OSTEOPOROSIS Y MARCADORES
BIOQUÍMICOS
I.S.B.N. 13 978-84 -611-5159-2 Nº Registro: 0716627
Depósito Legal: M-5672-2007
Título: Actualizaciones en el Laboratorio Clínico Editor: Asociación Española de Biopatología Médica Distribuye: AEBM
Fecha de Distribución: Abril 2007
OSTEOPOROSIS Y MARCADORES BIOQUIMICOS
Carmen Cañadas Castañeda. Dra. M. Ángeles Cuadrado Cenzual.. Servicio de Análisis Clínicos. Hospital Clínico Universitario San Carlos. Madrid.
1. OSTEOPOROSIS 1.1. Definición
La osteoporosis (OP) es una enfermedad generalizada del sistema esquelético “caracterizada por la pérdida de masa ósea y deterioro de la microestructura del tejido óseo, que condicionan una fragilidad y mayor susceptibilidad a las fracturas” según la conferencia de consenso de Hong Kong de 1993 (1). Esta definición ha sido revisada recientemente, de acuerdo con la conferencia de consenso llevada a cabo por el Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos (NIH) en el año 2000, la OP se define como “desorden esquelético caracterizado por una resistencia ósea
disminuida que predispone a una persona a un riesgo elevado de fractura”. La resistencia ósea esta determinada por la integración de la densidad de masa ósea
(DMO) y la calidad ósea. La DMO se expresa en gramos de mineral por unidad de superficie. La calidad ósea se refiere a la arquitectura, recambio óseo, acúmulo de lesiones (microfracturas) y mineralización (2), hay autores que piensan que debe ser determinada clínicamente a través de la valoración del metabolismo óseo mediante la determinación de marcadores bioquímicos de recambio óseo (3). El cambio de definición esta justificado por el hecho de que habitualmente hay pacientes que sufren fracturas óseas a pesar de tener niveles de DMO discretos (3,4).
Actualmente es la enfermedad más prevalente del sistema óseo y, dado el envejecimiento demográfico que padecemos, un problema en progresión. Se estima que más de un tercio de las mujeres presentarán tras la menopausia una o más
fracturas de origen osteoporótico (5). Debido al aumento progresivo de pacientes con osteoporosis y a que la pérdida de masa ósea es asintomática, hasta que se produce su consecuencia natural: la fractura, se le denomina “la epidemia silente”
(6).
Existen diferentes causas de baja masa ósea patológica. Ésta se clasifica como primaria o secundaria a alguna enfermedad sistémica. Son muchas las enfermedades relacionadas, pueden ser endocrinas (hipogonadismo, hiperparatirodismo, enfermedad de Cushing) hematológicas y neoplásicas entre otras, además se relacionan con fármacos (corticoesteroides) y tóxicos. Dentro de las primarias encontramos la osteoporosis juvenil idiopática, la osteoporosis idiopática en jóvenes adultos y la osteoporosis involutiva: senil y posmenopáusica (2,4,6).
Por medio de estudios epidemiológicos se han identificado múltiples factores de riesgo, los de mayor peso específico son: más de 10 años de menopausia, antecedente de fractura previa, historia familiar de OP y la edad. La menopausia es la condición de riesgo más importante para esta enfermedad (4,6) por lo que nos centraremos en esta última puesto que es la de mayor impacto socio-sanitario.
1.2. Patogénesis y etiología
El recambio normal del hueso implica un balance entre los procesos de formación y resorción ósea. Los osteoclastos eliminan hueso mediante acidificación y digestión proteolítica y los osteoblastos secretan matriz ósea orgánica (osteoide), sobre las cavidades dejadas por los osteoclastos, que posteriormente sufrirá mineralización (4).
En mujeres posmenopáusicas la tasa de recambio óseo aumenta drásticamente, como consecuencia de la deficiencia de estrógenos, y permanece elevada durante más de 40 años después del cese de la función ovárica llevando así a una progresiva
y continua pérdida de masa ósea. El aumento de la tasa de recambio óseo se piensa que se debe en parte a un acortamiento de la vida media de los osteoblastos y una prolongación de la vida media de los osteoclastos (4). Parece lógico pensar que un metabolismo óseo acelerado tiene como consecuencia la constitución de un hueso de baja calidad, y si el balance neto es a favor de la resorción acabará por disminuir la DMO, el resultado final es el elevado riesgo de fractura.
