Лабораторна діагностика остеоартрозу

У більшості випадків у хворих на остеоартроз відсутні зміни в аналізах крові і сечі, за винятком випадків синовіту зі значним випотом, коли можуть виникнути збільшення ШОЕ, гіпергаммаглобулінемія, підвищення рівня показників гострої фази - СРБ, фібриногену і ін. При дослідженні синовіальної рідини значних відмінностей від нормальних показників не виявляють.

В останні роки ведеться інтенсивний пошук можливих біологічних маркерів (БМ) деградації і репарації тканин суглобів (головним чином хрящової і кісткової). БМ повинні відображати ці динамічні зміни, служити предикторами прогнозу остеоартрозу і маркерами ефективності патогенетичного лікування. Відкриття нових та більш глибоке вивчення відомих біологічних маркерів дозволить краще зрозуміти механізми патогенезу остеоартрозу. Однак головне завдання використання біологічних маркерів хрящового метаболізму - оцінка хондропротекторних властивостей лікарських препаратів і моніторинг лікування препаратами, що відносяться до групи DMO AD - «модифікуючих хворобу».

При остеоартрозі патологічні зміни відбуваються головним чином в суглобовому хрящі, а також в субхондральної кістки, синовіальної оболонці, інших м'яких тканинах суглоба. Оскільки наші можливості безпосередньо досліджувати ці структури обмежені, найбільш важливими джерелами для забору біологічних маркерів є кров, сеча і синовіальна рідина.

Дослідження сечі найбільш переважно, оскільки не пов'язане з будь-якими інвазивними процедурами. На наш погляд, ідеальним матеріалом для дослідження є добова сеча. Аналіз ранкової порції сечі був би більш доцільним, однак можливість її використання грунтується лише на тому, що саме такий аналіз використовують для визначення біологічних маркерів кісткового метаболізму при остеопорозі: відомо, що біологічні маркери підкоряються циркадних ритмів, а пік концентрації біологічних маркерів кісткового метаболізму доводиться на нічні години. До теперішнього часу в літературі відсутні відомості про циркадних ритмах біологічних маркерів м'яких тканин, хряща, тому остаточне рішення про вибір адекватного аналізу сечі буде прийнято після проведення відповідних досліджень.

Дослідження крові відноситься до рутинних клінічних аналізів. Деякі біологічні маркери в крові визначають вже сьогодні, наприклад показники гострої фази, інші, можливо, в найближчому майбутньому увійдуть в стандартний перелік біохімічних тестів. Для кожного біологічного маркера необхідно уточнити, в якому компоненті крові його слід визначати - в плазмі або сироватці. Результати досліджень свідчать про те, що концентрація біологічних маркерів в плазмі крові значно відрізняється від такої в сироватці. Зазвичай біологічні маркери визначають в сироватці крові. За даними V. Rayan і співавторів (1998), концентрації біологічних маркерів в крові, взятої з вени поблизу ураженого суглоба і з більш віддаленій вени, різні. Ці дані свідчать про необхідність стандартизації забору крові для дослідження біологічних маркерів.

Поданим LJ Attencia і співавторів (1989), хрящ синовіальних суглобів дорослої людини складає всього 10% від загальної маси гиалинового хряща організму, включаючи міжхребетні диски. Таким чином, визначення біологічних маркерів в крові і сечі швидше відображає системний метаболізм, ніж місцеві зміни в ураженому остеоартрозом суглобі. Синовіальна рідина знаходиться найближче до патологічного вогнища при остеоартрозі і, ймовірно, найбільш точно відображає процеси, що відбуваються в ураженому суглобі. Концентрація біологічних маркерів в синовіальній рідини може бути значно вище, ніж в крові, а значить, її легше визначити. Прикладами можуть служити епітоп 846 аггрекана - в синовіальній рідині його в 40 разів більше, ніж в сироватці крові, хрящові олігомерні матриксні білки (Хомбу) - в 10 разів більше, ніж в сироватці крові. Продукти деградації в синовіальній рідині більш точно відображають катаболические процеси в суглобовому хрящі. Дренаж молекул із синовіальної рідини через місцеву лімфатичну систему може привести до зменшення їх розмірів і навіть до їх руйнування.

