Benmarkörer Fördelar och Fallgropar

Transkript

1 Benmarkörer Fördelar och Fallgropar Användarmöte Endokrinologi Equalis Martin Carlsson Klinisk kemi och Transfusionsmedicin Kalmar

2 Skelettet är en levande vävnad Skelettet omsätts (remodelleras) hela tiden Under livet sker en konstant nedbrytning av skelettet (benresorption) följt av en uppbyggnad (benformation). I varje ögonblick råder normalt en balans mellan, å ena sidan, bildning och mineralisering av skelettet och, å andra sidan nedbrytning av benvävnad.

3

4 Bennybildningens faser

5 Några vanliga benmarkörer utsöndras beroende på: 1. osteoklastens katabola aktivitet eller 2. osteoblastens anabola aktivitet

6

7 Nyttan med benmarkörer Med analys av benmarkörer kan man snabbare än med röntgenundersökningar uppskatta om bennedbrytningen (benresorptionen) och/eller bennybildningen (benformationen) har förändrats eller är onormal vilket kan ge misstanke om sjukdom. Benmarkörer kan även ge prognostisk information om risken för framtida frakturer Kan även användas för att värdera följsamhet och respons till behandling

8 Osteoporos och osteopeni Osteoporos, en sjukdom karakteriserad av påverkad skeletthållfasthet som ökar risken för frakturer. Vid osteoporos är mikroarkitekturen i benet störd och det finns en obalans mellan osteoblastens förmåga att bilda nytt ben och osteoklastens bennedbrytande förmåga där det senare överväger I Sverige inträffar årligen cirka osteoporosrelaterade frakturer och av dessa är höftfrakturer. De vanligaste övriga fragilitetsfrakturerna är kotfrakturer ( per år), underarmsfrakturer ( per år) och proximala humerusfrakturer ( per år)

9

10 Ökad risk för fraktur utan påtagligt trauma föreligger främst vid hög ålder, kvinnligt kön, östrogenbrist, låg kroppsmassa, viktsförlust, immobilisering, rökning samt behandling med kortikosteroider eller antiandrogener.

11

12 Primär och sekundär osteporos Osteoporos brukar klassificeras som antingen primär, dvs. oftast en åldersbetingad rubbning där man inte hittar någon säker orsak förutom menopaus och ålder, eller sekundär, dvs. sekundär till sjukdom och/eller läkemedelsbehandling. Ofta föreligger emellertid en multifaktoriell etiologi och ofta spelar ärftliga faktorer roll.

13 Hur ställs diagnosen osteoporos/osteopeni? Rekommenderad analysmetod för att ställa diagnosen osteoporos är vanligen kvantitativ analys av bentäthet via Dual energy X-ray absorptiometry (DEXA). DEXA liksom det webbaserade riskkalkyleringsverktyget Fracture risk assessment tool (FRAX) har dock nackdelar och sensitiviteten är låg. De flesta med lågenergifrakturer har inte låg bentäthet förenlig med osteoporos mätt med DEXA

14 Laboratoriediagnoser vid osteoporos och osteopeni Laboratorieprover används inte för att ställa diagnosen primär osteoporos eller osteopeni utan är bara ett komplement i utredningen. Det finns en stark invers korrelation mellan bentäthet och koncentrationer av benomsättningsmarkörer men pga den stora individuella variationen och otillräcklig standardisering av metoderna är korrelationen inte tillräckligt stark för att vara diagnostisk.

15

16 Rutinmässiga laboratorieprover (ej s.k. benmarkörer) vid utredning av osteoporos Kalcium, joniserat kalcium, fosfat och kreatinin ALP, PTH och 25(OH)D. Andra vanliga analyser är SR och urinelfores vid misstanke om myelom samt testosteron och PSA hos män. Hormonell inbalans ger osteoporos varför prolaktin och thyreoideahormoner ofta tas. Vid misstanke om malabsorption/celiaki analyseras ofta transglutaminasak liksom leverenzymer, järnstatus och magnesium. P/S-CDT och eller B-PEth tas vid misstanke om alkoholöverkonsumption

17 Benomsättningsmarkörer/benmarkörer Benomsättningsmarkörer är produkter som bildas under benomsättningen. De frisätts antingen från skelett eller från celler inblandade i benomsättningsprocessen Beroende på hur de är inblandade i benomsättningsprocessen kategoriseras de ofta som benbildningsfaktor (bone formation markers) eller benresorptionsmarkörer (bone resorption markers) Benomsättningsmarkörerna är ökade vid tillstånd med hög benomsättning (hypertyreos, hyperparatyreoidism, Pagets sjukdom) Benomsättningsmarkörerna är sänkta vid tillstånd med låg benomsättning (behandling med antiresorptiva läkemedel)