Múltiples estudios demuestran que en la etiología de la enfermedad subyacen factores genéticos, a los que se suman factores ambientales que han podido influir a lo largo de la vida del individuo como son el estilo de vida, la actividad física, hábitos dietéticos, tóxicos, enfermedades, etc (2,4,6). En los últimos años se han llevado a cabo numerosos avances para comprender la base genética de la enfermedad, por ello dedicamos un apartado para analizar con más profundidad las características genéticas de la osteoporosis.
1.3. Diagnóstico
Todo caso de osteoporosis se somete a anamnesis, exploración física y analítica básica que excluya otra patología subyacente. El diagnóstico de OP se establece con la realización de una densitometría ósea. La DMO puede estimarse por una amplia variedad de técnicas entre las que se considera a la absorciometría radiológica de doble energía (DXA) como patrón oro (5,6).
En 1994, la Organización Mundial de la Salud (OMS) estableció las cuatro categorías o criterios diagnósticos de la OP:
• Normal, • Osteopenia
• Osteoporosis: cuando la DMO es inferior a –2,5 desviaciones estándar en la escala T
• Osteoporosis grave o establecida: cuando al criterio de osteoporosis se añade la presencia de fracturas. (La escala T toma como referencia la DMO de la población joven cuando se alcanza el pico máximo de masa ósea) (5,6).
Múltiples estudios epidemiológicos han demostrado que el riesgo de fractura aumenta a medida que disminuye la DMO (4,7). A pesar de que la densitometría ósea es la prueba estándar para determinar el diagnóstico de osteoporosis, por si sola resulta insuficiente para evaluar el riesgo de fractura y la eficacia del tratamiento. En este sentido los marcadores bioquímicos de remodelado óseo pueden desempeñar un papel importante el la práctica clínica (7,8).
1.4. Tratamiento
El tratamiento de la osteoporosis en mujeres posmenopáusicas consiste en medidas farmacológicas y no farmacológicas.
Medidas no farmacológicas, consejos generales de promoción de la salud, ejercicio físico, eliminación de hábitos tóxicos y dieta adecuada. La actividad física se ha visto que es efectiva para aumentar la masa ósea. Se recomienda en la mujer posmenopáusica una ingesta de calcio de 1500 mg diarios y también suplementos diarios de vitamina D (5,6,9).
Tratamiento farmacológico de la OP pretende disminuir el riesgo de fracturas. Se recomienda que reciban tratamiento farmacológico las pacientes con OP diagnosticada (T<-2.5 DE) o con factores de riesgo e historia de fracturas previas (5,6,9).
Prevención y tratamiento de la osteoporosis posmenopáusica (6) Medidas no farmacológicas
• Dieta (calcio, vitamina D) • Ejercicio físico
• Abandonar hábitos tóxicos (tabaco) Medidas farmacológicas
Fármacos antirresortivos
• Bifosfonatos (alendronato, risedronato)
• Raloxifeno (modulador selectivo de los receptores estrogénicos) • Calcitonina
Fármacos osteoformadores
• Hormona paratiroidea recombinante humana (Teriparatida) • Sales de estroncio
La terapia hormonal sustitutiva (THS) hasta épocas recientes era considerada una terapia de primera línea para la prevención de la osteoporosis posmenopáusica. Sin embargo, los datos derivados del estudio Women´s Health Initiative (WHI) revelaron que el tratamiento combinado estrógenos-progestágenos no reduce el riesgo de enfermedad coronaria sino que además aumenta el riesgo de cáncer de mama, ictus y eventos tromboembólicos venosos (6). Recientemente se ha publicado una revisión de este mismo estudio en el que los autores concluyen que la terapia hormonal a base de estrógenos únicamente, no aumenta el riesgo de padecer cáncer de mama. En cualquier caso, este nuevo análisis no altera las conclusiones del estudio inicial. Se mantiene la recomendación de que la THS sólo debe ser usada para tratar los síntomas de la menopausia con la dosis menor efectiva y durante el menor tiempo posible (10). Actualmente el tratamiento de elección de la osteoporosis posmenopáusica lo constituyen otros agentes antirresortivos.
