Sérová hladina kyseliny hyaluronové – prediktivní biomarker rentgenové progrese osteoartrózy kloubů rukou

Souhrn

Úvod:
Kyselina hyaluronová (KH) je považována za potenciální biomarker progrese osteoartrózy (OA) kolenních kloubů. Cílem této práce bylo změřit sérové koncentrace KH u pacientů s erozivní a neerozivní formou OA rukou a určit jejich vztah ke strukturálním změnám onemocnění.

Metody:
Padesát pět žen s erozivní a 33 s neerozivní OA rukou absolvovalo klinické vyšetření a funkční testy. Osmdesát jedna pacientů podstoupilo 3fázovou kostní scintigrafii za účelem determinace zánětu a přestavby kloubů rukou. Rentgen rukou byl proveden na začátku a po 2 letech. Sérové hladiny KH byly měřeny metodou ELISA.

Výsledky:
Do studie byly zařazeny pouze ženy, které se v obou skupinách nelišily věkem, trváním příznaků, BMI a parametry zánětu. Sérové hladiny KH korelovaly s věkem a délkou trvání nemoci. Po adjustaci KH k těmto proměnným byly sérové hladiny KH stále vyšší u pacientů s erozivní OA v porovnání s neerozivní formou onemocnění a korelovaly s počtem kloubů postižených deviací a deformací. Navíc měla KH vztah ke kloubní přestavbě podle pozdní fáze kostní scintigrafie a korelovala se závažností rentgenových změn na počátku i po 2 letech studie.

Závěr:
Sérová hladina kyseliny hyaluronové je zvýšená u pacientů s erozivní v porovnání s pacienty s neerozivní OA rukou, má vztah k lokálním strukturálním změnám a může představovat prediktivní biomarker rentgenové progrese OA rukou.

Klíčová slova:
kyselina hyaluronová, biomarker, erozivní osteoartróza, scintigrafie

Úvod

Erozivní osteoartróza (EOA), která představuje podtyp osteoartrózy (OA) rukou, se manifestuje lokálním zánětem a rentgenovými známkami kostních erozí, kortikální destrukcí a následnou reparací především na drobných kloubech rukou (1). Významně se uplatňuje familiární predispozice a postiženy bývají především ženy středního věku. Přestože je OA charakterizována jako nezánětlivé onemocnění, vyšší sérové hladiny CRP byly prokázány u pacientů s OA kolenních i kyčelních kloubů ve srovnání se zdravou populací (2, 3). Systémové hladiny CRP mohou být podmíněny přítomností synoviálního zánětlivého infiltrátu, ale zatím neexistuje přesvědčivý důkaz, že CRP odráží aktivitu erozivního průběhu (4, 5, 6, 7).

V současnosti se diagnóza OA zakládá na charakteru klinického průběhu a na rentgenovém obraze, který je však již pozdním znakem a je nedostatečný pro predikci progrese nemoci. Biomarkery degradace, syntézy nebo zánětu, které mají funkční význam v kloubním kompartmentu, by mohly přispět k detekci nemoci v jejím časném stadiu a k identifikaci pacientů s rizikem rychlé progrese.

Kyselina hyaluronová (KH) přispívá ke strukturální a funkční integritě kloubní chrupavky. Je odpovědná za jedinečné visko-elastické vlastnosti synoviální tekutiny a pokládá se za marker synovitidy (10, 11). Vyšší koncentrace KH v synoviální tekutině v porovnání s hladinou v krevním oběhu u pacientů s revmatoidní artritidou (RA) a OA jsou pravděpodobně důsledkem zvýšené lokální produkce (12). Navíc byla u pacientů s OA oproti zdravým dobrovolníkům prokázána zvýšená sérová hladina KH (9, 12, 13, 14) a její prediktivní hodnota s ohledem na progresi OA kolen a kyčlí (13, 15, 16).

Cílem této práce bylo porovnat sérovou hladinu kyseliny hyaluronové mezi pacienty s erozivní a neerozivní formou OA rukou a zjistit její možný vztah ke strukturálním změnám a rentgenové progresi v průběhu 2 let.

