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REVISTA MEDICA DE COSTA RICA Y CENTROAMERICA ;-"'f'~.'
QUIMICA .CLINICA
MARCADORES BIOQUIMICOSDE METABOLISMO OSEO
11. Marcadores de resorción ósea
Manuel Jiménez Díaz, Ph.D. (*)
Dra. Viria Martínez Monge (**1
** Departamento de Análisis Clínicos, Facultad de Microbiología, Universidad de Costa Rica, SanJosé - Costa Rica.
* Especialista en Química Clínica; Laboratorio Clínico Hospital Calderón Guardia; SecciónQuímica Clínica; Caja Costarricense de Seguro Social, San José - Costa Rica
de degradación de la matriz ósea,mientras el segundo lo confonnanlos marcadores de la función osteoclástica [2, 39, 49]. Entre losmarcadores del primer grupo sepresentan la hidroxiprolina, galactosil-hidroxilisina, piridinolina/desoxipiridinolina y telopéptidosde entrecruzamiento del colágenotipo 1 y del segundo grupo la fosfatasa ácida tartrato resistente.
Calcio urinario en ayunas e bidroxiprolinaEl calcio urinario corregido porexcreción de creatinina (cocienteurinario calcio/creatinina) es laprueba más barata de resorciónósea. Es útil para detectar un au-
En fonna general, los marcadoresde resorción ósea pueden ser divididos en dos grupos. El primergrupo lo constituyen los productos
Key words: bone turnover, pyridinium crosslinks, type I collagen C-terminal telopeptide, typeI collagen N-terminal telopeptide, bydroxylysine glycosides,tartrate-resistant acid pbospbatase.
metabolic bone diseases. In tbissecond part, tbe latest biocbemical markers of bone resorptionare reviewed.
Tbe non-invasive assessment ofbone turnover bas receivedincreasing aUention over tbepast few years because of tbeneed for sensitive markers intbe clinical investigation ofosteoporosis and otbers metabolic bone diseases. Rapiddetection of tbe exact cbanges inbone remodelling is important.Tbe searcb for non-invasivemetbods to measure boneturnover bas generated new biocbemical markers of bonemetabolism tbat are more specific and sensitive tban tbe firstgeneration of markers. Tbisworkís purpose is to review tbeIiterature on tbese markers,llieir importance, advantages,and effectiveness in evaluationand monitoring of patients witb
mento marcado de la resorClOnósea pero carece de sensibilidad.El calcio urinario en ayunas refleja la cantidad de calcio liberadodurante la resorción, pero es afectado también por el manejo renaldel calcio, que es influenciado porlas hormonas reguladoras del calcio y los estrógenos. Por lo tanto,es necesario descartar una anomalía renal para que este parámetroevalúe correctamente el índice deresorción ósea [36]. La hidroxiprolina (HYP) se encuentra principalmente en los colágenos y representa cerca de un 13 % de los aminoácidos de la molécula. Se deriva de la prolina mediante una hidroxilación postraduccional queocurre dentro de la cadena peptídica [39, 49]. Debido a que la HYPliberada durante la degradacióndel colágeno no puede ser reutilizada en la síntesis de colágeno, lamayoría de la HYP endógena presente en fluidos biológicos se deriva de la degradación de las diferentes formas de colágeno [37].Ya que cerca de la mitad del colágeno humano se encuentra en hueso, en donde su recambio es másrápido que en los tejidos blandos,la excreción de HYP en orina seconsidera como un marcador deresorClOn ósea. En realidad, lafracción Clq del complementocontiene cantidades importantesde HYP y podría contribuir conmás de un 40 % de la HYP urinaria [26]. La relación de la HYPurinaria con el metabolismo delcolágeno es compleja, ya que está
presente en fluidos biológicos endiferentes formas. Cerca de un 90% de la HYP liberada por la degradación del colágeno es degradadaal aminoácido libre que circula enplasma, luego filtrada y casi totalmente reabsorbida por el riñón.Posteriormente es oxidada en elhígado y degradada a dióxido decarbono y urea [30]. Cerca de un10 % de la HYP liberada circulaen forma de péptidos, los cualesson filtrados y excretados en orinasin posterior degradación. De manera que, se estima que la HYPurinaria total (el aminoácido libremás las formas peptídicas de varios pesos moleculares) puede representar sólo cerca de un 10 %