Los bifosfonatos y los moduladores selectivos de los receptores de estrógenos (SERM) constituyen actualmente la primera línea de tratamiento (9).
La hormona paratiroidea humana recombinante (rhPTH) ha sido el primer fármaco con acción estimuladora sobre la formación ósea aprobado para el tratamiento de la OP posmenopáusica. Se ha visto que es efectivo a la hora de reducir la incidencia de
fracturas pero queda todavía por definir la duración óptima del tratamiento, los posibles efectos adversos y los beneficios de la terapia combinada con bifosfonatos o con SERM (9).
El ranelato de estroncio se considera un fármaco con acción osteoformadora con cierta actividad antirresortiva. Se encuentra en fase de investigación y los ensayos clínicos llevados a cabo hasta el momento han dado buenos resultados(6).
2. MARCADORES BIOQUÍMICOS
Los marcadores bioquímicos de remodelado óseo han sido empleados ampliamente en la investigación clínica y representan los productos de formación y resorción ósea que son liberados a la circulación o eliminados por la orina. Cambios cuantitativos en los marcadores son reflejo de un proceso dinámico en el metabolismo óseo. En mujeres posmenopáusicas los valores se encuentran aumentados respecto a los de mujeres premenopáusicas, tanto los de formación como los de resorción, reflejo del acelerado metabolismo óseo (4).
Los marcadores clásicos fosfatasa alcalina total (suero) e hidroxoprolina (orina) han sido sustituidos por nuevos marcadores que superan a los anteriores en especificidad y sensibilidad (8). Se detallan en la siguiente tabla (3,4,7,8):
Marcadores bioquímicos de recambio óseo Muestra Método Suero EIA*, IRMA Suero ELISA*, IRMA
Suero RIA Suero RIA
Orina ELISA Suero y Orina* ELISA
Suero y Orina* ELISA Marcadores de formación
• Fosfatasa alcalina ósea (BAP) *
• Osteocalcina (OC) *
• Propéptido Ct del procolágeno tipo I (PINP)
• Propéptido Nt del procolágeno tipo I (PICP) Marcadores de resorción
• Piridinolina (PYD) y Desoxipiridinolina (DPD)*
• Telopéptido Ct del colágeno tipo I (CTX)* • Telopéptido Nt del colágeno tipo I (NTX)*
• Galactosil-hidroxilisina y glucosil-galactosil-hidroxilisina • Sialoproteína ósea (BSP)
• Fosfatasa ácida tartatro resistente-5b (TRACP-5b)
Orina Suero Suero HPLC ELISA ELISA EIA enzimainmunoanálisis; IRMA ensayo inmunoradiométrico; RIA radioinmunoanálisis; ELISA ensayo inmunoabsorbente unido a enzima
* disponibles en la práctica clínica y con utilidad en la OP
2.1. Marcadores de formación ósea
Los marcadores de formación ósea son productos de los osteoblastos activos. Se liberan a la circulación por lo que se miden en suero y plasma (4,8).
La fosfatasa alcalina (ALP) es una enzima de ubiquitinización que juega un papel importante en la formación del osteoide y su posterior mineralización. La ALP total en suero esta constituida por varias isoformas que provienen de diferentes tejidos, aproximadamente una mitad corresponde a la isoenzima hepática y la otra mitad proviene del hueso. La determinación de la fosfatasa alcalina específica de hueso (BAP) mediante ensayo inmunoenzimático es muy utilizada por su alta especificidad (3,8).
