Važni markeri u otkrivanju osteoporoze

Tijekom evolucije mijenjao se i koštani sustav tako da prijelaz na dvonožni hod predstavlja jedinstvenu karakteristiku koja nas razlikuje od primatskih predaka. Hodanje na dvije noge donijelo nam je brojne prednosti, no pri tome je ljudski kostur doživio značajne morfološke promjene počevši od promjene u građi kostiju lubanje, zakrivljenost kralježnice u obliku slova S te promjene u anatomskoj građi zdjeličnih kostiju sve u cilju da se može bolje podnijeti opterećenje.

Kost se sastoji od dva osnovna dijela: organskog i neorganskog. Organski dio kosti čini oko 30 % njene mase, a glavnu komponentu predstavlja kolagen, protein koji daje kosti elastičnost i otpornost na udarce. Kolagen formira mrežu vlakana u koju se ugrađuju mineralne komponente, omogućujući kosti da bude fleksibilna i manje podložna lomovima. Neorganski dio kosti čini oko 70 % njene mase i sastoji se prvenstveno od minerala, uglavnom kalcij-fosfata u obliku hidroksiapatita. Ovaj mineralni dio daje kosti tvrdoću i čvrstoću, omogućavajući joj da podnosi velike sile i težinu. Zajedno, organski i neorganski dijelovi kosti omogućavaju joj da bude izuzetno snažna, a ujedno i dovoljno fleksibilna da se ne lomi lako.

Koštano tkivo je visoko specijalizirano tkivo koje je živo, dinamično i u kontinuiranoj pregradnji. Otprilike 20 % koštanog tkiva zamijeni se svake godine kroz proces pregradnje. Ovaj proces omogućuje koordinirana aktivnost dviju vrsta stanica – osteoklasta i osteoblasta između kojih postoji neprestani dijalog (Slika 1A). Osteoklasti će kost razgrađivati. Njihova glavna uloga je uklanjanje starog ili oštećenog koštanog tkiva, omogućavajući na taj način prostor za stvaranje novog. To je ključan proces za održavanje ravnoteže i elastičnosti kostiju. S druge strane, osteoblasti su stanice odgovorne za stvaranje novog koštanog tkiva. Poput marljivih građevinara, oni izgrađuju i obnavljaju kosti, osiguravajući njihov rast i obnovu nakon ozljeda. Ove stanice neprestano komuniciraju kako bi održale zdravlje i snagu naših kostiju, a njihov “razgovor” naziva se međustanična komunikacija ili engl. crosstalk (Slika 1A). Kada osteoklasti razgrađuju staro koštano tkivo, otpuštaju signale koji pozivaju osteoblaste na akciju. Osteoblasti zatim stvaraju novo tkivo, ali pritom ne zaboravljaju komunicirati s osteoklastima o potrebama organizma. Ove stanice rade u savršenoj harmoniji kako bi osigurale da naše kosti ostanu snažne, zdrave i funkcionalne tijekom cijelog života. Kroz svoje složene interakcije, one ne samo da oblikuju naš kostur nego i osiguravaju našu pokretljivost i zaštitu. Poremećaj u komunikaciji između osteoblasta i osteoklasta može dovesti do bolesti koštanog sustava među kojima je i osteoporoza (Slika 1B). Osteoporoza je bolest kostura koja zahvaća milijune ljudi diljem svijeta te neprimjetno slabi kosti i čini ih sklone lomljenju. Često je nazivamo  „tiha epidemija“ jer se razvija bez simptoma dok se ne dogodi prijelom. Međutim neki znakovi poput smanjenja tjelesne visine, bolova u leđima te pogrbljenog držanja mogu upućivati da je došlo pojave osteoporoze.

      Slika 1. Osnove koštane pregradnje. A/Zdrava kost, usklađena aktivnost koštanih stanica; B/Osteoporoza, kronična bolest koštanog metabolizma te njene komplikacije (Slika napravljena u Biorender programu, BioRender.com)

Osteoporotična kost je "porozna kost" (poput sira s velikim rupicama) gdje kost postaje krhka i gubi gustoću, a uzrok tome je neravnoteža između stvaranja novog koštanog tkiva i resorpcije starog. Kosti postaju toliko oslabljene da i najmanji pad ili udarac može uzrokovati prijelom (Slika 1B). Osteoporoza je češća kod žena, osobito nakon menopauze, zbog smanjenja razine estrogena, hormona koji pomaže u održavanju koštane gustoće. No, i muškarci mogu biti pogođeni, posebno oni s niskom razinom testosterona. Na razvoj osteoporoze između ostalog utječe genetika, tjelesna težina te životne navike.