del catabolismo total del colágeno[39]. La primera prueba descritapara la determinación de HYP fueuna prueba colorimétrica, en lacual se realiza una hidrólisis inicial de los péptidos presentes enorina y por lo tanto es una medidade la excreción total del aminoácido [24]. Sin embargo, dicha prueba no presenta una adecuada sensibilidad. La sensibilidad puedeser mejorada mediante la determinación por cromatografía líquidade alta eficacia (HPLC) [22, 24].No obstante, su validez como marcador de resorción ósea es cuestionada por varias razones. La HYPse encuentra en todos los colágenos y no solamente en el colágenotipo 1, el tipo presente en hueso[37]. La HYP presente en los alimentos puede ser absorbida en elintestino [22]. Como se señaló an-
teriormente, la mayoría de la HYPliberada durante la degradacióndel colágeno es metabolizada enhígado [30]. Finalmente, cerca deun 10 % de la HYP es indicadorade formación y no de resorción, yaque es liberada durante el procesamiento proteolítico del procolágeno [39]. Aún con estos inconvenientes, este marcador ha suministrado datos útiles en piversos estudios, incluyendo estudios de osteoporosis [35, 39]. Desde el punto de vista clínico, la excreciónurinaria de HYP (corregida porcreatinina urinaria, cocienteHYP/cr) cambia en la misma dirección que los cambios en la resorción ósea. De acuerdo a esto,el cociente HYP/cr está alto encondiciones de resorción ósea aumentada, tales como el crecimiento adolescente, en pacientes conenfermedad de Paget, hiperparatiroidismo e hipertiroidismo [33,47]. El cociente HYP/cr disminuye con el uso terapéutico de drogas que reducen la resorción ósea(calcitonina, bifosfonatos y estrógenos) [23,48]. Sin embargo, supoder discriminante en el monitoreo de resorción ósea en situaciones que involucran modificaciones pequeñas en el recambio óseoes menor que el de algunas de lasnuevas pruebas de productos dedegradación de la matriz [35]. Porejemplo, se informa que empleando el cociente urinario HYP/cr nofue posible distinguir entre mujeres premenopaúsicas normales ymujeres posmenopaúsicas osteo-
poróticas [3]. Esta falta de exacti
tud y poder discriminante enfatizala necesidad de marcadores más
convenientes y sensibles para evaluar la resorción ósea.
Glicósidos de hidroxilisina:Similar a la HYP, la hidroxilisinaes un aminoácido producido pormodificaciones postraduccionalesde la lisina durante la síntesis decolágeno. Se encuentra principalmente en el colágeno y péptidoscon secuencias similares al colágeno. Este aminoácido sufre gli
cosilaciones posteriores dandoorigen a galactosil-hidroxilisina
(GHYL) y glucosilgalactosil-hidroxilisina (GGHYL) [39]. Aun
que las hidroxilisinas glicosiladasse encuentran en todos los colágenos, la proporción relativa de estos dos glicósidos de hidroxilisinadifiere en los diferentes tipos decolágeno. El colágeno óseo tieneuna mayor proporción de GHYLque otros tejidos [45]. La GHYLurinaria, corregida por creatininaurinaria (cociente GHYLlcr) ha sido empleada para evaluar la resorción ósea en varias enfermedades,incluyendo osteoporosis, el síndrome de Turner y cáncer metastásico [31, 44]. Asimismo, se ha encontrado una buena correlaciónentre la excreción urinaria deGHYL y la densidad mineral ósea
en mujeres en los primeros añosposmenopaúsicos [31]. La excreción de este glicósido es un índicemás confiable y específico de lahidrólisis del colágeno óseo, que
la HYP [8, 25, 26]. En un estudio
en el que se compararon mujeresosteoporóticas con resorción ósea
ligeramente aumentada con mujeres normales, se encontró que elcociente GHYL/cr mostró un mayor poder discriminante que el cociente HYP/cr [3]. Como marcadores de resorción ósea, estoscompuestos presentan las ventajasde no ser metabolizados tras el catabolismo del colágeno y su concentración en orina no se ve in
fluenciada por la dieta [32] Aunque es un marcador potencialmen
te sensible de resorción ósea quemerece más evaluación, la determinación de GHYL no está comercialmente disponible y por
ahora se realiza sólo mediante técnicas de HPLC y principalmenteen laboratorios de investigación[35, 39].
