Diagnosi di laboratorio dell'osteoartrite

Nella maggior parte dei casi, i pazienti con osteoartrite non presentano alterazioni degli esami del sangue e delle urine, ad eccezione dei casi di sinovite con versamento significativo, in cui possono verificarsi un aumento della VES, ipergammaglobulinemia, un aumento del livello degli indicatori di fase acuta - PCR, fibrinogeno, ecc. L' esame del liquido sinoviale non rivela differenze significative rispetto agli indicatori normali.

Negli ultimi anni, si è sviluppata un'intensa ricerca di possibili marcatori biologici (BM) di degradazione e riparazione dei tessuti articolari (principalmente cartilagine e osso). I BM dovrebbero riflettere questi cambiamenti dinamici, fungere da predittori della prognosi dell'osteoartrosi e da indicatori dell'efficacia del trattamento patogenetico. La scoperta di nuovi e più approfonditi studi sui marcatori biologici noti consentirà una migliore comprensione dei meccanismi della patogenesi dell'osteoartrosi. Tuttavia, l'obiettivo principale dell'utilizzo dei marcatori biologici del metabolismo cartilagineo è valutare le proprietà condroprotettive dei farmaci e monitorare il trattamento con farmaci appartenenti al gruppo DMO AD - "disease modifying".

Nell'osteoartrite, le alterazioni patologiche si verificano principalmente nella cartilagine articolare, così come nell'osso subcondrale, nella membrana sinoviale e in altri tessuti molli dell'articolazione. Poiché la nostra capacità di esaminare direttamente queste strutture è limitata, le fonti più importanti per la raccolta di marcatori biologici sono il sangue, le urine e il liquido sinoviale.

L'esame delle urine è preferibile, poiché non comporta procedure invasive. A nostro avviso, il materiale ideale per l'esame è l'urina giornaliera. L'analisi della frazione mattutina delle urine sarebbe più appropriata, ma la possibilità di utilizzarla si basa esclusivamente sul fatto che questo tipo di analisi viene utilizzato per determinare i marcatori biologici del metabolismo osseo nell'osteoporosi: è noto che i marcatori biologici sono soggetti a ritmi circadiani e il picco di concentrazione dei marcatori biologici del metabolismo osseo si verifica di notte. Attualmente, non ci sono informazioni in letteratura sui ritmi circadiani dei marcatori biologici dei tessuti molli e della cartilagine, pertanto la decisione finale sulla scelta di un esame delle urine adeguato verrà presa dopo aver condotto studi appropriati.

Gli esami del sangue sono esami clinici di routine. Alcuni marcatori biologici vengono già determinati nel sangue, come gli indici di fase acuta, mentre altri potrebbero essere inclusi nell'elenco standard dei test biochimici nel prossimo futuro. Per ciascun marcatore biologico, è necessario specificare in quale componente del sangue deve essere determinato: plasma o siero. I risultati della ricerca indicano che la concentrazione dei marcatori biologici nel plasma sanguigno differisce significativamente da quella nel siero. I marcatori biologici vengono solitamente determinati nel siero sanguigno. Secondo V. Rayan et al. (1998), le concentrazioni dei marcatori biologici nel sangue prelevato da una vena vicina all'articolazione interessata e da una vena più distante sono diverse. Questi dati indicano la necessità di standardizzare il campionamento del sangue per lo studio dei marcatori biologici.

