The assessment of indicator of bone metabolism (IBM) and establishing the range of its normal values in healthy women and men

Wstęp

Osteoporoza stanowi jeden z ważniejszych problemów zdrowia publicznego. Światowa Organizacja Zdrowia (World Health Organization – WHO) wpisała osteoporozę na listę 10 najważniejszych chorób cywilizacyjnych. Życiowe ryzyko złamań dla kobiet

50-letnich wynosi 46,6%, a 22,45% dla mężczyzn [1, 2]. Według szacunkowych danych Jaworskiego i Lorenca z 2006 r., w Polsce występuje ok. 150 000 złamań, w tym ok. 30 000 złamań bliższego odcinka kości udowej, co lokuje nas w środkowej części listy spośród wszystkich krajów europejskich [3]. Wynikiem osteoporozy są złamania, zatem celem diagnostyki osteoporozy jest identyfikacja chorych, którzy są nimi zagrożeni. Do niedawna podstawą kwalifikacji chorych do leczenia było rozpoznanie osteoporozy na podstawie pomiaru gęstości kości, czyli badania densytometrycznego (bone mineral density – BMD). Okazało się, że 70% złamań występuje u osób niespełniających kryteriów rozpoznania osteoporozy wg tych wytycznych [4]. Dlatego rozszerzono diagnostykę o dodatkowe czynniki, m.in. uwzględniając wartość wskaźnika masy ciała (body mass index – BMI) oraz ocenę wskaźnika metabolizmu kostnego (indicator of bone metabolism – IBM) [5]. W badaniu obrotu kostnego uwzględnia się zarówno gęstość mineralną masy kostnej, jak też jakość kości, ale wciąż poszukiwane są metody do oceny jej jakości i wytrzymałości.

Jedną z metod wykorzystywanych do oceny układu kostnego i jego metabolizmu w różnych stanach patologicznych jest radioizotopowa scyntygrafia kości. Autorzy niniejszego artykułu postanowili wykorzystać ją do oceny metabolizmu kostnego u osób zdrowych i wyliczyć IBM w populacji polskich kobiet przed menopauzą oraz w populacji mężczyzn przed 50. r.ż.

Scyntygrafia jest prostym, nieinwazyjnym badaniem, które w odróżnieniu od innych technik obrazowania, pozwala zarówno na strukturalną, jak i czynnościową ocenę układu kostnego. Najczęściej wykorzystywanym radioznacznikiem jest metylenodifosforan znakowany technetem (MDP-Tc99m), o krótkim czasie połowicznego zaniku, dzięki czemu szybko usuwany jest z organizmu. Metylenodifosforan znakowany technetem jest wychwytywany przez osteoblasty i uwidacznia miejsca o zwiększonej aktywności metabolicznej. Jego maksymalny wychwyt przez tkankę kostną następuje w ciągu godziny od podania i całkowicie znika z organizmu po ok. 2–3 dobach. Obecnie jedynymi bezwzględnymi przeciwwskazaniami do scyntygrafii są ciąża i okres karmienia, do względnych należy ciężka niewydolność nerek [6].

Mając za sobą liczne badania i analizy przeprowadzone w latach 2005–2010 na mniejszych i bardziej zróżnicowanych grupach chorych, autorzy podjęli próbę szerszego wykorzystania metody scyntygraficznej do oceny metabolizmu kostnego za pomocą IBM, na jednorodnych grupach zdrowych kobiet i mężczyzn oraz ustalenia stopnia korelacji między tymi wskaźnikami a BMD [7–9] i wyliczenia zakresu prawidłowych wartości tego wskaźnika dla kobiet i mężczyzn.

Cele pracy

1. Oznaczenie IBM oraz określenie zakresu prawidłowych wartości tego wskaźnika w populacji zdrowych kobiet przed menopauzą i mężczyzn przed 50. r.ż.