La osteocalcina (OC) es una pequeña proteína sintetizada por los osteoblastos con capacidad para unir calcio. Su función no esta todavía del todo clara. Es un marcador específico de osteoblastos. Sin embargo, el péptido es rápidamente degradado en suero por lo que el péptido intacto y los fragmentos derivados coexisten en suero. La heterogeneidad de fragmentos de OC en suero resulta una limitación para su aplicación clínica. Se han desarrollado diferentes inmunoensayos y los más
reproducibles y de mayor estabilidad parecen ser los que determinan el péptido intacto y el fragmento medio largo de la región amino terminal (8).
El colágeno tipo I es el principal producto sintetizado por los osteoblastos. Los propéptidos carboxi y aminoterminal del procolágeno PICP y PINP se generan de forma estequiométrica y se suponen equivalentes a la cantidad de colágeno formado en el hueso, aunque también pueden proceder de otros tejidos(4,8). PINP parece ser el marcador de formación ósea más sensible en osteoporosis (8).
2.2. Marcadores de resorción ósea
Los marcadores de resorción son secretados durante la actividad osteoclástica, incluyen productos de degradación del colágeno y otros productos no derivados de colágeno (4,8).
Piridinolina (PYD) y desoxipiridolina (DPD) se forman durante la maduración extracelular del colágeno, constituyen los puentes intra e intermoleculares que estabilizan la fibrilla de colágeno. Se liberan por la degradación del colágeno maduro y no del colágeno sintetizado de novo. Su medida es independiente de la dieta. Además presentan una alta especificidad para los tejidos esqueléticos, PYD se encuentra en cartílago, hueso, tendón y ligamento pero DPD prácticamente sólo en hueso. Pueden medirse por inmunoensayo en orina (3,8).
Los telopéptidos hacen referencia a los productos de degradación del colágeno procedentes de las regiones telopeptídicas, tanto del extremo amino (NTX) como carboxiterminal (CTX). Pueden determinarse en suero y en orina mediante inmunoensayo de alta sensibilidad. Los niveles de CTX pueden influirse por la dieta, desventaja que no presentan los NTX (3,8).
Los niveles en orina de estos marcadores deben ser corregidos con la excreción de creatinina. DPD, NTX y CTX son considerados como la mejor medida del grado de resorción ósea (3,8).
Glucosil-hidroxilisina y galactosil-glucosi-hidroxilisina son componentes del colágeno óseo que se liberan por degradación del colágeno. Deben ser determinados en orina por cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC). El ratio de ambos glucósidos permite que sean reconocidos específicos de tejido. El inconveniente que presentan para su uso en clínica es que todavía no se pueden determinar por inmunoensayo (6,8).
La sialoproteína ósea (BSP) es el principal componente no colágeno de la matriz ósea. Se han desarrollado inmunoensayos para su determinación en suero pero todavía no se disponen de datos suficientes para valorar su utilidad como marcador del metabolismo óseo (6,8).
La fosfatasa ácida tartrato resistente (TRAP) es una enzima lisosomal presente en los osteoclastos. Los ensayos hasta ahora disponibles tenían limitaciones, principalmente debido a la baja estabilidad de la enzima en suero y a una especificidad deficiente. Esta enzima existe en dos isoformas llamadas 5a y 5b. Se han desarrollado ya inmunoensayos, específicos para la isoenzima de osteoclastos (TRACP-5b), en los que se pone de manifiesto su utilidad como marcador de osteoclastos. (4,8) Se considera un marcador prometedor para predecir fracturas vertebrales (4).
2.3 Utilidad clínica de los marcadores bioquímicos
La medida de los marcadores bioquímicos del remodelado óseo fue considerada inicialmente secundaria a la DMO, pero esta idea esta cambiado y ahora se pueden emplear para determinar la calidad ósea y el riesgo de fractura (3). Puesto que los nuevos tratamientos antirresortivos suprimen significativamente los niveles de
marcadores del remodelado su medida ha sido efectiva para evaluar la eficacia del tratamiento (3,4,11).
