(Glu-OC) a metabolizm kostny i kalcyfikacja naczyń u chorych

(Glu-OC) a metabolizm kostny i kalcyfikacja naczyń u chorych

PRACE ORYGINALNE
Wacław Bentkowski3
Marek Kuźniewski1
Danuta Fedak2
Paulina Dumnicka2
Beata Kuśnierz-Cabala2
Katarzyna Janda1
Władysław Sułowicz1
1
Katedra i Klinika Nefrologii,
Uniwersytet Jagielloński,
Collegium Medicum, Kraków
Kierownik:
Prof. dr hab. Władysław Sułowicz
2
Zakład Diagnostyki, Katedra Biochemii
Klinicznej, Uniwersytet Jagielloński, Collegium
Medicum, Kraków
Kierownik:
Dr hab. Bogdan Solnica
Oddział Nefrologii i Dializoterapii
Wojewódzkiego Szpitala Specjalistycznego
Nr 1 w Rzeszowie
Ordynator:
Lek med. Wacław Bentkowski
3
Dodatkowe słowa kluczowe:
osteokalcyna
metabolizm kostny
zwapnienia naczyń
hemodializa
Additional key words:
osteocalcin
bone metabolism
vascular calcification
hemodialysis
Adres do korespondencji:
Dr hab. med. Marek Kuźniewski
Katedra i Klinika Nefrologii UJ CM
31-501 Kraków
Ul. Kopernika 15c
E-mail: [email protected]
Przegląd Lekarski 2013 / 70 / 9
Niedokarboksylowana osteokalcyna (Glu-OC)
a metabolizm kostny i kalcyfikacja naczyń
u chorych hemodializowanych
Undercarboxylated osteocalcin (Glu-OC) bone
metabolism and vascular calcification in hemodialyzed
patients
Osteokalcyna (OC) jest witamino-K
zależnym białkiem wiążącym wapń zawierającym trzy gamma karboksylowe
reszty kwasu glutaminowego (Gla),
który determinuje mocne wiązanie
z hydroksyapatytem. W niedoborze
witaminy K i/lub zwiększonej resorpcji
kostnej niedokraboksylowana osteokalcyna (Glu-OC) może pojawiać się
we krwi.
Celem badania była ocena stężeń
Glu-OC i markerów metabolizmu tkanki
kostnej oraz ich wpływ na uwapnienie
tętnic wieńcowych u chorych ze schyłkową niewydolnością nerek leczonych
powtarzanymi hemodializami.
Badaniami objęto 68 chorych (29 kobiet i 39 mężczyzn) w wieku 60,3 ± 12,3
lat leczonych hemodializami przez
okres 24,5 ± 4,8 miesięcy. Grupę kontrolną stanowiło 35 zdrowych ochotników porównywalnych pod względem
płci i wieku. CaCs oceniano wielorzędową spiralną tomografią komputerową
(MSCT). Pomiar osteokalcyny karboksylowanej (Gla-OC) i Glu-OC, frakcji
kostnej fosfatazy alkalicznej (bALP),
winiano-opornej kwaśnej fosfatazy
(TRAP5) były oceniane metodą ELISA
a iPTH metodą Nicholsa.
W przeprowadzonych badaniach
wykazano, że stężenia Gla-OC i Glu-OC
w grupie chorych hemodializowanych
były istotnie wyższe w porównaniu do
grupy kontrolnej 116,37 ± 70,01 ng/ml
i 93,72 ± 112,63 vs. 19,51 ± 3,78 ng/ml
i 4,88 ± 2,63 ng/ml; p < 0,001. Poziom
Glu-OC korelował istotnie z iPTH, bALP,
TRAP5 (p < 0,001) i CaSc (p < 0,014).
Wnioski
1. Uzyskane wyniki wskazują na
istnienie istotnej korelacji pomiędzy
Glu-OC a ocenianymi markerami metabolizmu kostnego.
2. Przeprowadzone badania wskazują na związek pomiędzy metabolizmem kostnym a stopniem kalcyfikacji
w naczyniach wieńcowych.