Dijagnoza osteoporoze postavlja se prema kriterijima koje je 1994. godine utvrdila Svjetska zdravstvena organizacija (WHO) (1). Ova dijagnoza temelji se na mjerenju mineralne gustoće kostiju (engl. Bone Mineral Density,BMD), izražene kao broj standardnih devijacija iznad ili ispod prosječne gustoće kostiju mladih odraslih osoba istog spola. Međutim, iako je denzitometrija kostiju (BMD testiranje) zlatni standard za dijagnosticiranje i praćenje osteoporoze, važno je biti svjestan njezinih ograničenja. Ovdje su neka od ključnih:

• Denzitometrija nam daje podatke o količini minerala u kostima, ali ne i o kvaliteti same kosti. Kvaliteta kosti je također važna za razumijevanje rizika od prijeloma.
• Iako pomaže u procjeni rizika, denzitometrija sama po sebi ne može s velikom sigurnošću predvidjeti hoće li doći do prijeloma.
• Nije uvijek učinkovita u otkrivanju početnih faza gubitka koštane mase ili malih promjena u gustoći kostiju, što može odgoditi pravovremenu intervenciju.
• Često je potrebno nekoliko godina kako bi se primijetile promjene u mineralnoj gustoći kostiju, što znači da redovito praćenje može biti neophodno za pravovremeno otkrivanje napredovanja osteoporoze.

Iako denzitometrija ostaje ključna komponenta u dijagnosticiranju osteoporoze, nije dovoljna kao jedini alat za procjenu i praćenje. Potrebno je kombinirati rezultate denzitometrije s drugim kliničkim informacijama i rizicima kako bi se osigurala sveobuhvatna procjena i učinkovit plan liječenja. Laboratorijska dijagnostika ovdje ima značajnu ulogu jer se fokusira na otkrivanje posebnih pokazatelja, poznatih kao markeri koštane pregradnje, koji se oslobađaju u krv tijekom stvaranja i razgradnje kostiju. Ti markeri pomažu u procjeni ovih dvaju procesa i obično se dijele na markere stvaranja (izgradnje) kostiju i markere resorpcije (razgradnje) kostiju (Slika 2).

Slika 2. A/Markeri koštane izgradnje i razgradnje; B/ utjecaj minerala kalcija i fosfora te vitamina D i paratiroidnog hormona na koštani metabolizam  (Slika napravljena u Biorender programu, BioRender.com.)

Alkalna fosfataza (ALP) je enzim i prvi marker formiranja kostiju koji je ušao u kliničku praksu još 1929. godine. Prisutan je u različitim dijelovima tijela, a najviše ga ima u jetri, kostima, bubrezima i crijevima. Kod zdravih osoba, gotovo polovica ALP dolazi iz koštanog tkiva. Njegova uloga u kostima je ključna jer sudjeluje u mineralizaciji, što je važno za izgradnju i održavanje jakih kostiju. Mjerenje razine ALP u krvi jednostavan je test koji se rutinski provodi vađenjem krvi i koristi se kao dijagnostički alat u procjeni zdravlja kostiju. Normalne razine ALP variraju ovisno o dobi, spolu, krvnoj grupi i trudnoći. Na primjer, visoke razine ALP mogu ukazivati na pojačanu aktivnost osteoblasta, stanica koje grade kosti, što može biti znak bolesti poput osteoporoze (Slika 2).

Postoje različiti oblici ALP, poput koštane alkalne fosfataze (BALP), koji su specifični za koštano tkivo. Oni pružaju preciznije informacije o stanju kostiju, a istraživanja su pokazala da postoji značajna povezanost između mineralnog sadržaja kralježnice i razine ALP u serumu. Također, razina ALP veća od 129 U/L može biti indikator osteoporoze kod muškaraca (2). ALP se pokazao kao marker praćenja učinkovitosti terapije. Smanjenje razine ALP primijećeno je nakon liječenja alendronatom, lijekom iz skupine bisfosfonata koji se koristi za liječenje i prevenciju osteoporoze.