Secondo LJ Attencia et al. (1989), la cartilagine delle articolazioni sinoviali di un adulto costituisce solo il 10% della massa totale di cartilagine ialina presente nel corpo, inclusi i dischi intervertebrali. Pertanto, la determinazione dei marcatori biologici nel sangue e nelle urine riflette il metabolismo sistemico piuttosto che alterazioni locali nell'articolazione interessata dall'osteoartrosi. Il liquido sinoviale è il più vicino al focolaio patologico dell'osteoartrosi e probabilmente riflette con maggiore accuratezza i processi che si verificano nell'articolazione interessata. La concentrazione di marcatori biologici nel liquido sinoviale può essere significativamente più elevata rispetto a quella nel sangue, il che ne rende più facile la determinazione. Alcuni esempi includono l'epitopo 846 dell'aggrecano, presente nel liquido sinoviale in quantità 40 volte superiore rispetto al siero sanguigno, e le proteine oligomeriche della matrice cartilaginea (COMP), presenti in quantità 10 volte superiore rispetto al siero sanguigno. I prodotti di degradazione nel liquido sinoviale riflettono con maggiore accuratezza i processi catabolici nella cartilagine articolare. Il drenaggio delle molecole dal liquido sinoviale attraverso il sistema linfatico locale può portare a una riduzione delle loro dimensioni e persino alla loro distruzione.

Nonostante l'invasività della tecnica di raccolta del liquido sinoviale, associata a una serie di possibili complicazioni, l'importanza della determinazione dei marcatori biologici in essa contenuti è evidente. Per evitare problemi con la cosiddetta articolazione secca, è possibile iniettare 20 ml di soluzione isotonica di NaCl nell'articolazione immediatamente prima della raccolta del liquido. Subito dopo l'iniezione della soluzione isotonica, il paziente deve flettere ed estendere l'arto nell'articolazione 10 volte, per poi aspirare rapidamente il liquido sinoviale diluito. Secondo EM-JA Thonar (2000), tale diluizione della sinovia influisce sul metabolismo della cartilagine articolare. Tuttavia, i risultati dello studio di FC Robion et al. (2001) indicano che il lavaggio ripetuto delle articolazioni del ginocchio equino non causa alterazioni significative nel metabolismo della cartilagine. Questi dati necessitano certamente di conferma. Pertanto, per ciascun marcatore biologico, l'effetto del lavaggio articolare sulle variazioni della sua concentrazione deve essere determinato nella fase di studi preclinici sugli animali.

Il punto successivo importante è determinare l'emivita nel liquido sinoviale e nel sangue per ciascun marcatore biologico. Senza tali dati, l'interpretazione dei risultati dei test sarà difficile. Solitamente, l'emivita delle sostanze biologicamente attive nel sangue è più breve rispetto ad altri mezzi liquidi a causa dell'efficace eliminazione da parte di fegato e reni. Pertanto, per ciascun marcatore biologico, è anche necessario determinare la via di eliminazione. Pertanto, l'N-propeptide del collagene di tipo III viene escreto dal fegato per endocitosi mediata da recettori, mentre i frammenti di collagene non glicosilati vengono escreti principalmente con le urine, così come l'osteocalcina. Sono presenti recettori per i glicosamminoglicani sulle cellule endoteliali dei seni paranasali dei lobuli epatici, quindi l'acido ialuronico e i proteoglicani vengono eliminati dal fegato. L'emivita dell'acido ialuronico nel sangue è di 2-5 minuti. La presenza di sinovite può accelerare la clearance dei marcatori biologici dalle articolazioni, sebbene uno studio sui conigli non abbia rilevato differenze significative nella clearance dei proteoglicani con o senza sinovite. Pertanto, è necessario studiare l'effetto dell'infiammazione sulle variazioni della concentrazione dei marcatori biologici nei fluidi corporei.

I reni filtrano selettivamente i marcatori biologici. Pertanto, i glicosamminoglicani, dotati di un'elevata carica negativa, potrebbero non penetrare la membrana basale renale, mentre glicosamminoglicani come il condroitin-6-solfato e il condroitin-4-solfato vengono rilevati nelle urine.