Незважаючи на інвазивність методики забору синовіальної рідини, пов'язаною з низкою можливих ускладнень, цінність визначення біологічних маркерів в ній очевидна. Для уникнення проблем з так званим сухим суглобом безпосередньо перед вилученням рідини в суглоб можна ввести 20 мл ізотонічного розчину NaCl. Негайно після ін'єкції ізотонічного розчину пацієнт повинен зробити 10 разів згинання-розгинання кінцівки в суглобі, за цим слід швидка аспірація розведеною синовіальної рідини. На думку EM-JA Thonar (2000), таке розведення синовии впливає на метаболізм в суглобовому хрящі. Однак результати дослідження FC Robion і співавторів (2001) свідчать про те, що повторний лаваж колінних суглобів коней не викликає істотних змін метаболізму хряща. Ці дані, безумовно, вимагають підтвердження. Отже, для кожного біологічного маркера на етапі преклинических досліджень у тварин необхідно визначати вплив лаважу суглоба на зміну його концентрації.

Наступним важливим моментом є визначення для кожного біологічного маркера часу напівжиття в синовіальній рідині і в крові. Без таких даних інтерпретація результатів аналізів буде утруднена. Зазвичай час напіввиведення біологічно активних речовин в крові менше, ніж в інших рідких середовищах, в зв'язку з ефективним кліренсом печінкою і нирками. Таким чином, для кожного біологічного маркера також необхідно визначати шлях елімінації. Так, N-пропептид колагену III типу виділяється печінкою шляхом рецептор ендоцитозу, а неглікозильовані фрагменти колагену виводяться головним чином смочойтакже, какостеокальцін. Наендотеліальних клітинах синусів печінкових часточок є рецептори до глікозаміногліканам, тому гіалуронова кислота і протеоглікани елімінуються печінкою. Час напіввиведення гіалуронової кислоти в крові становить 2-5 хв. Наявність синовіту може прискорювати кліренс біологічних маркерів з суглобів, хоча дослідження у кроликів не виявило істотних відмінностей кліренсу протеогліканів при наявності і відсутності синовіту. Таким чином, необхідно досліджувати вплив запалення на зміни концентрації біологічних маркерів в рідких середовищах організму.

Нирки селективно фільтрують біологічні маркери. Так, глікозаміноглікани, що несуть великий негативний заряд, можуть не проникати через базальну мембрану нирок, тоді як такі глікозаміноглікани, як хондроїтин-6-сульфат і хондроїтин-4-сульфат, визначаються в сечі.

Крім патології (зокрема, остеоартрозу) на концентрацію біологічних маркерів в рідких середовищах організму можуть впливати ряд факторів:

1. Циркадні ритми досліджені лише для невеликої кількості біологічних маркерів. Для маркерів кісткового метаболізму вони вивчені. Так, пік концентрації остеокальцину доводиться на нічні години, а поперечних зв'язків колагену на ранкові - на 8 год. При ревматоїдному артриті пік активності ІЛ-6 також доводиться на нічні години (близько 2 год), причому раніше, ніж у остеокальцину. Ці дані представляють певний інтерес щодо участі ІЛ-6 в запаленні і фізіології кісткової тканини. ФНО-а, навпаки, не має ціркаднихрітмов. Однак рецептори цього цитокіну можуть підкорятися їм.
2. Перистальтика. Гіалуронова кислота синтезується синовіальними клітинами (а також багатьма іншими клітинами) і є потенційним маркером синовіту при остеоартрозі та ревматоїдному артриті. Однак найбільш висока концентрація гіалуронату виявляється в лімфатичної системи кишечника. Тож не дивно, що концентрація циркулюючої гіалуроновоі кислоти може підвищуватися після їжі. Таким чином, забір крові для визначення біологічних маркерів слід проводити натще або через 3 години після їжі. А вплив перистальтики на рівень біологічних маркерів в крові вимагає вивчення.
3. Фізична активність вранці після сну призводить до підвищення концентрації гіалуроновоі кислоти в крові, ММП-3 і епітопи кератан-сульфату у здорових осіб. Фізичне навантаження може змінювати концентрацію деяких маркерів як у синовіальній рідині, так і в сироватці крові. Таке підвищення більш виражено у хворих на ревматоїдний артрит, більш того концентрація біологічних маркерів корелює з клінічним станом цих хворих.
4. Хвороби печінки і нирок. Цироз печінки викликає значне підвищення рівня гіалуроновоі кислоти в сироватці крові і, ймовірно, впливає на елімінацію протеогліканів. Відомо, що хвороби нирок впливають на концентрацію остеокальцину. Дана проблема також вимагає більш глибокого вивчення.
5. Вік і стать. У процесі росту організму підвищується активність клітин пластинки росту, що супроводжується підвищенням концентрації скелетних біологічних маркерів в сироватці крові. Прикладом може служити підвищення концентрації фрагментів аггрекана і колагену II типу в периферичної крові і сечі у зростаючих тварин. Таким чином, інтерпретація аналізів біологічних маркерів у дітей і підлітків із захворюваннями опорно-рухового апарату утруднена. Для багатьох біологічних маркерів виявлено підвищення концентрації при старінні. У чоловіків концентрація біологічних маркерів значно вища, ніж у жінок в хрящовій і кістковій тканинах. Крім того, у жінок в менопаузальний і постменопаузальний періоди можна очікувати змін концентрації біологічних маркерів метаболізму хрящової тканини подібно до того, що спостерігається в кістковій тканині.
6. Хірургічні операції також можуть впливати на рівень біологічних маркерів, більш того, цей ефект може тривати кілька тижнів.