2. Porównanie wartości IBM u kobiet w okresie przedmenopauzalnym z grupą mężczyzn przed 50. r.ż.

Materiał i metody

Po przeprowadzeniu wywiadu i ocenie wyników badań hormonalnych i biochemicznych krwi ostatecznie do badania zakwalifikowano tylko osoby zdrowe: 117 kobiet w wieku 25–44 lat (32,65 ±5,78 roku) oraz 90 mężczyzn w wieku 35–50 lat (38,56 ±6,35 roku), z prawidłowym BMI (19,45–24,97 kg/m²), bez zaburzeń ukrwienia kończyn dolnych. Badani potwierdzali prawidłową codzienną aktywność ruchową oraz stosowanie urozmaiconej diety. Z badania wykluczono osoby ze schorzeniami metabolicznymi układu kostnego, zaburzeniami przemiany materii, po przebytym udarze mózgu oraz z chorobami predysponującymi do rozwoju osteoporozy (choroby tarczycy, przytarczyc, niedobory hormonów płciowych, przewlekłe choroby wątroby, układu krwiotwórczego i chłonnego, zespół złego wchłaniania, cukrzyca, przewlekłe przyjmowanie glikokortykosteroidów, leków immunosupresyjnych lub cytotoksycznych).

Protokół badań został zaakceptowany przez Komisję Etyczną Uniwersytetu Medycznego w Łodzi. Wszyscy pacjenci zostali zapoznani z charakterem i przebiegiem badań i wyrazili zgodę na ich przeprowadzenie.

Badano i poddano analizie następujące parametry:

• czynniki antropometryczne, takie jak: wiek, waga, wzrost, BMI;

• badania krwi: stężenie glukozy, cholesterolu całkowitego, trójglicerydów, białka całkowitego, wapnia zjonizowanego, fosfatazy zasadowej, fosforanów, hormony: PTH, TSH, FT4, testosteron; u kobiet – w drugiej fazie cyklu miesięcznego – estradiol i progesteron;

• badania naczyniowe kończyn dolnych przeprowadzono za pomocą przepływomierza dopplerowskiego typu Veno; na wybranych tętnicach kończyn dolnych: tętnicy udowej, podkolanowej, piszczelowej tylnej i piszczelowej przedniej, w typowych miejscach mierzono prędkość maksymalną przepływu krwi (Vmax), oznaczono wskaźniki pulsacji (pulsality index – PI), oporowości (resistance index – RI), tętno i wskaźnik kostkowo-ramienny (Wk-r);

• badania densytometryczne wykonano techniką DXA, za pomocą densytometru NORLAND XR 46, oceniając BMD oraz wskaźnik T-score szyjki kości udowej;

• badania radioizotopowe (scyntygraficzne) kości – do oceny metabolizmu kostnego wykorzystano radiofarmaceutyk MDP-Tc99m. Gromadzenie znacznika osteotropowego MDP-Tc99m w układzie kostnym jest pochodną masy kostnej oraz metabolizmu kostnego. Radioizotopowe badania układu kostnego wykonywano za pomocą gamma-kamery APEX SP-6HR z kolimatorem wysokiej rozdzielczości 5-HR, wykorzystując własną metodę badań i program BONS [10].



Po ustawieniu głowicy gamma-kamery w projekcji tylno-przedniej (postero-anterior pojection – PA) w obszarze kości udowych i iniekcji radiofarmaceutyku

MDP-Tc99m o aktywności 11,1 MBq/kg m.c. rejestrowano dwie grupy obrazów: 120 obrazów 1-sekundowych i 56 obrazów 5-sekundowych (łącznie faza dynamiczna trwała 5 min). Akwizycję dynamiczną wykonywano i rejestrowano w matrycy 128 × 128. Następnie wykonywano scyntygram całego ciała w projekcji PA ze stałą prędkością przesuwu głowicy wynoszącą 38 cm/min. Statyczną akwizycję kości udowych (faza opóźniona) wykonywano po 3–4 godz. w projekcji PA w czasie 300 s,

w matrycy 256 × 256. Za pomocą programu BONS wyliczano IBM, korzystając ze wzoru:



(Gtot – Groi) × 361,2 × 1n(2)

IBM = ———————————

Gtot × EXP(T0 – T1)



gdzie:

IBM – radioizotopowy wskaźnik metabolizmu kostnego;

Gtot – ilość zliczeń na jeden piksel matrycy w badaniu całego ciała;

Groi – ilość zliczeń na jeden piksel matrycy w wybranym obszarze zainteresowania (region of interest – ROI);

T0 – czas rozpoczęcia fazy dynamicznej;

T1 – czas rozpoczęcia fazy statycznej.



