Диагностическое и прогностическое значение биохимических маркеров костного ремоделирования у детей с соматотропной недостаточностью

ДИАГНОСТИЧЕСКОЕ И ПРОГНОСТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ МАРКЕРОВ КОСТНОГО РЕМОДЕЛИ-

РОВАНИЯ У ДЕТЕЙ С СОМАТОТРОПНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ

Н.Н. ВОЛЕВОДЗ, А.О. ЕМЕЛЬЯНОВ, ВА ПЕТЕРКОВА, И.И. ДЕДОВ

Эндокринологический научный центр РАМН

В течение всей жизни в костной ткани человека происходят два разнонаправленных процесса ремоделирования: формирование новой костной ткани костеобразующими клетками остеобластами (костеобразование) и разрушение старой кости остеокластами (резорбция). Наиболее активно они протекают в детском возрасте, а к концу подросткового периода формируется пик костной массы, который является важной детерминантой дальнейшего риска остеопороза [2].

Все процессы костного ремоделирования находятся под жестким контролем большого количества гормонов. Гормон роста (ГР) играет важную роль в метаболизме костной ткани. Он оказывает на костную ткань прямой эффект, действуя через собственные рецепторы, а также опосредованно через стимуляцию печеночной или местной продукции инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1) [I, 4, 21].

ГР стимулирует пролиферацию остеобластов в клеточных линиях различных животных и человека [8, 25, 26], а также вызывает усиление процессов резорбции кости, хотя в меньшей степени, чем стимуляцию ко-стеобразования [4, 18].

Некоторые исследования показывают, что in vitro ГР способен стимулировать дифференцировку остеобластов и увеличивать выработку коллагена I типа, щелочной фосфатазы и остеокальцина [15].

Скорость образования или разрушения матрикса костной ткани может оцениваться путем измерения содержания специфических ферментов или других веществ, вырабатываемых костеобразующими или кос-теразрушающими клетками, таких как щелочная фос-фатаза, остеокальцин, С-концевые телопептиды сыворотки крови и др. [1, 6].

Традиционно для оценки активности костного формирования используют общую щелочную фосфатазу (ЩФ) в сыворотке крови, но этому показателю свойственна низкая чувствительность и специфичность [6]. Поэтому в последние годы активно начали использовать исследование костно-специфической фракции ЩФ, вырабатываемой только в костной ткани и, таким образом, позволяющей более точно оценить метаболический статус кости в нормальных и патологических условиях [2, 4, 21].

Остеокальцин, также называемый костным gla-npo-теином, - главный белок межклеточного матрикса кости, синтезируется остеобластами и является в настоящее время «золотым стандартом» среди маркеров формирования костной ткани [17].

К маркерам костной резорбции относят, в частности, С-концевые телопептиды, образующиеся в результате разрушения костного матрикса под воздействием остеокластов [13,17].

Целью настоящего исследования явилось определение диагностической значимости биохимических маркеров ремоделирования костной ткани (показателей остеосинтеза и остеорезорбции) у детей с сома-тотропной недостаточностью на фоне лечения реком-бинантным ГР (р-ГР).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Обследовано 25 детей с соматотропной недостаточностью в возрасте от 6,2 до 17,5 лет (средняя±5Э: 11,8+1,2 года), которые в течение 24 месяцев получали лечение р-ГР «Генотропин» (Фармация, США) в дозе 0,1 ЕД/кг ежедневно подкожно вечером. Диагноз соматотропной недостаточности был установлен на основании задержки роста (более чем на 2 SD ниже средневозрастных показателей), малой скорости роста (менее 4 см/год) и дефицита ГР (пик ГР менее 10 нг/л), подтвержденного двумя ГР-стимулирующими пробами. Группа обследуемых пациентов характеризовалась значительной задержкой роста - показатели SDS роста в среднем составляли -3,79+1,86 (от -5,8 до -2,7), средний костный возраст равнялся 6,3+1,9 года.

У всех детей на момент первичного обследования отсутствовали признаки пубертата (стадия 1 по Танне-ру). Никто из больных не получал препараты ГР, анаболические стероиды или другие препараты, действующие на костный метаболизм, как минимум в течение года, предшествующего обследованию.

Для оценки физического развития у всех пациентов измерялся рост (см), вычислялась скорость роста за год (см/год). Измерение роста проводилось на ста-диометре фирмы «Holstan Ltd, Crymych, Dyfed» с точностью до 0,1 см. Полученные данные сравнивали с данными перцентильных таблиц веса и роста для детей европейской расы, разработанные Tanner J.M. и Whitehouse R.H. Данные трансформировались в показатели SDS роста (Standard Deviation Score), характеризующие степень отклонения роста ребенка от среднего роста в популяции для данного хронологического возраста и пола.

