Журнал «Здоровье ребенка» 2 (23) 2010

Фізіологічно мінералізація кістки в процесі ремоделювання відбувається шляхом залучення в неї кальцію й фосфору із системного кровообігу, внаслідок чого формується дефіцит цих мінералів у позаклітинній рідині, що призводить до стимуляції секреції паратгормону (ПТГ). Оскільки ПТГ є важливим фактором, що впливає на інтенсивність кісткової резорбції, то в нормальних умовах мінералізація спричиняє резорбцію. При нестачі або низькому споживанні кальцію концентрація ПТГ збільшується, а разом із цим зростає резорбція (а вслід за нею й ремоделювання), що призводить до підвищення потреби в кальцію для підтримки рівня даного іона в позаклітинній рідині. Це знижує мінеральну щільність кісткової тканини (МЩК) у тих ділянках кістки, де перебігає ремоделювання, зменшуючи кісткову масу й міцність.

Якщо даний процес короткотерміновий (транзиторне ремоделювання, наприклад, у процесі росту в дитячому віці), то він не становить небезпеки, проте при недостатньому надходженні кальцію таке ремоделювання призводить до підвищеної ламкості кістки, яка передує більш відчутній втраті її маси, особливо в дітей. Тому в остеології перш за все досліджуються метаболічні процеси ремоделювання — баланс кальцію й вітаміну D [1].

У процесі оновлення кісткової тканини беруть участь клітини двох типів — остеобласти, які продукують кістковий матрикс, і крупні багатоядерні остеокласти, що відповідають за резорбцію. Процес регенерації завжди перебігає однаково: спочатку відбувається швидка (2–3 тижні) резорбція, а потім повільне (2–3 місяці) утворення нової тканини. Резорбція починається з прикріплення остеокластів до кістки й вивільнення з них речовин, які розчиняють кальцій, інші мінеральні речовини й колаген. Далі настає фаза формування нової тканини. Остеобласти секретують колаген та інші білкові компоненти. Колагеновий матрикс просочується солями кальцію, фосфору й інших мінеральних речовин, і утворюється гідроксіапатит — тверда речовина кістки, що становить 90 % її маси [2].

На активність і диференціювання кісткових клітин впливають біологічні медіатори. Так, формування попередників остеобластів індукує кальцитріол (1,25(ОН) 2 D). Потім остеоцити зміцнюються через періодичну біомеханічну стимуляцію шляхом гідростатичного тиску на них у присутності 1,25(ОН) 2 D, що рекомендується використовувати при лікуванні остеопенічних станів [3].

Також на координацію процесів утворення й розсмоктування кісткової тканини впливають сигнальні молекули, представлені: фактором, стимулюючим утворення колоній макрофагів; RANKL, який запускає процес утворення остеокластів; остеопротегерином, що блокує утворення остеокластів; естрогеном, що збільшує синтез остеопротегерину; паратгормоном, що збільшує синтез RANKL і запускає утворення остеокластів; інсуліноподібним фактором росту 1 (ІПФР-1) [2]. Встановлено, що в дітей з ідіопатичним остеопорозом концентрація сироваткового ІПФР-1 знижена, що корелює із зниженням МЩК за рахунок підвищення резорбції кістки без зв''язку зі зміною концентрації маркерів кісткового метаболізму [4].

До числа основних маркерів стану кісткового метаболізму в дітей при різних захворюваннях експерти пропонують відносити кісткову фракцію лужної фосфатази, остеокальцин, телопептиди колагену 1-го типу, паратгормон [5], 25(ВІН)-вітамін D 3 , сироваткові кальцій і фосфор [6].

Кальцій у кістковій тканині відіграє подвійну роль. По-перше, бере участь у побудові мінерального матриксу кістки. По-друге, кальцій є непрямим регулятором ремоделювання скелету [7], маючи антирезорбтивний ефект і зменшуючи концентрацію ПТГ [8]. У дітей піки приросту кальцію досягаються до 12,5 року у дівчаток і 14 років у хлопчиків [9].

