Современные аспекты диагностики нарушений метаболизма костной ткани у детей с ювенильным идиопатическим артритом

блемой в ревматологии современного периода, занимая ведущее место в структуре неинфекционных заболеваний [1–5]. Ежегодно в России впервые регистрируется до 16,2 на 100 тыс. населения случаев ЮИА у детей [3, 6]. Распространенность ЮИА в разных странах составляет от 0,05 до 0,6% [6, 7].

У детей с ЮИА на фоне хронизации и прогрессирования заболевания быстро наступает инвалидизация, в том числе в связи с негативным влиянием развивающегося патологического процесса на метаболизм костной ткани. Наибольшие нарушения со стороны костной ткани отмечаются у детей в период интенсивного роста, что приводит к развитию вторичного остеопороза [8]. Наличие тесной патогенетической связи между процессами деструкции суставов и костной резорбции у детей с ЮИА обусловлено системными нарушениями иммунитета [4].

Развитие остеопенического синдрома как одного из осложнений ЮИА связано не только с особенностями течения самого заболевания, но и с проводимой патогенетической терапией [9, 10]. Формирование этого осложнения существенно сказывается на снижении качества, а в определенной мере и продолжительности жизни больных ЮИА [11]. Нарушения метаболизма костной ткани при ЮИА характеризуются не только развитием локальной (периартикуляр-ной) остеопении, но и генерализованными процессами, сопровождающимися потерей костной массы [12, 13]. Остеопороз при ЮИА — по сути вторичная метаболическая остеопатия.

Периартикулярный, затрагивающий участки кости около пораженных суставов, остеопороз у детей с ЮИА считают ранним рентгенологическим признаком ревматоидного артрита, рассматривая его в качестве предиктора суставной деструкции. Развитие его связано с микроциркуляторными расстройствами, возникающими в зоне воспаления и приводящими к начальным проявлениям структурной перестройки костной ткани. Доказан факт корреляции степени выраженности периартикулярного остеопороза при ЮИА с уровнем провоспалительных цитокинов [14].

Генерализованный остеопороз при ЮИА — это индикатор выраженности процессов системного воспаления, лежащих в основе самого заболевания, так как характеризуется общим снижением минеральной плотности костной ткани во всех участках скелета, а у детей в основном затрагивает кортикальную (компактную) костную ткань [10, 12].

Своевременная диагностика изменений метаболизма костной ткани у детей с ЮИА, в основе которой лежит раскрытие механизмов иммунопатологических нарушений в макроорганизме, направлена на разработку новых современных методов профилактики и лечения таких больных.

В патогенетический механизм развития хронической воспалительной реакции при ЮИА заложен каскад биохимических и иммунологических процессов, регулируемых определенными гуморальными медиаторами [15]. Так, растворимые белки — цитокины, образуемые клетками макроорганизма в пикомолярных концентрациях, воздействуя на определенные рецепторные структуры клетки, осуществляют регуляцию ее функций. Хронический воспалительный процесс при ЮИА характеризуется длительным течением, при котором периоды обострения перемежаются с ремиссиями, и на фоне усиления деструктивного компонента воспаления, становящегося превалирующим, наблюдается разрушение тканей макроорганизма. Этот сложный процесс определяется состоянием активности субпопуляций Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов, макрофагов, нейтрофилов и других клеток, способных синтезировать различные цитокины. Цитокины в функциональном плане условно подразделяют на интерлейкины, хемокины, интерфероны, индукторы пролиферации и дифференци- ровки, колониестимулирующие факторы и другие. Более грубое деление позволяет выделить среди них цитокины, принимающие участие в реакциях клеточного иммунитета — «провоспалительные» и обеспечивающие вспомогательный эффект в реакциях синтеза антител или аутоантител, тем самым проявляя антивоспалительную активность [16]. В условиях патологической активации клеток иммунной системы организма происходит нарушение баланса между уровнем продукции ими провоспалительных и анти-воспалительных медиаторов, что, возможно, является пусковым моментом в развитии патологии костной ткани при ЮИА. Известно, что ряд цитокинов (IL-1, IL-6, IL-8, TNF-α) способны активировать остеокласты и тем самым подавлять формирование новой костной ткани, стимулируя резорбционные процессы, а также ингибировать рост эндотелиальных клеток, в то время как другие цитокины (IL-4, IL-10, IL-13, IFN-ɣ) подавляют резорбцию кости посредством частичного торможения формирования остеокластов [15, 17].

Помимо прямого влияния самого патологического процесса при ЮИА (активность воспаления и обусловленная этим степень снижения физической активности), на развитие нарушений костного метаболизма воздействует и целый ряд других факторов: пол, возраст, генетическая предрасположенность, а также характер лекарственной терапии.