Pacienti a metody

Pacienti

Studie se zúčastnilo 88 žen ve věku 52–72 let, které byly sledovány ambulantně v Revmatologickém ústavu v Praze a splňovaly kritéria Americké revmatologické společnosti (ACR) pro OA drobných kloubů rukou (17). Pacienti s EOA kromě výše uvedených kritérií měli navíc na rentgenovém snímku rukou patrnou minimálně jednu kostní erozi distálního nebo proximálního interfalangeálního kloubu. V této práci jsme rozšířili soubor pacientů s OA rukou, který byl objektem studia naší předchozí práce (18). Tato studie byla schválena lokální etickou komisí a všichni účastníci podepsali informovaný souhlas. Charakteristika pacientů je uvedena v tabulce 1.

Všichni pacienti vyplnili dotazník AUSCAN (Australian Canadian OA hand index), popisující bolest, ztuhlost a potíže při provádění běžných denních činností za posledních 48 hodin (19), a Dreiserové index (20). Klinické vyšetření kloubů rukou, provedeno na začátku studie, zahrnovalo vyšetření otoku, palpační citlivosti, deformace a deviace. Deformace zahrnují Heberdenovy a Bouchardovy uzle. Deviace byla hodnocena jako rozdíl mezi normální, přirozenou osou kloubu a aktuálním směrem – ulnárním nebo radiálním.

Zobrazovací metody

Předozadní snímek rukou na začátku studie a po 2 letech sledování byl zhodnocen jedním radiologem podle Kallmanova skóre (21). U jednotlivých kloubů byla hodnocena velikost osteofytů (škála 0–3), zúžení kloubní štěrbiny (0–3), přítomnost subchondrální sklerózy (0–1), subchondrálních cyst (0–1), úhlové vychýlení kloubu (0–1) a kolaps centrální části kortikální kosti (0–1). Technika rentgenového zobrazení kolenních kloubů v plné extenzi byla již popsána dříve (22) a hodnocení bylo provedeno podle Kellgrena a Lawrence (K-L), modifikace podle Steinbrockera (23).

Sonografie kolenních kloubů byla na začátku studie provedena zkušeným radiologem. Pro potřeby této studie byla hodnocena přítomnost/nepřítomnost kloubního výpotku a synoviálního edému. Rentgenové a sonografické vyšetření kolenního kloubu bylo provedeno s cílem vyloučit tento kloub jako možný zdroj kyseliny hyaluronové v důsledku probíhající přestavby či zánětu.

Trojfázovou kostní scintigrafii s aplikací injekčního bolusu Tc-99m metylén difosfonátu s aktivitou 600MBq do kubitální žíly podstoupili pacienti na začátku studie. Scintigramy druhé (blood pool) fáze byly zaznamenány po 10 min. a třetí (pozdní) fáze po 2,5 hod. po aplikaci. Scintigramy byly zaměřeny na oblast obou rukou a byly hodnoceny následující klouby: proximální a distální interfalangeální klouby, metakarpofalangeální, karpometakarpální, interkarpální a radiokarpální skloubení. Klouby byly vyhodnoceny jako zánětlivé na základě vychytávání radiofarmaka v blood pool fázi a osteoblastická aktivita reprezentující přestavbu kosti podle vychytávání radiofarmaka v pozdní fázi. V obou fázích byly sečteny pozitivní klouby.

Laboratorní měření

Krevní odběr z loketní žíly byl proveden u každého pacienta na začátku studie. Sérum bylo až do zpracování uchováno při teplotě -80 °C. Sérové hladiny CRP byly měřeny na začátku studie imuno-turbidimetrickou technikou (high sensitivity CRP, hsCRP) pomocí biochemického analyzátoru Olympus (model AU 400, Japonsko). KH byla analyzována pomocí komerčně dostupného kitu ELISA podle doporučení výrobce (Corgenix HA Test kit, Corgenix Inc., USA). Absorbance byla měřena na vlnové délce 450 nm (Tecan Sunrise, Rakousko). Normální rozmezí kyseliny hyaluronové stanoveno výrobcem je 0–75 ng/ml.