Oltre alla patologia (in particolare l'osteoartrite), diversi fattori possono influenzare la concentrazione dei marcatori biologici nei fluidi corporei:

1. I ritmi circadiani sono stati studiati solo per un numero limitato di marcatori biologici. Sono stati studiati per i marcatori del metabolismo osseo. Pertanto, il picco di concentrazione dell'osteocalcina si verifica di notte e quello dei cross-link del collagene al mattino, alle 8. Nell'artrite reumatoide, il picco di attività dell'IL-6 si verifica anche di notte (intorno alle 2), e prima di quello dell'osteocalcina. Questi dati sono di un certo interesse in relazione al ruolo dell'IL-6 nell'infiammazione e nella fisiologia del tessuto osseo. Il TNF-α, al contrario, non ha ritmi circadiani. Tuttavia, i recettori di questa citochina possono obbedirvi.
2. Peristalsi. L'acido ialuronico è sintetizzato dalle cellule sinoviali (così come da molte altre cellule) ed è un potenziale marcatore di sinovite nell'osteoartrite e nell'artrite reumatoide. Tuttavia, la più alta concentrazione di ialuronato si trova nel sistema linfatico intestinale. Non sorprende che la concentrazione di acido ialuronico circolante possa aumentare dopo i pasti. Pertanto, il prelievo di sangue per la determinazione dei marcatori biologici dovrebbe essere effettuato a stomaco vuoto o 3 ore dopo i pasti. L'effetto della peristalsi sui livelli di marcatori biologici nel sangue richiede ulteriori studi.
3. L'attività fisica al mattino dopo il sonno porta a un aumento della concentrazione di acido ialuronico nel sangue, di MMP-3 e dell'epitopo del cheratan solfato in individui sani. L'attività fisica può modificare la concentrazione di alcuni marcatori sia nel liquido sinoviale che nel siero sanguigno. Tale aumento è più pronunciato nei pazienti con artrite reumatoide; inoltre, la concentrazione di marcatori biologici è correlata alle condizioni cliniche di questi pazienti.
4. Malattie epatiche e renali. La cirrosi epatica causa un aumento significativo dei livelli sierici di acido ialuronico e probabilmente influenza l'eliminazione dei proteoglicani. È noto che le malattie renali influenzano le concentrazioni di osteocalcina. Anche questo aspetto richiede studi più approfonditi.
5. Età e sesso. Durante la crescita, l'attività delle cellule della cartilagine di accrescimento aumenta, il che è accompagnato da un aumento della concentrazione di marcatori biologici scheletrici nel siero sanguigno. Un esempio è l'aumento della concentrazione di frammenti di aggrecano e di collagene di tipo II nel sangue periferico e nelle urine di animali in crescita. Pertanto, l'interpretazione delle analisi dei marcatori biologici nei bambini e negli adolescenti con patologie muscoloscheletriche è difficile. Per molti marcatori biologici, è stato riscontrato un aumento della concentrazione con l'invecchiamento. Negli uomini, la concentrazione di marcatori biologici supera significativamente quella delle donne nella cartilagine e nel tessuto osseo. Inoltre, nelle donne in menopausa e postmenopausa, ci si possono aspettare variazioni nella concentrazione dei marcatori biologici del metabolismo cartilagineo, simili a quanto osservato nel tessuto osseo.
6. Anche gli interventi chirurgici possono influenzare i livelli dei marcatori biologici e questo effetto può durare diverse settimane.

Il concetto di marcatori biologici dell'osteoartrosi si basa sul presupposto che riflettano determinati aspetti dei processi metabolici nei tessuti articolari. Tuttavia, la relazione tra le concentrazioni di marcatori biologici nei fluidi corporei e il metabolismo della cartilagine, della sinovia e di altri tessuti si è dimostrata molto complessa.

Ad esempio, la concentrazione dei marcatori di degradazione della matrice extracellulare della cartilagine articolare nel liquido sinoviale può dipendere non solo dal grado di degradazione della matrice stessa, ma anche da altri fattori, come il grado di eliminazione dei frammenti molecolari dalla sinovia, già menzionato in precedenza, nonché dalla quantità di tessuto cartilagineo rimanente nell'articolazione.

