Лабораторна діагностика остеоартрозу

У більшості випадків у пацієнтів з остеоартритом не спостерігається змін в аналізах крові та сечі, за винятком випадків синовіту зі значним випотом, коли може спостерігатися збільшення ШОЕ, гіпергаммаглобулінемія, підвищення рівня показників гострої фази - СРБ, фібриногену тощо. При дослідженні синовіальної рідини суттєвих відмінностей від нормальних показників не виявляється.

В останні роки ведеться інтенсивний пошук можливих біологічних маркерів (БМ) деградації та репарації тканин суглобів (головним чином хряща та кістки). БМ повинні відображати ці динамічні зміни, служити предикторами прогнозу остеоартрозу та маркерами ефективності патогенетичного лікування. Відкриття нових та більш поглиблене вивчення відомих біологічних маркерів дозволить краще зрозуміти механізми патогенезу остеоартрозу. Однак основним завданням використання біологічних маркерів метаболізму хряща є оцінка хондропротекторних властивостей препаратів та моніторинг лікування препаратами, що належать до групи DMO AD – «модифікуючих захворювання».

При остеоартриті патологічні зміни відбуваються переважно в суглобовому хрящі, а також у субхондральній кістці, синовіальній оболонці та інших м’яких тканинах суглоба. Оскільки наші можливості безпосередньо досліджувати ці структури обмежені, найважливішими джерелами для збору біологічних маркерів є кров, сеча та синовіальна рідина.

Аналіз сечі є найбільш переважним, оскільки він не передбачає жодних інвазивних процедур. На нашу думку, ідеальним матеріалом для тестування є добова сеча. Аналіз ранкової порції сечі був би більш доцільним, але можливість його використання ґрунтується лише на тому, що цей вид аналізу використовується для визначення біологічних маркерів кісткового метаболізму при остеопорозі: відомо, що біологічні маркери підпорядковуються циркадним ритмам, а пікова концентрація біологічних маркерів кісткового метаболізму припадає на ніч. Наразі в літературі немає інформації про циркадні ритми біологічних маркерів м’яких тканин, хрящів, тому остаточне рішення щодо вибору адекватного аналізу сечі буде прийнято після проведення відповідних досліджень.

Аналізи крові є рутинними клінічними тестами. Деякі біологічні маркери вже визначаються в крові, такі як індекси гострої фази, тоді як інші можуть бути включені до стандартного переліку біохімічних тестів найближчим часом. Для кожного біологічного маркера необхідно вказати, в якому компоненті крові його слід визначати - плазмі чи сироватці. Результати досліджень свідчать про те, що концентрація біологічних маркерів у плазмі крові суттєво відрізняється від такої в сироватці. Біологічні маркери зазвичай визначають у сироватці крові. За даними В. Раяна та ін. (1998), концентрації біологічних маркерів у крові, взятій з вени поблизу ураженого суглоба, та з більш віддаленої вени, різні. Ці дані свідчать про необхідність стандартизації забору крові для вивчення біологічних маркерів.

За даними LJ Attencia et al. (1989), хрящ синовіальних суглобів дорослої людини становить лише 10% від загальної маси гіалінового хряща в організмі, включаючи міжхребцеві диски. Таким чином, визначення біологічних маркерів у крові та сечі відображає системний метаболізм, а не локальні зміни в суглобі, ураженому остеоартрозом. Синовіальна рідина знаходиться найближче до патологічного вогнища при остеоартрозі та, ймовірно, найточніше відображає процеси, що відбуваються в ураженому суглобі. Концентрація біологічних маркерів у синовіальній рідині може бути значно вищою, ніж у крові, а це означає, що її легше визначити. Прикладами є епітоп 846 агрекану - у синовіальній рідині його в 40 разів більше, ніж у сироватці крові, білки хрящового олігомерного матриксу (COMP) - у 10 разів більше, ніж у сироватці крові. Продукти деградації в синовіальній рідині точніше відображають катаболічні процеси в суглобовому хрящі. Дренаж молекул із синовіальної рідини через місцеву лімфатичну систему може призвести до зменшення їх розміру і навіть до їх руйнування.