Wykorzystując dużą homogenność wyników badań densytometrycznych i scyntygraficznych oraz krzywą Gaussa wyników IBM, określono zakresy wartości prawidłowych w badanych grupach kobiet i mężczyzn, zgodnie z zależnością:



IBMśred. – 2 × SD < IBMnorma < IBMśred. + 2 × SD

Analiza statystyczna

Wszystkie obliczenia wykonano z wykorzystaniem licencjonowanej wersji pakietu statystycznego Statistica pl 8.0. Dla zmiennych mierzalnych podano wartość średnią, wartości największą i najmniejszą oraz odchylenie standardowe (standard deviation – SD). Przed przystąpieniem do analizy dla zmiennych mierzalnych zweryfikowano hipotezę o normalności rozkładu testem Shapiro-Wilka. W przypadku normalności rozkładu zastosowano klasyczny test analizy wariancji

ANOVA, a w przypadku rozkładu odbiegającego od normy – nieparametryczny test analizy wariancji ANOVA Kruskala-Wallisa.

Wyniki badań

Wyniki badań antropometrycznych i laboratoryjnych

Tabela I przedstawia wyniki badań antropometrycznych, biochemicznych i hormonalnych.

Średni wiek badanych kobiet wynosił 32,65 roku, a mężczyzn 38,56 roku. W analizowanych grupach wartości BMI miały rozkład normalny i zawierały się w zakresie wartości prawidłowych. Wyniki badań biochemicznych i hormonalnych mieściły się w zakresie wartości prawidłowych. Uzyskane wyniki badań BMI wykazały homogenność badanych grup, co pozwalało na włączenie ich do dalszej analizy zgodnie z założonym celem.

Wyniki badań naczyniowych

Wyniki badań naczyniowych przedstawiono w ta-

beli II.

Prędkość maksymalna przepływu krwi mierzona na poszczególnych tętnicach oraz wartości PI i RI zawierały się w granicach wartości prawidłowych. Przedstawione wyniki badań przepływów naczyniowych nie wykazywały istotnych statystycznie różnic w grupie kobiet i w grupie mężczyzn. Z pomiaru ciśnienia krwi na kończynach górnych i dolnych wyliczono Wk-r, który również mieścił się w granicach normy, zarówno u kobiet (0,92 < Wk-r < 1,17), jak i u mężczyzn (0,94 < Wk-r

< 1,20). Uzyskane wyniki badań naczyniowych potwierdzają zatem, że do badań włączono osoby bez zaburzeń ukrwienia kończyn dolnych.

Wyniki badań densytometrycznych

Średnie wartości wskaźnika BMD szyjki kości udowej zawierały się w przedziale wartości prawidłowych (–1 < T-score < 1), co potwierdziło prawidłowy dobór grupy badanej. W grupie kobiet wartości BMD zawierały się w przedziale 0,86–1,10 g/cm² (średnia 0,95 ±0,05), a u mężczyzn w przedziale 0,88–1,12 g/cm² (średnia

0,98 ±0,065) (ryc. 1.). Obserwowano nieznacznie większą średnią wartość gęstości mineralnej szyjki kości udowej u mężczyzn niż u kobiet, ale różnice te nie były istotne statystycznie.

Wyniki badań radioizotopowych

– wskaźnik metabolizmu kostnego

Uzyskane wartości IBM u kobiet i u mężczyzn miały rozkład normalny (ryc. 2.).

W badanej grupie kobiet wartości IBM i BMD miały rozkład normalny. Linia regresji ma wskaźnik p = 0, co oznacza dokładnie liniową zależność między analizowanymi wartościami (ryc. 3.).



W grupie mężczyzn wartości IBM i BMD miały rozkład normalny. Linia regresji ma wskaźnik p = 0, co oznacza dokładnie liniową zależność między analizowanymi wartościami (ryc. 4.).

W tabeli III przedstawiono wyliczone parametry mocy testu analizy IBM w badanej grupie kobiet i mężczyzn.