Nonostante quanto sopra, la concentrazione di marcatori biologici nel liquido sinoviale è generalmente correlata al metabolismo delle molecole di ECM della cartilagine articolare. Ad esempio, le variazioni nella concentrazione di frammenti di aggrecano, epitopo 846, COMB e C-propeptide del collagene II nel liquido sinoviale dopo una lesione articolare e durante lo sviluppo dell'osteoartrosi sono coerenti con le variazioni nell'intensità del metabolismo di aggrecano, COMB e collagene II in modelli sperimentali di osteoartrosi negli animali e in vivo e nella cartilagine articolare di pazienti con osteoartrosi e in vitro.

L'identificazione di fonti specifiche di frammenti molecolari è un processo complesso. Un aumento del rilascio di frammenti molecolari può verificarsi sia a causa di un aumento generale dei processi di degradazione non compensati dai processi di sintesi, sia a causa di un aumento della degradazione con un contemporaneo aumento dell'intensità di sintesi delle stesse molecole di ECM; in quest'ultimo caso, la concentrazione di molecole di ECM non cambia. Pertanto, è necessario ricercare marcatori specifici per la degradazione e la sintesi. Un esempio del primo tipo sono i frammenti di aggrecano, mentre il secondo è il C-propeptide del collagene 11.

Anche se un marcatore biologico è associato a un aspetto specifico del metabolismo, è necessario tenere conto delle caratteristiche specifiche di questo processo. Ad esempio, i frammenti identificati possono formarsi a seguito della degradazione di una molecola sintetizzata de novo che non si è ancora integrata nella matrice extracellulare funzionale, di una molecola appena integrata nella matrice extracellulare e, infine, di una molecola permanente della matrice extracellulare che costituisce un'importante parte funzionale della matrice matura. Un altro problema è la definizione della specifica zona della matrice (matrice pericellulare, territoriale e interterritoriale) che è servita come fonte di marcatori biologici rilevati nel liquido sinoviale, nel sangue o nelle urine. Studi in vitro indicano che l'intensità del metabolismo nelle singole zone della matrice extracellulare della cartilagine articolare può essere diversa. Lo studio di alcuni epitopi associati alla solfatazione del condroitin solfato può aiutare a identificare la popolazione di molecole di aggrecano sintetizzate de novo.

Si può supporre che la presenza di frammenti di molecole normalmente presenti nella matrice extracellulare cartilaginea nel liquido sinoviale sia associata al metabolismo della matrice cartilaginea. Tuttavia, questo non è sempre vero, poiché dipende da diversi fattori, in particolare da quanto la concentrazione di una determinata molecola nella cartilagine articolare superi quella presente in altri tessuti articolari e da quanto l'intensità del suo metabolismo nella cartilagine superi quella presente in altri tessuti articolari. Pertanto, la massa totale di aggrecano nella cartilagine articolare supera significativamente quella, ad esempio, presente nel menisco dell'articolazione del ginocchio, mentre la massa totale di COMB nel menisco non differisce praticamente da quella presente nella cartilagine articolare. Sia i condrociti che i sinovociti producono stromelisina-1, ma il numero totale di cellule nella membrana sinoviale supera quello presente nella cartilagine, quindi una parte significativa della stromelisina-1 presente nel liquido sinoviale è molto probabilmente di origine sinoviale. Pertanto, l'identificazione della fonte specifica dei marcatori biologici risulta estremamente difficile e spesso impossibile.

Quando si studiano i marcatori biologici nel siero e nelle urine, si pone il problema di determinarne la possibile origine extra-articolare. Inoltre, in caso di danno monoarticolare, i marcatori biologici secreti dall'articolazione interessata possono mescolarsi con i marcatori secreti dalle articolazioni intatte, comprese quelle controlaterali. La cartilagine articolare costituisce meno del 10% della massa totale di cartilagine ialina presente nell'organismo. Pertanto, la determinazione di marcatori biologici nel sangue e nelle urine può essere giustificata piuttosto nelle malattie poliarticolari o sistemiche (in relazione all'osteoartrosi, nell'osteoartrosi generalizzata).