Основою концепції біологічних маркерів остеоартрозу є припущення, що вони відображають певні сторони метаболічних процесів в тканинах суглобів. Однак взаємини між концентраціями біологічних маркерів в рідких середовищах організму і метаболізмом хрящової, синовіальній та інших тканин виявилися дуже складними.

Так, наприклад, концентрація маркерів деградації ВКМ суглобового хряща в синовіальній рідини може залежати не тільки від ступеня деградації самого матриксу, але і від інших факторів, таких, як ступінь елімінації фрагментів молекул з синовии, про що вже було сказано вище, а також від кількості хрящової тканини, що залишилася в суглобі.

Незважаючи на вищенаведені факти, концентрація біологічних маркерів в синовіальній рідини в загальному корелює з метаболізмом молекул ВКМ суглобового хряща. Так, наприклад, зміни концентрації фрагментів аггрекана, епітопи 846, Хомбу і С-пропептида колагену II в синовіальній рідині після травми суглоба і при розвитку остеоартрозу узгоджуються зі змінами інтенсивності метаболізму аггрекана, Хомбу і колагену II в експериментальних моделях остеоартрозу у тварин / і vivo і в суглобовому хрящі хворих на остеоартроз / і vitro.

Ідентифікація специфічних джерел молекулярних фрагментів - складний процес. Підвищення ступеня вивільнення фрагментів молекул може відбуватися як за рахунок загального посилення процесів деградації, які не компенсуються синтетичними процесами, так і за рахунок посилення деградації з одночасним підвищенням інтенсивності синтезу тих же молекул ВКМ; в останньому випадку концентрація молекул ВКМ не змінюється. Таким чином, необхідний пошук маркерів, специфічних для деградації і для синтезу. Прикладом перших можуть бути фрагменти аггрекана, а друге - С-пропептид колагену 11.

Навіть якщо біологічний маркер пов'язаний з певним аспектом метаболізму, необхідно враховувати специфічні особливості цього процесу. Наприклад, ідентифіковані фрагменти можуть утворюватися в результаті деградації синтезованої de novo молекули, яка ще не встигла вбудуватися в функціональний ВКМ, молекули, яка була тільки що вбудована в ВКМ і, нарешті, постійної молекули ВКМ, яка є важливою функціональною частиною зрілого матриксу. Проблемою також є визначення специфічної зони матриксу (перицелюлярний, територіальний і міжтериторіальний матрикс), яка послужила джерелом біологічних маркерів, виявленого в синовіальній рідині, крові або сечі. Дослідження in vitro свідчать про те, що інтенсивність метаболізму в окремих зонах ВКМ суглобового хряща може бути різною. Дослідження деяких епітопів, пов'язаних з сульфатами хондроитин сульфатів, можуть сприяти ідентифікації популяції синтезованих de novo молекул аггрекана.

Можна припустити, що поява в суглобової рідини фрагментів молекул, в нормі присутніх в ВКМ хряща, пов'язане з метаболізмом хрящового матриксу. Однак це не завжди так, оскільки залежить від ряду факторів, зокрема від того, наскільки концентрація даної молекули в суглобовому хрящі перевищує таку в інших тканинах суглоба і наскільки інтенсивність її метаболізму в хрящі перевищує таку в інших тканинах суглоба. Так, загальна маса аггрекана в суглобовому хрящі значно вища, ніж, наприклад в меніска колінного суглоба, при цьому загальна маса Хомбу в меніска практично не відрізняється від такої в суглобовому хрящі. І хондроцити, і сіновіціти виробляють стромелизин-1, проте загальна кількість клітин в синовіальній оболонці перевищує таке в хрящі, тому значна частина виявленого в синовіальній рідині стромелизина-1 швидше за все синовиального походження. Таким чином, ідентифікація специфічного джерела біологічних маркерів надзвичайно складна і часто неможлива.

