Зміни біохімічних показників крові у хворих на остеоартроз колінного суглоба IV стадії двох вікових груп

Вступ

Остеоартрит (ОА) — повільно прогресуюче дегенеративне захворювання, що характеризується ураженням кісткової та хрящової тканини, яка виконує механічні й обмінні функції в організмі. Гонартроз (ГА) займає 1-ше місце у структурі кістково-м’язової патології, 2-ге — за кількістю звертань до сімейного лікаря і 3-тє — за частотою інвалідизації [1, 2]. На його розвиток і прогресування впливають ендогенні (стать, вік, спадковість) та екзогенні (надмірне механічне навантаження, травми, метаболічний синдром та ін.) фактори. Вважають, що жінки більш уразливі до розвитку ГА колінних та стегнових суглобів, ніж чоловіки. Частота захворювання зростає з віком, який є найбільш очевидним фактором ризику ОА. У близько 13% жінок і 10% чоловіків віком >60 років відмічають симптоматичний артрит колінного суглоба, а віком >70 років їх число зростає до 40% [3, 4].

При ГА відзначають значні зміни біохімічних показників, що характеризують деструктивні процеси в тканинах суглоба, перш за все в хрящовій тканині, де вони безпосередньо відбуваються. У кістковій тканині порушення ремоделювання зумовлює розвиток субхондрального склерозу, утворення остеофітів і розширення кісткового епіфізарного відділу. У синовіумі відзначають схильність до потовщення і запалення [5].

Гетерогенність патогенезу ГА знаходить відображення в різних комбінаціях біохімічних показників, що свідчать про ступі­нь деградації суглоба [6, 7]. Визначення найбільш чутливих із них з урахуванням віку пацієнта і стадії розвит­ку ГА має велике значення для розуміння процесів прогресування захворювання і вибору тактики лікування.

Остеокальцин — протеїн кістки — становить 1% матриксу. Це неколагеновий білок органічного матриксу, який найчастіше визначають для оцінки стану процесів ремоделювання кісткової тканини. Він відображає метаболічну активність остеобластів, здатний зв’язувати кальцій і активно бере участь у мінералізації кістки. Визначення концентрації остеокальцину в сироватці крові жінок дозволяє оцінити ризик виникнення ОА і оцінити стан ремоделювання кісткової тканини в період мено- та пост­менопаузи. За даними N. Hu та співавторів (2022), рівень N-термінального остеокальцину знижувався в сироватці крові жінок із первинними проявами ОА колінного суглоба в період пременопаузи порівняно з контрольною групою [8]. Це, на думку авторів дослідження, є предиктором первинних проявів ОА.

Лужну фосфатазу вважають одним із найпоширеніших маркерів кісткоутворення. При метаболічних захворюваннях кісток загальна активність лужної фосфатази корелює з рівнем формування кісткової тканини. Помірне підвищення її активності у людей літнього віку може відображати порушення мінералізації та функції остеобластів.

Основним регулятором остеогенезу є паратиреоїдний гормон (ПТГ). Складна система, яка включає ПТГ, кальцитонін, вітаміни D, А і С, регулює надходження, депонування, виділення кальцію і фосфору. Зростання концентрації ПТГ у крові викликає порушення їх балансу в кістковій тканині, змінюючи співвідношення темпів остеогенезу й остеолізу зі значним підвищенням останнього. Високий рівень ПТГ зменшує вміст остеокальцину в кістковій тканині та крові, а його знижений рівень свідчить про адинамічну кістку.

Визначення синтетичної активності колагену II типу відображає метаболізм хрящової тканини. Він синтезується у формі проколагену з аміномісткою N-кінцевою групою (PІІNP). Відщеплення цього фрагмента відбувається при утворенні фібрилярної форми колагену і характеризує інтенсивність його синтезу. Вважають, що вміст PІІNP у сироватці крові прямо пропорційний кількості утвореного колагену, та відзначають його значно вищу чутливість до порушень темпів кісткоутворення порівняно з остеокальцином [9].

Кальцифікація суглобового хряща є характерною ознакою ОА. Ремоделювання субхондральної кістки на ранній стадії ОА може супроводжуватися підвищенням вмісту кальцію і фосфору в субхондральному середовищі [10].

Таким чином, визначення марке­рів метаболізму кісткової і хрящової тканини в біологічних рідинах організ­му може бути важливим інструментом діагностики про­гресування ГА.

Мета: вивчення біохімічних показників крові хворих на ГА колінного суглоба IV стадії двох вікових груп.