SDS = (х-х) / SD

х - результаты измерения роста у данного ребенка;

х' - средний рост для данного хронологического возраста и пола;

SD - стандартное отклонение для данного хронологического возраста и пола. Динамика роста оценивалась по сравнению с исходным через 6, 12,18 и 24 мес.

Для комплексной оценки физиологической зрелости детей проводился анализ степени созревания скелета по данным рентгенографии кистей рук с лучеза-пястными суставами с определением костного возраста, который оценивался по нормам, разработанным

№ 2/2003 ОСТЕОПОРОЗ И ОСТЕОПАТИИ

я

И

t -е-

3

I 1

M&in,5D Msan-SD HZ] Мчап-SE MeavSE

Ь|Л!ЧЯ ЛСЧГНШ)

Рис. 1

Содержание общей щелочной фосфатазы в сыворотке крови у детей с соматотропной недостаточностью на фоне лечения р-ГР

До лечения 12 мес

24 мес

Рис. 2

Содержание костной фракции щелочной фосфатазы в сыворотке крови у детей с соматотропной недостаточностью на фоне лечения р-ГР

240 200 J 160

I

I 80

40

5=^=1 LSM

134.5

Т Мыян-ЕР

MMH'SD I I Маи+SE Ммгь5£

До лечения

12 мес

24 мес

Рис. З

Содержание остеокальцина в сыворотке крови у детей с соматотропной недостаточностью на фоне леченеия р-ГР

~Г~ Mean* SG Mean-3D

I-1 Mean+SE

hfl&an-SG

3,6 3,0 2,4 1.8 1,2 0,6 0,0

3 2.91

До лечений

12 мес

24 мес

;Х ween-sc

о UKiTSE Weer-St  Мнвг

Рис. 4

Содержание С-телопептидов коллагена I типа у детей с СТГ-дефицитом на фоне лечения р-ГР

Грейлихом и Пайлом [10]. Анализ проводился 1 раз в 12 мес.

Степень полового созревания детей оценивалась по классификации Tanner J.M. [27] исходно и через 6, 12, 18 и 24 мес.

Определение концентрации в крови обшей щелочной фосфатазы (ЩФ) проводилось исходно и через 6, 12, 18 и 24 месяцев лечения.

Содержание остеокальцина в сыворотке крови определялось с помощью иммуноферментного анализа с использованием тест-системы «N-MID Osteocalcin One Step ELISA KIT» - двухцентрового иммунофермент-ного теста. Измерение производилось на ИФА-систе-ме «Мультискан» фирмы «Лабсистемс» (Финляндия) исходно и через 12 и 24 месяцев лечения.

Для количественного определения в крови С-кон-цевых телопептидов использовалась коммерческая тест-система «Serum CrossLaps One Step ELISA». Измерение проводилось исходно, через 12 и 24 месяцев лечения.

Статистическая обработка полученных результатов проводилась с помощью параметрических и непараметрических методов статистического анализа (парного критерия Стьюдента, корреляционного анализа -метод Спирмана). Результаты представлены в виде средиих±стандартная ошибка метода (SEM). При необходимости указаны стандартное отклонение (SD) и медиана. Статистическая обработка проводилась на IBM-совместимом компьютере с использованием программы Statistica for Windows, версия 5.5.

Результаты собственных исследований и их обсуждение

Содержание общей щелочной фосфатазы (ОЩФ) в сыворотке крови достоверно повысилось уже через 6 месяцев лечения (р<0,0005) и оставалось достоверно выше исходного через 12 месяцев (р<0,0005) и через 24 месяца лечения (р<0,0005) - рис.1.

Среднее содержание костной фракции ЩФ (КЩФ) до лечения составляло 74,9 Ед/л, через 12 месяцев лечения р-ГР отмечалось достоверное увеличение ее содержания в крови до 106,37 Ед/л (р<0,003), в течение последующего года сохранялась тенденция к увеличе-

нию, но показатели практически не отличались и равнялись 117,76 Ед/л (рис. 2).

Уровень КЩФ через 12 и 24 месяцев лечения был достоверно выше исходного: р<0,003 и р=0,014 соответственно. Показатели остеокальцина, С-концевых телопептидов в сыворотке крови также достоверно повысились через 12 месяцев - р=0,0001 и р=0,0001 соответственно - и через 24 месяца (р=0,001 и р=0,0001 соответственно) терапии р-ГР (рис. 3,4).