При дослідженні біологічних маркерів в сироватці крові і сечі з'являється проблема визначення можливого його внесуставной джерела. Крім того, при моноартикулярное ураженні біологічними маркерами, що виділяються ураженим суглобом, можуть змішуватися з маркерами, які виділяються інтактними суглобами, в тому числі і контралатерального. До складу суглобового хряща входить менш ніж 10% загальної маси гиалинового хряща організму. Таким чином, визначення біологічних маркерів в крові і сечі може бути обгрунтованим швидше за полиартикулярное, або системних, хворобах (стосовно остеоартрозу - при генералізованому остеоартрозі).

Вимоги до біологічних маркерів залежать від того, з якою метою їх застосовують - як діагностичний, прогностичного або оціночного тесту. Наприклад, діагностичний тест визначає різницю між здоровими особами і пацієнтами з остеоартрозом, що виражається поняттям чутливості і специфічності тесту. Прогностичний тест виявляє в когорті осіб, у яких найбільш ймовірно швидке прогресування хвороби. І нарешті, оцінний тест базується на здатності маркера мониторировать зміни в часі у окремого пацієнта. Крім того, біологічні маркери можна застосовувати для визначення чутливості пацієнтів до того чи іншого препарату.

Спочатку припускали, що біологічні маркери можуть служити діагностичними тестами, які допоможуть відрізнити вражений остеоартрозом суглоб від інтактного, а також провести диференціальну діагностику з іншими хворобами суглобів. Так, визначення концентрації кератан сульфату в сироватці крові розглядали як діагностичний тест для генералізованого остеоартрозу. Проте подальші дослідження показали, що даний біологічний маркер може лише відображати деградацію протеогліканів хряща в деяких ситуаціях. Виявилося, що концентрації біологічних маркерів в сироватці крові залежать від віку і статі обстежуваного лиця.

Передбачувані біологічні маркери метаболізму тканин суглобів в синовіальній рідині і сироватці крові хворих на остеоартроз

Біологічний маркер	Процес	У синовіальній рідині (посилання)	У сироватці крові (посилання)
1. Хрін
Aggrekan
Фрагменти стрижневого білка	Деградація аггрекана	Lohmander LS. Et al., 1989; +1993	Thonar EJMA et al., 1985; Кампіон Г.В. Та ін., 1989; MehrabanF. Et al., 1991; Spector TD et al., 1992; Ломандер Л. С., Тонар Е. Дж. -Ма, 1994; PooleAR та ін., 1994) (Poole AR et al., 1994)
Епітопи стрижневого білка (специфічні неоепітопи зони відщеплення)	Деградація аггрекана	Sandy JD et al., 1992; LohmanderLS. Et al., 1993; LarkM.W. Et al., 1997
Епітопи кератан сульфатів	Деградація аггрекана	Кампіон Г.В. Та ін., 1989; Belcher С та ін., 1997
Епітопи хондроитин сульфатів (846, ЗВЗ, 7D4 і ДР.)	Синтез / деградація аггрекана	Poole AR et al., 1994; HazellP.K. Et al., 1995; Slater RR Jr. Et al., 1995; Plaas AHK et al., 1997; 1998; Lohmander LS. Et al., 1998
Співвідношення хондроитин-6-та хондроїтин-4-сульфатів	Синтез / деградація аггрекана	Shinme i.M. Et al .. 1993
Ангели плоті	Деградація малих протеогликанов	Бутерброди-PrehmP. Et al., 1992
Матриксні білки хряща
HOMP	Деградація ХОМП	Saxne Т, Heinegerd D., 1992; Lohmander L. Et al., 1994; Petersson IF et al., 1997	Sharif M. Et al., 1995
Колагени хряща
З-пропептид колагену II типу	Синтез колагену II	Шінмеїм. Etal., 1993; YoshiharaY. Et al., 1995; LohmanderLS. Etal., 1996
Фрагменти а-ланцюга колагену II типу	Деградація колагену II	Hollander AP et al., 1994; Billinghurst RC et al., 1997; AtleyLM. Et al., 1998
ММП і їх інгібітори	Синтез і секреція	З синовии або суглобового хряща?
II. Менуски
HOMP	Деградація ХОМП	З суглобового хряща, менісків або синовии?
Малі протеоглікани	Деградація малих протеогликанов
III. Синовіальная оболонка
Гіалуронова кислота	Синтез гіалуронової кислоти		Голдберг Р.Л. Та співавт., 1991; HedinP.-J. Et al., 1991; Sharif M. Et al., 1995
ММП і їх інгібітори
Стромелізин (ММП-3)	Синтез і секреція ММП-3	LohmanerLS. Et al., 1993	Цукерс et al., 1994; YoshiharaY. Etal., 1995
Інтерстиційна коллагеназа (ММП-1)	Синтез і секреція ММП-1	Clark IM et al., 1993; LohmanderLS. Et al., 1993	Manicourt DH et al., 1994
TIMP	Синтез і секреція ТІМП	Lohmander LS. Et al., 1993; Manicourt DH et al., 1994	Йошіхара Ю. Та ін., 1995
N-пропептид колагену III типу	Синтез / деградація колагену III	Sharif M. Et al., 1996	Sharif M. Et al., 1996