Analiza uzyskanych IBM pozwoliła na wyznaczenie jego zakresu wartości prawidłowych. Stwierdzono węższy zakres wartości prawidłowych u mężczyzn niż u kobiet (tab. IV).

Omówienie wyników i dyskusja

Współczesna definicja osteoporozy zmienia kwalifikacje diagnostyczne i terapeutyczne z czysto densytometrycznych (ocena BMD) na ocenę całkowitego ryzyka złamań wynikającego z sumarycznej oceny metabolizmu kostnego, masy kostnej i innych pozaszkieletowych czynników ryzyka [11]. Kluczowym zagadnieniem staje się identyfikacja chorych, którzy są zagrożeni złamaniami. Stosowany dotychczas pomiar BMD okazał się niewystarczający, bowiem większość złamań występuje u chorych bez rozpoznania osteoporozy (T-score > –2,5). Dlatego w 2008 r. WHO wprowadziła nową metodę FRAX, która pozwala lepiej określić ryzyko złamania, biorąc pod uwagę tzw. kliniczne czynniki ryzyka, jak: wiek, przebyte złamanie, złamania u rodziców, stosowanie sterydów, reumatoidalne zapalenie stawów, osteoporozy wtórne, palenie papierosów, nadużywanie alkoholu [12].

Współcześnie nie dysponujemy powszechnie dostępną metodą pomiaru mikrostruktury ani wytrzymałości kości, która mogłaby być stosowana w codziennej praktyce lekarskiej. Należy jednak pamiętać, że zmniejszona gęstość oznacza zwiększone ryzyko złamania, ale prawidłowa go nie wyklucza. Markery obrotu kostnego pozwalają na określenie intensywności procesów katabolicznych i anabolicznych przebiegających w kości. Wiadomo, że zwiększenie stężenia markerów obrotu kostnego u kobiet po menopauzie jest niezależnym od BMD czynnikiem ryzyka złamań [13]. W dostępnym piśmiennictwie mało jest prac oceniających równocześnie IBM w połączeniu z pomiarami gęstości mineralnej szyjki kości udowej. Dostępne są natomiast liczne prace oceniające markery biochemiczne obrotu kostnego i pomiary BMD w różnych miejscach szkieletu [14, 15].

W prezentowanej pracy do oceny metabolizmu kostnego wykorzystano dynamiczne i statyczne badanie scyntygraficzne kości, obliczając radioizotopowy IBM. Gromadzenie znacznika osteotropowego MDP-Tc99m w układzie kostnym jest pochodną masy kostnej oraz metabolizmu kostnego. Jego ocena być może pozwoli uzyskać dodatkowe, istotne informacje do oceny jakości kości i ryzyka złamań. Wbrew powszechnym opiniom, badanie scyntygraficzne charakteryzuje się względnym bezpieczeństwem radiologicznym – narażenie radiologiczne pacjenta jest mniejsze niż w trakcie wykonywania tomografii komputerowej. Przykładowe porównanie stopnia narażenia radiologicznego podczas najczęstszych badań obrazowych: przy wykonywaniu RTG klatki piersiowej ok. 0,05 mSv, tomografii komputerowej klatki piersiowej – ok. 10 mSv, scyntygrafii znakowaną immunoglobuliną – ok. 2,8 mSv, scyntygrafii perfuzyjnej mózgu – ok. 8,1 mSv, roczna dawka promieniowania naturalnego to ok. 2,6 mSv. Dla bezpieczeństwa badań scyntygraficznych stosuje się znaczniki o krótkim czasie połowicznego zaniku, dzięki czemu są one szybko usuwane z organizmu. W przypadku najczęściej stosowanego radioznacznika – związku fosforanu znakowanego Tc99m – jego maksymalny wychwyt przez tkankę kostną następuje w ciągu godziny od podania i całkowicie znika z organizmu pacjenta po ok. 2–3 dobach. Jedynymi bezwzględnymi przeciwwskazaniami do scyntygrafii są ciąża i okres karmienia, ciężka niewydolność nerek stanowi względne przeciwwskazanie [16].