Особенности и выраженность остеопенических нарушений у детей с ЮИА тесно связаны с длительностью заболевания, степенью активности воспалительного процесса, тяжестью функциональных нарушений, характером проводимой терапии, и, что важно, глубина этих поражений в различных зонах скелета неравномерна.

Наиболее интенсивное снижение минеральной плотности костной ткани отмечают в первые годы болезни независимо от пола ребенка [8]. Ранее была установлена отрицательная связь между степенью инвалидизации и уровнем снижения минеральной плотности костной ткани и выявлено наличие прямой связи между активностью воспалительного процесса и степенью выраженности остеопороза [18]. Не вызывает сомнения и тот факт, что снижение минеральной плотности костной ткани коррелирует с рядом показателей (персистирующее увеличение СОЭ, высокий уровень СРБ, положительный ревматоидный фактор), свидетельствующих о быстропрогрессирующем течении ИЮА [19]. Доказанным можно считать наличие корреляционной связи между такими показателями, как уровень СРБ и количество IL-6 в синовиальной жидкости и в сыворотке крови больных ЮИА [8, 19]. В то же время рентгенологические изменения в кистях детей, больных ЮИА, коррелируют с тяжестью и скоростью прогрессирования патологического процесса [8, 14, 18].

Таким образом, своевременная и адекватная характеристика состояния минерализации костной ткани у больных ЮИА как индикатор системного катаболического процесса остается актуальной проблемой, тесно связанной с постоянным внедрением новых диагностических методов оценки уровня метаболизма костной ткани.

Методы лабораторной диагностики нарушений метаболизма костной ткани. Среди методов диагностики и контроля нарушений метаболизма костной ткани особое место занимает денситометрия (измерение плотности костной ткани), позволяющая количественно характеризовать костные потери. Оценка минеральной плотности костной ткани способствует диагностике остеопенических нарушений на ранних стадиях болезни. Методы костной денситометрии: рентгенологическая, изотопная, ультразвуковая, компьютерная томография.

В основе большинства методов оценки минеральной плотности костной ткани лежит феномен разности поглощения излучения костью и мягкими тканями. Рентгенологические методы, используемые в диагностике остеопороза, малоинформативны для оценки остопенических нарушений у детей с ЮИА, так как регистрируют остепению с потерей более 30% костной массы.

Существующие рентгеновские денситометры подразделяются на одноэнергетические (SPA — Single Photon Absorptiometry и SXA — Single Photon (X-ray) Absorptiometry) и двухэнергетические (DPA — Dual Photon Absorptiometry, DEXA, DXA — Dual Energy X-ray Absorptiometry), которые в свою очередь подразделяют на периферические (pDXA) и аксиальные (sDXA).

Одноэнергетические денситометры используются в скрининговых исследованиях для измерения минеральной плотности костей кисти, дистальных отделов костей предплечья или голени. Но получаемые данные по минеральной плотности костной ткани дистальных отделов не всегда адекватно отражают возрастные метаболические сдвиги.

Двухэнергетическая рентгеновская денситометрия, основанная на использовании модификации двухфотонных радионуклидных денситометров, является наиболее распространенным методом исследования минеральной плотности костной ткани [15, 17]. Для объективности денситометрической оценки состояния костной ткани принято делать измерения в проксимальной части бедренной кости в области шейки и в поясничном отделе позвоночника.

«Золотым стандартом» среди методов костной денситометрии можно считать лучевую рентгеновскую абсорбциометрию (DXA), основанную на измерении степени проницаемости кости для рентгеновских лучей.

В отличие от рентгеновской денситометрии костная ультрасонометрия позволяет оценить скорость прохождения звука через кость и единицу механической реакции кости. Для ультразвуковой денситометрии доступны проксимальные отделы периферического скелета: пяточная кость, надколенник, большеберцовая кость, фаланги пальцев кисти. Степень корреляции этих показателей с минеральной плотностью кости, оцениваемой при рентгеновской денситометрии, до конца не ясна, поэтому считается, что чувствительность этого метода ниже, чем DXA. Преимуществами ультразвуковой денситометрии являются низкая экономическая стоимость, отсутствие радиации и лучевых нагрузок, высокая скорость исследования.

Хотя денситометрия и является наиболее чувствительным методом выявления остеопороза, но она улавливает изменения в плотности костной ткани только через год и более и не пригодна для контроля состояния метаболизма костной ткани в динамике. Важным дополнением к денситометрии является оценка биохимических маркеров, характеризующих скорость и характер процессов метаболизма костной ткани.

Процесс ремоделирования костной ткани направлен на поддержание прочности кости. Для этого остеобласты активно синтезируют и выделяют в кровь целый ряд биологически активных веществ — белков, цитокинов, факторов роста. Уровень этих веществ в сыворотки крови больного ЮИА отражает процессы формирования костной ткани [20].