Osteocalcin (OC) is witamino-K dependent calcium-binding protein comprising three gamma carboxy glutamic
acid residues (Gla) which determines
a strong bond with hydroxyapatite. In
vitamin K deficiency and/or increased
bone resorption undercarboxylated
osteocalcin (Glu-OC) appears in the
blood.
The aim of this study was to evaluate the level of Glu-OC and markers of
bone metabolism and their impact on
coronary artery calcification in patients
with end-stage renal failure treated
with repeated hemodialysis.
The study included 68 patients (29
women and 39 men) aged 60.3 ± 12.3
years hemodialysis period 24.5 ± 4.8
months. Control group consisted of
35 healthy volunteers comparable in
terms of age and gender. CACS was
evaluated based on multislice spiral
computed tomography (MSCT). Measurement of carboxylated osteocalcin
(Gla-OC) and Glu-OC, bone alkaline
phosphatase (bALP), tartrate-resistant
acid phosphatase (TRAP5) were assessed by ELISA and iPTH by Nichols
method.
Present study demonstrated that
the Gla-OC and Glu-OC in hemodialysis patients were significantly higher
than the control group 116.37 ± 70.01
ng/ml and 93.72 ± 112.63 ng/ml vs.
19.51 ± 3.78 ng/ml and 4.88 ± 2.63 ng/
ml; p <0.001. Glu-OC level correlated
significantly with iPTH, bALP, TRAP5
(p <0.001) and CaSc (p <0.014).
Conclusions
1. The results indicate a significant
correlation between Glu-OC and assessed markers of bone metabolism.
2. Research has indicated a link
between bone metabolism and the
degree of calcification in the coronary
arteries.
Wstęp
Pacjenci z przewlekłą chorobą nerek
(PChN) wykazują 10-20 razy wyższą chorobowość i śmiertelność w porównaniu z
populacją ogólną. Istotnym czynnikiem
zwiększającym ryzyko chorobowości sercowo-naczyniowej i śmiertelności w tej grupie
chorych są zwapnienia naczyń [1,12,23].
703
Ryzyko zwapnień naczyniowych narasta
wraz z postępem PChN i nasila się znacząco w okresie dializoterapii [12,16,28].
Mechanizm powstawania zwapnień naczyniowych jest bardzo złożony i obserwuje się
podobieństwa pomiędzy kalcyfikacją naczyń
a tworzeniem kości [8,13,18]. Wykazano
ponadto związek pomiędzy przyspieszoną
kalcyfikacją naczyń i zwiększoną resorpcją
kości [3,10,26]. Niedobór aktywnych białek
biorących udział w regulacji przemiany
wapniowej w ścianie naczynia jest istotnym
czynnikiem wpływającym na powstawanie
zwapnień. Osteokalcyna (OC), bone Glaprotein (BGP) jest witamino-K zależnym
białkiem syntetyzowanym głównie przez
osteoblasty i odontoblasty wymagającym
do swojej aktywacji procesu gamma karboksylacji reszt glutaminowych (Glu). Powstałe w wyniku karboksylacji trzy gamma
karboksylowe reszty kwasu glutaminowego
(Gla), mają dużą zdolność wiązania jonów
wapnia co determinuje mocne połączenie z hydroksyapatytem [6,14,17,31]. W
niedoborze witaminy K i/lub zwiększonej
resorpcji kostnej niedokarboksylowana,
nieaktywna osteokalcyna (Glu-OC) pojawia
się we krwi co może zwiększać tendencję
do kalcyfikacji naczyń [2,5,11,20]. Stężenie
osteokalcyny w surowicy może być uznawane za nieinwazyjny marker aktywności
osteoblastycznej i kościotworzenia [22,24]
a wzrost jej stężenia u pacjentów z PChN
koreluje ze spadkiem GFR i zwiększonym
metabolizmem kostnym [7].
Celem badania była ocena poziomu
Glu-OC i markerów metabolizmu tkanki
kostnej oraz ich wpływu na uwapnienie
tętnic wieńcowych u chorych ze schyłkową
niewydolnością nerek leczonych powtarzanymi hemodializami.
