Laboratoriediagnose av artrose

I de fleste tilfeller har pasienter med slitasjegikt ingen endringer i blod- og urinprøver, bortsett fra tilfeller av synovitt med betydelig effusjon, når en økning i ESR, hypergammaglobulinemi, en økning i nivået av akuttfaseindikatorer - CRP, fibrinogen, etc. kan forekomme. Ved undersøkelse av synovialvæske avsløres ingen signifikante forskjeller fra normale indikatorer.

I de senere årene har det vært et intensivt søk etter mulige biologiske markører (BM) for nedbrytning og reparasjon av leddvev (hovedsakelig brusk og bein). BM bør gjenspeile disse dynamiske endringene, tjene som prediktorer for prognose for slitasjegikt og markører for effektiviteten av patogenetisk behandling. Oppdagelsen av nye og mer grundige studier av kjente biologiske markører vil gi en bedre forståelse av mekanismene bak slitasjegiktpatogenesen. Hovedoppgaven med å bruke biologiske markører for bruskmetabolisme er imidlertid å vurdere de kondrobeskyttende egenskapene til legemidler og overvåke behandling med legemidler som tilhører DMO AD-gruppen – «sykdomsmodifiserende».

Ved slitasjegikt forekommer patologiske forandringer hovedsakelig i leddbrusken, samt i subkondralbenet, synovialmembranen og annet bløtvev i leddet. Siden vår evne til å undersøke disse strukturene direkte er begrenset, er de viktigste kildene for å samle biologiske markører blod, urin og synovialvæske.

Urinprøve er mest å foretrekke, siden den ikke involverer noen invasive prosedyrer. Etter vår mening er det ideelle materialet for testing daglig urin. Analyse av morgenurinen ville være mer passende, men muligheten for å bruke den er kun basert på det faktum at denne typen analyse brukes til å bestemme biologiske markører for beinmetabolisme ved osteoporose: det er kjent at biologiske markører er underlagt døgnrytmer, og toppkonsentrasjonen av biologiske markører for beinmetabolisme skjer om natten. For øyeblikket finnes det ingen informasjon i litteraturen om døgnrytmene til biologiske markører i bløtvev og brusk, så den endelige avgjørelsen om valg av en tilstrekkelig urinprøve vil bli tatt etter å ha gjennomført passende studier.

Blodprøver er rutinemessige kliniske tester. Noen biologiske markører bestemmes allerede i blodet, for eksempel akuttfaseindekser, mens andre kan bli inkludert i standardlisten over biokjemiske tester i nær fremtid. For hver biologisk markør er det nødvendig å spesifisere hvilken komponent av blodet den skal bestemmes i - plasma eller serum. Forskningsresultater indikerer at konsentrasjonen av biologiske markører i blodplasma avviker betydelig fra serum. Biologiske markører bestemmes vanligvis i blodserum. I følge V. Rayan et al. (1998) er konsentrasjonene av biologiske markører i blod tatt fra en vene nær det berørte leddet og fra en fjernere vene forskjellige. Disse dataene indikerer behovet for å standardisere blodprøvetaking for å studere biologiske markører.

Ifølge LJ Attencia et al. (1989) utgjør brusken i synovialleddene hos en voksen bare 10 % av den totale massen av hyalinbrusk i kroppen, inkludert mellomvirvelskiver. Dermed gjenspeiler bestemmelsen av biologiske markører i blod og urin systemisk metabolisme snarere enn lokale endringer i leddet som er berørt av slitasjegikt. Synovialvæsken er nærmest det patologiske fokuset ved slitasjegikt og gjenspeiler sannsynligvis mest nøyaktig prosessene som skjer i det berørte leddet. Konsentrasjonen av biologiske markører i synovialvæsken kan være betydelig høyere enn i blodet, noe som betyr at den er lettere å bestemme. Eksempler inkluderer epitop 846 av aggrecan - i synovialvæsken er den 40 ganger mer enn i blodserum, bruskoligomere matriksproteiner (COMP) - 10 ganger mer enn i blodserum. Nedbrytningsprodukter i synovialvæsken gjenspeiler mer nøyaktig katabolske prosesser i leddbrusk. Drenering av molekyler fra synovialvæsken gjennom det lokale lymfesystemet kan føre til en reduksjon i størrelsen og til og med til ødeleggelse.

