Az osteoarthritis laboratóriumi diagnózisa

A legtöbb esetben az osteoarthritisben szenvedő betegeknél nem tapasztalnak változásokat a vér- és vizeletvizsgálatokban, kivéve a jelentős folyadékgyülemű synovitis eseteit, amikor az ESR, a hipergammaglobulinémia, az akut fázisú indikátorok - CRP,fibrinogén stb. - szintjének emelkedése léphet fel. Az ízületi folyadék vizsgálatakor nem mutatkozik szignifikáns eltérés a normál indikátoroktól.

Az utóbbi években intenzív kutatás folyik az ízületi szövetek (főként a porc és a csont) lebomlásának és regenerálódásának lehetséges biológiai markerei (BM) után. A BM-nek tükröznie kell ezeket a dinamikus változásokat, előrejelzőjeként kell szolgálnia az oszteoartrózis prognózisának, és a patogenetikai kezelés hatékonyságának markereként. Az ismert biológiai markerek új és mélyrehatóbb vizsgálata lehetővé teszi az oszteoartrózis patogenezisének mechanizmusainak jobb megértését. A porcanyagcsere biológiai markereinek alkalmazásának fő feladata azonban a gyógyszerek porcvédő tulajdonságainak felmérése és a DMO AD csoportba tartozó - "betegségmódosító" - gyógyszerekkel végzett kezelés monitorozása.

Osteoartritisz esetén a kóros elváltozások főként az ízületi porcban, valamint a porc alatti csontban, az ízületi membránban és az ízület egyéb lágy szöveteiben jelentkeznek. Mivel ezen struktúrák közvetlen vizsgálatára korlátozott a lehetőségünk, a biológiai markerek gyűjtésének legfontosabb forrásai a vér, a vizelet és az ízületi folyadék.

A vizeletvizsgálat a legelőnyösebb, mivel nem jár semmilyen invazív beavatkozással. Véleményünk szerint a vizsgálathoz ideális anyag a napi vizelet. A reggeli vizeletadag elemzése megfelelőbb lenne, de az alkalmazásának lehetősége kizárólag azon a tényen alapul, hogy ezt a fajta elemzést a csontanyagcsere biológiai markereinek meghatározására használják csontritkulás esetén: ismert, hogy a biológiai markerek cirkadián ritmusnak vannak kitéve, és a csontanyagcsere biológiai markereinek csúcskoncentrációja éjszaka jelentkezik. Jelenleg a szakirodalomban nincsenek információk a lágy szövetek és a porc biológiai markereinek cirkadián ritmusáról, így a megfelelő vizeletvizsgálat kiválasztásáról a végső döntést a megfelelő vizsgálatok elvégzése után hozzák meg.

A vérvizsgálatok rutin klinikai vizsgálatok. Néhány biológiai markert már meghatároznak a vérben, például az akut fázis indexeket, míg mások a közeljövőben felkerülhetnek a biokémiai vizsgálatok standard listájára. Minden biológiai marker esetében meg kell határozni, hogy a vér melyik komponensében kell meghatározni - plazmában vagy szérumban. A kutatási eredmények azt mutatják, hogy a biológiai markerek koncentrációja a vérplazmában jelentősen eltér a szérumban lévőktől. A biológiai markereket általában a vérszérumban határozzák meg. V. Rayan és munkatársai (1998) szerint a biológiai markerek koncentrációja az érintett ízület közeli vénából és a távolabbi vénából vett vérben eltérő. Ezek az adatok arra utalnak, hogy szabványosítani kell a biológiai markerek vizsgálatához szükséges vérvételt.

LJ Attencia és munkatársai (1989) szerint egy felnőtt ember szinoviális ízületeinek porca a testben található hialinporc teljes tömegének mindössze 10%-át teszi ki, beleértve a csigolyaközi porckorongokat is. Így a vérben és a vizeletben található biológiai markerek meghatározása inkább a szisztémás anyagcserét tükrözi, mint az oszteoartrózis által érintett ízület lokális változásait. Az ízületi folyadék van legközelebb az oszteoartrózis kóros gócához, és valószínűleg a legpontosabban tükrözi az érintett ízületben lejátszódó folyamatokat. A biológiai markerek koncentrációja az ízületi folyadékban jelentősen magasabb lehet, mint a vérben, ami azt jelenti, hogy könnyebb meghatározni. Ilyen például az aggrekán 846-os epitópja - az ízületi folyadékban 40-szer annyi, mint a vérszérumban, a porc oligomer mátrixfehérjéi (COMP) - 10-szer annyi, mint a vérszérumban. Az ízületi folyadékban található bomlástermékek pontosabban tükrözik az ízületi porcban zajló katabolikus folyamatokat. A molekulák elvezetése az ízületi folyadékból a helyi nyirokrendszeren keresztül méretük csökkenéséhez, sőt pusztulásukhoz vezethet.