Незважаючи на інвазивність методики збору синовіальної рідини, пов'язану з низкою можливих ускладнень, цінність визначення біологічних маркерів у ній очевидна. Щоб уникнути проблем із так званим «сухим суглобом», безпосередньо перед збором рідини в суглоб можна ввести 20 мл ізотонічного розчину NaCl. Відразу після введення ізотонічного розчину пацієнт повинен 10 разів зігнути та розгнути кінцівку в суглобі, після чого провести швидку аспірацію розведеної синовіальної рідини. За даними EM-JA Thonar (2000), таке розведення синовіальної рідини впливає на метаболізм у суглобовому хрящі. Однак результати дослідження FC Robion et al. (2001) свідчать про те, що повторне промивання колінних суглобів коней не викликає суттєвих змін у метаболізмі хряща. Ці дані, безумовно, потребують підтвердження. Тому для кожного біологічного маркера вплив промивання суглоба на зміни його концентрації необхідно визначати на етапі доклінічних досліджень на тваринах.

Наступним важливим моментом є визначення часу напіввиведення в синовіальній рідині та крові для кожного біологічного маркера. Без таких даних інтерпретація результатів тестування буде складною. Зазвичай період напіввиведення біологічно активних речовин у крові коротший, ніж в інших рідких середовищах, через ефективне виведення печінкою та нирками. Таким чином, для кожного біологічного маркера також необхідно визначити шлях виведення. Так, N-пропептид колагену III типу виводиться печінкою шляхом рецептор-опосередкованого ендоцитозу, а неглікозильовані фрагменти колагену виводяться переважно з сечею, як і остеокальцин. На ендотеліальних клітинах синусів часточок печінки є рецептори для глікозаміногліканів, тому гіалуронова кислота та протеоглікани виводяться печінкою. Період напіввиведення гіалуронової кислоти в крові становить 2-5 хвилин. Наявність синовіту може прискорити виведення біологічних маркерів із суглобів, хоча дослідження на кроликах не виявило суттєвих відмінностей у кліренсі протеогліканів із синовітом або без нього. Таким чином, необхідно дослідити вплив запалення на зміни концентрації біологічних маркерів у рідинах організму.

Нирки вибірково фільтрують біологічні маркери. Таким чином, глікозаміноглікани, які несуть великий негативний заряд, можуть не проникати через базальну мембрану нирок, тоді як глікозаміноглікани, такі як хондроїтин-6-сульфат та хондроїтин-4-сульфат, виявляються в сечі.

Окрім патології (зокрема, остеоартриту), на концентрацію біологічних маркерів у рідинах організму може впливати низка факторів:

1. Циркадні ритми вивчалися лише для невеликої кількості біологічних маркерів. Вони вивчалися для маркерів кісткового метаболізму. Так, пік концентрації остеокальцину припадає на ніч, а колагенових зшивок вранці – на 8 годину. При ревматоїдному артриті пік активності IL-6 також припадає на ніч (близько 2 години), і раніше, ніж у остеокальцину. Ці дані становлять певний інтерес щодо участі IL-6 у запаленні та фізіології кісткової тканини. TNF-α, навпаки, не має циркадних ритмів. Однак рецептори цього цитокіну можуть їм підкорятися.
2. Перистальтика. Гіалуронова кислота синтезується синовіальними клітинами (а також багатьма іншими клітинами) і є потенційним маркером синовіту при остеоартриті та ревматоїдному артриті. Однак найвища концентрація гіалуронату виявляється в кишковій лімфатичній системі. Не дивно, що концентрація циркулюючої гіалуронової кислоти може зростати після їжі. Тому забір крові для визначення біологічних маркерів слід проводити натщесерце або через 3 години після їжі. А вплив перистальтики на рівень біологічних маркерів у крові потребує вивчення.
3. Фізична активність вранці після сну призводить до підвищення концентрації гіалуронової кислоти в крові, MMP-3 та епітопу кератансульфату у здорових осіб. Фізична активність може змінювати концентрацію деяких маркерів як у синовіальній рідині, так і в сироватці крові. Таке підвищення більш виражене у пацієнтів з ревматоїдним артритом, причому концентрація біологічних маркерів корелює з клінічним станом цих пацієнтів.
4. Захворювання печінки та нирок. Цироз печінки спричиняє значне підвищення рівня гіалуронової кислоти в сироватці крові та, ймовірно, впливає на виведення протеогліканів. Відомо, що захворювання нирок впливають на концентрацію остеокальцину. Це питання також потребує більш глибокого вивчення.
5. Вік та стать. Під час росту активність клітин ростових пластинок зростає, що супроводжується збільшенням концентрації скелетних біологічних маркерів у сироватці крові. Прикладом є збільшення концентрації фрагментів агреканів та колагену II типу в периферичній крові та сечі тварин, що ростуть. Таким чином, інтерпретація аналізів біологічних маркерів у дітей та підлітків із захворюваннями опорно-рухового апарату є складною. Для багатьох біологічних маркерів було виявлено збільшення концентрації зі старінням. У чоловіків концентрація біологічних маркерів значно перевищує таку у жінок у хрящовій та кістковій тканині. Крім того, у жінок у менопаузальному та постменопаузальному періодах можна очікувати змін концентрації біологічних маркерів метаболізму хряща, подібних до тих, що спостерігаються в кістковій тканині.
6. Хірургічні процедури також можуть впливати на рівень біологічних маркерів, і цей ефект може тривати кілька тижнів.