Til tross for at synovialvæskeinnsamlingsteknikken er invasiv, forbundet med en rekke mulige komplikasjoner, er verdien av å bestemme biologiske markører i den åpenbar. For å unngå problemer med det såkalte tørre leddet, kan 20 ml isotonisk NaCl-løsning injiseres i leddet rett før væskeinnsamling. Umiddelbart etter injeksjon av den isotoniske løsningen bør pasienten bøye og strekke lemmet i leddet 10 ganger, etterfulgt av rask aspirasjon av den fortynnede synovialvæsken. I følge EM-JA Thonar (2000) påvirker en slik fortynning av synovium metabolismen i leddbrusken. Resultatene fra studien av FC Robion et al. (2001) indikerer imidlertid at gjentatt skylling av hestens kveleledd ikke forårsaker signifikante endringer i bruskmetabolismen. Disse dataene krever absolutt bekreftelse. Derfor må effekten av leddskylling på endringer i konsentrasjonen bestemmes for hver biologisk markør i prekliniske dyrestudier.

Det neste viktige punktet er å bestemme halveringstiden i synovialvæske og blod for hver biologiske markør. Uten slike data vil det være vanskelig å tolke testresultatene. Vanligvis er halveringstiden for biologisk aktive stoffer i blod kortere enn i andre flytende medier på grunn av effektiv clearance av lever og nyrer. Derfor er det for hver biologiske markør også nødvendig å bestemme eliminasjonsveien. Dermed skilles N-propeptidet av type III-kollagen ut av leveren via reseptormediert endocytose, og ikke-glykosylerte kollagenfragmenter skilles hovedsakelig ut via urin, i likhet med osteocalcin. Det finnes reseptorer for glykosaminoglykaner på endotelcellene i bihulene i leverlobulene, slik at hyaluronsyre og proteoglykaner elimineres av leveren. Halveringstiden for hyaluronsyre i blodet er 2–5 minutter. Tilstedeværelsen av synovitt kan akselerere clearance av biologiske markører fra ledd, selv om en studie på kaniner ikke fant noen signifikante forskjeller i proteoglykanclearance med eller uten synovitt. Dermed må effekten av betennelse på endringer i konsentrasjonen av biologiske markører i kroppsvæsker undersøkes.

Nyrene filtrerer selektivt biologiske markører. Dermed kan glykosaminoglykaner, som har en stor negativ ladning, ikke trenge inn i nyrens basalmembran, mens glykosaminoglykaner som kondroitin-6-sulfat og kondroitin-4-sulfat påvises i urinen.

I tillegg til patologi (spesielt slitasjegikt), kan en rekke faktorer påvirke konsentrasjonen av biologiske markører i kroppsvæsker:

1. Døgnrytmer har bare blitt studert for et lite antall biologiske markører. De har blitt studert for benmetabolismemarkører. Dermed inntreffer toppkonsentrasjonen av osteocalcin om natten, og den for kollagen-tverrbindinger om morgenen - klokken 8. Ved revmatoid artritt inntreffer toppaktiviteten til IL-6 også om natten (rundt klokken 14), og tidligere enn osteocalcin. Disse dataene er av en viss interesse i forhold til IL-6s deltakelse i betennelse og fysiologi i beinvev. TNF-α har derimot ingen døgnrytmer. Reseptorene til dette cytokinet kan imidlertid adlyde dem.
2. Peristaltikk. Hyaluronsyre syntetiseres av synovialceller (så vel som mange andre celler) og er en potensiell markør for synovitt ved slitasjegikt og revmatoid artritt. Den høyeste konsentrasjonen av hyaluronat finnes imidlertid i tarmens lymfesystem. Ikke overraskende kan konsentrasjonen av sirkulerende hyaluronsyre øke etter å ha spist. Derfor bør blodprøver for å bestemme biologiske markører tas på tom mage eller 3 timer etter å ha spist. Og effekten av peristaltikk på nivået av biologiske markører i blodet krever studier.
3. Fysisk aktivitet om morgenen etter søvn fører til en økning i konsentrasjonen av hyaluronsyre i blodet, MMP-3 og epitopen av keratansulfat hos friske individer. Fysisk aktivitet kan endre konsentrasjonen av noen markører i både synovialvæske og blodserum. En slik økning er mer uttalt hos pasienter med revmatoid artritt, dessuten korrelerer konsentrasjonen av biologiske markører med den kliniske tilstanden til disse pasientene.
4. Lever- og nyresykdommer. Levercirrose forårsaker en betydelig økning i serumnivåene av hyaluronsyre og påvirker sannsynligvis elimineringen av proteoglykaner. Nyresykdommer er kjent for å påvirke osteokalsinkonsentrasjonene. Dette problemet krever også mer grundig studier.
5. Alder og kjønn. Under vekst øker aktiviteten til vekstplateceller, noe som er ledsaget av en økning i konsentrasjonen av skjelettbiologiske markører i blodserumet. Et eksempel er økningen i konsentrasjonen av aggrecanfragmenter og type II-kollagen i perifert blod og urin hos voksende dyr. Dermed er tolkningen av biologiske markøranalyser hos barn og ungdom med muskel- og skjelettsykdommer vanskelig. For mange biologiske markører ble det funnet en økning i konsentrasjon med aldring. Hos menn overstiger konsentrasjonen av biologiske markører betydelig den hos kvinner i brusk og beinvev. I tillegg kan man hos kvinner i menopausale og postmenopausale perioder forvente endringer i konsentrasjonen av biologiske markører for bruskmetabolisme, tilsvarende det som observeres i beinvev.
6. Kirurgiske inngrep kan også påvirke nivåene av biologiske markører, og denne effekten kan vare i flere uker.