Az ízületi folyadékgyűjtési technika invazív jellege és számos lehetséges szövődménye ellenére a biológiai markerek meghatározásának értéke nyilvánvaló. Az úgynevezett száraz ízülettel kapcsolatos problémák elkerülése érdekében közvetlenül a folyadékgyűjtés előtt 20 ml izotóniás NaCl-oldatot lehet az ízületbe injektálni. Az izotóniás oldat beadása után azonnal a betegnek 10-szer be kell hajlítania és ki kell nyújtania a végtagját az ízületben, majd a hígított ízületi folyadékot gyorsan ki kell szívnia. Az EM-JA Thonar (2000) szerint az ízületi hártya ilyen hígítása befolyásolja az ízületi porc anyagcseréjét. FC Robion és munkatársai (2001) tanulmányának eredményei azonban azt mutatják, hogy a ló térdízületeinek ismételt átmosása nem okoz jelentős változást a porc anyagcseréjében. Ezeket az adatokat mindenképpen meg kell erősíteni. Ezért minden biológiai marker esetében meg kell határozni az ízületi átmosás hatását a koncentrációjának változására az állatokon végzett preklinikai vizsgálatok szakaszában.

A következő fontos pont az egyes biológiai markerek felezési idejének meghatározása az ízületi folyadékban és a vérben. Ilyen adatok nélkül a teszteredmények értelmezése nehézkes lesz. Általában a biológiailag aktív anyagok felezési ideje a vérben rövidebb, mint más folyékony közegekben, a máj és a vesék hatékony kiürülése miatt. Ezért minden biológiai marker esetében meg kell határozni az eliminációs utat is. Így a III. típusú kollagén N-propeptidjét a máj választja ki receptor-közvetített endocitózissal, a nem glikozilált kollagénfragmensek pedig főként a vizelettel ürülnek, akárcsak az oszteokalcin. A májlebenykék sinusainak endotélsejtjein glikozaminoglikán-receptorok találhatók, így a hialuronsav és a proteoglikánok a májon keresztül eliminálódnak. A hialuronsav felezési ideje a vérben 2-5 perc. A szinovitisz jelenléte felgyorsíthatja a biológiai markerek kiürülését az ízületekből, bár egy nyulakon végzett vizsgálat nem talált szignifikáns különbséget a proteoglikánok clearance-ében szinovitisz jelenlétével vagy anélkül. Ezért meg kell vizsgálni a gyulladás hatását a biológiai markerek koncentrációjának változására a testnedvekben.

A vesék szelektíven szűrik a biológiai markereket. Így a nagy negatív töltésű glikozaminoglikánok nem feltétlenül hatolnak be a vese alaphártyájába, míg a glikozaminoglikánok, mint például a kondroitin-6-szulfát és a kondroitin-4-szulfát, kimutathatók a vizeletben.

A patológia (különösen az osteoarthritis) mellett számos tényező befolyásolhatja a biológiai markerek koncentrációját a testfolyadékokban:

1. A cirkadián ritmusokat eddig csak kis számú biológiai marker esetében vizsgálták. Ezeket csontanyagcsere-markerek esetében vizsgálták. Így az oszteokalcin csúcskoncentrációja éjszaka, a kollagén-keresztkötéseké pedig reggel - 8 órakor - jelentkezik. Rheumatoid arthritisben az IL-6 csúcsaktivitása szintén éjszaka (kb. 2 órakor) jelentkezik, és korábban, mint az oszteokalciné. Ezek az adatok érdekesek az IL-6 gyulladásban és a csontszövet fiziológiájában való részvételével kapcsolatban. A TNF-α-nak ezzel szemben nincs cirkadián ritmusa. Ennek a citokinnek a receptorai azonban engedelmeskedhetnek nekik.
2. Perisztaltika. A hialuronsavat az ízületi sejtek (valamint számos más sejt) szintetizálják, és az ízületi gyulladás potenciális markere osteoarthritisben és reumatoid artritiszben. A hialuronát legmagasabb koncentrációja azonban a bél nyirokrendszerében található. Nem meglepő, hogy a keringő hialuronsav koncentrációja étkezés után megemelkedhet. Ezért a biológiai markerek meghatározására szolgáló vérvételt éhgyomorra vagy étkezés után 3 órával kell elvégezni. A perisztaltika vérben lévő biológiai markerek szintjére gyakorolt hatását további vizsgálatoknak kell alávetni.
3. A reggeli alvás utáni fizikai aktivitás egészséges egyéneknél a hialuronsav, az MMP-3 és a keratán-szulfát epitópjának koncentrációjának növekedéséhez vezet a vérben. A fizikai aktivitás megváltoztathatja egyes markerek koncentrációját mind az ízületi folyadékban, mind a vérszérumban. Ez a növekedés kifejezettebb a reumatoid artritiszben szenvedő betegeknél, ráadásul a biológiai markerek koncentrációja korrelál ezen betegek klinikai állapotával.
4. Máj- és vesebetegségek. A májcirrózis jelentősen megemeli a szérum hialuronsavszintjét, és valószínűleg befolyásolja a proteoglikánok eliminációját. A vesebetegségekről ismert, hogy befolyásolják az oszteokalcin koncentrációját. Ez a kérdés is alaposabb vizsgálatot igényel.
5. Kor és nem. Növekedés során a növekedési lemezsejtek aktivitása fokozódik, amit a csontváz biológiai markereinek koncentrációjának növekedése kísér a vérszérumban. Példa erre az aggrekán fragmensek és a II-es típusú kollagén koncentrációjának növekedése a növekvő állatok perifériás vérében és vizeletében. Így a mozgásszervi betegségekkel küzdő gyermekek és serdülők biológiai marker elemzéseinek értelmezése nehézkes. Számos biológiai marker esetében a koncentráció növekedését tapasztalták az öregedéssel. Férfiaknál a biológiai markerek koncentrációja jelentősen meghaladja a nőkét a porc- és csontszövetben. Ezenkívül a menopauzás és posztmenopauzás időszakban lévő nőknél a porcanyagcsere biológiai markereinek koncentrációjának változásai várhatók, hasonlóan a csontszövetben megfigyeltekhez.
6. A sebészeti beavatkozások szintén befolyásolhatják a biológiai markerek szintjét, és ez a hatás több hétig is eltarthat.

Az oszteoartrózis biológiai markereinek koncepciója azon a feltételezésen alapul, hogy ezek az ízületi szövetekben zajló anyagcsere-folyamatok bizonyos aspektusait tükrözik. A testnedvekben lévő biológiai markerek koncentrációja és a porc, az ízületi hártya és más szövetek anyagcseréje közötti kapcsolat azonban nagyon összetettnek bizonyult.

Például az ízületi porc ECM-lebomlását jelző markerek koncentrációja az ízületi folyadékban nemcsak magának a mátrixnak a lebomlásának mértékétől függhet, hanem más tényezőktől is, például a molekuláris fragmensek ízületi hártyából való eliminációjának mértékétől, amelyről már fentebb szó esett, valamint az ízületben maradó porcszövet mennyiségétől.

A fenti tények ellenére a biológiai markerek koncentrációja az ízületi folyadékban általában korrelál az ízületi porc ECM-molekuláinak anyagcseréjével. Például az aggrekán fragmensek, a 846-os epitóp, a COMB és a kollagén II C-propeptidjének koncentrációjának változása az ízületi folyadékban ízületi sérülés után és az oszteoarthrosis kialakulása során összhangban van az aggrekán, a COMB és a kollagén II anyagcseréjének intenzitásának változásaival az oszteoarthrosis kísérleti modelljeiben állatokban/és in vivo, valamint az oszteoarthrosisos betegek ízületi porcában/és in vitro.