Концепція біологічних маркерів остеоартрозу ґрунтується на припущенні, що вони відображають певні аспекти метаболічних процесів у тканинах суглобів. Однак, зв'язок між концентраціями біологічних маркерів у рідинах організму та метаболізмом хрящової, синовіальної та інших тканин виявився дуже складним.

Наприклад, концентрація маркерів деградації позаклітинного матриксу суглобового хряща в синовіальній рідині може залежати не лише від ступеня деградації самого матриксу, але й від інших факторів, таких як ступінь елімінації молекулярних фрагментів із синовіальної оболонки, про що вже згадувалося вище, а також від кількості хрящової тканини, що залишилася в суглобі.

Незважаючи на вищезазначені факти, концентрація біологічних маркерів у синовіальній рідині загалом корелює з метаболізмом молекул позаклітинного матриксу суглобового хряща. Наприклад, зміни концентрації фрагментів агрекану, епітопу 846, COMB та C-пропептиду колагену II у синовіальній рідині після травми суглоба та під час розвитку остеоартрозу узгоджуються зі змінами інтенсивності метаболізму агрекану, COMB та колагену II в експериментальних моделях остеоартрозу у тварин/та in vivo та в суглобовому хрящі пацієнтів з остеоартрозом/та in vitro.

Ідентифікація специфічних джерел молекулярних фрагментів – це складний процес. Підвищене вивільнення молекулярних фрагментів може відбуватися як через загальне збільшення процесів деградації, що не компенсуються синтетичними процесами, так і через посилення деградації з одночасним збільшенням інтенсивності синтезу тих самих молекул ECM; в останньому випадку концентрація молекул ECM не змінюється. Таким чином, необхідно шукати маркери, специфічні для деградації та синтезу. Прикладом перших є фрагменти агрекану, а других – C-пропептид колагену 11.

Навіть якщо біологічний маркер пов'язаний зі специфічним аспектом метаболізму, необхідно враховувати специфічні особливості цього процесу. Наприклад, ідентифіковані фрагменти можуть утворюватися в результаті деградації de novo синтезованої молекули, яка ще не інтегрувалася у функціональний позаклітинний матрикс (ECM), молекули, яка щойно інтегрувалася в ECM, і, нарешті, постійної молекули ECM, яка є важливою функціональною частиною зрілого матриксу. Іншою проблемою є визначення специфічної зони матриксу (перицелюлярного, територіального та міжтериторіального матриксу), яка служила джерелом біологічних маркерів, виявлених у синовіальній рідині, крові або сечі. Дослідження in vitro показують, що інтенсивність метаболізму в окремих зонах ECM суглобового хряща може бути різною. Вивчення певних епітопів, пов'язаних із сульфатуванням хондроїтинсульфату, може допомогти ідентифікувати популяцію de novo синтезованих молекул агреканів.

Можна припустити, що поява фрагментів молекул, які зазвичай присутні в позаклітинному матеріалі хряща (ECM), у синовіальній рідині пов'язана з метаболізмом хрящового матриксу. Однак це не завжди так, оскільки це залежить від низки факторів, зокрема від того, наскільки концентрація даної молекули в суглобовому хрящі перевищує таку в інших тканинах суглоба та наскільки інтенсивність її метаболізму в хрящі перевищує таку в інших тканинах суглоба. Так, загальна маса агрекану в суглобовому хрящі значно перевищує таку, наприклад, у меніску колінного суглоба, тоді як загальна маса COMB у меніску практично не відрізняється від такої в суглобовому хрящі. Як хондроцити, так і синовоцити виробляють стромелізин-1, але загальна кількість клітин у синовіальній оболонці перевищує таку в хрящі, тому значна частина стромелізину-1, що знаходиться в синовіальній рідині, найімовірніше, має синовіальне походження. Таким чином, ідентифікація специфічного джерела біологічних маркерів надзвичайно складна і часто неможлива.