Statistická analýza

Data jsou vyjádřena jako průměr a směrodatná odchylka (SD). Pro porovnání hodnot mezi dvěma skupinami byl použit Mann-Whitneyův U-test, hodnota P menší než 0,05 byla považována za statisticky významnou. Pro vyhodnocení síly korelace byl použit Spearmanův korelační koeficient. Pearsonův korelační koeficient byl použit k vyhodnocení korelací, kde byly hladiny kyseliny hyaluronová adjustovány k věku a délce trvání nemoci. Data byla analyzována pomocí programu GraphPad Prism 5 (verze 5.02; GraphPad Software, La Jolla, CA, USA).

Výsledky

Klinické a demografické údaje

Osmdesát osm pacientů s OA drobných kloubů rukou bylo rozděleno podle výše uvedených kritérií do 2 skupin: 55 pacientů s erozivní a 33 pacientů s neerozivní formou OA. Obě skupiny tvořily pouze ženy a byly srovnatelné věkem, trváním choroby, BMI a hodnotami sedimentace erytrocytů a CRP (tab. 1). Nesteroidní antirevmatika (NSA) užívalo více pacientů s EOA oproti neerozivní OA (tab. 1). Výsledky dotazníku AUSCAN a Dreiserové indexu prokázali, že pacienti s EOA trpí větší bolestí a ztuhlostí drobných kloubů rukou a mají větší omezení při vykonávání denních činností. Klinické vyšetření potvrdilo těžší průběh erozivní formy, charakterizovaný vyšším počtem kloubů palpačně citlivých a postižených otokem, deviacemi a deformacemi (tab. 2).

Rentgen rukou na začátku studie podstoupilo 68 pacientů a po 2 letech 53 pacientů. Počet erozí podle snímku rukou u pacientů s erozivní formou se pohyboval v rozmezí 1–19 (průměr ± SD: 8,18 ± 4,89). Pacienti s EOA měli závažnější rentgenové postižení na začátku studie i po 2 letech sledování. Rychlost rentgenové progrese (vyjádřena jako ∆ Kallmanova skóre) byla u těchto pacientů více než 4x vyšší (tab. 2).

Podle rentgenového vyšetření kolenních kloubů, které bylo provedeno u 53/55 EOA a 31/33 neerozivních OA pacientů, byla prevalence OA kolenních kloubů srovnatelná (tab. 2). Podobně se nelišil ani sonograficky stanovený výskyt synovialitidy a výpotku kolenních kloubů.

3fázovou kostní scintigrafii absolvovalo 52/55 pacientů s EOA a 29/33 pacientů s neerozivní OA. Celkový počet zánětlivých kloubů a počet kloubů s přestavbou byl signifikantně vyšší u pacientů s erozivní formou onemocnění (tab. 2).

Kyselina hyaluronová u pacientů s osteoartrózou drobných kloubů rukou

Hladiny kyseliny hyaluronové byly závislé na věku (r = 0,448, p < 0,01), délce trvání nemoci (r = 0,333, p < 0,01), ale ne na výši BMI (r = 0,195, p > 0,05) nebo podáváním NSA (r = -0,074, p > 0,05). Sérové koncentrace kyseliny hyaluronové byly signifikantně vyšší u pacientů s EOA ve srovnání s neerozivní OA (78,53 ± 51,31 vs. 50,45 ± 41,25 ng/ml, p < 0,01, obr. 1a). Tento rozdíl byl statisticky významný i po adjustaci koncentrací KH současně k věku a délce trvání nemoci (78,53 ± 23,59 vs. 50,45 ± 22,72 ng/ml, p < 0,01, obr. 1b). U všech pacientů s osteoartrózou kloubů rukou korelovala KH s počtem kloubů postižených deviací a deformací (r = 0,397 a r = 0,399, p < 0,01 pro obě korelace). Silný vztah KH k počtu kloubů postižených deviací a deformací byl přítomen pouze u pacientů s EOA. Nicméně sérová hladina KH nekorelovala s počtem kloubů postižených otokem nebo palpační bolestivostí. Koncentrace KH se nelišily mezi pacienty s přítomností osteoartrózy, výpotku či synovitidy kolenních kloubů a bez manifestace těchto příznaků.