Puentes de piridinolina urinarios:La piridinolina (Pyr) y la desoxipiridinolina (dPyr) son los puentescovalentes, basados en las formasaldehído de la hidroxilisina y lisina, que interconectan las moléculas de colágeno. Son también denominados hidroxilisilpiridinolinay Iisilpiridinolina, respectivamente. Estos puentes estabilizan lamolécula dentro de la matriz extracelular y aumentan la resisten
cia extensible de las fibras de colágeno [39]. Este tipo de puentecovalente postraduccional se presenta únicamente en las moléculasde colágeno y elastina [14, 39,
40]. La concentración de Pyr y
dPyr en los tejidos conectivos esmuy baja y varía mucho con el tipo de tejido. La Pyr está distribuida ampliamente en los colágenostipo 1 de hueso y tipo II de cartílago. Se encuentra en menores cantidades en otros tejidos conectivoscon excepción de la piel. Por otrolado, grandes cantidades de dPyr
han sido encontradas únicamenteen hueso [8, 39]. Debido a que elhueso es la fuente más abundante
de matriz de colágeno y su tasa derecambio es mucho mayor que la
de algunos otros tej idos conectivos, tales como cartílago, se con
sidera que la Pyr y la dPyr presentes en fluidos biológicos se de
rivan principalmente de hueso[14]. La Pyr y la dPyr son liberadas de la matriz ósea durante sudegradación por los osteoclastos.Como ambos puentes se formanpor modificación postraduccional
de las moléculas de colágeno, nopueden ser reutilizados para la sín
tesis de colágeno. Los datos disponibles sugieren que la Pyr y ladPyr no son metabolizadas in vivoy son excretadas en orina en formalibre (cerca de 40 %) Y unida apéptidos (60 %) [8, 14, 39, 40].Desde el punto de vista clínico seha encontrado que la Pyr y la dPyrurinarias están aumentadas en un50 a 100 % en la menopausia y re
gresan a niveles premenopaúsicos
con tratamiento hormonal sustitutivo (estrógenos) [11, 40, 50]. Se
ha demostrado que tanto el cociente Pyr/cr como el cociente
dPyr/cr tienen mayor poder discriminante y mayor porcentaje deexactitud diagnóstica que el cociente HYP/cr cuando se comparan mujeres premenopaúsicas normales y mujeres osteoporóticas [3,11, 40]. Los niveles urinarios deestos puentes, especialmente dedPyr, correlacionan con el recambio óseo determinado por cinéticadel calcio e histomorfometría ósea[10,40]. La Pyr y la dPyr parecenser más sensibles que la HYP como marcadores en la enfermedadde Paget; también están aumentadas significativamente en pacientes con hiperparatiroidismo primario, hipercalcemia maligna e hipertiroidismo y se informa que sonindicadores sensibles de metabolismo óseo en pacientes hipotiroideos tratados con L-tiroxina [20,29,41]. Un problema potencial dela Pyr/dPyr es que tienen una marcada variación diurna siendo elevada en la noche y disminuyendodurante el día [34, 43]. Además,el cociente dPyr/cr (y la mayoríade las pruebas bioquímicas de formación y resorción) muestra unaamplia variación día a día [34].Tal variación puede dificultar lainterpretación en pacientes individuales [8, 35]. La determinaciónde Pyr y dPyr tiene ventajas potenciales sobre las pruebas de HYP,pues presentan ciertas características que deberían hacerlas específicas para resorción ósea. Por ejemplo, debido a que los puentes sonformados extracelularmente y liberados del hueso, su concentra-
ción debe reflejar el proceso de resorción ósea y no verse afectadapor el procesamiento del colágenosintetizado recientemente, comoes el c¡¡so de la HYP [8, 39]. Además, los puentes de Pyr no parecen ser metabolizados en el cuerpoy la ausencia de absorción intestinal de la Pyr y dPyr contenidas enla gelatina permite la recolecciónde orina sin restricciones dietéticas [40]. Finalmente, son pruebasde resorción ósea con un alto poder discriminante [35, 39, 40]. Lacantidad total de Pyr y dPyr puedeser determinada por espectrofluorometría después de una hidrólisisácida de la orina y del aislamientoy purificación de estos compuestos por HPLC [4, 15]. La mayoríade los datos obtenidos hasta ahorahan sido mediante la prueba conHPLC (41), pero también se handesarrollado pruebas inmunoquímicas para Pyr/dPyr [9, 18, 46].Los resultados obtenidos con estaspruebas son comparables con losdel método de HPLC [9, 18,46].La comercialización de las pruebas inmunoquímicas facilitará queestos marcadores alcancen un amplio uso clínico.
Estos inrnunoensayos tienen ungran potencial, y aunque no hansido validados con la extensiónque lo ha sido la prueba dePyr/dPyr con HPLC, son consideradas las mejores pruebas bioquímicas comercialmente disponiblespara evaluar la resorción ósea [8,14, 18,40].