Під час вивчення біологічних маркерів у сироватці крові та сечі виникає проблема визначення їх можливого позасуглобового джерела. Крім того, у разі моноартикулярного пошкодження біологічні маркери, що секретуються ураженим суглобом, можуть змішуватися з маркерами, що секретуються неушкодженими суглобами, включаючи контралатеральні. Суглобовий хрящ становить менше 10% від загальної маси гіалінового хряща в організмі. Таким чином, визначення біологічних маркерів у крові та сечі може бути виправданим радше при поліартикулярних, або системних, захворюваннях (стосовно остеоартрозу - при генералізованому остеоартрозі).

Вимоги до біологічних маркерів залежать від того, чи використовуються вони як діагностичний, прогностичний чи оціночний тест. Наприклад, діагностичний тест визначає відмінності між здоровими особами та пацієнтами з остеоартритом, що виражається в чутливості та специфічності тесту. Прогностичний тест визначає осіб у когорті, які з найбільшою ймовірністю швидко прогресуватимуть захворювання. Нарешті, оціночний тест базується на здатності маркера відстежувати зміни з часом у окремого пацієнта. Крім того, біологічні маркери можна використовувати для визначення чутливості пацієнтів до певного препарату.

Спочатку передбачалося, що біологічні маркери можуть служити діагностичними тестами, які допоможуть відрізнити суглоб, уражений остеоартрозом, від інтактного, а також провести диференціальну діагностику з іншими захворюваннями суглобів. Таким чином, визначення концентрації кератансульфату в сироватці крові розглядалося як діагностичний тест на генералізований остеоартроз. Однак подальші дослідження показали, що цей біологічний маркер може лише в деяких ситуаціях відображати деградацію хрящових протеогліканів. Виявилося, що концентрації біологічних маркерів у сироватці крові залежать від віку та статі обстежуваної особи.

Ймовірні біологічні маркери метаболізму суглобової тканини в синовіальній рідині та сироватці крові пацієнтів з остеоартритом

Біологічний маркер	Процес	У синовіальній рідині (посилання)	У сироватці крові (посилання)
1. Хрящ
Агрекан
Фрагменти основного білка	Деградація агрекану	Ломандер Л.С. та ін., 1989; 1993	Thonar EJMA та ін., 1985; Кампіон Г. В. та ін., 1989; МехрабанФ. та ін., 1991; Спектор Т. Д. та ін., 1992; Lohmander LS., Thonar EJ-MA, 1994; Poole AR та ін., 1994) t (Poole AR та ін., 1994)
Епітопи основних білків (специфічні для зони розщеплення неоепітопи)	Деградація агрекану	Sandy JD та ін., 1992; ЛомандерЛ.С. та ін., 1993; ЛаркМ.В. та ін., 1997
Епітопи кератонічних сульфатів	Деградація агрекану	Кемпіон Г.В. та ін., 1989; Белчер К. та ін., 1997
Епітопи хондроїтинсульфатів (846, ЗВЗ, 7D4 та DR.)	Синтез/деградація агреканів	Poole AR та ін., 1994; ХазеллП.К. та ін., 1995; Slater RR Jr. et al., 1995; Plaas AHK та ін., 1997; 1998 рік; Ломандер Л.С. та ін., 1998
Співвідношення хондроїтин-6 та хондроїтин-4 сульфатів	Синтез/деградація агреканів	Шінме і. М. та ін., 1993
Малі протеоглікани	Деградація малих протеогліканів	Вітч-ПремП. та ін., 1992
Матриксні білки хряща
ХОМП	Деградація HOMP	Saxne T., Heinegerd D., 1992"; LohmanderLS. et al., 1994; Petersson IF et al., 1997	Шаріф М. та ін., 1995
Хрящові колагени
С-пропептид колагену II типу	Синтез колагену II	ШінмейМ. та ін., 1993; YoshiharaY. та ін., 1995; ЛомандерЛ.С. та ін., 1996
Фрагменти альфа-ланцюга колагену II типу	Деградація колагену II	Холландер А. П. та ін., 1994; Billinghurst RC та ін., 1997; АтлейЛ.М. та ін., 1998
ММП та їх інгібітори	Синтез і секреція	З синовіальної оболонки чи суглобового хряща?
II. Меніски
ХОМП	Деградація HOMP	З суглобового хряща, меніска чи синовіальної оболонки?
Малі протеоглікани	Деградація малих протеогліканів
III. Синовіальна оболонка
Гіалуронова кислота	Синтез гіалуронової кислоти		Голдберг Р.Л. та ін., 1991; Хедін П.-Дж. та ін., 1991; Шаріф М. та ін., 1995
ММП та їх інгібітори
Стромелізин (MMP-3)	Синтез і секреція ММП-3	ЛоманерЛС та ін., 1993	ЦукерС. та ін., 1994; YoshiharaY. та ін., 1995
Інтерстиціальна колагеназа (MMP-1)	Синтез і секреція MMP-1	Кларк І.М. та ін., 1993; Ломандер Л.С. та ін., 1993	Манікур Д. Г. та ін., 1994
ТІМП	Синтез та секреція TIMP	Ломандер Л.С. та ін., 1993; Manicourt DH та ін., 1994	Yoshihara Y. та ін., 1995
N-пропептид колагену III типу	Синтез/деградація колагену III	Шаріф М. та ін., 1996	Шаріф М. та ін., 1996