Рутинными методами лабораторной диагностики остеопороза определяются следующие показатели: концентрация кальция, фосфора, щелочной фосфатазы в сыворотке крови или суточная экскреция кальция и фосфора с мочой, уровень оксипролина в моче.

Как правило, рутинные клинические лабораторные показатели долгое время остаются в пределах нормальных значений и не пригодны для ранней диагностики остеопенических расстройств. Большее значение может иметь оценка гормонального статуса больного ЮИА, которая включает исследование паратиреоидного гормона (ПТГ), половых стероидных и гонадотропных гормонов, витамина D, участвующего вместе с ПТГ и кальцитонином (КТ) в регуляции обмена кальция.

Долгое время к маркерам активности остеобластов относили показатель уровня щелочной фосфатазы в сыворотке крови, но, как известно, этот фермент присутствует не только в костной ткани, а представлен двумя изоферментами — костной и печеночной щелочной фосфатазой [21], поэтому специфичность и чувствительность данного маркера низкая [22]. Более точным маркером костного образования считается определение в крови остеокальцина — неколлагенового кальций связывающего белка с молекулярной массой 5700 Да, синтезируемого остеобластами и одонтобластами [23]. Определение в сыворотке крови уровня карбокси- и аминотерминальных пропептидов прокаллагена I типа (P1CP и P1NP), образующегося в процессе его синтеза методом иммуноферментного анализа (ИФА), позволяет судить о способности остеобластов синтезировать коллаген I типа [22, 24].

К маркерам резорбции костной ткани относят главным образом фрагменты коллагена I типа и неколлагеновые белки (сиалопротеин и костную кислую фосфатазу). Информативным считается определение уровня оксипролина, экскретируемого с мочой, образующегося при распаде коллагена [25], хотя до 40% оксипролина в моче не костного происхождения [26]. Тартрат-резистентную кислую фосфатазу (ТРКФ) вырабатывают остеокласты в момент прикрепления к костной поверхности и высвобождения при этом лизосомальных ферментов, растворяющих кость, поэтому этот маркер резорбции костной ткани широко используется в диагностических целях. Адекватным диагностическим подходом является и определение в сыворотке крови пиридинолина и дезоксипиридинолина, образующегося при распаде коллагена I типа [27].

Особенно большое значение придают недавно открытой группе цитокинов (RAN-KL, OPG) и их рецепторов (sRANKL), принимающих существенное участие в регуляции цитокинзависимой резорбции костной ткани [28–30]. Растворимый лиганд рецептора активатора ядерного фактора транскрипции каппа-Б (sRANKL) индуцирует дифференцировку остеокластов из мононуклеарных клеток в присутствии макрофагального колониестимулирующего фактора (М-КСФ). Отмечают торможение остео-кластогенеза за счет конкурентного ингибирования связывания sRANKL с RANKL. Продукция sRANKL, вырабатываемого остеобластами и активированными Т-лимфоцитами и стимулирующего образование зрелых остеокластов, регулируется многими медиаторами (факторами роста, цитокинами, пептидами, гормонами), принимающими участие в иммунопатогенезе ЮИА, поэтому все чаще определение этих параметров используют в качестве биохимических маркеров активности процессов резорбции костной ткани в организме [31].

Свой вклад в развитие деструкции хряща и субхондральной кости при ЮИА вносят матриксные металлопротеиназы (коллагеназа, стромелизин, желатиназа), образующиеся в зоне инвазивного роста очага гиперплазии синовиальной ткани (паннуса), приводящего к разрушению суставного хряща и субхондральной кости. Матриксные металлопротеиназы (MMPs) играют важную роль в процессах тканевого ремоделирования, в том числе и при ЮИА. Они относятся к семейству цинк- и кальцийзависимых эндопептидаз, воздействующих на метаболизм компонентов экстрацеллюлярного матрикса. Известно, что MMP-1 (интестинальная коллагеназа), синтезируемая фибробластами, хондроцитами, макрофагами, кератиноцитами, эндотелиальными клетками и остеобластами, принимает участие в деградации коллагеновых фибрилл в процессе ремоделирования экстрацеллюлярного матрикса [32]. Это приводит к появлению в зоне резорбции кости больших фрагментов деградации коллагена, состоящих из двух С-телопептидов одной молекулы коллагена I типа (фрагмент CTX–MMP). Последующее попадание этих фрагментов в кровоток и выведение с мочой позволяет диагностировать этот процесс. Так, продукты деградации коллагена I типа — С-телопептиды (СТХ, бета-CrossLapsTM и альфа- CrossLapsTM) можно определять как в моче, так и в сыворотке с использованием существующих ИФА тест-систем [33]. Исследование этих показателей у детей с ЮИА является наиболее информативным для оценки состояния процессов регуляции остеокластогенеза. Продолжаются исследования по изучению вклада других металлопротеиназ в процесс деградации коллагена при ЮИА [34].

