Laboratoriediagnos av osteoartrit

I de flesta fall uppvisar patienter med artros inga förändringar i blod- och urinprov, förutom i fall av synovit med signifikant effusion, då en ökning av ESR, hypergammaglobulinemi, en ökning av nivån av akutfasindikatorer - CRP, fibrinogen, etc. kan förekomma. Vid undersökning av synovialvätska upptäcks inga signifikanta skillnader från normala indikatorer.

Under senare år har det pågått ett intensivt sökande efter möjliga biologiska markörer (BM) för nedbrytning och reparation av ledvävnader (främst brosk och ben). BM bör återspegla dessa dynamiska förändringar, fungera som prediktorer för prognosen för artros och markörer för effektiviteten av patogenetisk behandling. Upptäckten av nya och mer djupgående studier av kända biologiska markörer kommer att möjliggöra en bättre förståelse av mekanismerna för artrospatogenes. Huvuduppgiften med att använda biologiska markörer för broskmetabolism är dock att bedöma läkemedels kondroprotektiva egenskaper och övervaka behandling med läkemedel som tillhör DMO AD-gruppen - "sjukdomsmodifierande".

Vid artros uppstår patologiska förändringar huvudsakligen i ledbrosket, såväl som i subkondralt ben, synovialmembran och andra mjukvävnader i leden. Eftersom vår förmåga att direkt undersöka dessa strukturer är begränsad, är de viktigaste källorna för att samla in biologiska markörer blod, urin och synovialvätska.

Urinprov är det mest föredragna, eftersom det inte involverar några invasiva procedurer. Enligt vår uppfattning är det ideala materialet för testning daglig urin. Analys av morgonurinen skulle vara mer lämpligt, men möjligheten att använda den baseras endast på det faktum att denna typ av analys används för att bestämma biologiska markörer för benmetabolism vid osteoporos: det är känt att biologiska markörer är föremål för dygnsrytmer, och den maximala koncentrationen av biologiska markörer för benmetabolism inträffar på natten. För närvarande finns det ingen information i litteraturen om dygnsrytmen för biologiska markörer i mjukvävnader och brosk, så det slutgiltiga beslutet om valet av ett adekvat urinprov kommer att fattas efter att lämpliga studier har genomförts.

Blodprover är rutinmässiga kliniska tester. Vissa biologiska markörer bestäms redan i blodet, såsom akutfasindex, medan andra kan komma att inkluderas i standardlistan över biokemiska tester inom en snar framtid. För varje biologisk markör är det nödvändigt att specificera i vilken komponent av blodet den ska bestämmas - plasma eller serum. Forskningsresultat tyder på att koncentrationen av biologiska markörer i blodplasma skiljer sig avsevärt från den i serum. Biologiska markörer bestäms vanligtvis i blodserum. Enligt V. Rayan et al. (1998) är koncentrationerna av biologiska markörer i blod taget från en ven nära den drabbade leden och från en mer avlägsen ven olika. Dessa data indikerar behovet av att standardisera blodprovstagning för att studera biologiska markörer.

Enligt LJ Attencia et al. (1989) utgör brosket i synoviallederna hos en vuxen endast 10 % av den totala massan av hyalint brosk i kroppen, inklusive mellankotsdiskarna. Således återspeglar bestämningen av biologiska markörer i blod och urin systemisk metabolism snarare än lokala förändringar i den led som drabbats av artros. Synovialvätskan ligger närmast det patologiska fokuset vid artros och återspeglar förmodligen mest exakt de processer som sker i den drabbade leden. Koncentrationen av biologiska markörer i synovialvätskan kan vara betydligt högre än i blodet, vilket innebär att den är lättare att bestämma. Exempel inkluderar epitop 846 av aggrecan - i synovialvätska är den 40 gånger mer än i blodserum, broskoligomera matrixproteiner (COMP) - 10 gånger mer än i blodserum. Nedbrytningsprodukter i synovialvätska återspeglar mer exakt kataboliska processer i ledbrosk. Dränering av molekyler från synovialvätskan genom det lokala lymfsystemet kan leda till en minskning av deras storlek och till och med till deras förstörelse.