18 Olika sjukdomar med påverkad benomsättning Hög benomsättning Låg benomsättning Hyperparatyreoidism (primär och sekundär) Pagets sjukdom Hypertyreos Akromegali Benmetastaser Multipelt myelom Hypotyreoidism Hypoparatyreoidism Hypopituitarism GH brist

19 Benformationsmarkörer Benresorptionsmarkörer Benreglerande ämnen Olika ursprung Många synonymer

20 Vilka benmarkörer ska man då välja? Val av benmarkör beror oftast på klinisk frågeställning och vilka benmarkörer som finns tillgängliga att beställa. Det finns ingen konsensus i Sverige vilka markörer som har högst diagnostiskt värde, men osteokalcin, fragment av prokollagen såsom P1NP och benspecifikt alkalisk fosfatas (balp) är de bäst kända benbildningsmarkörerna NTX-1 och CTX-1 samt TRAP (5b) de mest använda benresorptionsmarkörerna. Internationella osteoporosfederationen (IOF) och international Federation of Clinical Chemistry (IFCC) har f.n. rekommenderat att analys av serum CTX-1 kan betraktas som vedertagen markör för benresorption och serum P1NP på liknande sätt som benformationsmarkör. Metodstandardisering av dessa två analyter pågår.

21

22 Vid vissa frågeställningar finns anledning att välja mer specifika benmarkörer För utvärdering av bensjukdom vid njursvikt kan särskilt mätning av benspecifikt balp, och TRAPC vara indicerad Vid glukokortikoid-inducerad osteoporos kan analys av osteocalcin vara värdefull. Många benmarkörer är inte specifika för skelettet utan kan vara markörer för extraskeletala och metabola sjukdomar (osteokalcin, osteoprotegerin, osteopontin med flera)

23 Preanalytiska faktorer, biologisk variation och metodvariationer av betydelse för benmarkörer Benmarkörernas användning i klinisk praxis hämmas av att det föreligger brist på standardisering av många av metoderna Referensintervallen för benmarkörer är mycket vida som följd av mångfalden preanalytiska variabler Benmarkörer har stor biologiska variation. En orsak till variation är ålder. Benomsättningen är högst under puberteten för flickor och pojkar och för kvinnor omkring menopausen.

24

25

26 Matintag, vikt och fysisk aktivitet påverkar benmarkörer Koncentrationen av flertalet benmarkörer påverkas av föda där matintag ger lägre benomsättning och lägre uppmätta koncentrationer. Benmarkörer bör tas på morgonen då mätvärden vanligen är högst mycket tidigt Fysisk träning kan minska benomsättningen medan immobilisering påtagligt ökar resorptionshastigheten. Låg vikt är också associerade till högre benomsättning och därmed högre koncentrationer av benmarkörer.

27

28

29

30 Graviditet och benomsättning Graviditet ger ökad benomsättning med 2-3 ggr högre koncentrationer av benmarkörer jfr med före graviditeten

31 Sjukdomar och läkemedel som ökar benomsättningen Hypertyreos, hyperparatyreoidism och akromegali ger förhöjd benomsättning. Pagets sjukdom, skelettcancer och skelettmetastaser ökar också de flesta benmarkörerna med undantag av osteokalcin som ofta då är normal. Reumatiska sjukdomar såsom aktiv RA ger särskilt ökning av benresorptionsmarkörer. Antiandrogen terapi, t ex vid behandling av prostatacancer, leder till snabb ökning av benomsättningen, ökade benmarkörer och ökad risk för frakturer.

32 Njurfunktionsnedsättning och benmarkörer Sänkt njurfunktion ger sekundär osteoporos men kan även genom nedsatt GFR ge förhöjda nivåer av benmarkörer. Därför bör samtidig mätning av serum och/eller urin-kreatinin ofta utföras i samband med analys av benmarkörer. Markörerna balp och TRACP (5b) påverkas dock inte av nedsatt GFR.

33 Celler som är typiska för skelettet osteoblaster, osteoklaster och osteocyter I benomsättningen deltar några celler som är specifika för skelettet såsom osteoblasterna. De bildar det organiska materialet, matrix, som efterhand blir hårt ben när det mineraliseras. Osteoblasterna utsöndrar också ämnen som styr osteoklasterna, de celler som bryter ner benet.