Telopéptidos del colágeno tipo 1Como se indicó antes, las piridinolinas (pyr/dPyr) presentan ciertasventajas como marcadores de resorción. Para aprovechar dichasventajas, además de los inmunoensayos para las mismasPyr/dPyr [9, 18, 46], se han desarrollado pruebas para los péptidosque contienen Pyr/dPyr, que representan el 60 % de los puentes depiridinolina liberados durante laresorción ósea [14, 39, 40]. Unavez sintetizada, la molécula deprocolágeno pierde los extremosamino y carboxiterminal, por acción de peptidasas y se transformaen la molécula de colágeno. Dicha molécula es un trímero formado por dos cadenas peptídicas denominadas alfa I y una denominada alfa2. En la mayor parte de suextensión, dichas cadenas se encuentran unidas formando una estructura de triple hélice, pero unapequeña porción de sus zonas amino y carboxiterminal no posee esta configuración helicoidal [8, 16].Dichas zonas no helicoidales de lamolécula de colágeno se denominan telopéptidos del colágeno 1 yson sitios para el entrecruzamientocon la región helicoidal de unamolécula adyacente de colágenopor medio de las piridinolinas [8,16, 39]. Durante la degradacióndel tejido óseo, se liberan estas regiones peptídicas que actúan como puentes y por lo tanto representan un índice de resorción ósea[8, 25]. El telopéptido carboxiterminal (lCTP) es liberado como un
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fragmento intacto y eliminado dela circulación a través de los riñones [8, 16J. El ICTP se determinaen muestras de suero mediantepruebas inmunoquímicas [38].Este marcador aún no ha sido totalmente evaluado, pero se ha demostrado que correlaciona con laevaluación histológica y con lacinética del calcio en la resorciónósea [6, 13] Yque está elevado entumores caracterizados por lesiones osteolíticas [12]. En otro estudio, sin embargo, el ICTP noidentificó cambios en el recam
bio óseo durante la terapia conestrógenos [21 J. La región telopeptídica aminoterminal (INTP)es más rica en residuos de lisil-piridinolina que el ICTP, se ha demostrado que es el telopéptidomás abundante en orina y quecontiene un 60% del enlace dedPyr encontrado en orina [19].El tipo de interacción de la piridinolina con cadenas alfa ( ) FAVOR HACER SIGNO DE ALFAde la moléculas de colágeno adyacentes parece ser específico dehueso en este sitio [19J. Han sidodesarrolladas pruebas inmunoquímicas tipo ELISA empleandoanticuerpos monoclonales que reconocen el INTP de hueso humano y tal prueba puede ser empleada directamente con muestras deorina sin tratamiento de las mismas [8, 16]. El INTP correlaciona con la excreción urinaria dedPyr total y con la osteocalcinasérica [17]. Durante la infancia yla adolescencia, la excreción de
INTP correlaciona con los cambios en la velocidad de crecimiento relacionados a la edad [5].El aumento de INTP es evidenteen mujeres posmenopaúsicas ysimilar a los hallazgos de la excreción de dPyr total y ademásdurante la terapia antiresortiva seobserva una disminución de losniveles [17,50]. Los telopéptidos pueden proveer valiosa información. Sin embargo, se necesitan más investigaciones para evaluar sus propiedades como marcadores de resorción ósea.
Fosfatasa ácida tartrato resistenteLas fosfatasas ácidas son enzimas lisosomales que se encuentran principalmente en hueso,próstata, plaquetas, eritrocitos ybazo; son glicoproteínas catiónicas que contienen átomos de hierro, sus pesos moleculares soncercanos a los 35 kDa y presentanuna estructura peptídica monomérica. Cuando se purifican y seconcentran lo suficiente muestranun característico color púrpura[1, 16, 36]. Las diferentes isoenzimas pueden ser separadas mediante métodos electroforéticos,los cuales sin embargo, carecende sensibilidad y especificidad.La fosfatasa ácida de hueso es resistente al L(+)-tartrato. mientrasque la isoenzima prostática es inhibida por el mismo agente [16].La fosfatasa ácida circula en lasangre y presenta mayor actividad en suero que en plasma, debi-
do a la liberación de la isoenzimaplaquetaria durante el proceso decoagulación. En el plasma normal, la fosfatasa ácida tartrato resistente (TRAP) corresponde a laisoenzima 5, que se origina parcialmente de hueso, por liberación de la enzima de los osteoclastos [1]. Debido a esto, se hanpropuesto los niveles séricos deTRAP como un marcador de lafunción de los osteoclastos [16.36]. Se han demostrado niveleselevados de TRAP en pacientesinmovilizados que presentan un
desbalance en el recambio óseoen favor de la resorción y en pacientes con enfermedad de Paget[28]. Asimismo. se han demostrado aumentos en la actividad dela enzima en pacientes con hiperparatiroidismo, tumores óseos yen niños [42]. También está aumentada después de ooforectomía, en mujeres posmenopaúsicas y osteoporóticas [48]. La falta de especificidad de la actividadde TRAP plasmática para los osteoclastos, su inestabilidad enmuestras congeladas y la presencia de inhibidores en suero, sonalgunas desventajas que limitanel desarrollo de pruebas enzimáticas de TRAP para la evaluaciónde la resorción ósea [35]. Por elcontrario, las pruebas inmunoquímicas empleando anticuerposmonoclonales dirigidos específicamente contra la isoenzima producida por los osteoclastos, parece ser un sistema adecuado paracuantificar este marcador [7. 27].