Внутрішньоутробне надходження кальцію до плода залежить від дієтичного споживання даного мінералу вагітною, його втрат через нирки й кишечник, наявність запасів, рівня 25(ВІН)D 3 [10].

Втрати кальцію із сечею посилюються при підвищеному введенні тваринного білка [11], що може призводити до кісткової резорбції [12] і підвищення ризику переломів [13]. Розраховано, що подвоєння вмісту білка в дієті збільшує втрати кальцію із сечею на 50 % [14]. Теоретично для корекції втрат кальцію з сечею на кожний 1 г споживаного білка треба додати приблизно 6 мг кальцію [15].

У той же час в інших дослідженнях вказується на протилежну роль введення підвищеної кількості білка. Його достатнє споживання є фактором, що поліпшує кісткові індекси у дітей [16] і анаболічно діє на кісткову тканину [17].

Ще одним важливим учасником регуляції виділення кальцію із сечею є натрій, оскільки ці два мінерали конкурують при реабсорбції в ниркових канальцях [18]. На кожні 2300 мг натрію (100 ммоль), що виводиться через нирки, втрачається від 40 до 60 мг кальцію (1 ммоль) [19], що слід враховувати в дієтичних рекомендаціях. При дієті, що містить підвищену кількість натрію хлориду, виведення кальцію із сечею негативно впливає на МЩК дівчаток у віці від 8 до 13 років [20], при цьому на МЩК дітей у препубертаті введення солі не впливає [21].

Інший важливий мікроелемент — це фосфор. Він здатний безпосередньо змінювати секрецію паратгормону. Підвищення кількості фосфатів у дієті підвищує секрецію паратгормону незалежно від рівня кальцію або кальцитріолу [22] і збільшує продукцію останнього в нирках [23]. Коливання рівня фосфору навіть у межах нормальних значень може ушкоджувати сироватковий рівень кальцитріолу, що пов''язано із змінами активності ниркової 1-альфа-гідроксилази [24].

Понад 90 % органічного матриксу кістки складаються з колагену 1-го типу, який синтезується в ній шляхом регульованого анаболізму й катаболізму. Протягом усього життя людини зрілий колаген 1-го типу руйнується. При фізіологічно або патологічно підвищеній резорбції кістки колаген 1-го типу руйнується швидше, і при цьому відповідно підвищується рівень фрагментів колагену в крові. Особливо це стосується С-термінального телопептиду (CTx), який є тим маркером, що характеризує резорбцію колагену 1-го типу в кістці.

У здорових дітей 2–18 років встановлено, що вміст С-телопептидів колагену 1-го типу й кісткової фракції лужної фосфатази (ЛФ) знижується у міру збільшення віку дитини. Пік обох маркерів спостерігається в пубертаті у дівчаток 8–13 років і хлопчиків 10–15 років. Після цього періоду в обох статей уміст цих показників знижується, проте у дівчаток це відбувається на 2–3 роки раніше, ніж у хлопчиків, паралельно із статевим дозріванням. Ці фізіологічні особливості важливі для моніторингу даних маркерів при лікуванні дітей з остео­пенією [25]. Лікування вважається ефективним, якщо рівень С-телопептидів колагену 1-го типу знижується протягом 3–6 місяців терапії.

Остеокальцин — найважливіший неколагеновий білок матриксу кістки, що становить 3 %. У ході утворення нової кістки остеокальцин синтезується остеобластами, цей процес залежить від вітаміну К і стимулюється вітаміном D 3 . Остеокальцин прямо впливає на гормони, регулюючи обмін кальцію (кальцитонін, паратгормон і вітамін D). Після виходу з остеобластів, остеокальцин не тільки вбудовується в матрикс кістки, але також виділяється у кровотік. Остеокальцин — чутливий маркер метаболізму кісткової тканини, його концентрація в крові відображає метаболічну активність остеобластів кісткової тканини.

Підвищення концентрації остеокальцину й термінального телопептиду колагену 1-го типу є маркерами зниження кісткової маси у дітей із захворюваннями нирок [26]. При активному рахіті рівень остеокальцину може не підвищуватися й тому не повинен використовуватися для діагностики даного захворювання [27].