У детей с соматотропной недостаточностью до лечения р-ГР не выявлено корреляции между содержанием КЩФ и скоростью роста. Процентное увеличение уровня КЩФ через 12 месяцев лечения р-ГР достоверно коррелировало с улучшением показателей роста после года лечения роста после года терапии р-ГР минус роста до начала терапии -Л8Б8 роста, г=0,51, р<0,05) и процентным увеличением содержания ИФР-1 в крови при лечении р-ГР (г=0,45, р=0,0001). Уровень ИФР-1 в крови увеличился с 59,61 нг/мл до лечения до 194,9 через 12 месяцев и до 358,8 через 24 месяца.

Также положительная корреляция получена между увеличением уровня КЩФ и ускорением роста детей с соматотропной недостаточностью во время лечения. Проводилось вычисление Л8Б8 скорости роста скорости роста за 1 год лечения - скорости роста до лечения, г=0,6, р<0,005).

ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Для понимания механизмов образования и потери костной ткани при ГР-недостаточности у детей нами были исследованы показатели костного обмена.

В качестве показателя костеобразования мы использовали определение активности ОЩФ в сыворотке. Хотя данному ферменту присуши низкие чувствительность и специфичность, тем не менее, этот показатель широко используется в настоящее время. У обследуемых пациентов с соматотропной недостаточностью индивидуальные значения ОЩФ либо не отличались от нормы, либо были слегка повышены. На фоне лечения р-ГР отмечается достоверное увеличение этого показателя через 6, 12, 18 и 24 месяца (р<0,0005). Дополнительно к этому увеличение показателей остеокальцина и КЩФ через 12 и 24 месяца лечения р-ГР свидетельствует о повышении активности остеобластов и процессов ремоделирования (образования) кости.

Увеличение в крови содержания С-концевых тело-пептидов в процессе лечения р-ГР отражает усиление деградации коллагена вследствие обновления кости, поскольку известно, что новая кость образуется на месте резорбтивной части костного матрикса.

В процессе всего периода лечения сохраняется высокая корреляционная связь между показателями КЩФ и С-концевых телопептидов (г=0,75), а также показателями остеокальцина и С-концевых телопеп-тидов (г=0,68). Полученная корреляционная связь является доказательством сбалансированности процессов ремоделирования кости.

Результаты, полученные в нашем исследовании, согласуются с данными других исследований, дока-

зывающих связь заместительной терапии р-ГР с процессами костного метаболизма [3,12,14,16].

Назначение р-ГР при дефиците гормона роста приводит к повышению содержания биохимических маркеров костного обмена не только у детей, но и у взрослых пациентов [3].

Однако наиболее характерно влияние терапии ГР - как по нашим, так и по литературным данным - у детей, страдающих соматотропной недостаточностью. Ряд исследований показал, что за 3 месяца терапии р-ГР уровни проколлагенового карбоксиконцевого про-пептида (PICP) сыворотки крови и остеокальцина увеличиваются на 30% и 120% соответственно [14, 16], тогда как содержание КЩФ увеличивается на 26%. Кроме того, возрастание концентрации КЩФ в течение 12 месяцев терапии р-ГР достоверно коррелирует с увеличением минеральной плотности костной ткани [12].

Saggese и соавт. сообщили о повышении маркеров костеобразования (остеокальцина, PICP) и маркеров резорбции (телопептида коллагена I типа ICTP) в крови у 18 детей с изолированным дефицитом ГР, которые получали лечение р-ГР в дозе 0,6 Ед/кг/нед (0,2 мг/кг/ нед) в среднем в течение 3,6 лет [22].

По данным Muzsnai и соавт., у 21 обследованного ребенка с соматотропной недостаточностью обнаружено значительное снижение содержания остеокаль-цина в сыворотке крови до лечения (среднее содержание остеокальцина было 11,9+2,1 нг/мл). Заместительная терапия р-ГР сопровождалась статистически достоверным увеличением уровня остеокальцина, составившего через 6 месяцев лечения р-ГР 20,5±8,2 нг/ мл, а через 12 месяцев - 25,1+9,8 нг/мл. Через 24 месяца лечения уровень остеокальцина несколько снизился и соответствовал возрастной норме -16,6±9,7 нг/ мл [19]. -

Fujimoto S. и соавт. исследовали экскрецию пи-ридинолина и дезоксипиридинолина с мочой у детей с соматотропной недостаточностью и обнаружили резкое повышение (в 1,3 раза) продуктов костной резорбции через 3 месяца лечения р-ГР [9]. Аналогичные результаты были получены Schlemmer А и соавт. у взрослых [23].

