Биохимические маркёры в диагностике нарушений ремоделирования костной ткани при остеопорозе

Маркёры образования костной ткани. Одним из наиболее специфичных маркёров костеобразова-ния является неколлагеновый белок остеокальцин (Osteocalcin, GLA protein) [8]. Остеокальцин (ОК), продуцируясь остеобластами и одонтобластами [9,10], обладает кальцийсвязывающей способностью и, взаимодействуя с гидроксиапатитом, участвует в минерализации кости. Дефицит витамина К приводит к нарушению процессов синтеза данного белка. Уровень остеокальцина повышается при: остеопо-розе, остеомаляции, гиперпаратиреозе, болезни Педжета, метастатических костных образованиях, а так же хронической почечной недостаточности (при снижении клубочковой фильтрации). Высокие показатели остеокальцина отмечаются в детском и подростковом периоде, что связано с активным ростом костей [11].

При первичном остеопорозе уровень ОК находится либо в пределах нормы, либо несколько увеличивается. Высокие цифры остеокальцина свидетельствуют о значительном уровне костного обмена и увеличении риска остеопоротических переломов в постменопаузальном периоде.

Большая часть остеокальцина связана с гидрок-сиапатитом и лишь около 10% интактной формы циркулирует в крови. В кровяном русле происходит деградация ОК на полипептидные фрагменты: N-концевой, MID, N-MID, С-концевой, MID-С. Диагностическое значение имеют N-концевой и N-MID фрагменты [11].

Лабораторно данный маркёр определяется иммуно-ферментным методом [12-15]. Необходимо отметить, что показатели остеокальцина зависимы от типа лабораторных тест-систем [16-18]. Концентрация ОК в крови имеет суточный ритм; минимальные значения отмечаются в утренние часы. В связи с этим, более достоверным является забор крови у пациентов утром натощак. Учитывая неустойчивость N-концевого фрагмента остеокальцина важно проводить лабораторное исследование в максимально короткие сроки после забора крови у пациента [19].

Щелочная фосфатаза (Alkaline phosphatase - ALP) является энзимом, имеющим несколько изоформ. Данный фермент способствует отщеплению фосфата от пирофосфата, который в дальнейшем входит в состав гидроксиапатита. Тем самым, щелочная фосфатаза (ЩФ) принимает участие в минерализации костного матрикса, являясь маркёром активности остеобластов [20]. Помимо костной ткани, ЩФ продуцируется печенью, селезёнкой, кишечником, почками, лёгкими, плацентой. Некоторым опухолям так же свойственно образование щелочной фосфатазы [21]. У здоровых женщин репродуктивного возраста вне беременности около 50% данного фермента выделяется печенью, другие 50% - костной тканью [22]. У детей и подростков показатели костной щелочной

фосфатазы значительно превышают значения прочих изоформ, в связи с активным ростом костей [23].

Высокие показатели костного изофермента щелочной фосфатазы у женщин в постменопаузе в сочетании с низким уровнем минеральной плотности кости или предшествующими переломами увеличивают риск остеопоротических переломов в 2-2,5 раза [24]. Кроме остеопороза, повышение значений костного изофермента щелочной фосфатазы имеет место при болезни Педжета, первичном гиперпара-тиреозе, остеомаляции.

Для диагностики нарушений костного метаболизма допускается определение общей концентрации щелочной фосфатазы. Преимуществом данного маркёра является доступность. Однако показатели общей ЩФ обладают невысокой специфичностью. В связи с этим, в клинической медицине рекомендуется определять уровень более специфичного костного изофермента щелочной фосфатазы [25,26].

Для лабораторного исследования костной ЩФ используют методы электрофореза, тепловой инактивации. В последнее время получил распространение иммуноферментный метод. При этом необходимо учитывать, что ошибка диагностики может составлять 15-20% в связи с перекрёстным связыванием печёночного и костного изоферментов монокло-нальными антителами [27].