Aunque esta prueba aún no estácomercialmente disponible, hamostrado ser prometedora y podría ser comparable a las pruebaspara productos de degradación dela matriz ósea [7, 8, 25,27].
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Los nuevos marcadores bioquímicos de metabolismo óseo parecentener la sensibilidad y especificidad necesarias para detectar incluso pequeños cambios en el recambio óseo. El principal potencialpara uso clínico radica en su habilidad para identificar, en combinación con determinaciones del mineral óseo, mujeres con un riesgoelevado de desarrollar una osteoporosis posmenopaúsica severa.Además, conforme se mejoran lasposibilidades farmacológicas paraun tratamiento eficiente de la osteoporosis, aumenta la demandapor un monitoreo seguro. Las técnicas radiológicas para la determinación mineral ósea tienen buenaprecisión, pero debido a que el recambio normal de hueso es muybajo, se requieren meses o añospara poder detectar cambios en lamasa ósea [8,11]. Los marcadoresbioquímicos del metabolismoóseo tienen la ventaja de reflejarcambios en el recambio óseo enpocos días o semanas, lo que permite una evaluación rápida y unajuste adecuado de la terapia [8,11, 16, 23, 31]. Aunque las pruebas bioquímicas pueden ser degran utilidad en el estudio de lasenfermedades metabólicas de hue-
so, debe tenerse en cuenta que tales pruebas reflejan la respuestaesquelética global e integrada delhueso trabecular y cortical. Por loque no son sitio específicas y pueden ser muy poco sensibles a trastornos locales o de un solo tipo dehueso cortical o trabecular [35,39]. Además, es importante teneren mente que la variación intraindividual longitudinal (día a día) dela mayoría de las pruebas de formación y resorción ósea puede serrelativamente alta [8, 34, 35]. Delas pruebas de formación ósea, laFAIc, OC Y PICP, se recomiendala prueba de OC para uso de rutinadebido a su alto poder discriminante y debido a que ha sido mejorcaracterizada en términos de aplicación clínica, que las pruebas dePICP y las pruebas inmunoquímicas para FAlc. Sin embargo, encaso de que no se puedan obtenerlos sueros de los pacientes en untiempo determinado, se recomienda la prueba de FAIc ya que nomuestra variación diurna. De laspruebas de resorción ósea, HYP,Pyr/dPyr, TRAP, GHYL y telopéptidos, se recomienda la pruebade la Pyr/dPyr en orina (corregidapor creatinina) debido a que los inmunoensayos disponibles son alternativas útiles para las técnicasde HPLC. Además es, junto con laprueba de GHYL en orina, la prue
ha más sensible de resorción ósea[8, 16, 35].
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En los últimos años, la evaluación
del metabolismo óseo mediantetécnicas no invasivas ha recibidouna gran atención, debido a la necesidad de contar con marcadoressensibles para la investigación clínica de la osteoporosis y otras enfermedades metabólicas óseas. Lainvestigación en este campo ha generado nuevos marcadores bioquímicos de metabolismo óseo queson más específicos y sensiblesque la primera generación de marcadores. El propósito de este trabajo es revisar la literatura sobreestos marcadores, su importancia,ventajas y aplicabilidad en la evaluación y seguimiento de la osteoporosis y otras enfermedades metabólicas óseas. En la primeraparte del trabajo se trataron losmarcadores bioquímicos de formación ósea y en esta segundaparte se presentan los marcadoresde resorción ósea.
Palabras clave: metabolismoóseo, puentes de piridinolina, telopéptido carboxiterminal de colágeno tipo 1, telopéptido arninoterminal de colágeno tipo 1, glicósidos de hidroxilisina, fosfatasa ácida tartrato resistente.
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