Materiał i Metodyka
Badaniami objęto 68 chorych (29 kobiet i
39 mężczyzn) w wieku 60,3 ± 12,3 lat leczonych hemodializami przez okres 24,5 ± 4,8
miesięcy w oparciu o dializatory polisulfonowe, dwuwęglanowy płyn dializacyjny i
heparynę drobnocząsteczową jako czynnik
przeciwkrzepliwy. Średni czas trwania dializy
wynosił 4-5 godzin, zalecany przepływ krwi
był od 200-300 ml/min, płynu dializacyjnego
500 ml/min a uzyskiwany wskaźnik Kt/V był
powyżej 1,2. Grupę kontrolną stanowiło 35
zdrowych ochotników porównywalnych pod
względem płci i wieku. Do ilościowej oceny
zwapnień w tętnicach wieńcowych wykorzystywano wielorzędową spiralną tomografią
komputerową (MSCT) z oprogramowaniem
calcium scoring (CaCS). Pomiar osteokalcyny karboksylowanej (Gla-OC) i Glu-OC,
frakcji kostnej fosfatazy alkalicznej (bALP),
winiano-opornej kwaśnej fosfatazy (TRAP5)
były oceniane przy użyciu metody ELISA.
Pomiary stężenia iPTH przeprowadzono
metodą Nicholsa na aparacie Immulite 2000.
Badania laboratoryjne w celu rutynowej oceny stanu chorych prowadzono w Zakładzie
Diagnostyki Szpitala Uniwersyteckiego w
Krakowie. Pomiar wybranych parametrów
do oceny gospodarki kostnej: Gla-OC,
Glu-OC, bALP oraz TRAP5 wykonano w
laboratorium Zakładu Diagnostyki Katedry
Biochemii Klinicznej UJ CM w Krakowie.
704
Tabela I.
Wartości ocenianych parametrów metabolizmu kostnego.
Values of examined bone metabolism parameters.
iPTH, pg/ml
Ca x Pi, mg /dl
Wartość średnia
SD
Mediana
Dolny kwartyl
Górny kwartyl
637,88
670,12
378,00
132,00
1035,00
52,67
15,11
53,00
43,00
61,00
fosfataza alkaliczna, U/l
295,83
194,21
242,00
177,00
300,00
bALP, U/l
41,84
34,91
27,58
18,00
50,79
TRAP5, U/l
5,75
3,10
4,96
3,39
7,20
CaCS (jednostki Agatstona)
1354
1916
487
0
7321
2
2
Tabela II
Porównanie stężeń Gla-OC i Glu-OC u chorych hemodializowanych i w grupie kontrolnej.
Comparison of Gla-OC and Glu-OC concentration values in hemodialyzed patients and controls.
Pacjenci hemodializowani
Grupa kontrolna
p*
Wartość średnia
SD
Wartość średnia
SD
GlaOC (ng/ml)
116,37x
70,01
19,51
3,78
<0,001
GluOC (ng/ml)
93,72
112,63
4,88
2,63
< 0,001
*test U Manna-Whitney’a
Wyniki
W przeprowadzonych badaniach wykazano, że chorzy hemodializowani mają
cechy wtórnej nadczynności przytarczyc
oraz zaburzony metabolizm kostny (Tab. I).
Stężenia Gla-OC i Glu-OC w grupie chorych
hemodializowanych były istotnie wyższe w
porównaniu do grupy kontrolnej: 116,37 ±
70,01 ng/ml i 93,72 ± 112,63 vs. 19,51 ±
3,78 ng/ml i 4,88 ± 2,63 ng/ml; p < 0,001
(Tab. II). Wartość Glu-OC korelowała istotnie
ze stężeniem iPTH (Tab. III, Ryc.1), bALP
(Ryc. 2), TRAP5 (Ryc 3); p < 0,001 oraz
wartością CaSc (Ryc. 4); p < 0,014.
Dyskusja
W przeprowadzonych badaniach wykazano, że u chorych ze schyłkową niewydolnością nerek leczonych powtarzanymi
hemodializami występuje prawie sześciokrotny wzrost Gla-OC i blisko 20 krotny
Glu-OC w stosunku do grupy kontrolnej
osób zdrowych. Może to wynikać z jednej
strony ze zwiększonego remodelingu
kostnego i spadku zdolności wiązania
Glu-OC do hydroksyapatytu jak również
znaczny wzrost Glu-OC może wskazywać
na niedobór witaminy K i zwiększone uwapnienie naczyń w tej grupie chorych [1,25].