Об’єкт і методи дослідження

У дослідженні взяли участь 23 жінки, яким на поперед­ніх етапах встановлено діагноз «двосторонній гонартроз IV стадії». Середній вік пацієнток 1-ї групи становив 64,44±1,02, 2-ї — 75,00±1,63 року. Дослідження проведено відповідно до Гельсінської декларації 2000 р., Директиви Європейського товариства 86/609 про участь людини в біомедичних дослідженнях та наказів Міністерства охорони здоров’я України від 23.09.2009 р. № 690, від 14.12.2009 р. № 944 та від 03.08.2012 р. № 616. Усі пацієнти підписали форму інформаційної згоди на участь у дослідженні.

При госпіталізації в клініку зібрано анамнез та проведено клінічне обстеження хворих на ГА. Встановлені симптоми включали біль при згинанні і розгинанні з внутрішньої або передньої поверхні суглоба під час ходьби, який зникав у стані спокою, нестабільність суглоба, виражену кульгавість.

Стадію ОА оцінювали згідно з рентгенологічною класифікацією J.H. Kellgren та J.S. Lawrence (1957). IV стадії захворювання відповідають виражені прояви, а саме: практично відсутня суглобова щілина, множинні остеофіти, остеосклероз і деформація суглоба.

У якості матеріалу для дослідження використовували сироватку крові. У ній визначали стандартними тест-системами «Roche Diagnostics» концентрацію кальцію, фосфору і активність лужної фосфатази на біохімічному аналізаторі «Cobas-311». Методом імуноферментного аналізу визначали концентрацію остеокальцину, ПТГ та N-кінцевого пропетиду проколагену II типу на імуноферментному аналізаторі «Cobas-411» з використанням тест-систем «Roche Diagnostics».

Статистичну обробку отриманих результатів здійснювали з використанням пакета програми «OriginPro 8.5». Визначали середні значення отриманих показників (x) зі стандартним відхиленням (SD). Достовірність різниці між групами оцінювали за критерієм t Стьюдента. При р<0,05 зміни вважали достовірними.

Результати та їх обговорення

Згідно з отриманими даними середні показники концентрації кальцію і фосфору в сироватці крові хворих на двосторонній ГА колінного суглоба IV стадії достовірно не змінювалися порівняно з клінічно здоровими особами і поміж групами (таблиця). Співвідношення рівнів кальцію і фосфору в них знаходилося в межах 1,93–1,94 та особливо не відрізнялося від такого у здорових осіб. Отримані нами дані узгоджуються з результатами інших авторів [11] і свідчать про несуттєві зміни кальцій-фосфорного гомеостазу в крові при деструктивних процесах на фоні ГА IV стадії.

Таблиця. Біохімічні показники метаболізму кісткової і хрящової тканини у жінок різного віку з двостороннім ГА IV стадії

Разом із тим проведені нами виміри концентрації остео­кальцину в сироватці крові пацієнток двох вікових груп свідчать про тенденцію до її підвищення відносно нормальних значень. Так, цей показник у пацієнток 1-ї групи був вищий на 15,51%, а 2-ї — на 57,59%. Також він був вищим на 36,44% у сироватці крові пацієнток 2-ї групи порівняно з 1-ю (p<0,05; див. таблицю).

Остеокальцин виділяється в кров як під час формування кісткової тканини, так і при активації її резорбції [12, 13]. Однією з відмінних рис ГА останньої стадії є зростання концентрації остеокальцину на фоні низької мінералізації позаклітинного матриксу остеобластами. Тому відзначене нами його підвищення може свідчити про зростання синтетичної активності остеобластів, що також підтверджується нашими даними про активність лужної фосфатази в сироватці крові, яка у пацієнток 2-ї групи мала тенденцію до зниження на 20,1% (p>0,05; див. таблицю). Проте також може відмічатися функціональна недостатність остеобластів, що демонструють вкрай повільну проліферацію та низьку здатність до мінералізації [14, 15].

Концентрація пропептиду проколагену типу ІІN у сироватці крові пацієнток обох вікових груп вірогідно не змінювалася порівняно з клінічно здоровими особами. Однак виявили тенденцію до її зниження на 7,31% у сироватці крові пацієнток 2-ї групи порівняно з 1-ю (p>0,05).

Концентрація ПТГ у сироватці крові пацієнток 2-ї групи порівняно з 1-ю була нижчою на 37,67% (p<0,05). Причиною цього може бути порушення в них темпів остеогенезу й остеолізу з перевищенням переважно останнього.

Отримані нами дані свідчать про значні деструктивні зміни органічного матриксу кісткової і хрящової тканини суглоба при ГА IV стадії.