I requisiti dei marcatori biologici dipendono dal loro utilizzo come test diagnostico, prognostico o valutativo. Ad esempio, un test diagnostico determina le differenze tra individui sani e pazienti con osteoartrite, che si esprimono in termini di sensibilità e specificità del test. Un test prognostico identifica gli individui in una coorte che hanno maggiori probabilità di progredire rapidamente nella malattia. Infine, un test valutativo si basa sulla capacità del marcatore di monitorare i cambiamenti nel tempo in un singolo paziente. Inoltre, i marcatori biologici possono essere utilizzati per determinare la sensibilità dei pazienti a un particolare farmaco.

Inizialmente, si presumeva che i marcatori biologici potessero fungere da test diagnostici utili a distinguere un'articolazione affetta da osteoartrosi da una intatta, nonché a condurre una diagnosi differenziale con altre patologie articolari. Pertanto, la determinazione della concentrazione di cheratan solfato nel siero sanguigno è stata considerata un test diagnostico per l'osteoartrosi generalizzata. Tuttavia, studi successivi hanno dimostrato che questo marcatore biologico può riflettere solo la degradazione dei proteoglicani cartilaginei in alcune situazioni. Si è scoperto che le concentrazioni dei marcatori biologici nel siero sanguigno dipendono dall'età e dal sesso della persona esaminata.

Presunti marcatori biologici del metabolismo del tessuto articolare nel liquido sinoviale e nel siero sanguigno dei pazienti con osteoartrite

Marcatore biologico	Processo	Nel liquido sinoviale (link)	Nel siero del sangue (link)
1. Cartilagine
Aggrecano
Frammenti proteici del nucleo	Degradazione degli aggrecani	Lohmander LS. e altri, 1989; 1993	Thonar EJMA et al., 1985; Campion GV et al., 1989; Mehraban F. 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)
Epitopi proteici del core (neoepitopi specifici della zona di scissione)	Degradazione degli aggrecani	Sandy JD et al., 1992; LohmanderLS. et al., 1993; LarkM.W. et al., 1997
Epitopi dei solfati cheratonici	Degradazione degli aggrecani	Campion GV e altri, 1989; Belcher C e altri, 1997
Epitopi dei solfati di condroitina (846, ЗВЗ, 7D4 e DR.)	Sintesi/degradazione degli aggrecani	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
Il rapporto tra solfati di condroitina-6 e condroitina-4	Sintesi/degradazione degli aggrecani	Shinme iM. et al. 1993
Piccoli proteoglicani	Degradazione dei piccoli proteoglicani	Witsch-Prehm P. et al., 1992
Proteine della matrice della cartilagine
HOMP	Degradazione dell'HOMP	Saxne T., Heinegerd D., 1992"; LohmanderLS. et al., 1994; Petersson IF et al., 1997	Sharif M. e altri, 1995
Collageni cartilaginei
C-propeptide del collagene di tipo II	Sintesi del collagene II	ShinmeiM. et al., 1993; Yoshihara Y. et al., 1995; LohmanderLS. et al., 1996
Frammenti della catena alfa del collagene di tipo II	Degradazione del collagene II	Hollander AP et al., 1994; Billinghurst RC et al., 1997; AtleyLM. et al., 1998
MMP e i loro inibitori	Sintesi e secrezione	Dalla sinovia o dalla cartilagine articolare?
II. Menischi
HOMP	Degradazione dell'HOMP	Dalla cartilagine articolare, dai menischi o dalla sinovia?
Piccoli proteoglicani	Degradazione dei piccoli proteoglicani
III. Membrana sinoviale
Acido ialuronico	Sintesi dell'acido ialuronico		Goldberg RL e altri, 1991; Hedin P.-J. e altri, 1991; Sharif M. e altri, 1995
MMP e i loro inibitori
Stromelisina (MMP-3)	Sintesi e secrezione di MMP-3	LohmanerLS e altri, 1993	Zucker S. et al., 1994; Yoshihara Y. et al., 1995
Collagenasi interstiziale (MMP-1)	Sintesi e secrezione di MMP-1	Clark IM e altri, 1993; LohmanderLS. e altri, 1993	Manicourt DH e altri, 1994
TIMP	Sintesi e secrezione di TIMP	Lohmander LS. et al., 1993; Manicourt DH et al., 1994	Yoshihara Y. et al., 1995
N-propeptide del collagene di tipo III	Sintesi/degradazione del collagene III	Sharif M. e altri, 1996	Sharif M. e altri, 1996