34 Osteoblasterna bildar RANKL och osteoprotegerin RANKL (receptor activator of NF-kb ligand) är ett protein som bildas av osteoblasterna och som aktiverar en receptor (RANK) som finns på ytan av osteoklasterna. Osteoblasten bildar också ett ämne med motsatt effekt, proteinet osteoprotegerin (OPG). Osteoprotegerin binder till RANKL och förhindrar då via bindning till RANK att osteoklasten aktiveras. Mätning av osteoprotegerin i serum kan därför informera om graden av hämning av osteoklasterna.

35

36 Hormoner påverkar balansen mellan benbildning och bennedbrytning Flera hormoner påverkar balansen mellan RANKL och OPG Förändringar i hormonkoncentrationer eller behandling med hormoner/hormonanaloger kan därför ge ökad eller minskad osteklastaktivitet vilket påverkar benomsättningen.

37 Parathormon (PTH), har en reglerfunktion vid bildning och aktivering av osteoklaster. 1,25-dihydroxyvitamin D påverkar bl.a. mineraliseringen av brosk- och benmatrix. Könshormoner, främst östradiol, påverkar omsättningen i skelettet. Andra hormoner som påverkar skelettomsättningen är tillväxthormon, IGF-1 och tyreoideahormon Kortisol anses hämma bennybildning genom hämning av osteoblastfunktionen samt stimulera bennedbrytning genom påverkan på osteoklastbildning.

38 Osteoklasterna bildar ämnen för att kunna bryta ner benet Osteoklasterna bildar en sur miljö och särskilda enzymer. Tartratresistent surt fosfatas isoform 5b (synonymer TRAP(5b), ACP5) är ett av dessa enzymer som används som indikator av osteoklastaktivitet/benresorptionsmarkör. Proteinet Katepsin K är ett annat enzym som bryter ner kollagen 1 i benvävnaden.

39 Osteocyterna En del av osteoblasterna blir så småningom inneslutna i det mineraliserade benet och kallas då osteocyter. Osteocyterna känner av mekanisk belastning i benvävnaden och påverkar benets remodelleringsprocess. Sklerostin (SOST) är ett glykoprotein som produceras från osteocyterna Dickkopf-relaterat protein 1 (DKK1) bildas också i osteocyten. Både DKK-1 och SOST fungerar som negativa reglerare för benbildningen genom inhibering av den s.k. Wnt-signalvägen. En minskad koncentration av DKK1 och/eller sklerostin gynnar bildandet av nytt ben.

40 Att Sklerostin har stor betydelse för skelettet understryks av att man vid två ovanliga ärftliga sjukdomar som påverkar SOST genen och som ger låga sklerostinkoncentrationer får en progressiv ökning av benmassan (sklerosteosis och van Buchems sjukdom). Förhöjda nivåer av DKK1 i blodet är associerat med osteolytiska metastaser hos patienter med multipelt myelom. Läkemedel med antikroppar mot sklerostin men även mot DKK1 har visats accelerera bennybildningen och öka bentätheten.

41 Sclerosteosis och van Buchems sjukdom Ger starkt och tjockt skelett

42 Romosozumab är en monoklonal antikropp som binder till och blockerar sklerostin bidrar till nybildning av ben.

43 Kollagen typ 1 Typ 1 kollagen är det dominerande proteinet i benvävnaden som bildas av osteoblasterna. När skelettet byggs om eller skadas frisätts små peptidfragment från kollagenet som kan detekteras i blod och urin.

44 Kollagenet finns i benet i form av trippelhelixar. I ändan av helixen finns icke-helixformade s.k. telopeptider.

45 P1NP en av de viktigaste benformationsmarkörerna prokollagen-1-n-propeptid (synonym, P1NP) prokollagen-1-c-propeptid (synonym, P1CP

46 Copyrights apply

47 Benresorptionsmarkörer bildas istället när kollagen 1 bryts ner Under nedbrytningen av ben bryts kollagen 1 vidare ner till mindre fragment. De kommer ut i blodbanan och utsöndras i urinen. Det C-terminala (CTX-1) respektive det N-terminala (NTX-1) telopeptid fragmentet av kollagen typ 1 används som markörer för bennedbrytning (benresorptionsmarkörer). Kollagenmolekylerna stabiliseras genom tvärbindningar som bidrar till de biomekaniska egenskaperna hos benet. Fritt Pyridinolin (PYD) och deoxipyridinolin (DPD) är specifika fragment av tvärbundet kollagen som frisätts i blod och urin och som också används som benresorptionsmarkörer. DPD är dock mer benspecifikt än PYD.