U chorych z zaburzonym metabolizmem
kostnym w wyniku podwyższonego stężenia
fosforanów, wapnia i wysokiego wskaźnika
wapniowo-fosforanowego może dochodzić
nie tylko do biernego odkładania się wapnia
w ścianach naczyń ale również do stymulacji mięśni gładkich do produkcji białek
macierzy i aktywnej mineralizacji podobnej
do procesu kościotworzenia [18]. Niedobór
witaminy K prowadzi do wzrostu niedokarboksylowanych, nieaktywnych białek w
tym Glu-OC przyczyniających się do nasilonego zwapnienia naczyń [1]. U chorych
dializowanych wykazano niskie spożycie i
obniżone stężenia witaminy K w surowicy
oraz wzrost niedokarboksylowanych białek
biorących udział w procesie krzepnięcia i
metabolizmie kostnym (Matrix Gla protein
- MGP, OC) [1]. Badania Westenfeld i wsp.
wskazują, że chorzy hemodializowani mają
4,5 razy wyższą niedokarboksylowaną MGP
Tabela III
Analiza korelacji pomiędzy zmianami stężeń GluOC oraz ocenianymi markerami metabolizmu
kostnego.
Correlation between changes of Glu-OC concentrations
and studied markers of bone metabolism.
R Spearmana
p
iPTH, pg/ml
0,40
< 0,001
bALP, U/l
0,72
< 0,001
TRAP5, U/l
0,61
< 0,001
CaSc
0,33
< 0,014
i 8,4 razy wyższą Glu-OC w porównaniu z
grupą kontrolną a suplementacja witaminy
K przez okres 6 tygodni wywoływała zależny od dawki i czasokresu leczenia spadek
wartości Glu-OC [29]. W innych badaniach
wykazano, że suplementacja witaminy K już
po miesiącu może prowadzić do wzrostu
stężenia osteokalcyny, iPTH, bALP a po
12 miesiącach spadku osteoprotegeryny
(OPG) [19].
U pacjentów z incydentami sercowonaczyniowymi obserwowano podwyższone
stężenie OPG i OC oraz niskie stężenie
fetuiny A [21]. Obniżone stężenie fetuiny A
u chorych dializowanych koreluje również
dodatnio ze stężeniem albuminy oraz ujemnie z CRP. Stężenie fetuiny A koreluje także
ujemnie ze zwapnieniami w naczyniach i
wartościami CaSC [15].
Istnieje zależność pomiędzy stopniem
uwapnienia tętnicy szyjnej a stężeniem w
surowicy niedokarboksylowanej osteokalcyny. Chorzy ze zwapnieniami w tętnicy szyjnej
mieli wyższe stężenia niedokarboksylowanej osteokalcyny co czyni ją przydatnym
markerem zwapnienia naczyń [10]. Fakt,
że niedokarboksylowana osteokalcyna
jest podwyższona u chorych z niedoborem
witaminy K wskazuje, że może być ona
markerem statusu witaminy K [25].
Wykazano, że komórki śródbłonka
naczyń wykazują ekspresję osteokalcyny,
która koreluje dodatnio z wartością CaCS,
stężeniem iPTH i fosforanów i ujemnie z
25(OH)D [4]. Zhang i wsp. [30 ] wykazali,
że 1,25(OH)2D3 obniża ekspresję OC w
osteoblastach dlatego obniżona aktywność
W. Bentkowski i wsp.
Rycina 1
Korelacja pomiędzy zmianami stężeń Glu-OC oraz i-PTH w grupie chorych
hemodializowanych (wartość logarytmowana).
Correlation between changes of Glu-OC and i-PTH values in hemodialyzed patients
(logarytmed value).
Rycina 2
Korelacja pomiędzy stężeniem Glu-OC i bALP w grupie chorych
hemodializowanych.
Correlation between Glu-OC and bALP concentration in hemodialyzed patients.