Основу костного матрикса составляет коллаген I типа, образованию которого предшествует синтез остеобластами проколлагена I типа, имеющего дополнительные карбокси- и аминотерминальные про-пептиды (N1- и С-концевые пропептиды - Р1СР, Р1ЫР). Прежде чем коллаген I типа внедрится в костный матрикс, от проколлагена отщепляются вышеуказанные пропептиды и поступают в кровоток. В связи с этим, Р1СР и Р1ЫР рассматриваются как маркёры костеобразования. Данные пептиды имеют прямую взаимосвязь с уровнем коллагена I типа. Сагпего Р. (2008) было выявлено, что содержание в сыворотке крови Р1ИР у женщин пременопаузального периода, имеющих остеопороз, достоверно выше, чем у здоровых [28,42]. Увеличение Р1ЫР на фоне анти-резорбтивной терапии достоверно свидетельствует о снижении риска переломов [29]. Для диагностики уровня Р1СР и Р1ИР в сыворотке крови используют иммуноферментный метод. Кроме того, концентрацию Р1ИР можно определить методом хемилюми-несценции [11].

Маркёры резорбции костной ткани. Гидрокси-пролин (оксипролин)является неспецифическим маркёром обменных процессов в костной ткани. Это аминокислота, входящая в состав коллагена I типа. Гидроксипролин ассоциирован с уровнем распада коллагеновых волокон. При костной резорбции около 80-90% гидроксипролина метаболизируется

литературы

в печени и 10-20% оксипролина выводится с мочой [30]. Максимальные значения гидроксипролина определяются в пубертатном возрасте, что связано с высоким уровнем обмена коллагена. Однако необходимо отметить, что данный маркёр не обладает высокой специфичностью при диагностике остео-пороза, так как источником гидроксипролина может быть не только костная ткань [31,32]. Определяется гидроксипролин в моче колориметрическим методом или методом высокоэффективной жидкостной хроматографии [33,34].

Вследствие резорбтивных процессов под воздействием протеаз коллаген распадается на несколько пептидных фрагментов: поперечно связанные N1- и С-телопептиды, окси- и дезоксипиридинолины.

N1- и С-телопептиды, связанные поперечными сшивками (ИТХ, СТХ), являются фрагментами коллагена I типа, которые отщепляются за счёт действия катеп-сина К и матриксной металлопротеазы. И-телопептид является достаточно стабильным образованием и способен быстро выделяться с мочой. С-телопептид подвергается последующей деградации с образованием а- и в-изомеров октопептидов (а- и Р-СгоББЬарБ). Уровень р-СгоББЬарБ увеличивается с возрастом [20]. И- и С-телопептиды, определяемые в моче, позволяют оценить активность резорбции костной ткани. Высокие показатели С-телопептидов отмечались у женщин с низкой минеральной плотностью кости [24,35]. В то же время, было показано достоверное снижение данных маркёров у пациентов с остеопорозом, которым проводилась антире-зорбтивная терапия [36-39].

Пиридинолин и дезоксипиридинолин (РУК ЭРУР) являются перекрёстными пиридиновыми сшивками зрелых молекул коллагена, представляя маркёры резорбции костной ткани. Так как пиридинолин, в отличие от дезоксипиридинолина, содержится помимо костной ещё и в других видах тканей (хрящах, связках, сосудах), первый является менее специфичным по сравнению с последним [20,40]. С целью определения пиридинолина и дезоксипиридинолина исследуется моча при помощи высокоэффективной жидкостной хроматографии или иммуноферментно-го метода.

Имеется обратная зависимость между уровнем эстрадиола у женщин в постменопаузе и показателями дезоксипиридинолина. В свою очередь, повышение уровня дезоксипиридинолина ассоциировано с увеличением риска остеопоротических переломов [4].

Приведённые данные литературы свидетельствуют о возможностях использования вышеописанных биохимических маркёров как в диагностике остеопоро-за, так и для оценки эффективности антирезорбтив-ной терапии.

Согласно существующим рекомендациям, с целью лабораторной диагностики остеопоротических изменений, необходимо исследовать как маркёры костеобразования (например, остеокальцин), так и маркёры резорбции (например, дезоксипиридинолин) [11].

Таким образом, сочетание определения биохимических маркёров костного гомеостаза с методами лучевой диагностики позволяет осуществлять комплексный подход в диагностике остеопороза, что, в свою очередь, способствует своевременной коррекции нарушений костного метаболизма и профилактике переломов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Frost H.M. Dynamics of bone remodeling // In: H.M.Frost (ed.). Bone Biodinamics. Boston, 1964; p. 315-333.