48

49 Benmineralet Benvävnaden är en reservoar för kalcium och fosfat. Mineralet i benvävnaden utgörs av hydroxiapatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2.) Extracellulärvätskan är normalt övermättad med avseende på hydroxiapatit, Detta betyder att hydroxiapatitkristallerna inte kan lösas upp spontant och att de alltid skulle tillväxa om blockerande föreningar inte fanns närvarande. Av faktorerna som förhindrar tillväxt av apatitkristallerna spelar pyrofosfat en dominerande roll. Osteoblasten innehåller en isoform av enzymet alkaliskt fosfatas (benspecifikt alkaliskt fosfatas, balp). I samband med deponeringen av mineral ökar frisättningen av balp från osteoblasterna vilket leder till spjälkning av pyrofosfat. Därmed sänks koncentrationen av pyrofosfat under den tid som är nödvändig för kristalltillväxten.

50 Benassocierade proteiner Benet innehåller också ett antal icke kollagena proteiner med skilda funktioner i omsättningen av benvävnaden. Osteopontin (från latinets osteo= ben och pontin=brygga) är ett glykoprotein som bildas i såväl osteoblaster som osteoklaster. Osteopontin deltar i regleringen av jämvikten mellan benresorption och bennybildning. Osteokalcin (synonymer Bone-GLA protein, BGP) är en etablerad benformationsmarkör. Osteokalcin bildas i både osteoblaster och osteocyter och är ett av få proteiner som är helt specifika för ben. Genom sitt innehåll av γ-karboxiglutaminsyra, vars syntes är beroende av vitamin K, har osteokalcin hög affinitet för kalciumjoner och binder sig därför till hydroxiapatitkristallens yta.

51 Läkemedel som används vid osteoporos A. Minskar benresorptionen (antiresorptiva) Bisfosfonater (alendronat, zolendronsyra, risedronat Denosumab (Prolia ) Strontiumranelat B. Anabola läkemedel PTH-analoger (teriparatid Romosozumab (antikroppsbehandling mot sklerostin) C. Kalcium och D-vitamin

52 Effekt på koncentration av benmarkörer av antiresorptiva läkemedel Antiresorptiva läkemedel såsom bisfosfonater och denosumab (monoklonal ak som binder till RANKL) inhiberar osteoklasterna och ger en snabb sänkning (30-90 % minskning beroende på läkemedel) av benresorptionsmarkörer såsom t ex S-CTX-1, U-NTX-1 och S-TRACP5b). Benresorptionsmarkörer är maximalt låga ca 8 veckor efter behandling. En minskad benresorption följs alltid av minskad benbildning och därför sjunker därefter också benformationsmarkörer såsom t ex P1NP, P1CP, osteokalcin och balp. Dessa sjunker med ca 20-50% beroende på läkemedel. Benformationsmarkörer är maximalt låga efter ca 26 veckor. När behandling med denosumab upphör återgår benomsättningsmarkörerna snabbt till minst ursprungsnivån. Till skillnad från behandling med bisfosfonater där koncentrationerna av benmarkörer förblir låga under lång tid.

53 Koncentrationsförändring av benmarkörerna NTX, CTX och balp efter bisfosfonatbehandling Delmas PD et al. Bone, 2008,

54 Effekt på koncentration av benmarkörer av anabola läkemedel Anabola osteoporosläkemedel såsom PTH-analoger och romosozumab (monoklonal ak som binder till sklerostin) ger hos de flesta en snabb ökning av benformationsmarkörer såsom P1NP. Om PTH-analoger används stiger även benresorptionsmarkörerna. Romosozumab ger däremot en sänkning av benresorptionsmarkörer.

55

56

57 Vad händer efter en fraktur? Aktuell eller tidigare fraktur kan i hög grad påverka de uppmätta nivåerna av benmarkörer Efter en tibiafraktur kan benresorptionsmarkören S-CTX vara fördubblad efter 2 veckor och benbildningsmarkören P1NP fördubblad efter 12 veckor. Benomsättningen tar vanligen 6-12 månader att återgå till det normala efter fraktur.

58 Effect of Fracture on Bone Turnover Markers: A Longitudinal Study Comparing Marker Levels Before and After Injury in 113 Elderly Women. JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH Volume 22, Number 8, 2007

59 Nu är det slut