Таким образом, наше исследование согласуется с международными данными и подтверждает, что лечение р-ГР вызывает увеличение костного обмена, что сопровождается увеличением содержания, с одной стороны, маркеров формирования кости, а с другой -маркеров резорбции. Процессы ремоделирования согласуются с интенсивным линейным ростом детей с соматотропной недостаточностью во время лечения р-ГР.

Работами Schonau и соавт. установлено, что изменение уровня биохимических маркеров может помочь в прогнозировании долговременного ответа на терапию р-ГР [24].

С клинической точки зрения быстрый мониторинг ответа на заместительную терапию ГР представляет большой интерес, особенно у детей. До настоящего времени наиболее широко для оценки эффективности терапии р-ГР используется ИФР-1. Однако содержание ИФР-1 в сыворотке крови недостаточно коррелирует со скоростью роста, так как ИФР-1 синтезируется не только в костной, но и во многих других тканях [7].

№ 2/2003 ОСТЕОПОРОЗ И ОСТЕОПАТИИ

С этой точки зрения интересен тот факт, что в нашем исследовании процентное нарастание уровня КЩФ после 12 месяцев лечения р-ГР положительно коррелировало с улучшением показателей роста после года лечения и со скоростью роста. Аналогичная корреляционная связь получена для остеокальцина. Это согласуется с результатами, полученными Н. Tobiume и соавт. [14,16].

Исследования Kanzaki S. и соавт. продемонстрировали, что содержание остеокальцина уже через 1 месяц лечения р-ГР коррелировало с ростом после года лечения [14]. Процентное нарастание уровня концевых пептидов проколлагена I типа сыворотки крови через месяц лечения также соответствовало скорости роста в течение года терапии р-ГР [16]. Следует, однако, заметить, что использование этих двух маркеров проблематично, так как концевые пептиды про-коллагена I типа секретируются в сыворотку крови из кости и из фибробластов [20], а циркулирующий ос-теокальцин имеет короткий период полужизни и быстро выводится почками [11]. В то же время Crofton и соавт. [5] предположили, что КЩФ является лучшим показателем для предсказания скорости роста в ответ на терапию ГР.

ВЫВОДЫ

1. На фоне заместительной терапии р-ГР и интенсивного роста костей у детей с соматотропной недостаточностью происходит значительное повышение в сыворотке крови содержания общей щелочной фос-

\ фатазы, костной фракции щелочной фосфатазы и ос-теокальцина, что свидетельствует о повышенной ак-I тивности остеобластов и процессов формирования кости.

2. Увеличение концентрации в сыворотке крови маркера костной резорбции - С-концевых телопепти-дов на фоне заместительной терапии р-ГР указывает на активацию процессов резорбции, что, в частности, свидетельствует о сопряженности процессов костного ремоделирования на фоне лечения р-ГР детей с соматотропной недостаточностью.

3. Содержание в крови маркеров костного метаболизма, в том числе общей и костной щелочной фос-фатазы, может служить ранним и чувствительным маркером ответа скелета ребенка на заместительную терапию р-ГР.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б, Лоренс Риггз, Л. Джозеф Мелтон. Остеопороз. М.: Невский Диалект. 2000. 558 с.

2. Рожинская Л.Я. Системный остеопороз. М.: Мокеев. 2000. 195 с.

3. Binnerts A., Swart G.R., Wilson J.H.P. et al. The effect of growth hormone administration in growth-hormone deficient adults on bone, protein, carbohydrate and lipid homeostasis, as well as on body-composition. Clin Endocrinol 1992; 37: 79-87.

4. Bouillon R. Growth hormone and bone. Belgium, Pharmacia & Upjohn. 1998. 42 с

5. Crofton P.M., Stirling H.F., Schonau E. et al. Bone alkaline phosphatase and collagen markers as early predictors of height velocity response to growth-promoting treatments in short normal children. // Clin Endocrinol (Oxf). 1996. V. 44, N 4.

6. Delmas P., Chatelain P., Malaval L. Serum bone GLA-protein in growth hormone deficient children, J Bone Miner Res 1986; 1: 333-8.

7. D'Ercole A.J. Somatomedins/insulin-like growth factors. In: Brook CGD (ed) Clinical Paediatric Endocrinology, ed 2. Oxford: Blackwell; 74-95.