Висновок

За результатами біохімічного дослідження сироватки крові хворих на двосторонній ГА колінного суглоба IV стадії обох вікових груп, помірно змінені концентрації остеокальцину і ПТГ, що дозволяє застосовувати ці біохімічні тести для характеристики останньої стадії захворювання. Зростання концентрації остеокальцину і зниження ПТГ при ГА колінного суглоба IV стадії відображає метаболічні порушення, особливо для вікової групи 75,00±1,63 року.

Список використаної літератури

• 1. Bestwick-Stevenson T., Wyatt L.A., Palmer D. et al. (2021) Incidence and risk factors for poor ankle functional recovery, and the development and progression of posttraumatic ankle osteoarthritis after significant ankle ligament injury (SALI): the SALI cohort study protocol. BMC Musculoskel. Dis., 22(1): 362. doi.org/10.1186/s12891-021-04230-8.
• 2. Godoy-Santos A.L., Fonseca L.F., de Cesar Netto C. et al. (2020) Ankle Osteoarthritis. Revista brasileira de ortopedia, 56(6): 689–696. doi.org/10.1055/s-0040-170973.
• 3. Briggs A.M., Woolf A.D., Dreinhöfer K. et al. (2018) Reducing the global burden of musculoskeletal conditions. Bull. World Health Organization, 96(5): 366–368.
• 4. Magnusson K., Turkiewicz A., Englund M. (2019) Nature vs nurture in knee osteoarthritis — the importance of age, sex and body mass index. Osteoarthritis Cartilage, 27(4): 586–592.
• 5. Kijowski R., Demehri S., Roemer F., Guermaz A. et al. (2020) Osteoarthritis year in review 2019: imaging. Osteoarthritis Cartilage, 28(3): 285–295.
• 6. Luyten F.P., Bierma-Zeinstra S., Dell’Accio F., Kraus V.B. (2018) Toward Classification Criteria for Early Osteoarthritis of the Knee. Semin. Arthritis Rheum., 47 (4): 457–463. DOI: 10.1016/j.semarthrit.2017.08.006.
• 7. Magomedov S., Osadchuk T., Zazizrnyy I., Kuzub T. et al. (2021) Biochemical changes of the connective tissue metabolism in patients with knee osteoarthrosis. Bull. Georg. Nati. Acad. Sci., 15(3): 97–102.
• 8. Hu N., Zhang J., Wang J. et al. (2022) Biomarkers of Joint Metabolism and Bone Mineral Density Are Associated with Early Knee Osteoarthritis in Premenopausal Females. Clin. Rheumatol., 41(3): 819–829. DOI: 10.1007/s10067-021-05885-3.
• 9. Nagy E.E., Nagy-Finna C., Popoviciu H., Kovács B. (2020) Clin. Interv. Aging, 15: 501–518. doi: 10.2147/CIA.S242288.
• 10. Mahon O.R., Kelly D.J., McCarthy G.M., Dunne A. (2020) Osteoarthritis-associated basic calcium phosphate crystals alter immune cell metabolism and promote M1 macrophage polarization. Osteoarthritis and Cartilage, 28(5): 603–612.
• 11. Bondarenko S.E., Leontieva F.S., Vysotsky O.V. et al. (2020) Biochemical Markers of Blood Serum in Patients at Different Stages of Hip and Knee Osteoarthritis. Ukr. J. Med. Biol. Sports, 5(3): 173–178.
• 12. Donell S. (2019) Subchondral Bone Remodelling in Osteoarthritis. EFORT Open Rev., 4(6): 221–229. DOI: 10.1302/2058-5241.4.180102.
• 13. Zhu X., Chan Y.T., Yung P.S.H. et al. (2021) Subchondral Bone Remodeling: A Therapeutic Target for Osteoarthritis. Front. Cell Dev. Biol., 8. Art. № 607764. DOI: 10.3389/fcell.2020.607764
• 14. Jiang A., Xu P., Sun S. et al. (2021) Cellular alterations and crosstalk in the osteochondral joint in osteoarthritis and promising therapeutic strategies. Connect Tissue Res., 62(6): 709–719. DOI: 10.1080/03008207.2020.1870969.
• 15. Zhang G., Yin C., Wu R. et al. (2022) A gene expression analysis and immune infiltration between lesioned and preserved subchondral bone in osteoarthritis. BioRxiv. 2022.09.12.507705. DOI: 10.1101/2022.09.12.507705.

Надійшла до редакції/Received: 15.11.2023
Прийнято до друку/Accepted: 23.11.2023