Trots att tekniken för insamling av synovialvätska är invasiv, förknippad med ett antal möjliga komplikationer, är värdet av att bestämma biologiska markörer i den uppenbart. För att undvika problem med den så kallade torra leden kan 20 ml isoton NaCl-lösning injiceras i leden omedelbart före vätskeinsamling. Omedelbart efter injektionen av den isotoniska lösningen bör patienten böja och sträcka lemmen i leden 10 gånger, följt av snabb aspiration av den utspädda synovialvätskan. Enligt EM-JA Thonar (2000) påverkar sådan utspädning av synovialvätskan metabolismen i ledbrosket. Resultaten av studien av FC Robion et al. (2001) indikerar dock att upprepad sköljning av hästens kvävleder inte orsakar signifikanta förändringar i broskmetabolismen. Dessa data kräver definitivt bekräftelse. Därför måste effekten av ledsköljning på förändringar i dess koncentration för varje biologisk markör bestämmas i prekliniska djurstudier.

Nästa viktiga punkt är att bestämma halveringstiden i synovialvätska och blod för varje biologisk markör. Utan sådana data blir det svårt att tolka testresultaten. Vanligtvis är halveringstiden för biologiskt aktiva substanser i blod kortare än i andra flytande medier på grund av effektiv clearance via lever och njurar. Därför är det för varje biologisk markör också nödvändigt att bestämma elimineringsvägen. Således utsöndras N-propeptiden av typ III-kollagen av levern genom receptormedierad endocytos, och icke-glykosylerade kollagenfragment utsöndras huvudsakligen via urin, liksom osteocalcin. Det finns receptorer för glykosaminoglykaner på endotelcellerna i bihålorna i leverlobulerna, så hyaluronsyra och proteoglykaner elimineras av levern. Halveringstiden för hyaluronsyra i blodet är 2–5 minuter. Förekomsten av synovit kan accelerera clearance av biologiska markörer från leder, även om en studie på kaniner inte fann några signifikanta skillnader i proteoglykanclearance med eller utan synovit. Således behöver effekten av inflammation på förändringar i koncentrationen av biologiska markörer i kroppsvätskor undersökas.

Njurarna filtrerar selektivt biologiska markörer. Således kan glykosaminoglykaner, som har en hög negativ laddning, eventuellt inte penetrera njurens basalmembran, medan glykosaminoglykaner som kondroitin-6-sulfat och kondroitin-4-sulfat detekteras i urinen.

Förutom patologi (i synnerhet artros) kan ett antal faktorer påverka koncentrationen av biologiska markörer i kroppsvätskor:

1. Dygnsrytmer har endast studerats för ett litet antal biologiska markörer. De har studerats för markörer för benmetabolism. Således inträffar toppkoncentrationen av osteocalcin på natten, och den för kollagen-tvärbindningar på morgonen - klockan 8. Vid reumatoid artrit inträffar toppaktiviteten av IL-6 också på natten (cirka klockan 14), och tidigare än osteocalcins. Dessa data är av visst intresse i relation till IL-6:s deltagande i inflammation och fysiologi hos benvävnad. TNF-α har däremot ingen dygnsrytm. Receptorerna för detta cytokin kan dock lyda dem.
2. Peristaltik. Hyaluronsyra syntetiseras av synovialceller (liksom många andra celler) och är en potentiell markör för synovit vid artros och reumatoid artrit. Den högsta koncentrationen av hyaluronat finns dock i tarmens lymfsystem. Inte överraskande kan koncentrationen av cirkulerande hyaluronsyra öka efter att ha ätit. Därför bör blodprov för att bestämma biologiska markörer tas på fastande mage eller 3 timmar efter att ha ätit. Och effekten av peristaltik på nivån av biologiska markörer i blodet kräver studier.
3. Fysisk aktivitet på morgonen efter sömn leder till en ökning av koncentrationen av hyaluronsyra i blodet, MMP-3 och epitopen av keratansulfat hos friska individer. Fysisk aktivitet kan förändra koncentrationen av vissa markörer i både synovialvätska och blodserum. En sådan ökning är mer uttalad hos patienter med reumatoid artrit, dessutom korrelerar koncentrationen av biologiska markörer med dessa patienters kliniska tillstånd.
4. Lever- och njursjukdomar. Levercirros orsakar en signifikant ökning av serumnivåerna av hyaluronsyra och påverkar förmodligen proteoglykanelimineringen. Njursjukdomar är kända för att påverka osteokalcinkoncentrationerna. Denna fråga kräver också mer djupgående studier.
5. Ålder och kön. Under tillväxt ökar aktiviteten hos tillväxtplattans celler, vilket åtföljs av en ökning av koncentrationen av skelettbiologiska markörer i blodserumet. Ett exempel är ökningen av koncentrationen av aggrecanfragment och typ II-kollagen i perifert blod och urin hos växande djur. Således är tolkningen av biologiska marköranalyser hos barn och ungdomar med muskuloskeletala sjukdomar svår. För många biologiska markörer observerades en ökning av koncentrationen med åldrandet. Hos män överstiger koncentrationen av biologiska markörer betydligt den hos kvinnor i brosk och benvävnad. Dessutom kan man hos kvinnor i menopausala och postmenopausala perioder förvänta sig förändringar i koncentrationen av biologiska markörer för broskmetabolism, liknande vad som observeras i benvävnad.
6. Kirurgiska ingrepp kan också påverka nivåerna av biologiska markörer, och denna effekt kan vara i flera veckor.