2. Avioli L.V. Senil and postmenopausal osteoporosis. // Adv. Internat. Med. 1976; 21:391-415.

3. Consensus Development Conference. Diagnosis, prophylaxis, and treatment of osteoporosis / L.V.Avioli // American Journal of Medicine. - 1993; 94:646-650.

4. Лесняк О.М. Аудит состояния проблемы остео-пороза в Российской Федерации / О.М.Лесняк // Профилактическая медицина. - 2011. - №2. - С.7-10.

5. Schuit S.C. Fracture incidence and association with bone mineral density in elderly men and women / S.C.Schuit [et al.] // The Rotterdam Study. Bone 34, 195-202 (2004).

6. Sornay-Rendu E. Identification of osteopenic women at high risk of fracture: The OFELY study / E.Sornay-Rendu [et al.] // J Bone Miner Res 20, 1813-1819 (2005).

7. Клинические рекомендации. Остеопороз // Под редакцией О.М.Лесняк, Л.И.Беневоленской. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ГЭОТАР-Медиа. - 2009. -272 с.

8. Brown J.P. Serum bone Gla-protein: a specific marker for bone formation in postmenopausal osteoporosis / J.P.Brown [et al.] // Lancet. 1984;1:1091-1093.

9. Garnero P. Markers of bone resorption predict hip fracture in elderly women: the EPIDOS Prospective Study / PGarnero [et al.] // J. Bone Miner Res. 1996;1 1:1531-1538.

10. Biochemical markers of bone turnover, endogenous hormones and the risk of fractures in postmenopausal women: the OFELY study / P.Garnero, E.Sornay-Rendu, B.Claustrat, P.D.Delmas // J. Bone Miner Res. 2000; 15:1526-1536.

11. Современные методы диагностики, профилактики и лечения остеопороза / Л.Б.Дрыгина, И.В.Трофимова, О.А.Саблин, И.Д.Никифорова. -Методическое пособие. - СПб: ВЦЭРМ им. А.М. Никифорова МЧС России. - 2011. - 86 с.

12. Bouillon R. Homologous radioimmunoassay of human osteocalcin / R.Bouillon [et al.] // Clin Chem 1992;38:2055-2060.

13. Delmas P.D. Increase in serum bone gamma-carboxyglutamic acid protein with aging in women / P.D.Delmas [et al.] // J. Clin lnvest 1983;71:1316-1321.

14. Gundberg C.M. Determination of osteocalcin in human serum: results with two kits compared with those by a well-characterized assay / C.M.Gundberg [et al.] // Clin Chem. 1985;31:1720-1723.

15. Taylor A.K. Development of a new radioimmunoassay for human osteocalcin: evidence for a midmolecule epitope / A.K.Taylor [et al.] // Metabolism. - 1988;37:872-877.

16. Diego E.D. Six osteocalcin assays compared / E.D.Diego // Clin Chem. - 1994;40:2071-2077.

17. Liu S.H. Collagen in tendon, ligament, and bone healing. A current review / S.H.Liu // Clin Orthop. -1995;318:265-278.

18. Masters P.W. Commercial assays for serum osteocalcin give clinically discordant result / P.W.Masters // Clin Chem 1994;40:358-363.

19. Dumon J.C. Technical and clinical validation of a new immunoradiometric assay for human osteocalcin / J.C.Dumon, H.Wantier, JJ.Mathieu, JJ.Body // Eur.. J. Endocrinol. - 1996;135:231-237.

20. Endres D.B. Biochemical markers of bone metabolism / D.B.Endres // J. Clin. Ligand Assay. -1998. - Vol. 21, N 2. - P. 89-256.

21. Koyama I. Sugar-chain heterogeneity of human alkaline phosphatases: differences between normal and tumor-associated isoenzymes / I.Koyama, M.Miura, H.Matsuzaki, Y.Sakagishi // Am. J. Dis. Child. - 1985;139:736-740.

22. Green S. Automated differential isoenzyme analysis. II. The fractionation of serum alkaline phosphatase into liver, intestinal, and other components / S.Green, C.L.Antiss, W.H.Fishman //. - 1971;41:9-26.

23. Van Hoof V.O. Age and sex distribution of alkaline phosphatase isoenzymes by agarose electrophoresis / V.O. Van Hoof [et al.] // Clin Chem 1990; 36:875-878.