2.3.1. Predicción de la pérdida rápida de masa ósea
La densitometría ósea puede emplearse para establecer el ritmo de pérdida de masa ósea del paciente al comparar dos estudios, con al menos 1 año de diferencia. Aquellos pacientes que pierden más de 2% por año se les identifica como
perdedores rápidos en cambio aquellos con una pérdida menor de 1% anual se le reconoce como perdedores lentos (12).
Los marcadores bioquímicos de remodelado óseo pueden ser un instrumento valioso ya que permiten identificar al perdedor rápido en períodos más cortos de tiempo que un año.
Alrededor de un 30% de las mujeres tras la menopausia presentan una pérdida acelerada de masa ósea. La identificación precoz de este tipo de mujeres permitiría seleccionar a aquellas pacientes con un mayor riesgo de fractura e instaurar un tratamiento preventivo. Los resultados se basan en estudios poblacionales por lo que su valor es todavía limitado a nivel individual (11,12).
2.3.2. Valoración del riesgo de fractura
Múltiples estudios han demostrado una relación entre el aumento del riesgo de fracturas y el descenso de la DMO pero la magnitud exacta de esa relación no esta del todo clara (7).
La reducción del riesgo de fractura observado en ensayos clínicos tras el tratamiento antirresortivo es mucho mayor que el esperado por el aumento de la DMO. La reducción del riesgo de fractura se ha observado dentro del primer año de tratamiento, este efecto ocurre muy rápido como para ser únicamente atribuible al
aumento de la DMO, por lo que se puede atribuir a la supresión del recambio óseo relacionado con el concepto de calidad ósea (4,7,11).
En este sentido los marcadores bioquímicos resultan de utilidad, estudios epidemiológicos indican que altos niveles de marcadores están relacionados con un riesgo aumentado de fractura asociado con osteoporosis, independientemente del nivel de DMO (3,4,7,8).
Por lo que la combinación de ambas pruebas diagnósticas puede ser muy útil para mejorar la identificación de mujeres con alto riesgo de fractura.
2.3.3. Monitorización del tratamiento
Los marcadores óseos parecen ser especialmente útiles en la estimación de la respuesta al tratamiento. Los marcadores de resorción suelen experimentar cambio a los 1-3 meses desde que se inició el tratamiento, el cambio de los marcadores de formación suele ser más tardío, a los 3-6 meses (3,11).
La disminución del valor del marcador que se observa en el tratamiento suele ser del 10-80%, dependiendo del tipo de tratamiento y marcador utilizado. El tratamiento con bifosfonatos se asocia a una disminución del 40% de los marcadores de formación y del 75% en los de resorción. Otros tratamientos, como el raloxifeno o la calcitonina, se asocian a una disminución de los marcadores menos acusada (12). Se recomienda determinar niveles de marcadores previo al inicio del tratamiento, repetir la determinación a los 3 meses para los marcadores de resorción y a los 6 meses para los de formación (12).
2.4. Variabilidad de los marcadores bioquímicos del remodelado óseo
Existe una deficiencia de guías clínicas específicas que ayude al uso de estos marcadores y al manejo de los pacientes de forma individual, por lo que en la práctica clínica la interpretación de los resultados es un asunto controvertido (3,7).
La interpretación clínica de los marcadores bioquímicos de remodelado óseo debe ser llevada a cabo teniendo en cuenta la variabilidad preanalítica que presentan. Existen dos fuentes de variabilidad, una de factores incontrolables como son la edad, raza, enfermedad, fracturas recientes, el sexo y el estatus menopáusico; que se controlan empleando los rangos de referencia apropiados. La otra fuente de variabilidad es de factores controlables como los ritmos circadianos, la dieta, ejercicio físico que pueden ser minimizados mediante la estandarización a la hora de recoger la muestra (8,12). Cada laboratorio debe determinar sus propios rangos de referencia, que deben establecerse de forma separada para hombres, mujeres premenopáusicas y mujeres posmenopáusicas. Los dos primeros deben incluir sujetos con edades superiores a los 30 años (niños presentan valores significativamente más elevados, después de la pubertad comienzan a disminuir pero no alcanzan el valor estable hasta la cuarta década, por lo que permanecen todavía elevados durante la tercera década). Las condiciones de recogida de la muestra y la hora estandarizada deben ser definidos para cada rango de referencia dado (8,12).