Konceptet med biologiska markörer för artros bygger på antagandet att de återspeglar vissa aspekter av metaboliska processer i ledvävnader. Sambandet mellan koncentrationerna av biologiska markörer i kroppsvätskor och metabolismen av brosk, synovialvävnad och andra vävnader har dock visat sig vara mycket komplext.

Till exempel kan koncentrationen av markörer för nedbrytning av ledbrosk-ECM i synovialvätska bero inte bara på graden av nedbrytning av själva matrisen, utan även på andra faktorer, såsom graden av eliminering av molekylära fragment från synovium, vilket redan nämnts ovan, samt på mängden broskvävnad som finns kvar i leden.

Trots ovanstående fakta korrelerar koncentrationen av biologiska markörer i synovialvätska generellt med metabolismen av ECM-molekyler i ledbrosk. Till exempel är förändringar i koncentrationen av aggrecanfragment, epitop 846, COMB och C-propeptid av kollagen II i synovialvätska efter ledskada och under utveckling av artros förenliga med förändringar i intensiteten av aggrecan-, COMB- och kollagen II-metabolism i experimentella modeller av artros hos djur/och in vivo och i ledbrosk hos patienter med artros/och in vitro.

Identifiering av specifika källor till molekylfragment är en komplex process. Ökad frisättning av molekylfragment kan ske både på grund av en generell ökning av nedbrytningsprocesser som inte kompenseras av syntetiska processer, och på grund av ökad nedbrytning med en samtidig ökning av syntesintensiteten av samma ECM-molekyler; i det senare fallet förändras inte koncentrationen av ECM-molekyler. Därför är det nödvändigt att söka efter markörer specifika för nedbrytning och syntes. Ett exempel på det förra är fragment av aggrekan, och det senare är C-propeptiden av kollagen 11.

Även om en biologisk markör är associerad med en specifik aspekt av metabolismen är det nödvändigt att ta hänsyn till de specifika egenskaperna hos denna process. Till exempel kan de identifierade fragmenten bildas som ett resultat av nedbrytning av en de novo-syntetiserad molekyl som ännu inte har integrerats i det funktionella ECM, en molekyl som just har integrerats i ECM, och slutligen en permanent ECM-molekyl som är en viktig funktionell del av den mogna matrisen. Ett annat problem är definitionen av den specifika matriszonen (pericellulär, territoriell och interterritoriell matris) som fungerade som en källa till biologiska markörer som detekterats i synovialvätska, blod eller urin. In vitro-studier indikerar att metabolismens intensitet i enskilda zoner av ledbrosk-ECM kan vara olika. Studien av vissa epitoper associerade med kondroitinsulfatsulfatering kan bidra till att identifiera populationen av de novo-syntetiserade aggrekanmolekyler.

Det kan antas att förekomsten av fragment av molekyler som normalt finns i broskmembranet (ECM) i synovialvätskan är förknippad med metabolismen av broskmatrixen. Detta är dock inte alltid fallet, eftersom det beror på ett antal faktorer, särskilt hur mycket koncentrationen av en given molekyl i ledbrosket överstiger den i andra ledvävnader och hur mycket intensiteten av dess metabolism i brosket överstiger den i andra ledvävnader. Således överstiger den totala massan av aggrecan i ledbrosket avsevärt den i till exempel knäledens menisk, medan den totala massan av COMB i menisken praktiskt taget inte skiljer sig från den i ledbrosket. Både kondrocyter och synovocyter producerar stromelysin-1, men det totala antalet celler i synovialmembranet överstiger antalet i brosket, så en betydande del av stromelysin-1 som finns i synovialvätskan är troligtvis av synovialt ursprung. Således är identifiering av den specifika källan till biologiska markörer extremt svår och ofta omöjlig.