Ključan je i oprez kod tumačenja rezultata mjerenja ALP kako bi se izbjegle pogrešne dijagnoze, posebno kod žena u postmenopauzi. Na razinu ALP utječu mnogi faktori, pa je uvijek potrebno razmotriti cjelokupnu kliničku sliku prije donošenja konačne dijagnoze.

Druga molekula podjednako interesantna u poveznici s koštanim metabolizmom je osteokalcin. To  je mali protein, poznat i kao protein koji sadrži gama-karboksiglutaminsku kiselinu koja osigurava vezivanje iona kalcija u kostima. Osteokalcin je najzastupljeniji nekolagenski protein u kostima, a čini oko 2 % svih proteina u ljudskom tijelu. Ovaj protein stvaraju zreli osteoblasti, odontoblasti i hipertrofični hondrociti (Slika 2). Njegovu proizvodnju reguliraju vitamin D i  K. Ključan je za regulaciju metabolizma, mineralizaciju kostiju i ravnotežu kalcija u tijelu. Razina osteokalcina u krvi povezana je s povećanjem mineralne gustoće kostiju tijekom liječenja osteoporoze. Stoga se osteokalcin koristi kao biomarker za procjenu funkcije osteoblasta i brzine stvaranja kostiju. Studije pokazuju da osteokalcin može biti važan pokazatelj učinkovitosti lijekova za izgradnju kostiju kod žena u postmenopauzi (3). Razina osteokalcina također je bila značajno viša kod žena s osteoporozom nego kod onih bez osteoporoze. Korištenje osteokalcina kao biomarkera za stvaranje kostiju ima prednosti koje uključuju: specifičnosti za tkivo, široku dostupnost i nisku varijabilnost. Ovaj biomarker može pomoći u procjeni osteoporoze i predviđanju rizika od prijeloma kod starijih osoba, posebno kod žena.

Glavna komponenta organskog dijela kosti je kolagen tip 1 (> 90 %), koji se stvara iz prokolagena tipa kojeg sintetiziraju fibroblasti i osteoblasti. Prokolagen tipa 1 ima N-terminalne i C-terminalne nastavke, koji se uklanjaju specifičnim enzimima tijekom pretvorbe prokolagena u kolagen koji se zatim ugrađuje u koštano tkivo. C-terminalni telopeptid kolagena tipa I (CTX-1) je fragment kolagena tipa 1 koji se oslobađa tijekom razgradnje kostiju u krvotok. Beta-crosslaps je specifičan oblik CTX-1 koji je koristan za kvantitativno mjerenje koštane resorpcije u kliničkim uvjetima. Zbog stabilnosti ovog izomera, laboratorijski testovi često koriste termin "Beta-Crosslaps" kada se referiraju na mjerenje CTX-1 u krvi. Navedene markere treba određivati u krvi natašte jer je pokazan utjecaj hrane na njegove vrijednosti u krvi (4 – 6).

Kako bismo razumjeli i dijagnosticirali osteoporozu, ključno je poznavati pored navedenih markera i ulogu nekoliko važnih minerala poput kalcija, fosfora te vitamina D i paratireoidnog hormona (PTH).

Kalcij je osnovni mineral za izgradnju i održavanje jakih kostiju. Otprilike 99 % kalcija u tijelu nalazi se u kostima i zubima, gdje pruža građevnu podršku. Kada u organizmu nema dovoljno kalcija, tijelo ga počinje izvlačiti iz kostiju, što može dovesti do slabljenja kosti i osteoporoze. Laboratorijske vrijednosti kalcija igraju ključnu ulogu u praćenju poremećaja koštanog metabolizma te u dijagnostici i praćenju osteoporoze, ali je važno napomenuti da same vrijednosti kalcija u krvi nisu dovoljne za dijagnozu ovog stanja.