A molekuláris fragmensek specifikus forrásainak azonosítása összetett folyamat. A molekuláris fragmensek fokozott felszabadulása előfordulhat mind a degradációs folyamatok általános fokozódása miatt, amelyeket a szintetikus folyamatok nem kompenzálnak, mind pedig a fokozott degradáció miatt, amely egyidejűleg ugyanazon ECM-molekulák szintézisének intenzitásának növekedésével jár; az utóbbi esetben az ECM-molekulák koncentrációja nem változik. Ezért a degradációra és a szintézisre specifikus markereket kell keresni. Az előbbire példa az aggrekán fragmensei, az utóbbira pedig a 11-es kollagén C-propeptidje.

Még ha egy biológiai marker az anyagcsere egy specifikus aspektusához kapcsolódik is, figyelembe kell venni ennek a folyamatnak a sajátosságait. Például az azonosított fragmensek létrejöhetnek egy de novo szintetizált, a funkcionális ECM-be még nem integrálódott molekula, egy olyan molekula, amely éppen integrálódott az ECM-be, és végül egy állandó ECM molekula, amely az érett mátrix fontos funkcionális részét képezi, lebomlásának eredményeként. További probléma a specifikus mátrixzóna (pericelluláris, territoriális és interterritoriális mátrix) meghatározása, amely az ízületi folyadékban, vérben vagy vizeletben kimutatott biológiai markerek forrásaként szolgált. In vitro vizsgálatok azt mutatják, hogy az ízületi porc ECM-jének egyes zónáiban az anyagcsere intenzitása eltérő lehet. A kondroitin-szulfát-szulfatálással kapcsolatos bizonyos epitópok vizsgálata segíthet a de novo szintetizált aggrekán molekulák populációjának azonosításában.

Feltételezhető, hogy a porc ECM-jében normális esetben jelen lévő molekulák töredékeinek megjelenése az ízületi folyadékban a porcmátrix anyagcseréjével van összefüggésben. Ez azonban nem mindig van így, mivel számos tényezőtől függ, különösen attól, hogy egy adott molekula koncentrációja az ízületi porcban mennyire haladja meg a többi ízületi szövetben lévőt, és mennyire haladja meg az anyagcseréjének intenzitása a porcban az egyéb ízületi szövetekben lévőt. Így az aggrekán teljes tömege az ízületi porcban jelentősen meghaladja például a térdízület meniszkuszában lévőt, míg a COMB teljes tömege a meniszkuszban gyakorlatilag nem különbözik az ízületi porcban lévőtől. Mind a porcsejtek, mind a szinovociták termelnek stromelysin-1-et, de a szinoviális membránban lévő sejtek teljes száma meghaladja a porcban lévő sejtek számát, így az ízületi folyadékban található stromelysin-1 jelentős része nagy valószínűséggel szinoviális eredetű. Így a biológiai markerek specifikus forrásának azonosítása rendkívül nehéz és gyakran lehetetlen.

A vérszérumban és a vizeletben található biológiai markerek vizsgálatakor felmerül az esetleges extraartikuláris forrás meghatározásának problémája. Ezenkívül monoartikuláris károsodás esetén az érintett ízület által kiválasztott biológiai markerek keveredhetnek az ép ízületek, beleértve az ellenoldali ízületeket is, által kiválasztott markerekkel. Az ízületi porc a szervezetben lévő hialinporc teljes tömegének kevesebb mint 10%-át teszi ki. Így a biológiai markerek vérben és vizeletben történő meghatározása inkább poliartikuláris, vagy szisztémás betegségekben (az oszteoartrózis kapcsán - generalizált oszteoartrózisban) lehet indokolt.

A biológiai markerekkel szembeni követelmények attól függenek, hogy diagnosztikai, prognosztikai vagy értékelő tesztként használják-e őket. Például egy diagnosztikai teszt meghatározza az egészséges egyének és az osteoarthritisben szenvedő betegek közötti különbségeket, amelyeket a teszt érzékenysége és specificitása fejez ki. Egy prognosztikai teszt azonosítja azokat a csoporton belüli egyéneket, akiknél a legnagyobb valószínűséggel gyorsul a betegség előrehaladása. Végül egy értékelő teszt a marker azon képességén alapul, hogy képes-e nyomon követni az időbeli változásokat egy adott betegnél. Ezenkívül a biológiai markerek felhasználhatók a betegek egy adott gyógyszerrel szembeni érzékenységének meghatározására.