8. Ernst M., Froesch E.R. Growth hormone dependent stimulation of osteoblast-like cells in serum-free cultures via local synthesis of insulinlike growth factor 1. Biochem Biophys Res Commun 1988; 151: 142-7.

9. Fujimoto S., Kubo T., Tanaka H. et al. Urinary pyridinoline and deoxypyridinoline in healthy children and in children with growth hormone deficiency// J Clin Endocrinol Metab. 1995. V. 80, N 6. P. 1922-1928.

10.Greulich W.W., Pule S.I. Radiographic atlas of skeletal development of the hand and wrist. 2nd Ed. Stanford: University Press, 1959.

1 l.Gundberg CM., Markowitz M.E., Mizruchi M. et al. Osteocalcin in human serum: a circadian rhythm. // J Clin Endocrinol Metab. 1985. V. 60, N 4. P. 736-9.

12. Tobiume H., Kanzaki S., Hida S. et.al. Serum bone alkaline phosphatase isoenzyme levels in normal children and children with growth hormone deficiency: a potential marker for bone formation and response to GH therapy // J Clin Endocrinol Metab. 1997. V. 82, N 7. P. 2056-2061.

13.Jockenhovel F., Rohrbach, Deggerich S. Differential presentation of cortical and trabecular peripheral bone mineral density in acromegaly. Eur J Med Res 1996; 1: 377-82.

14.Kanzaki S., Hosoda K., Moriwake T. et al. Serum propeptide and intact molecular osteocalcin in normal children and children with growth hormone deficienty: a potential marker of bone growth and response to GH therapy // J Clin Endocrinol Metab. 1992. 74. P. 1104-1109.

15.Kassem M., Mosekilde L, Ericcsen E.F. Growth hormone stimulates proliferation of normal human bone marrow stromal osteoblast precursor cells in vitro. Growth regul 1994;4: 131-5.

16.Kubo T., Tanaka H., Inoue M., et al. Serum levels ofcarboxyterminal propeptide of type 1 procollagen and pyridinoline crosslinked telopeptide of type I collagen in normal children and children with growth hormone deficiency during GH therapy. // J. Bone. 1995. 17. P. 397-401.

17.Marazuela M., Astigarraga B., Tabuenca M.J. et al. Serum bone Gla protein as marker of bone turnover in acromegaly. Calcif Tissue mt 1993; 52: 419—21,

18.Mochizuki H., Hareda Y., Nobuhiki W. et al. Insulin like growth factor I supports formation and activation ofosteoclasts. Endocrinology 1992; 131: 1075-1080.

19.Muzsnai A., Peter F., Taijan G. et al. Changes in osteocalcin serum levels in children with growth hormone deficiency during substitution therapy // Orv Hetil, 1994. Feb6;135(6):291-4.

20.Nakatsuka K., Miki T., Nishizawa Y. et al. Characteristics of biochemical markers for bone formation in the ederly. // J Bone Miner Metab. 10: 145-151.

21.Ohisson C, Bengtsson B-A, Issaksson O.J. Growth hormone and bone. J Endocrine Reviews 1998; 19 (I): 55-79.

22.Saggese G., Baroncelli G.L., Barsanti S. Biochemical markers of bone turnover during growth hormone therapy. In: Schonau E (ed). Paediatric Osteology. New Developments in Diagnostics and Therapy. Amsterdam: Elsevier, 1996: 235-39.

23,Schlemmer A., Johansen J.S., Pedersen S.A. et al. The effect of growth hormone (GH) therapy on urinary pyridinoline cross-links in GH-deficient adults. // Clin Endocrinol (Oxf). 19.91. V. 35, N6. P. 471-6.

24.Schonau E., Erhard U., Rauch F. et al. A new model ofgrowth prediction? In: Schonau E (ed) Paediatric Osteology. New Developments in Diagnostics and Therapy. Amsterdam: Elsevier, 1996: 251-258.

25.Slotweg M.C., van Buul-Offers S.C., Herrmann-Erlee MPM et al. Growth hormone is mitogenic for fetal mouse osteoblasts but not for undifferentiated bone cells. J Endocrinol 1988. 16: Rl 1-3.

26.Stracke H., Schuiz A., Moeller Effect or growth hormone on osteoblasts and demonstration of sotnatomedin C/IGF 1 in bone organ culture. Acta Endocrinol (Copenh) 1984; 107; 16-24.

27.Tanner J.M., Whithouse R.H. Clinical longitudinal standards for height, weight, height velocity, and the stages of puberty. Arch. Dis Child, 1976, 51: 170-179.