24. Garnero P. Contribution of bone mineral density and bone turnover markers to the estimation of risk of osteoporotic fracture in postmenopausal women / P.Garnero, P.D.Delmas // J. Musculoskelet Neuronal Interact. - 2004. - № 4(1). - P. 50-63.

25. Farley J.R. Improved method for quantitative determination in serum of alkaline phosphatase of skeletal origin / J.R.Farley, C.H.Chesnut, DJ.Baylink // Clin Chem 1981;27:2002-2007.

26. Gorman L. Clinical usefulness of alkaline phosphatase isoenzyme determinations / L.Gorman, B.E.Statland // Clin. Biochem. - 1977;10:171-174.

27. Martin M. Analytical and clinical evaluation of a method to quantify bone alkaline phosphatase, a marker of osteoblastic activity / M.Martin [et al.] // Anticancer Res 1997;17: 3167-3170.

28. Garnero P. Evaluation of a fully automated serum assay for total N-terminal propeptide of type

I collagen in postmenopausal osteoporosis / P.Garnero, P.Vergnaud, N.Hoyle // Clin. Chem. - 2008. - № 54(1). - P. 188-196.

29. Bonnick S.L. Monitoring osteoporosis therapy: bone mineral density, bone turnover markers, or both? / S.L.Bonnick, L.Shulman // Am. J. Med. - 2006 Apr. -№ 119 (4 Suppl 1). - S25-31.

30. Lowry M. Hydroxyproline metabolism by the rat kidney: distribution of renal enzymes of hydroxyproline catabolism and renal conversion of hydroxyproline to glycine and serine / M.Lowry, D.Hall, J.Brosnan // Metabolism. - 1985;34:955-961.

31. Robins S.P. Turnover of collagen and its precursors / S.P.Robins // Biology of collagen. Academic Press: New York. - 1980:135-151.

32. The biosynthesis of collagen and its disorders / DJ.Prockop, K.I.Kivirikko, L.Tuderman, N.A.Guzman // New Engl J Med 1979;301:13-23.

33. Kivirikko K.I. Urinary excretion of hydroxyproline in health and disease / K.I.Kivirikko // Int Rev Connect Tissue Res 1970;5:93-163.

34. Krane S.M. Urinary excretion of hydroxylysine and its glycosides as an index of collagen degradation / S.M.Krane [et al.] // J. Clin. Invest. - 1977;59:819-827.

35. Majima T. Efficacy of combined treatment with raloxifene and alfacalcidol on bone density and biochemical markers of bone turnover in postmenopausal osteoporosis / T.Majima [et al.] // Endocr. J. - 2008. - № 55(1). - P. 127-134.

36. Black D.M. Horizon Pivotal Fracture Trial. Once-yearly zoledronic acid for treatment of postmenopausal osteoporosis / D.M.Black [et al.] // N. Engl. J. Med. -2007. - №356 (18). - P. 1809-1822.

37. McClung M. Intravenous zoledronic acid 5 mg in the treatment of postmenopausal women with low bone density previously treated with alendronate

/ M.McClung [et al.] // Bone. - 2007. - № 41(1). - P. 122-128.

литературы

38. Meunier P.J. The effects of strontium ranelate on the risk of vertebral fracture in women with postmenopausal osteoporosis / PJ.Meunier [et al.] // N. Engl. J. Med. - 2004. - № 350(5). - P. 459-468.

39. Saag K. A single zoledronic acid infusion reduces bone resorption markers more rapidly than weekly oral alendronate in postmenopausal women with low bone mineral density / K.Saag [et al.] // Bone. -2007 May. - № 40(5). - P. 1238-1243.

40. Markus J. Seibel The use of molecular markers of bone turnover in the management of patients with metastatic bone disease / J.Markus // Clinical Endocrinology. - 2008. - V.68. - P.839-849.

41. Kuchuk N.O. The association of sex hormone levels with quantitative ultrasound, bone mineral density, bone turnover and osteoporotic fractures in older men and women / N.O.Kuchuk [et al.] // Clin. Endocrinol (Oxf). - 2007. - № 67(2). - P. 295-303.