Sérové hladiny KH u pacientů s OA korelovaly významně s celkovým počtem kloubů postižených osteoblastickou přestavbou podle pozdní fáze scintigrafie (r = 0,291, p < 0,01) u celé skupiny pacientů s OA rukou, ale ne v jednotlivých podskupinách. Po adjustaci hladin KH k věku a délce trvání nemoci zůstala u všech pacientů tato statistická významnost zachována (r = 0,412, p < 0,01), a objevila se navíc nová závislost mezi uvedenými parametry u pacientů s erozivní formou OA (r = 0,320, p = 0,05). Sérová hladina KH naopak nekorelovala s počtem zánětlivých kloubů podle hodnocení blood pool fáze.

Kyselina hyaluronová měla významný vztah s Kallmanovým skóre v obou podskupinách na začátku studie (r = 0,402, p < 0,05 pro EOA a r = 0,597, p < 0,01 pro neerozivní OA) a po 2 letech (r = 0,391, p < 0,05 pro EOA a r = 0,634, p < 0,01 pro neerozivní OA). Po adjustaci k věku a délce trvání nemoci zůstala tato závislost významná pouze u pacientů s neerozivní OA (r = 0,416, p < 0,05 na začátku studie, r = 505, p < 0,05 po 2 letech), ale již ne u pacientů s erozivní OA (r = 0,287, p > 0,05 na začátku studie, r = 0,334, p > 0,05 po 2 letech). U celé skupiny pacientů s OA rukou byla zjištěna významná korelace mezi sérovou hladinou KH a Kallmanovým skóre na začátku a po 2 letech studie (r = 0,518, p < 0,01; r = 0,519, p < 0,01, obr. 2) a zachovala se i po adjustaci k věku a délce trvání nemoci (r=0,560, p < 0,01 a r = 0,542, p < 0,01, obr. 2).

Je zajímavé, že CRP se mezi pacienty s erozivní a neerozivní formou OA rukou nelišilo a nekorelovalo s počtem scintigraficky pozitivních kloubů a ani s rentgenovým skóre.

Diskuse

V této práci jsme poprvé zjistili vyšší sérové koncentrace kyseliny hyaluronové u pacientů s EOA v porovnání s pacienty s neerozivní formou nemoci. Sérové hladiny kyseliny hyaluronové měly navíc vztah k lokálním strukturálním změnám a k závažnosti rentgenového postižení. Kyselina hyaluronová by tak mohla představovat potenciální prediktivní faktor progrese OA rukou.

Bolest, otok, zarudnutí, proteplení a omezení funkce kloubů rukou jsou nejvíce typickým znakem u pacientů s EOA (24). Výsledek našeho klinického vyšetření potvrzuje závažnější průběh erozivní formy OA drobných kloubů rukou, co podle výsledků obou funkčních dotazníků následně vede i k významnému omezení denních aktivit v souladu s další studií (25).

Několik předchozích studií se zabývalo biochemickými markery u EOA. Punzi et. al. (6) na základě vyšších hladin CRP, klinických a scintigrafických dat u pacientů s EOA ve srovnání s neerozivní OA předpokládal, že by CRP mohlo odrážet klinickou aktivitu nemoci. Další studie však ukázala dokonce nižší koncentrace CRP u erozivní formy (5). V naší práci jsme nepozorovali žádné rozdíly v hodnotách systémových zánětlivých parametrů, i když kostní scintigrafie potvrdila větší počet postižených kloubů u erozivní formy OA. Domníváme se proto, že lokální zánětlivý proces nevede k celkové systémové odpovědi, alespoň ne v našem souboru pacientů.