Kezdetben azt feltételezték, hogy a biológiai markerek diagnosztikai tesztként szolgálhatnak, amelyek segítenek megkülönböztetni az oszteoartrózis által érintett ízületet az éptől, valamint differenciáldiagnózist végezhetnek más ízületi betegségekkel. Így a keratán-szulfát koncentrációjának meghatározását a vérszérumban a generalizált oszteoartrózis diagnosztikai tesztjének tekintették. Későbbi vizsgálatok azonban kimutatták, hogy ez a biológiai marker csak bizonyos helyzetekben képes tükrözni a porc proteoglikánjainak lebomlását. Kiderült, hogy a biológiai markerek koncentrációja a vérszérumban a vizsgált személy korától és nemétől függ.

Az ízületi szövetek anyagcseréjének feltételezett biológiai markerei osteoarthritisben szenvedő betegek szinoviális folyadékában és vérszérumában

Biológiai marker	Folyamat	Az ízületi folyadékban (linkek)	Vérszérumban (linkek)
1. Porc
Aggrekán
Magfehérje-fragmensek	Aggrekán lebontása	Lohmander LS. és mtsai., 1989; 1993	Thonar EJMA et al., 1985; Campion GV és munkatársai, 1989; MehrabanF. et al., 1991; Spector TD és munkatársai, 1992; Lohmander LS., Thonar EJ-MA, 1994; Poole AR et al., 1994) t (Poole AR et al., 1994)
Magfehérje-epitópok (hasítási zóna specifikus neoepitópok)	Aggrekán lebontása	Sandy JD és munkatársai, 1992; LohmanderLS. et al., 1993; LarkM.W. et al., 1997
Keratonikus szulfátok epitópjai	Aggrekán lebontása	Campion GV és mtsai, 1989; Belcher C és mtsai, 1997
Kondroitin-szulfátok epitópjai (846, ЗВЗ, 7D4 és DR.)	Aggrekán szintézis/lebontás	Poole AR és munkatársai, 1994; HazellP.K. et al., 1995; Slater RR Jr. és munkatársai, 1995; Plaas AHK és munkatársai, 1997; 1998; Lohmander LS. et al., 1998
A kondroitin-6 és a kondroitin-4 szulfátok aránya	Aggrekán szintézis/lebontás	Shinme iM. és mtsai. 1993
Kis proteoglikánok	Kis proteoglikánok lebontása	Witsch-PrehmP. és mtsai., 1992
A porc mátrixfehérjéi
HOMP	A HOMP lebomlása	Saxne T., Heinegerd D., 1992"; LohmanderLS. et al., 1994; Petersson IF etal., 1997	Sharif M. és mtsai., 1995
Porc kollagének
II-es típusú kollagén C-propeptidje	Kollagén II szintézis	ShinmeiM. et al., 1993; YoshiharaY. et al., 1995; LohmanderLS. et al., 1996
A II-es típusú kollagén alfa-láncának töredékei	Kollagén II lebontása	Hollander AP és munkatársai, 1994; Billinghurst RC et al., 1997; AtleyLM. et al., 1998
MMP-k és inhibitoraik	Szintézis és szekréció	Az ízületi hártyából vagy az ízületi porcból?
II. Meniszkusz
HOMP	A HOMP lebomlása	Ízületi porcból, meniszkuszból vagy synoviumból?
Kis proteoglikánok	Kis proteoglikánok lebontása
III. Szinoviális membrán
Hialuronsav	A hialuronsav szintézise		Goldberg RL és munkatársai, 1991; HedinP.-J. és munkatársai, 1991; Sharif M. és munkatársai, 1995
MMP-k és inhibitoraik
Stromelysin (MMP-3)	MMP-3 szintézis és szekréció	LohmanerLS és mtsai., 1993	ZuckerS. et al., 1994; YoshiharaY. et al., 1995
Intersticiális kollagenáz (MMP-1)	MMP-1 szintézis és szekréció	Clark IM és mtsai., 1993; Lohmander LS és mtsai., 1993	Manicourt DH és mtsai., 1994
TIMP	A TIMP szintézise és szekréciója	Lohmander LS. et al., 1993; Manicourt DH és munkatársai, 1994	Yoshihara Y. et al., 1995
III-as típusú kollagén N-propeptidje	Kollagén III szintézise/lebontása	Sharif M. és mtsai., 1996	Sharif M. és mtsai., 1996