Rycina 3
Korelacja pomiędzy Glu-OC i stężeniem TRAP w grupie chorych
hemodializowanych.
Correlation between Glu-OC and TRAP concentration in hemodialyzed patients.
Rycina 4
Korelacja pomiędzy stężeniem Glu-OC a wartością CaSc w grupie chorych
hemodializowanych.
Correlation between Glu-OC concentration and CaSc value in hemodialyzed
patients.
receptora dla witaminy D (VDR) może być
czynnikiem ryzyka dysfunkcji śródbłonka i
wywołuje aktywację osteogenezy co promuje kalcyfikację naczyń. Stwierdzono,
że u chorych z cukrzycą osteokalcyna jest
istotnie niższa w porównaniu z pacjentami
bez cukrzycy [9].
W przeprowadzonych badaniach wartości Glu-OC dodatnio korelowały z iPTH,
bALP, TRAP5 i CaCs co może wskazywać na
jej silny związek z metabolizmem kostnym.
Korelację osteokalcyny z iPTH potwierdzono również w innych badaniach [27].
Stężenie osteokalcyny koreluje ujemnie z
gęstością kości [26], a zwapnienia naczyń
mają związek z nasiloną osteoporozą
[3,10].
Wnioski
1. Uzyskane w pracy wyniki badań wskazują na istnienie istotnej korelacji pomiędzy
zmianą stężenia Glu-OC a ocenianymi
markerami metabolizmu kostnego.
2. Przeprowadzone badania potwierdzają istnienie związku pomiędzy metaboPrzegląd Lekarski 2013 / 70 / 9
lizmem kostnym a stopniem kalcyfikacji w
naczyniach wieńcowych.
Piśmiennictwo
1. Blacher J., Guerin A.P., Pannier B. et al.: Arterial
calcifications, arterial stiffness, and cardiovascular
risk in end-stage renal disease. Hypertension 2001,
38, 938.
2. Berkener K.L., Runge K.W.: The physiology of
vitamin K mitriture and vitamin K-dependent protein
function in atherosclerosis. J. Thromb. Haemost.
2004, 2, 2118.
3. Bűgel S.: Vitamin K and bone health in adult humans.
Vitam. Horm. 2008, 78, 393.
4. Cianciolo G., La Manna G., Della Bella E. et al.: Effect of vitamin D receptor activator therapy on vitamin
D receptor and osteocalcin expression in circulating
endothelial progenitor cells of hemodialysis patients.
Blood Purif. 2013, 35, 187.
5. Cranenburg E.C.M., Schurgers L.J., Uiterwijk H.H.
et al.: Vitamin K intake and status are low in hemodialysis patients. Kidney Int. 2012, 82, 605.
6. Delmas P.D., Eastell R., Garnero P. et al.: The use
of biochemical markers of bone turnover in osteoporosis. Osteoporos. Int. 2000, Suppl. 6, S2.
7. Delmas P.D., Wilson D.M., Mann K.G. et al.: Effect of
renal function on plasma levels of bone Gla-protein.
J. Clin. Rndocrinol. Metab. 1983, 57, 1028.
8. Doherty T.M., Fitzpatrick L.A., Inoue D. et al.: Mole-
cular, endocrine, and genetic mechanisms of arterial
calcification. Endocr. Rev. 2004, 25, 629.
9. Eleftheriadis T., Antoniadi G., Liakopoulos V. et al.:
Plasma serotonin and markers of bone formation and
bone resorption in hemodialysis patients. Iranian J.
Kidney Dis. 2013, 7, 36.
10. Erkkilä A.T., Both S.L.: Vitamin K intake and atherosclerosis. Curr. Opin. Lipidol. 2008, 19, 39.
11. Fusaro M., Crepaldi G., Maggi S. et al.: Vitamin K,
bone fractures, and vascular calcification in chronic
kidney disease: an important but poorly studied
relationship. Endocrinol. Invest. 2011, 34, 317.
12. Goodman W.G., Goldin J., Kuizon B.D.: Coronary
artery calcification in young adults with end-stage
renal disease who are undergoing dialysis. N. Engl.