Konseptet med biologiske markører for slitasjegikt er basert på antagelsen om at de gjenspeiler visse aspekter ved metabolske prosesser i leddvev. Forholdet mellom konsentrasjonene av biologiske markører i kroppsvæsker og metabolismen av brusk, synovialvev og annet vev har imidlertid vist seg å være svært komplekst.

For eksempel kan konsentrasjonen av markører for nedbrytning av leddbrusk-ECM i synovialvæsken ikke bare avhenge av graden av nedbrytning av selve matriksen, men også av andre faktorer, som graden av eliminering av molekylære fragmenter fra synovium, som allerede ble nevnt ovenfor, samt mengden bruskvev som er igjen i leddet.

Til tross for ovennevnte fakta korrelerer konsentrasjonen av biologiske markører i synovialvæske generelt med metabolismen av ECM-molekyler i leddbrusk. For eksempel er endringer i konsentrasjonen av aggrecan-fragmenter, epitop 846, COMB og C-propeptid av kollagen II i synovialvæske etter leddskade og under utvikling av slitasjegikt konsistente med endringer i intensiteten av aggrecan-, COMB- og kollagen II-metabolisme i eksperimentelle modeller av slitasjegikt hos dyr/og in vivo og i leddbrusk hos pasienter med slitasjegikt/og in vitro.

Identifisering av spesifikke kilder til molekylære fragmenter er en kompleks prosess. Økt frigjøring av molekylære fragmenter kan forekomme både på grunn av en generell økning i nedbrytningsprosesser som ikke kompenseres av syntetiske prosesser, og på grunn av økt nedbrytning med en samtidig økning i synteseintensiteten til de samme ECM-molekylene; i sistnevnte tilfelle endres ikke konsentrasjonen av ECM-molekyler. Derfor er det nødvendig å søke etter markører som er spesifikke for nedbrytning og syntese. Et eksempel på førstnevnte er fragmenter av aggrecan, og sistnevnte er C-propeptidet til kollagen 11.

Selv om en biologisk markør er assosiert med et spesifikt aspekt ved metabolismen, er det nødvendig å ta hensyn til de spesifikke trekkene ved denne prosessen. For eksempel kan de identifiserte fragmentene dannes som et resultat av nedbrytning av et de novo-syntetisert molekyl som ennå ikke er integrert i det funksjonelle ECM, et molekyl som nettopp er integrert i ECM, og til slutt et permanent ECM-molekyl som er en viktig funksjonell del av den modne matrisen. Et annet problem er definisjonen av den spesifikke matrikssonen (pericellulær, territorial og interterritorial matrise) som fungerte som en kilde til biologiske markører oppdaget i synovialvæske, blod eller urin. In vitro-studier indikerer at intensiteten av metabolismen i individuelle soner av leddbrusk-ECM kan være forskjellig. Studien av visse epitoper assosiert med kondroitinsulfatsulfatering kan bidra til å identifisere populasjonen av de novo-syntetiserte aggrekanmolekyler.