Fosfor, poput kalcija, igra ključnu ulogu u izgradnji i održavanju kostiju. On čini dio minerala zvanog hidroksiapatit, koji kostima daje čvrstoću. Ravnoteža između kalcija i fosfora je ključna za pravilnu mineralizaciju kostiju. Kada je razina fosfora previsoka (hiperfosfatemija), može doći do smanjenja apsorpcije kalcija, što može potaknuti oslobađanje paratireoidnog hormona (PTH). PTH povećava mobilizaciju kalcija iz kostiju kako bi održao normalnu razinu kalcija u krvi, što može dovesti do gubitka koštane mase i povećanja rizika od osteoporoze. Povišene razine fosfora (hiperfosfatemija) u krvi mogu biti rezultat različitih stanja, uključujući kronične bubrežne bolesti, kod kojih se smanjuje izlučivanje fosfora. Hipofosfatemija može biti uzrokovana nepravilnom apsorpcijom fosfora, nedostatkom vitamina D ili određenim genetskim poremećajima.

Vitamin D je neophodan za apsorpciju kalcija i fosfora u crijevima. Bez dovoljno vitamina D, tijelo ne može učinkovito apsorbirati kalcij iz hrane, što može dovesti do niske razine kalcija u krvi.

U dijagnostici osteoporoze, uzimanje u obzir pored drugih navedenih markera razine fosfora, uz kalcij, vitamin D i PTH, može pomoći u razumijevanju metaboličkih promjena koje utječu na kosti.

Kako bi se smanjila predanalitička varijabilnost, National Bone Health Alliance (NBHA) objavila je  preporuke za laboratorije, proizvođače reagensa te kliničare za pripremu pacijenata te upute o postupanju s uzorcima (7). Nekontrolirane varijable (dob, spol, trudnoća, imobilizacija,nedavni prijelom, komorbiditeti, lijekovi protiv osteoporoze ili drugi lijekovi) također treba uzeti u obzir u tumačenju rezultata markera koštane pregradnje.

Povezivanje laboratorijskih metoda i kliničkih dijagnostičkih metoda ključno je za precizno definiranje zdravlja i bolesti kostiju poput osteoporoze. Laboratorijski testovi, poput mjerenja biomarkera koštane resorpcije i formiranja, pružaju vrijedne informacije o dinamici koštanog metabolizma, dok kliničke dijagnostičke metode, kao što su denzitometrija i radiološka ispitivanja, omogućuju procjenu koštane gustoće i strukturnih promjena u kostima. Kombinacija ovih pristupa omogućuje cjelovitiji i precizniji uvid u stanje kostiju, što je ključno za ranu dijagnozu, učinkovito praćenje i prilagodbu terapije u liječenju bolesti poput osteoporoze.

Prof.dr.sc. Lovorka Grgurević

Literatura:

1. Kanis JA. Assessment of fracture risk and its application to screening for postmenopausal osteoporosis: synopsis of a WHO report. WHO Study Group. Osteoporos Int 1994;4:368–81.
2. Fink HA, Litwack-Harrison S, Taylor BC, Bauer DC, Orwoll ES, Lee CG, et al. Clinical utility of routine laboratory testing to identify possible secondary causes in older men with osteoporosis: the osteoporotic fractures in men (MrOS) study. Osteoporos Int. 2016;27:331–8.
3. Singh S, Kumar D, Lal AK. Serum osteocalcin as a diagnostic biomarker for primary osteoporosis in women. J Clin Diagn Res. 2015;9:RC04–7.
4. Vasikaran S, Cooper C, Eastell R, Griesmacher A, Morris HA, Trenti T, et al. International Osteoporosis Foundation and international Federation of Clinical Chemistry and Laboratory Medicine position on bone marker standards in osteoporosis. Clin Chem Lab Med 2011;49:1271–4.
5. Baim S, Miller PD. Perspective: assessing the clinical utility of serum CTX in postmenopausal osteoporosis and its use in predicting risk of osteonecrosis of the jaw. J Bone Miner Res. 2009;24:561–74.
6. Christgau S. Circadian variation in serum CrossLaps concentration is reduced in fasting individuals. Clin Chem. 2000;46:431.
7. Szulc P, Naylor K, Hoyle NR, Eastell R, Leary ET. For the National Bone Health Alliance Bone Turnover Marker P. Use of CTX-I and PINP as bone turnover markers: National Bone Health Alliance recommendations to standardize sample handling and patient preparation to reduce preanalytical variability. Osteoporos Int 2017;28:2541–56.