Adicionalmente presentan variabilidad biológica y analítica. Se han realizado numerosos estudios para valorar, mediante modelos matemáticos, la variabilidad biológica (intra-sujeto) a partir de la cual, junto con la variabilidad analítica, se puede considerar que el cambio entre dos valores consecutivos del marcador en el mismo individuo refleja un cambio real y significativo en la actividad de la enfermedad (11,12).
Para que tenga significación clínica, el porcentaje de cambio entre dos valores de un marcador sérico debe ser superior tanto a la variación biológica como a la variación analítica del ensayo. Este umbral se denomina “porcentaje de cambio mínimo”. Así los porcentajes de cambio de un marcador que superen el de cambio mínimo pueden
atribuirse a un cambio en el estado clínico de un sujeto, como por ejemplo en respuesta a la terapia (3,11,12). Por ejemplo, el porcentaje de cambio mínimo para BAP medida con el ensayo Ostase (Beckman Coulter) se ha calculado en 25%. Un descenso superior al 25% en los niveles de BAP de una mujer posmenopáusica con tratamiento antirresortivo tras 3 meses de tratamiento se puede considerar un descenso clínicamente significativo (13).
3. GENES Y OSTEOPOROSIS
La osteoporosis se piensa que es un patología de origen poligénico, determinada por múltiples genes y factores de riesgo ambientales. Los numerosos estudios llevados a cabo durante las dos últimas décadas nos hacen concluir que existe una base genética en la enfermedad (14,15).
La variación en la densidad de masa ósea, que puede ser atribuible a una variación genética (heredabilidad), se ha demostrado mediante estudios con familias y gemelos monocigóticos que esta entre el 50% y el 90% (14).
Se han realizado estudios de ligamiento, búsqueda de polimorfismos, así como estudios experimentales en células y acerca de las funciones moleculares. Los genes estudiados son muchos, los que se han estudiado más extensamente corresponden al receptor de la vitamina D, el colágeno tipo I y el receptor de estrógenos entre otros (14,15).
Se ha visto que diferentes genes son responsables de la adquisición de masa ósea, el remodelado óseo y su estructura y que muchos de los genes que están mutados en enfermedades óseas raras, como la osteopetrosis, también contribuyen a la regulación de la DMO en la población normal. Futuras investigaciones deben servir
para definir mejor los mecanismos funcionales por los que los genes candidatos afectan a la función de la célula ósea y la masa ósea (14,15).
Desde el punto de vista clínico, las aplicaciones potenciales de los estudios genéticos en osteoporosis están en el área de la determinación del riesgo de fractura y en la identificación de dianas moleculares para el diseño de nuevos tratamientos (14,15). 4. CONCLUSIONES
La determinación de marcadores bioquímicos del remodelado óseo y la determinación de la DMO en el diagnóstico de OP son dos características diferentes de la resistencia ósea. De la conferencia de consenso del NIH se extrae que estos dos factores son índices independientes de la resistencia ósea y no necesariamente relacionados uno con otro, al menos en la OP. En otras palabras, la observación de alteración de ambos DMO y recambio óseo por la medicación pueden ilustrar las características clínicas de la OP. La limitación más importante actualmente es la falta de guías formales acerca del manejo de los marcadores bioquímicos del remodelado óseo (4).
Se suele decir que cuando hay muchas formas de medir una cosa ninguna es realmente buena. Se están desarrollando nuevos marcadores del metabolismo óseo además de seguir estudiando los que tenemos actualmente disponibles pero no hay que olvidar que sus aplicaciones van más allá de la osteoporosis, tienen aplicación en otras patologías óseas como son la enfermedad de Paget y la osteodistrofia renal, patologías endocrinas relacionadas con el metabolismo óseo como el hiperparatiroidismo o la enfermedad de Cushing, en la valoración del cartílago articular en la artrosis y las artropatías inflamatorias en incluso en la detección precoz de metástasis ósea en pacientes con patología tumoral (12).
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