J. Med. 2000, 342, 1478.
13. Hampson G., Vaja S., Evans C. et al.: Comparison
of the humoral markers of bone turnover and bone
mineral density in patients on hemodialysis and
continuous ambulatory peritoneal dialysis. Nephron
2002, 91, 94.
14. Hauschka P.V., Lian J.B., Gallop P.M.: Direct identification of the calcium-binding amino acid, gammacarboxyglutamate, in mineralized tissue. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA 1975, 72, 3925.
15. Kirkpantur A., Altun B., Hazirolan T. et al.:
Association among serum fetuin-A level, coronary
artery calcification, and bone mineral densitometry in
maintenance hemodialysis patients. Artificial Organ.
705
2009, 33, 844.
16. London G.M., Guerin A.P., Marchias S.J. et al.:
Arterial media calcification in end stage renal disease:
impact on all-cause and cardiovascular mortality.
Nephrol. Dial. Transplant. 2003, 18, 1731.
17. Nakashima A., Yorioka N., Doi S. et al.: Effects of
vitamin K2 in hemodialysis patients with low serum
parathyroid hormone levels. Bone 2004, 34, 579.
18. Neven E., De Schutter T.M., De Broe M.E. et al.: Cell
biological and physicochemical aspects of arterial
calcification. Kidney Int. 2011, 79, 1166.
19. Ochiai M., Nakashima A., Takasugi N. et al.: Vitamin
K2 alters bone metabolism markers in hemodialysis
patients with a low serum parathyroid hormone level.
Nephron Clin. Pract. 2011, 117, c15.
20. Okura T., Kurata M., Enomoto D. et al.: Undercarboxylated osteocalcin is a biomarker of carotid
calcification in patients with essential hypertension.
Kidney Blood Press. Res. 2010, 33, 66.
21. Osorio A., Ortega E., Torres J.M. et al.: Biochemical
706
markers of vascular calcification in elderly hemodialysis patients. Mol. Cell. Biochem. 2013, 374, 21.
22. Price P.A., Parthemore J.G., Deftos L.J.: New biochemical marker for bone metabolism. Measurement
by radioimmunoassay of bone GLA protein in the
plasma of normal subjects and patients with bone
disease. J. Clin. Invest. 1980, 66, 878.
23. Raggi P., Boulay A., Chason-Taber S. et al.: Cardiac
calcification in adult hemodialysis patients. A link
between end-stage renal disease and cardiovascular
disease. J. Am. Coll. Cardiol. 2002, 39, 695.
24. Razzaque M.S.: Osteocalcin: a pivotal mediator or an
innocent bystander in energy metabolism? Nephrol.
Dial. Transplant. 2011, 26, 42.
25. Shea M.K., Dallal G.E., Dawson-Hughes B. et al.:
Vitamin K, circulating cytokines, and bone mineral
density in older men and women. Am. J. Clin. Nutr.
2008, 88, 356.
26. Szulc P., Arlot M., Chapuy M.C. et al.: Serum
undercarboxylated osteocalcin correlates with hip
bone mineral density in elderly women. J. Bone Miner.
Res. 1994, 9, 1591.
27. Takano M., Okano K., Tsuruta Y. et al.: Correlation
of new bone metabolic markers with conventional
biomarkers in hemodialysis patients. Clin. Invest..
Med. 2011, 34, E267.
28. Temmar M., Liabeuf S., Renard C. et al.: Pulse
vave volecity and vascular calcification at different
stagers of chronic kidney disease. J. Hypertens.
2010, 28, 163.
29. Westenfeld R., Krueger T., Schlieper G. et al.: Effect
of vitamin K2 supplementation on functional vitamin
K deficiency in hemodialysis patients: a randomized
trial. Am. J. Kidney Dis. 2012, 59, 186.
30. Zhong R., Ducy P., Karsenty G.: 1,25Dihydroxyvitamin D3 inhibits osteocalcin expression
in mouse through an indirect mechanism. J. Biol.
Chem. 1997, 272, 110.
31. Żak-Gołąb A., Okopień B., Chudek J.: Witamina K a
metabolizm kości i kalcyfikacja naczyń w przewlekłej
chorobie nerek. Przegl. Lek. 2011, 68, 629.
W. Bentkowski i wsp.