Оценка изменения биохимических маркеров метаболизма костной ткани в диагностике остеопенических нарушений при ЮИА — это ключевое дополнение к денситометрии. В отличие от последней она позволяет судить о скорости и направленности процессов костного метаболизма в динамике. Своевременная оценка биохимических маркеров состояния костного метаболизма в крови и моче больных ЮИА детей позволяет, ориентируясь на эти своеобразные предикторы потери костной массы, определить риск развития остеопенических нарушений в будущем.

На примере изучения маркеров метаболизма костной ткани на фоне лекарственного остеопороза разрабатывается комплексный подход для адекватного отражения состояния процессов ремоделирования костной ткани, который может быть применен не только для диагностики остеопороза, но и для оценки эффективности проводимой антиостеопени-ческой терапии [20, 35, 36].

Современные возможности диагностики остеопенических нарушений у детей с ЮИА. Современные методы диагностики остеопенических нарушений опираются на данные о молекулярно-биологических мишенях процесса остеогенеза. Одной из таких мишеней является секретируемый гликопротеин с молекулярной массой 22,5 кДа — склеро-стин, который действует посредством связывания с Wnt-корецептором LRP5, тем самым предотвращая связывание молекул Wnt пути, играющего важную роль в регуляции гомеостаза костной ткани через стимуляцию развития остеобластов [37]. Склеростин почти исключительно продуцируется в остеоцитах, а количественный учет уровня этого гликопротеина у больных ЮИА возможен в сыворотке крови, плазме, супернатантах клеточных культур методом иммуно-ферментного анализа (ИФА).

Особое место в реализации остеопенического синдрома при ЮИА занимает анализ ряда наследственных факторов — генов, участвующих в регуляции метаболизма костной ткани. К таковым относят ген рецептора витамина D3 — VDR3 и ген коллагена α I типа — COL1A1. К настоящему времени определены наиболее значимые для развития предрасположенности к остеопорозу мутации в этих генах — это нуклеотидные замены Sp1 в гене COL1A1 и Bsm1 в гене VDR3 [38, 39]. При помощи полимеразной цепной реакции устанавливают состояние нормальных и патологических аллелей геномной ДНК лимфоцитов периферической крови больных. Доказано, что полиморфизм генов VDR3 (Bsm1) и COL1A1 (Sp1) играет роль в процессах остеогенеза и ассоциирован с маркерами костного обмена [40, 41]. Но следует отметить недостаточную специфичность анализа полиморфизма гена VDR3, так как есть данные, что его изменения обусловливают не только нарушения минерального обмена кости, но могут быть ассоциированы с рядом инфекционных, эндокринных и онкологических заболеваний [42–44].

Представляет интерес и комплексный подход к оценке цитокинового статуса детей, больных ЮИА, в сочетании с характеристикой полиморфизма генов, контролирующих уровень этих цитокинов. Более полная информация имеется о роли IL-1 в патогенезе воспалительно-дегенеративных изменений опорно-двигательного аппарата у детей с ЮИА [45, 46], поэтому есть сведения и о возможном полиморфизме гена, кодирующего синтез этого цитокина, а также о вкладе полиморфизма генов антогонистов рецептора IL-1 в реализацию нарушений метаболизма костной ткани у таких больных [47, 48]. В основе состояний, связанных с понижением минеральной плотности костной ткани, лежит избыточная активность остеокластов. Ключевым моментом активации этих клеток является цитокин семейства TNF [15, 17]. На настоящий момент известно несколько мутаций гена, кодирующего синтез цитокинов этого семейства, ассоциированных с рядом аутоиммунных, аллергических заболеваний [49]. Доказан факт, что при одинаковой кортикальной толщине индекс плотности костной ткани шейки бедра у носителей полиморфных генов, кодирующих TNF, различен. Так, полиморфизм Yerges 2009-го гена по 308-му нуклеотиду с заменой гуанинового основания (G) на адениновое (А) характеризуется резким снижением минеральной плотности костной ткани [50]. В целом для детей характерна высокая генетическая детерминированность процессов дезорганизации метаболического статуса костной ткани [44].

Таким образом, для проведения адекватной терапии и своевременной ее коррекции у детей с ЮИА уже на ранних этапах болезни необходимо осуществлять комплексное исследование по выявлению нарушений метаболизма костной ткани, проводя его в динамике и активно внедряя в практику современные и доступные методы диагностики остеопении.