Wiadomo, że masa kostna zależy od istniejącego stanu równowagi pomiędzy metabolicznymi procesami wytwarzania i niszczenia kości. Okres konsolidacji (równowagi) i osiągnięcia szczytowej masy kostnej przebiega u kobiet od 25. do ok. 40. r.ż., a u mężczyzn od 30. do 45. r.ż. [17]. Dlatego do badań zakwalifikowano kobiety w okresie przedmenopauzalnym (25–44 lat) i mężczyzn w wieku 35–50 lat, o prawidłowej budowie kości, bez złamań patologicznych i innych schorzeń mogących mieć wpływ na masę kostną i jej metabolizm. Czynnikami warunkującymi prawidłową masę kostną są, obok czynników genetycznych i dietetycznych, również hormony tarczycy i przytarczyc oraz hormony płciowe – u mężczyzn testosteron, u kobiet estrogeny i progesteron. Dlatego w pracy badano stężenia hormonów u kobiet i mężczyzn, wykluczając osoby z niedoborem hormonalnym.

Wyniki badań antropometrycznych i biochemicznych krwi nie wykazywały istotnych statystycznie różnic (p < 0,05). W celu wykluczenia zaburzeń w krążeniu obwodowym badano przepływy naczyniowe kończyn dolnych. Co ważne – do badania włączono kobiety i mężczyzn z prawidłowym BMI. Odpowiedni dobór pacjentów do badanych grup, wykluczający wszelkie schorzenia mogące wpływać na przemiany kostne, wysoka homogenność w zakresie badań densytometrycznych i scyntygraficznych, duża moc wyników w zakresie oznaczonego IBM, zweryfikowana siłą testu, pozwoliły – zgodnie z przyjętą metodyką – na wyznaczenie zakresu wartości prawidłowych IBM. Wskaźnik ten u kobiet zawierał się w przedziale: 85,26–103,86, a u mężczyzn – 87,31–104,79. Wyznaczając zakres wartości prawidłowych u kobiet i mężczyzn, uwzględniono liczebność grup, wykonując pomiar mocy testu. Uzyskano bardzo wysoką moc testu przy prawdopodobieństwie popełnienia błędu na poziomie  = 0,05. Tak duża wartość wskaźnika mocy testu związana jest ze średnią próby, znacznie zbliżoną do wartości referencyjnej oraz małym rozrzutem wyników. Uzyskane wyniki wykazały, że metabolizm kostny u kobiet do 44. r.ż. oraz u mężczyzn do 50. r.ż. był podobny, a występujące różnice nie były istotne statystycznie. W obu grupach obserwowano porównywalny zakres wartości IBM. Jednakże u mężczyzn dolna granica IBM była nieznacznie wyższa niż u kobiet (kobiety – 84,18; mężczyźni – 84,76). Zakres wartości prawidłowych IBM był węższy w grupie mężczyzn niż w grupie kobiet. Także dolna granica wartości prawidłowych miała nieco większą wartość u mężczyzn niż w grupie kobiet, co może świadczyć o szybszej przemianie kostnej u mężczyzn. W grupie kobiet wyliczona stała Pearsona (r = 0,8467) potwierdzała silną dodatnią korelację między wielkością IBM a BMD szyjki kości udowej. Podobne zależności zaobserwowano u mężczyzn (r = 0,8077).

Wyniki przeprowadzonych analiz wykazały, że badania radioizotopowe są przydatną metodą do oceny metabolizmu kostnego oraz jakości kości. Wyliczone przez autorów wartości wskaźników IBM oraz zakresy wartości prawidłowych pozwalają ocenić tempo przemian metabolicznych kości w sposób ilościowy. Wydaje się, że połączenie radioizotopowej oceny metabolizmu kostnego oraz densytometrii wnosi nowe wartości do oceny stanu układu kostnego. Metody te pozwalają łatwiej wyodrębnić osoby z zaburzeniami obrotu kostnego, predysponowane do wystąpienia osteoporozy.

Wnioski

1. Badania radioscyntygraficzne są przydatne do oceny metabolizmu kostnego. Przeprowadzone badania własne pozwoliły obliczyć IBM oraz wyznaczyć zakres jego wartości prawidłowych dla zdrowych kobiet w okresie przedmenopauzalnym i mężczyzn przed 50. r.ż.