АДРЕС ДЛЯ КОРРЕСПОНДЕНЦИИ:

Захаров Игорь Сергеевич - доцент кафедры акушерства и гинекологии №1 Кемеровской государственной медицинской академии; Российская Федерация, г.Кемерово, ул. Ворошилова, 22а E-mail: isza@mail.ru

Summary

Biochemical markers in the diagnosis of bone remodeling in osteoporosis

I.S. Zakharov, G.I. Kolpinskiy, G.A. Ushakov, G.V. Vavin

SBEIHPE (State Budget Educational Institution of Higher Professional Education) Kemerov State Medical Academy, Russia

The review presents the results of research by Russian and foreign scientists, which are devoted to the diagnosis of bone metabolism disorders resulting in osteoporosis. Researchers have identified two groups of bone metabolism markers: markers of bone formation and bone resorption markers. In article makes references to use of mentioned biochemical indicators in the diagnosis of osteoporosis as well as to evaluate the efficacy of antiresorptive therapy.

Key words: osteoporosis, bone formation markers, markers of bone resorption, bone remodeling

Оценка взаимодетерминированности стоматологических и системных заболеваний

С.К. Сабуров, Н.Г. Тураев

Учебно-клинический центр «Стоматология»; ТГМУ им. Абуали ибни Сино

Сложность и многообразие клинических проявлений заболеваний полости рта у больных с неблагоприятным соматическим фоном, трудности диагностики и лечения до сих пор актуальны в стоматологии. В обзорной статье затронуты вопросы взаимодетерминированности стоматологических и общесоматических заболеваний, что подтверждается анализом анамнеза заболевания, клиническими и лабораторными методами обследования. Проведённый анализ показывает, что противодействовать надо не только и не столько внешним этиологическим факторам, но и внутренним механизмам, способствующим возникновению и развитию стоматологических болезней. Признание зависимости болезней органов полости рта от соматической патологии (как, впрочем, и обратной связи) может обеспечить повышение эффективности интегрированной системы профилактики основных стоматологических заболеваний.

Ключевые слова: полость рта, пародонт, соматическая патология, пародонтопатогенная микрофлора

Ротоглотка, как наиболее открытый и претерпевающий постоянную дополнительную контаминацию отдел пищеварительной трубки, является во многом определяющей нишей для формирования микроэкологии расположенных ниже отделов пищеварительного канала [1,2]. Нельзя не отметить, что в полости рта высок риск возникновения очагов хронической инфекции - одонтогенных, пародонтогенных, стоматогенных, тонзиллогенных, сиалогенных, лимфогенных и гематогенных. Каждый из указанных источников может служить источником постоянной патогенной контаминации, сенсибилизации пищеварительного канала и организма в целом [3,4].

Полость рта рассматривается как комплексная экологическая система, в которой внешние факторы (биологические, индивидуальные, социальные) взаимодействуют с внутренними детерминантами (пародонт, метаболиты дентина, бактериальное сообщество, локальная иммунная система слизистой оболочки полости рта, слюна, нервные окончания) [5]. Как и в окружающей среде, все компоненты системы находятся в динамическом равновесии [6,7].

Первоначально, как экологическая система, рассматривались только зубные камни, затем это понятие стало расширяться. Составными частями этой системы являются не только бактерии, но и любые патогены, в том числе вирусы и патогенные дрожжи, причём стабильное микробное сообщество

вытесняет многие патогенные агенты из полости рта [8]. Между различными видами микроорганизмов обнаружена кооперация, способствующая повышению адгезии к структурам полости рта. Метаболическая кооперация микробного сообщества способствует оптимальному потреблению имеющихся питательных веществ [9].

В полости рта обнаружено более 300 видов микроорганизмов. Большинство из них эвакуируется через желудочно-кишечный тракт, рост других подавляется защитными функциями полости рта [10]. При ослаблении местной и общей иммунной системы, подавлении нормальной микрофлоры и ухудшении гигиены полости рта происходит интенсивная адгезия пародонтопатогенной микрофлоры и запускается механизм формирования воспалительных заболеваний пародонта [11].

Воспалительные заболевания пародонта в настоящее время являются наиболее распространёнными и трудно поддающиеся лечению заболевания у взрослого населения. Основной причиной является неадаптированное и нерациональное использование антибактериальных средств, приводящее к возникновению большого числа полирезистентных штаммов бактерий. Предлагаемые новые поколения антибактериальных средств, к которым ещё не сформировалась резистентность, не в состоянии решить эту проблему, так как практика показывает, что чув-