Számos tanulmány kimutatta az aggrekán fragmensek, a HOMP és az MMP, valamint inhibitoraik koncentrációkülönbségeit egészséges önkéntesek, reumatoid artritiszben, reaktív ízületi gyulladásban vagy osteoarthrosisban szenvedő betegek térdízületi folyadékában. Annak ellenére, hogy a szerzők jelentős különbségeket mutatnak ki a biológiai markerek átlagos koncentrációiban, az adatok értelmezése nehézkes, mivel az összehasonlító elemzés profil és retrospektív volt. Ezen tesztek prognosztikai tulajdonságait prospektív vizsgálatokban kell megerősíteni.

A biológiai markerek segítségével felmérhető a betegség súlyossága vagy a kóros folyamat stádiumának meghatározása. Osteoarthrosis esetén a betegség súlyosságát és stádiumait röntgenvizsgálatok, artroszkópia eredményei, valamint a fájdalom szindróma súlyossága, az érintett ízületek funkciójának korlátozottsága és a beteg funkcionális kapacitása alapján ítélik meg. L. Dahlberg és munkatársai (1992), valamint T. Saxne és D. Heinegard (1992) az ízületi porc anyagcseréjének néhány molekuláris markerének alkalmazását javasolták az osteoarthrosis stádiumainak további jellemzésére. Az ilyen biológiai markerek orvosi gyakorlatba való bevezetéséhez azonban további kutatásokra van szükség ebben az irányban.

Jelentések szólnak a biológiai markerek prognosztikai tesztként való lehetséges alkalmazásáról. Például kimutatták, hogy a térdízületi osteoarthritisben szenvedő betegek szérumában a hialuronsav (de nem a keratán-szulfát) koncentrációja a vizsgálat kezdetén a gonartrózis progresszióját jelzi az 5 éves megfigyelés során. Ugyanebben a betegpopulációban kimutatták, hogy a gonartrózisban szenvedő betegek szérumában a COMB megnövekedett tartalma a vizsgálat kezdetét követő első évben összefüggésben állt a radiográfiai progresszióval az 5 éves megfigyelés során. A reumatoid artritiszben szenvedő betegek biológiai markereinek vizsgálata kimutatta, hogy a COMB, 846-os epitóp, kondroitin-szulfát szérumkoncentrációja a betegség gyorsabb progressziójával jár. Ezek a kis betegcsoportokon kapott eredmények gyakran nem bizonyítják a biológiai markerek szintje és a betegség progressziója közötti kapcsolat erősségét, azaz további, prospektív és nagyobb betegcsoportokon végzett vizsgálatokra van szükség.

TD Spector és munkatársai (1997) a szérum CRP szintjének enyhe emelkedését figyelték meg korai osteoarthritisben szenvedő betegeknél, és arról számoltak be, hogy a CRP az osteoarthritis progressziójának előrejelzője lehet. Ebben az esetben a CRP szintjének emelkedése az ízületi szövetek károsodásának folyamatait tükrözi, és összefüggésben állhat a hialuronsav szintjének emelkedésével, ami szintén a betegség progressziójára utal. Lehetséges, hogy az ízületi membrán felelős a szérumban meghatározott hialuronsav nagy részéért, ami enyhe synovitis jelenlétére utal. Az osteoarthritisben és ízületi sérülés után szenvedő betegek ízületi folyadékában és szérumában a stromelysin MMP megnövekedett koncentrációja szintén összefüggésben állhat enyhe synovitisszel.

Végül a biológiai markerek hatékonysági kritériumként használhatók a gyógyszerek klinikai vizsgálataiban, valamint a patogenetikai kezelés monitorozására. Van azonban két egymással összefüggő probléma: a bizonyítottan „szerkezetmódosító” vagy „betegségmódosító” tulajdonságokkal rendelkező gyógyszerek hiánya nagyrészt a megbízható biológiai markerek hiányának tudható be, és fordítva, az ízületi szövetek anyagcseréjének specifikus markereinek hiánya nagyrészt az ezen csoportokba tartozó gyógyszerek kontrollált vizsgálatainak hiányának tudható be.

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