Numerosi studi hanno dimostrato differenze nelle concentrazioni di frammenti di aggrecano, HOMP e MMP e dei loro inibitori nel liquido sinoviale delle articolazioni del ginocchio di volontari sani, pazienti con artrite reumatoide, artrite reattiva o osteoartrosi. Nonostante gli autori dimostrino differenze significative nelle concentrazioni medie dei marcatori biologici, l'interpretazione dei dati è difficile, poiché l'analisi comparativa è stata di profilo e retrospettiva. Le proprietà prognostiche di questi test devono essere confermate da studi prospettici.

I marcatori biologici possono essere utilizzati per valutare la gravità della malattia o la stadiazione del processo patologico. Nel caso dell'osteoartrosi, la gravità della malattia e i suoi stadi vengono giudicati in base ai risultati degli esami radiografici e dell'artroscopia, nonché in base alla gravità della sindrome dolorosa, alla limitazione funzionale delle articolazioni colpite e alla capacità funzionale del paziente. L. Dahlberg et al. (1992) e T. Saxne e D. Heinegard (1992) hanno proposto l'utilizzo di alcuni marcatori molecolari del metabolismo della cartilagine articolare per un'ulteriore caratterizzazione degli stadi dell'osteoartrosi. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche in questa direzione per introdurre tali marcatori biologici nella pratica medica.

Esistono studi sul possibile utilizzo di marcatori biologici come test prognostici. Ad esempio, è stato dimostrato che la concentrazione di acido ialuronico (ma non di cheratan solfato) nel siero di pazienti con osteoartrite del ginocchio all'inizio dello studio indica la progressione della gonartrosi durante i 5 anni di osservazione. Nella stessa popolazione di pazienti, è stato dimostrato che un aumento del contenuto di COMB nel siero di pazienti con gonartrosi durante il primo anno dopo l'inizio dello studio era associato a progressione radiografica durante i 5 anni di osservazione. Studi sui marcatori biologici in pazienti con artrite reumatoide hanno dimostrato che la concentrazione di COMB, epitopo 846, condroitin solfato nel siero è associata a una progressione più rapida della malattia. Questi risultati, ottenuti in piccoli gruppi di pazienti, spesso non dimostrano la forza della relazione tra il livello di marcatori biologici e la progressione della malattia, ovvero sono necessari ulteriori studi, prospettici e su coorti più ampie di pazienti.

TD Spector et al. (1997) hanno riscontrato un lieve aumento della PCR sierica in pazienti con osteoartrite in fase iniziale e hanno riportato che la PCR potrebbe essere un fattore predittivo della progressione dell'osteoartrite. In questo caso, l'aumento della PCR riflette i processi di danno tissutale articolare e può essere associato a un aumento dell'acido ialuronico, che indica anche la progressione della malattia. È possibile che la membrana sinoviale sia responsabile della maggior parte dell'acido ialuronico determinato nel siero, il che indica la presenza di sinovite lieve. Anche l'aumento delle concentrazioni di stromelisina MMP nel liquido sinoviale e nel siero di pazienti con osteoartrite e dopo lesione articolare può essere associato a sinovite lieve.

Infine, i marcatori biologici possono essere utilizzati come criteri di efficacia negli studi clinici sui farmaci, nonché per il monitoraggio del trattamento patogenetico. Tuttavia, vi sono due problemi interconnessi: la mancanza di farmaci con comprovate proprietà "strutturali" o "patologiche" è dovuta in gran parte alla mancanza di marcatori biologici affidabili e, viceversa, la mancanza di marcatori specifici del metabolismo dei tessuti articolari è dovuta in gran parte alla mancanza di studi controllati sui farmaci in questi gruppi.

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