2. Otrzymane wyniki wykazały, że tempo przemian kostnych u zdrowych kobiet w okresie przedmenopauzalnym oraz mężczyzn przed 50. r.ż. jest podobne, chociaż średnie wartości IBM u mężczyzn były nieco wyższe niż u kobiet.



Praca wykonana w ramach badań własnych Zakładu Diagnostyki i Terapii Radiologicznej i Izotopowej Uniwersytetu Medycznego w Łodzi.

Piśmiennictwo

1. Kanis JA, Johnell O, Oden A, et al. Epidemiology of osteoporosis and fractures in men. Calcified Tissue International 2004; 10: 107-12.

2. Kanis JA, Pitt FA. Epidemiology of osteoporosis. Bone 1992; 13: S7-15.

3. Jaworski M, Lorenc RS. Risk of hip fracture in Poland. Med Sci Monit 2007; 13: CR206-10.

4. Kanis JA, Borgstrom F, De Laet C, et al. Assessment of fracture risk. Osteoporos Int 2005; 16: 581-9.

5. Tryniszewski W, Gadzicki M, Rysz J, et al. The behaviour of bone mineral density and bone metabolism index in young and menopausal women with the consideration of body mass index. Med Sci Monit 2010; 16: CR342-7.

6. Thomsen K, Johansen J, Nilas L, Christiansen C. Whole body retention of 99mTc-diphosphonate. Relation to biochemical indices of bone turnover and to total body calcium. Eur J Nucl Med 1987; 13: 32-5.

7. Carnevale V, Frusciante V, Scillitani A, et al. Age-related changes in the global skeletal uptake of technetium-99m methylene diphosphonate in healthy women. Eur J Nucl Med 1996; 23: 1473-7.

8. Minisola S, Pacitti MT, Romagnoli E, et al. Clinical validation of a new immunoradiometric assay for intact human osteocalcin. Calcif Tissue Int 1999; 64: 365-9.

9. Scillitani A, Dicembrino F, Chiodini I, et al. Global skeletal uptake of 99mTc-methylene diphosphonate (GSU) in patients affected by endo­crine diseases: comparison with biochemical markers of bone turnover. Osteoporos Int 2002; 13: 829-34.

10. Tryniszewski W, Jegier A, Maziarz Z i wsp. Określenie zachowania się densytometrycznych i radioizotopowych parametrów gęstości kości oraz metabolizmu kostnego u kobiet aktywnych ruchowo lub prowadzących stacjonarny tryb życia. Kwartalnik Ortopedyczny 2007; 67: 313-22.

11. Kanis JA, Burlet N, Cooper C, et al. European guidance for the diagnosis and management of osteoporosis in postmenopausal women. Osteo­poros Int 2008; 19: 399-428.

12. Czerwiński E, Osieleniec J, Kumorek A. Frax® – nowe narzędzie w diag­nostyce osteoporozy. www.osteoporoza.pl.

13. Sobczuk A, Pertyński T, Stetkiewicz T i wsp. Ocena gęstości masy kost­nej u kobiet w pierwszych 10 latach po menopauzie na podstawie badania densytometrycznego kości przedramienia. Materiały Naukowe Jubileuszowego Kongresu Ginekologii Praktycznej, Poznań 16–20.09.1997; 297-8.

14. Schousboe JT, Bauer DC, Nyman JA, et al. Potential for bone turnover markers to cost-effectively identify and select post-menopausal osteo­pe­nic women at high risk of fracture for bisphosphonate therapy. Osteo­poros Int 2007; 18: 201-10.

15. Cooper C, Melton LJ 3rd. Epidemiology of osteoporosis. Trends Endocrinol Metab 1992; 3: 224-9.

16. Looker AC, Orwoll ES, Johnston CC Jr, et al. Prevalence of low femoral bone density in older U.S. adults from NHANES III. J Bone Miner Res 1997; 12: 1761-8.

17. Miazgowski T, Napierski K, Czekalski S i wsp. Częstość występowania i czynniki ryzyka osteoporozy w próbie populacyjnej mieszkańców Szczecina powyżej 50. roku życia. Pol Tyg Lek 1993; 11: 13-6.