När man studerar biologiska markörer i blodserum och urin uppstår problemet med att fastställa dess möjliga extraartikulära källa. Dessutom, vid monoartikulär skada, kan biologiska markörer som utsöndras av den drabbade leden blandas med markörer som utsöndras av intakta leder, inklusive kontralaterala. Ledbrosk utgör mindre än 10 % av den totala massan av hyalint brosk i kroppen. Således kan bestämning av biologiska markörer i blod och urin snarare vara motiverad vid polyartikulära, eller systemiska, sjukdomar (i relation till artros - vid generaliserad artros).

Kraven för biologiska markörer beror på om de används som ett diagnostiskt, prognostiskt eller utvärderande test. Till exempel fastställer ett diagnostiskt test skillnader mellan friska individer och patienter med artros, vilket uttrycks i termer av testets sensitivitet och specificitet. Ett prognostiskt test identifierar individer i en kohort som har störst sannolikhet att snabbt utveckla sjukdomen. Slutligen baseras ett utvärderande test på markörens förmåga att övervaka förändringar över tid hos en enskild patient. Dessutom kan biologiska markörer användas för att bestämma patienters känslighet för ett visst läkemedel.

Ursprungligen antogs det att biologiska markörer kunde fungera som diagnostiska tester som skulle hjälpa till att skilja en led drabbad av artros från en intakt, samt utföra differentialdiagnostik med andra ledsjukdomar. Därför betraktades bestämning av koncentrationen av keratansulfat i blodserum som ett diagnostiskt test för generaliserad artros. Senare studier visade dock att denna biologiska markör endast kan återspegla nedbrytningen av broskproteoglykaner i vissa situationer. Det visade sig att koncentrationerna av biologiska markörer i blodserum beror på den undersökta personens ålder och kön.

Förmodade biologiska markörer för ledvävnadsmetabolism i synovialvätska och blodserum hos patienter med artros

Biologisk markör	Behandla	I synovialvätska (länkar)	I blodserum (länkar)
1. Brosk
Aggrecan
Kärnproteinfragment	Aggrecan-nedbrytning	Lohmander LS. et al., 1989; 1993	Thonar EJMA et al., 1985; Campion GV et al., 1989; MehrabanF. et al., 1991; Spector TD et al., 1992; Lohmander LS., Thonar EJ-MA, 1994; Poole AR et al., 1994) t (Poole AR et al., 1994)
Kärnproteinepitoper (klyvningszonspecifika neoepitoper)	Aggrecan-nedbrytning	Sandy JD et al., 1992; LohmanderLS. et al., 1993; LarkM.W. et al., 1997
Epitoper av keratona sulfater	Aggrecan-nedbrytning	Campion GV et al., 1989; Belcher C et al., 1997
Epitoper av kondroitinsulfater (846, ЗВЗ, 7D4 och DR.)	Aggrecansyntes/nedbrytning	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
Förhållandet mellan kondroitin-6 och kondroitin-4 sulfater	Aggrecansyntes/nedbrytning	Shinme iM. et al. 1993
Små proteoglykaner	Nedbrytning av små proteoglykaner	Witsch-Prehm P. et al., 1992
Matrixproteiner i brosk
HOMP	Nedbrytning av HOMP	Saxne T., Heinegerd D., 1992"; LohmanderLS. et al., 1994; Petersson IF et al., 1997	Sharif M. m.fl., 1995
Broskkollagener
C-propeptid av typ II-kollagen	Kollagen II-syntes	ShinmeiM. et al., 1993; YoshiharaY. et al., 1995; LohmanderLS. et al., 1996
Fragment av alfakedjan av typ II-kollagen	Nedbrytning av kollagen II	Hollander AP et al., 1994; Billinghurst RC et al., 1997; AtleyLM. et al., 1998
MMP och deras hämmare	Syntes och sekretion	Från synovium eller ledbrosk?
II. Menisker
HOMP	Nedbrytning av HOMP	Från ledbrosk, menisker eller synovium?
Små proteoglykaner	Nedbrytning av små proteoglykaner
III. Synovialmembran
Hyaluronsyra	Syntes av hyaluronsyra		Goldberg RL et al., 1991; Hedin P.-J. et al., 1991; Sharif M. et al., 1995
MMP och deras hämmare
Stromelysin (MMP-3)	MMP-3-syntes och sekretion	LohmanerLS et al., 1993	ZuckerS. et al., 1994; YoshiharaY. et al., 1995
Interstitiellt kollagenas (MMP-1)	MMP-1-syntes och sekretion	Clark IM et al., 1993; Lohmander LS. et al., 1993	Manicourt DH et al., 1994
TIMP	Syntes och utsöndring av TIMP	Lohmander LS. et al., 1993; Manicourt DH et al., 1994	Yoshihara Y. et al., 1995
N-propeptid av typ III-kollagen	Kollagen III-syntes/nedbrytning	Sharif M. m.fl., 1996	Sharif M. m.fl., 1996