Ve zdravém kloubu závisí funkční a metabolická aktivita kyseliny hyaluronové na její koncentraci a vysoké molekulární hmotnosti (26). V průběhu zánětu dochází k uvolnění volných kyslíkových radikálů, které následně depolymerizují molekulu KH a vedou tak ke snížení její molekulové hmotnosti (27, 28, 29). Tím dochází ke snížení viskozity synoviální tekutiny a prostupu fragmentů KH a disacharidových monomerů do oběhu (30, 31). Prozánětlivé cytokiny interleukin-1 (IL-1) a tumor nekrotizující faktor-α (TNF-α) rovněž přispívají k produkci KH (32). Malé oligosacharidy KH v kloubu interferují s její vysokomolekulární formou, ovlivňují interakci chondrocyt-extracelulární matrix (33, 34), zvyšují produkci a aktivitu metaloproteináz i oxidu dusnatého v chondrocytech a zánětlivých buňkách (35, 36, 37). Tento proces se podílí na patogenezi OA a může přispívat ke zvýšeným hladinám KH u pacientů s EOA, které tak odrážejí synovitidu a destrukci osteoartrotické chrupavky u EOA. Chen a kol. (38) nedávno demonstroval, že zvýšené hladiny KH u OA mají vztah k přítomnosti OA drobných kloubů rukou v porovnání s pacienty s OA bez postižení rukou. Zatím se jenom velmi málo studií zabývalo biomarkery u OA rukou (39) a naše práce je doposud první, která ukazuje zvýšené hladiny KH u pacientů s erozivní OAve srovnání s pacienty bez erozivní formy OA.

Scintigrafie kostí se zdá být užitečnou metodou v predikci klinické a rentgenové progrese OA kloubů rukou (5). V naší studii korelovaly sérové koncentrace KH s počtem osteoblasticky přestavěných kloubů na scintigrafii a to podporuje náš předpoklad, že KH má skutečně vztah k morfologickým změnám u OA rukou. Lze předpokládat, že věk a délka trvání nemoci mají velký vliv na hladiny KH. Po adjustaci koncentrací KH k uvedeným parametrům byla zjištěna korelace KH s počtem postižených kloubů přestavbovými změnami na scintigrafii ve skupině pacientů s EOA.

Zjistili jsme, že hladiny KH mají vztah k rentgenovým změnám na začátku studie a po 2 letech pozorování. Náš nález je tak ve shodě s předchozími publikacemi, které představují KH jako prediktivní faktor rentgenové progrese OA kolenních a kyčelních kloubů (15, 16, 40, 41). Po zohlednění věku a délky trvání nemoci na hladiny KH je její vztah k rentgenovým změnám stále zachován u všech pacientů s OA rukou, ale nikoliv u pacientů s erozivní formou.Naše studie má určité nedostatky. OA je onemocnění s často generalizovaným postižením a hladiny KH v séru tak mohou být zvýšeny v důsledku postižení dalších kloubů. S cílem zjištění prevalence OA kolenních kloubů, synovitidy či výpotku jsme provedli rentgenové a sonografické vyšetření kolenních kloubů. I když jsou v tomto směru obě studijní skupiny porovnatelné, nelze vyloučit postižení kyčelních kloubů či degenerativní změny páteře, které mohou přispívat ke zvýšeným hladinám KH v krvi. Z etických důvodů jsme však neprovedli rentgenové vyšetření těchto oblastí. Sérová hladina KH byla stanovena pouze na začátku studie. Zároveň se vyšetření po 2 letech zúčastnilo méně pacientů, většinou v důsledku jejich vlastního rozhodnutí. To je pravděpodobně jeden z důvodů, proč některé naše výsledky nedosáhly statistické významnosti. Jsme si vědomi, že naše práce nezahrnuje zdravé kontroly. Věříme však, že je rovněž neetické provádět rentgenové vyšetření několika oblastí u jinak zdravých osob, které mohou být navíc postiženy i subklinickou formou OA.Naše práce je první, ve které byly zjištěny vyšší hladiny KH u pacientů s EOA v porovnání s neerozivní formou onemocnění. Sérová hladina KH měla navíc vztah k lokálním strukturálním změnám a k parametrům rentgenové progrese u pacientů s OA kloubů rukou. Domníváme se proto, že by KH mohla představovat vhodný biomarker morfologických změn OA kloubů rukou a mohla by sloužit jako prediktivní faktor rentgenové progrese onemocnění.

Poděkování: Tato práci vznikla za podpory výzkumných záměrů č. 00023728 Ministerstva zdravotnictví České republiky.

MUDr. M. Filková

Revmatologický ústav

Na Slupi 4 

128 50 Praha 2