Det kan antas at forekomsten av fragmenter av molekyler som normalt finnes i brusk-ECM i synovialvæsken er assosiert med metabolismen av bruskmatrisen. Dette er imidlertid ikke alltid tilfelle, siden det avhenger av en rekke faktorer, spesielt hvor mye konsentrasjonen av et gitt molekyl i leddbrusken overstiger den i andre leddvev, og hvor mye intensiteten av metabolismen i brusken overstiger den i andre leddvev. Dermed overstiger den totale massen av aggrecan i leddbrusken betydelig den for eksempel i menisken i kneleddet, mens den totale massen av COMB i menisken praktisk talt ikke er forskjellig fra den i leddbrusken. Både kondrocytter og synovocytter produserer stromelysin-1, men det totale antallet celler i synovialmembranen overstiger antallet i brusken, så en betydelig del av stromelysin-1 som finnes i synovialvæsken er mest sannsynlig av synovial opprinnelse. Dermed er identifisering av den spesifikke kilden til biologiske markører ekstremt vanskelig og ofte umulig.

Når man studerer biologiske markører i blodserum og urin, oppstår problemet med å bestemme en mulig ekstraartikulær kilde. I tillegg, ved monoartikulær skade, kan biologiske markører utskilt av det berørte leddet blandes med markører utskilt av intakte ledd, inkludert kontralaterale. Leddbrusk utgjør mindre enn 10 % av den totale massen av hyalinbrusk i kroppen. Dermed kan bestemmelse av biologiske markører i blod og urin være berettiget snarere ved polyartikulære, eller systemiske, sykdommer (i forbindelse med slitasjegikt - ved generalisert slitasjegikt).

Kravene til biologiske markører avhenger av om de brukes som en diagnostisk, prognostisk eller evaluerende test. For eksempel bestemmer en diagnostisk test forskjeller mellom friske individer og pasienter med slitasjegikt, noe som uttrykkes i form av testens sensitivitet og spesifisitet. En prognostisk test identifiserer individer i en kohort som har størst sannsynlighet for å utvikle sykdommen raskt. Til slutt er en evaluerende test basert på markørens evne til å overvåke endringer over tid hos en individuell pasient. I tillegg kan biologiske markører brukes til å bestemme pasienters sensitivitet for et bestemt legemiddel.

Opprinnelig ble det antatt at biologiske markører kunne tjene som diagnostiske tester som ville bidra til å skille et ledd berørt av slitasjegikt fra et intakt ledd, samt utføre differensialdiagnostikk med andre leddsykdommer. Dermed ble bestemmelse av konsentrasjonen av keratansulfat i blodserum ansett som en diagnostisk test for generalisert slitasjegikt. Senere studier viste imidlertid at denne biologiske markøren bare kan gjenspeile nedbrytningen av bruskproteoglykaner i noen situasjoner. Det viste seg at konsentrasjonene av biologiske markører i blodserum avhenger av alder og kjønn til personen som undersøkes.

Antatte biologiske markører for leddvevsmetabolisme i synovialvæske og blodserum hos pasienter med slitasjegikt

Biologisk markør	Behandle	I synovialvæske (lenker)	I blodserum (lenker)
1. Brusk
Aggrecan
Kjerneproteinfragmenter	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)
Kjerneproteinepitoper (spaltingsonespesifikke neoepitoper)	Aggrecan-nedbrytning	Sandy JD et al., 1992; LohmanderLS. et al., 1993; LarkM.W. et al., 1997
Epitoper av keratinsulfater	Aggrecan-nedbrytning	Campion GV et al., 1989; Belcher C et al., 1997
Epitoper av kondroitinsulfater (846, ЗВЗ, 7D4 og DR.)	Aggrecan-syntese/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
Forholdet mellom kondroitin-6 og kondroitin-4 sulfater	Aggrecan-syntese/nedbrytning	Shinme iM. et al. 1993
Små proteoglykaner	Nedbrytning av små proteoglykaner	Witsch-Prehm P. et al., 1992
Matriksproteiner av brusk
HOMP	Nedbrytning av HOMP	Saxne T., Heinegerd D., 1992"; LohmanderLS. et al., 1994; Petersson IF et al., 1997	Sharif M. et al., 1995
Bruskkollagener
C-propeptid av type II kollagen	Kollagen II-syntese	ShinmeiM. et al., 1993; YoshiharaY. et al., 1995; LohmanderLS. et al., 1996
Fragmenter av alfakjeden til type II kollagen	Nedbrytning av kollagen II	Hollander AP et al., 1994; Billinghurst RC et al., 1997; AtleyLM. et al., 1998
MMP-er og deres inhibitorer	Syntese og sekresjon	Fra synovium eller leddbrusk?
II. Menisker
HOMP	Nedbrytning av HOMP	Fra leddbrusk, menisker eller synovium?
Små proteoglykaner	Nedbrytning av små proteoglykaner
III. Synovialmembran
Hyaluronsyre	Syntese av hyaluronsyre		Goldberg RL et al., 1991; Hedin P.-J. et al., 1991; Sharif M. et al., 1995
MMP-er og deres inhibitorer
Stromelysin (MMP-3)	MMP-3 syntese og sekresjon	LohmanerLS et al., 1993	ZuckerS. et al., 1994; YoshiharaY. et al., 1995
Interstitiell kollagenase (MMP-1)	MMP-1 syntese og sekresjon	Clark IM et al., 1993; Lohmander LS. et al., 1993	Manicourt DH et al., 1994
TIMP	Syntese og sekresjon av TIMP	Lohmander LS. et al., 1993; Manicourt DH et al., 1994	Yoshihara Y. et al., 1995
N-propeptid av type III kollagen	Kollagen III-syntese/nedbrytning	Sharif M. et al., 1996	Sharif M. et al., 1996