Ряд досліджень продемонстрували відмінності концентрацій фрагментів аггрекана, ХОМП і ММП та їх інгібіторів в суглобової рідини колінних суглобів здорових волонтерів, пацієнтів з ревматоїдним артритом, реактивним артрит або остеоартроз Незважаючи на те, що автори демонструють значні відмінності середніх концентрацій біологічних маркерів, інтерпретація даних утруднена, оскільки проведений порівняльний аналіз був профільним і ретроспективним. Прогностичні властивості цих тестів необхідно підтвердити в проспективних дослідженнях.

Біологічні маркери можна використовувати для оцінки тяжкості хвороби або стадийности патологічного процесу. Стосовно до остеоартрозу про тяжкість хвороби і її стадіях судять за результатами рентгенологічних досліджень, артроскопії, а також по вираженості больового синдрому, обмеження функції уражених суглобів і функціональної здатності пацієнта. L. Dahlberg і співавтори (1992) і Т. Saxne і D. Heinegard (1992) запропонували використовувати деякі молекулярні маркери метаболізму суглобового хряща для додаткової характеристики стадій остеоартрозу. Однак для впровадження таких біологічних маркерів в медичну практику необхідно подальше проведення досліджень в цьому напрямку.

Є повідомлення про можливе використання біологічних маркерів в якості прогностичних тестів. Наприклад, було показано, що концентрація гіалуронової кислоти (але не кератан сульфату) в сироватці крові у пацієнтів з остеоартрозом колінного суглоба на початку дослідження свідчить про прогресування гонартрозу протягом 5 років спостереження. У тій же популяції хворих продемонстровано, що підвищений вміст Хомбу в сироватці крові у хворих на гонартроз протягом першого року після початку дослідження асоціювалося з рентгенологічним прогресуванням протягом 5 років спостереження. Дослідження біологічних маркерів у хворих на ревматоїдний артрит показали, що концентрація в сироватці крові Хомбу, епітопи 846, хондроїтин сульфату асоційована з більш швидким прогресуванням хвороби. Ці результати, отримані в невеликих групах хворих, часто не демонструють силу зв'язку між рівнем біологічних маркерів і прогресуванням хвороби, тобто, необхідні подальші дослідження, проспективні і на великих когортах пацієнтів.

TD Spector і співавтори (1997) виявили невелике підвищення рівня СРБ в сироватці крові хворих з раннім остеоартроз і повідомили, що СРБ може служити предиктором прогресування остеоартрозу. В даному випадку підвищення рівня СРБ відображає процеси пошкодження тканин суглобів і може бути пов'язано з підвищенням рівня гіалуронової кислоти, також свідчить про прогресування хвороби. Не виключено, що синовіальна оболонка відповідальна за більшу частину гіалуронової кислоти, яка визначається в сироватці крові, що свідчить про наявність слабкого синовіту. Підвищення концентрації ММП стромелизина в сіновільной рідини і сироватці крові хворих на остеоартроз і після травми суглоба також може бути пов'язано зі слабким синовитом.

Нарешті, біологічні маркери можна використовувати в якості критеріїв ефективності в клінічних дослідженнях препаратів, а також для моніторування патогенетичного лікування. Однак існують дві взаємопов'язані проблеми: відсутність препаратів з доведеними властивостями «модифікувати структуру» або «модифікувати хвороба» багато в чому пов'язано з відсутністю надійних біологічних маркерів і навпаки, відсутність специфічних маркерів метаболізму тканин суглобів багато в чому обумовлено недоліком контрольованих досліджень препаратів названих груп.

[1], [2], [3], [4]