Ett antal studier har visat skillnader i koncentrationerna av aggrecanfragment, HOMP och MMP samt deras hämmare i ledvätskan i knälederna hos friska frivilliga, patienter med reumatoid artrit, reaktiv artrit eller osteoartros. Trots att författarna uppvisar signifikanta skillnader i de genomsnittliga koncentrationerna av biologiska markörer är tolkningen av data svår, eftersom den jämförande analysen var profil- och retrospektiv. De prognostiska egenskaperna hos dessa tester behöver bekräftas i prospektiva studier.

Biologiska markörer kan användas för att bedöma sjukdomens svårighetsgrad eller stadiet av den patologiska processen. Vid artros bedöms sjukdomens svårighetsgrad och dess stadier utifrån resultaten av röntgenundersökningar, artroskopi, samt smärtsyndromets svårighetsgrad, begränsning av de drabbade ledernas funktion och patientens funktionella kapacitet. L. Dahlberg et al. (1992) och T. Saxne och D. Heinegard (1992) föreslog att man skulle använda några molekylära markörer för ledbroskmetabolism för ytterligare karakterisering av stadierna av artros. Ytterligare forskning i denna riktning är dock nödvändig för att introducera sådana biologiska markörer i medicinsk praxis.

Det finns rapporter om möjlig användning av biologiska markörer som prognostiska tester. Till exempel visades det att koncentrationen av hyaluronsyra (men inte keratansulfat) i serum hos patienter med knäartros i början av studien indikerar progression av gonartros under 5 års observation. I samma patientpopulation visades det att ett ökat innehåll av COMB i serum hos patienter med gonartros under det första året efter studiens början var associerat med radiografisk progression under 5 års observation. Studier av biologiska markörer hos patienter med reumatoid artrit har visat att koncentrationen av COMB, epitop 846, kondroitinsulfat i serum är associerad med snabbare sjukdomsprogression. Dessa resultat, erhållna i små patientgrupper, visar ofta inte styrkan i sambandet mellan nivån av biologiska markörer och sjukdomsprogression, dvs. ytterligare studier, prospektiva och på större patientkohorter, behövs.

TD Spector et al. (1997) fann en liten ökning av serum-CRP hos patienter med tidig artros och rapporterade att CRP kan vara en prediktor för artrosprogression. I detta fall återspeglar ökningen av CRP processerna för ledvävnadsskada och kan vara associerad med en ökning av hyaluronsyra, vilket också indikerar sjukdomsprogression. Det är möjligt att synovialmembranet är ansvarigt för det mesta av hyaluronsyran som bestäms i serumet, vilket indikerar förekomsten av mild synovit. Ökade koncentrationer av stromelysin MMP i synovialvätska och serum hos patienter med artros och efter ledskada kan också vara associerade med mild synovit.

Slutligen kan biologiska markörer användas som effektkriterier i kliniska läkemedelsprövningar, såväl som för att övervaka patogenetisk behandling. Det finns dock två sammanhängande problem: bristen på läkemedel med bevisade "strukturmodifierande" eller "sjukdomsmodifierande" egenskaper beror till stor del på bristen på tillförlitliga biologiska markörer, och vice versa beror bristen på specifika markörer för ledvävnadsmetabolism till stor del på bristen på kontrollerade studier av läkemedel i dessa grupper.

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