En rekke studier har vist forskjeller i konsentrasjonene av aggrecanfragmenter, HOMP og MMP og deres inhibitorer i leddvæsken i kneleddene hos friske frivillige, pasienter med revmatoid artritt, reaktiv artritt eller slitasjegikt. Til tross for at forfatterne viser signifikante forskjeller i gjennomsnittskonsentrasjonene av biologiske markører, er tolkningen av dataene vanskelig, siden den sammenlignende analysen var profilbasert og retrospektiv. De prognostiske egenskapene til disse testene må bekreftes i prospektive studier.

Biologiske markører kan brukes til å vurdere alvorlighetsgraden av sykdommen eller stadiet av den patologiske prosessen. Ved slitasjegikt bedømmes alvorlighetsgraden av sykdommen og dens stadier ut fra resultatene av røntgenundersøkelser, artroskopi, samt alvorlighetsgraden av smertesyndromet, begrensning av funksjonen til de berørte leddene og pasientens funksjonelle kapasitet. L. Dahlberg et al. (1992) og T. Saxne og D. Heinegard (1992) foreslo å bruke noen molekylære markører for leddbruskmetabolisme for ytterligere karakterisering av stadiene av slitasjegikt. Imidlertid er ytterligere forskning i denne retningen nødvendig for å introdusere slike biologiske markører i medisinsk praksis.

Det finnes rapporter om mulig bruk av biologiske markører som prognostiske tester. For eksempel ble det vist at konsentrasjonen av hyaluronsyre (men ikke keratansulfat) i serum hos pasienter med kneartrose ved studiens begynnelse indikerer progresjon av gonartrose i løpet av 5 års observasjon. I den samme pasientpopulasjonen ble det vist at et økt innhold av COMB i serum hos pasienter med gonartrose i løpet av det første året etter studiens begynnelse var assosiert med radiografisk progresjon i løpet av 5 års observasjon. Studier av biologiske markører hos pasienter med revmatoid artritt har vist at konsentrasjonen av COMB, epitop 846, kondroitinsulfat i serum er assosiert med raskere sykdomsprogresjon. Disse resultatene, oppnådd i små pasientgrupper, demonstrerer ofte ikke styrken i forholdet mellom nivået av biologiske markører og sykdomsprogresjon, dvs. ytterligere studier, prospektive og på større pasientkohorter, er nødvendig.

TD Spector et al. (1997) fant en liten økning i serum-CRP hos pasienter med tidlig artrose og rapporterte at CRP kan være en prediktor for artroseprogresjon. I dette tilfellet gjenspeiler økningen i CRP prosessene med leddvevsskade og kan være assosiert med en økning i hyaluronsyre, noe som også indikerer sykdomsprogresjon. Det er mulig at synovialmembranen er ansvarlig for mesteparten av hyaluronsyren som bestemmes i serum, noe som indikerer tilstedeværelsen av mild synovitt. Økte konsentrasjoner av stromelysin MMP i synovialvæske og serum hos pasienter med artrose og etter leddskade kan også være assosiert med mild synovitt.

Til slutt kan biologiske markører brukes som effektkriterier i kliniske studier av legemidler, samt for overvåking av patogenetisk behandling. Det er imidlertid to sammenhengende problemer: mangelen på legemidler med dokumenterte "strukturmodifiserende" eller "sykdomsmodifiserende" egenskaper skyldes i stor grad mangelen på pålitelige biologiske markører, og omvendt skyldes mangelen på spesifikke markører for leddvevsmetabolisme i stor grad mangelen på kontrollerte studier av legemidler i disse gruppene.

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