У низці досліджень було продемонстровано відмінності в концентраціях фрагментів агреканів, HOMP та MMP та їх інгібіторів у суглобовій рідині колінних суглобів здорових добровольців, пацієнтів з ревматоїдним артритом, реактивним артритом або остеоартрозом. Незважаючи на те, що автори демонструють значні відмінності в середніх концентраціях біологічних маркерів, інтерпретація даних є складною, оскільки порівняльний аналіз був профільним та ретроспективним. Прогностичні властивості цих тестів потребують підтвердження в проспективних дослідженнях.

Біологічні маркери можуть бути використані для оцінки тяжкості захворювання або стадії патологічного процесу. У випадку остеоартрозу тяжкість захворювання та його стадії оцінюються за результатами рентгенологічних досліджень, артроскопії, а також за вираженістю больового синдрому, обмеженням функції уражених суглобів та функціональною здатністю пацієнта. Л. Дальберг та ін. (1992) та Т. Саксне та Д. Хайнегард (1992) запропонували використовувати деякі молекулярні маркери метаболізму суглобового хряща для додаткової характеристики стадій остеоартрозу. Однак для впровадження таких біологічних маркерів у медичну практику необхідні подальші дослідження в цьому напрямку.

Є повідомлення про можливе використання біологічних маркерів як прогностичних тестів. Наприклад, було показано, що концентрація гіалуронової кислоти (але не кератансульфату) у сироватці крові пацієнтів з остеоартрозом колінного суглоба на початку дослідження вказує на прогресування гонартрозу протягом 5 років спостереження. У тій самій популяції пацієнтів було показано, що підвищений вміст COMB у сироватці крові пацієнтів з гонартрозом протягом першого року після початку дослідження був пов'язаний з рентгенографічною прогресією протягом 5 років спостереження. Дослідження біологічних маркерів у пацієнтів з ревматоїдним артритом показали, що концентрація COMB, епітопу 846, хондроїтинсульфату в сироватці крові пов'язана з більш швидким прогресуванням захворювання. Ці результати, отримані в невеликих групах пацієнтів, часто не демонструють силу зв'язку між рівнем біологічних маркерів та прогресуванням захворювання, тобто необхідні подальші дослідження, проспективні та на більших когортах пацієнтів.

Т.Д. Спектор та ін. (1997) виявили незначне підвищення рівня СРБ у сироватці крові у пацієнтів з раннім остеоартритом і повідомили, що СРБ може бути предиктором прогресування остеоартриту. У цьому випадку підвищення СРБ відображає процеси пошкодження тканин суглобів і може бути пов'язане зі збільшенням рівня гіалуронової кислоти, що також вказує на прогресування захворювання. Можливо, що синовіальна оболонка відповідає за більшу частину гіалуронової кислоти, що визначається в сироватці крові, що вказує на наявність легкого синовіту. Підвищені концентрації стромелізину ММП у синовіальній рідині та сироватці крові пацієнтів з остеоартритом та після травми суглоба також можуть бути пов'язані з легким синовітом.

Зрештою, біологічні маркери можуть бути використані як критерії ефективності в клінічних випробуваннях ліків, а також для моніторингу патогенетичного лікування. Однак існують дві взаємопов'язані проблеми: відсутність препаратів з доведеними «структуромодифікаційними» або «хворобомодифікаційними» властивостями значною мірою зумовлена відсутністю надійних біологічних маркерів, і навпаки, відсутність специфічних маркерів метаболізму тканин суглобів значною мірою зумовлена відсутністю контрольованих досліджень препаратів цих груп.

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