktować jako preparat o słabym działaniu antyresorpcyjnym posiadającym również właściwości anaboliczne lub też można przypuszczać, że mechanizm działania leku pozostaje poza wpływem na remodeling kostny.
Podsumowując, spośród markerów resorpcji kości na leczenie antyresorpcyjne najsilniej odpowiada CTx a najsłabiej TRAP 5b natomiast wśród markerów kościotworzenia większe zmiany dotyczą PINP niż b-ALP [2]. Wiedza na temat mechanizmu działania leków pozwala dobrać najlepsze wskaźniki biochemiczne do monitorowania efektów terapii farmakologicznej w osteoporozie.

 

MONITOROWANIE LECZENIA OSTEOPOROZY

 

Ocena efektów leczenia przy zastosowaniu biochemicznych markerów przebudowy kości wymaga określenia stężenia wyjściowego (najlepiej w trzech kolejnych próbkach materiału biologicznego pobranego rano na czczo w okresie 5 dni) i kilkukrotnego oznaczenia stężenia co 3 (wskaźniki resorpcji) lub 6 miesięcy (wskaźniki kościotworzenia) po rozpoczęciu terapii. W celu ustalenia, dla indywidualnego pacjenta, klinicznie istotnej zmiany stężenia markerów, która nastąpi w wyniku leczenia konieczna jest informacja dotycząca wartości LSC dla danego markera. LSC (least significant change) czyli tzw. „wskaźnik najmniejszej istotnej zmiany” oblicza się w oparciu o wzór matematyczny uwzględniający wpływ zmienności wewnątrzosobniczej i błąd metody (zmienność analityczną). Wartości tych wskaźników wyliczone dla poszczególnych markerów przebudowy kości dostępne są w literaturze i podawane w ulotkach dołączonych do testów .

 

Premenopauza i Postmenopauza u kobiet – wartości referencyjne oraz najmniejsza znacząca zmiana (LSC).

Markery obrotu kostnego 

Wartości   referencyjne (średnia)

Najmniejsza znacząca zmiana (LSC) 

Premenopauza 

Postmenopauza 

S-CTX (ng/mL) 

0,112 – 0,738 (0,287)18

0,142 – 1,351 (0,439)18

28%16

Bone ALP (ug/l) 

5,0 – 21,6 (11,1)19

4,6 – 29,1 (13.0)19

25%16

PINP (ng/ml) 

8,5 – 106,6 (30,1)20

16,0 – 102,0 (40,5)20

10 ng/mL17

 

 

Przykładowo jeśli wyjściowe stężenie CTx w surowicy wynosi 0,50 ng/mL a LSC dla tego markera wynosi 27% czyli 0,13 ng/mL to obniżenie stężenia CTx po leczeniu do wartości 0,37 ng/mL lub poniżej będzie świadczyło o istotności zmiany .
Spośród biochemicznych markerów przebudowy kości CTx oraz PINP wykazują dobrą odpowiedź na leczenie i cechują się dość niską biologiczną zmiennością wewnątrzosobniczą (<10% i <7%) dlatego zaleca się ich stosowanie do monitorowania efektów terapii farmakologicznej osteoporozy przy wykorzystaniu współczynnika LSC.