Для деяких маркерів кісткового метаболізму встановлені добові коливання їх умісту в крові. Вони максимально виражені для С-телопептидів колагену 1-го типу, мінімально — для остеокальцину [28].

Активність остеобластів, що продукують остеокальцин, і його вміст у кістковій тканині й плазмі знижуються при високому рівні паратгормону в крові.

Паратгормон — важливий елемент формування кісток [29], що поліпшує їх будову й геометрію [30]. Секреція паратгормону регулюється кількістю кальцію, що надходить ззовні, і гальмується при його достатньому введенні [31].

У дітей у періоді статевого дозрівання оптимальними маркерами розвитку кісткової тканини вважаються концентрація паратгормону на верхній межі нормального рівня з низько-нормальним умістом вітаміну D 3 (25(ОН)D) і середнім або високим режимом споживання кальцію [32].

Маркером запасів вітаміну D в організмі є сироватковий рівень 25(ОН)D 3 [33]. Дефіцит вітаміну D в даний час носить характер пандемії. Основна причина цього — зменшена дія сонячного світла, мала кількість продуктів із вмістом вітаміну D, зниження концентрації вітаміну D у цих продуктах. Це призводить до розвитку рахіту в дітей, а потім остеопенії, остеопорозу й переломів у дорослих [34]. Встановлено, що наявність дефіциту вітаміну D у вагітних призводить до зниження лінійної довжини тіла плоду й новонародженого [35].

У дітей дефіцит вітаміну D є вельми поширеною проблемою [36], проте, на думку K.J. Loud, C.M. Gordon (2006), ці дані недостатньо показові, оскільки на практиці мало зіставляються з паралельним дослідженням мінеральної щільності кістки [37].

При проведенні таких досліджень було виявлено, що в дітей сироваткова концентрація вітаміну D прямо корелює з МЩК кісткової тканини [38, 39]. У дівчаток 9–15 років концентрація 25(ОН)D 3 була позитивно зв''язана з МЩК поперекового відділу хребта й шийки стегна, при цьому дівчатка з гіповітамінозом D мали зниження МЩК на 4 % порівняно з дівчатками з нормальним рівнем вітаміну D [40].

Відомо, що близько 80 % вітаміну D, що надходить в організм, виробляється в шкірі під дією сонячного світла в ультрафіолетовому діапазоні. Решта цієї кількості надходить із продуктами харчування [41]. Вітамін D, що одержується з їжі, може бути як у вигляді D 2 (ергокальциферолу), так і у вигляді D 3 . Вітамін D у достатній кількості міститься в небагатьох продуктах — жирна риба, риб''ячий жир і яйця. Багата вітаміном D печінка, проте вона також містить багато вітаміну А, тому її не рекомендується вживати більше одного разу на тиждень, а також вона не рекомендована вагітним жінкам у зв''язку з ризиком розвитку інтоксикації вітаміном А [42]. Рецептори до вітамінів D і А є гетеродимерними партнерами і діють взаємозв''язано, зокрема відносно індукції транскрипції гена остеокальцину [43].

Вітаміни D 2 і D 3 фізіологічно неактивні, і для їх активації необхідні етапи гідроксилювання. Перший етап проходить в печінці і включає гідроксилювання з формуванням 25-гідроксихолекальциферолу (25(ОН)D), який називається кальцидіол. Він циркулює в плазмі разом із специфічним вітамін D-зв''язуючим протеїном. Плазмова концентрація 25(ОН)D забезпечує його доставку в будь-яку ділянку організму і відображає його запаси. Пік концентрації в плазмі спостерігається через 1 місяць після дії ультрафіолетового опромінення [44].

Другий етап гідроксилювання відбувається в нирках із формуванням 1,25-дигідрооксихолекальциферолу (1,25(OH) 2 D), відомого як кальцитріол. Цей процес регулюється паратгормоном і фосфатами плазми — висока концентрація першого й низька концентрація других стимулює гідроксилювання. Гідроксилювання вітаміну D в нирках збільшується під впливом паратгормону, гіпокальціємії і гіпофосфатемії, а пригнічується самим 1,25(OH) 2 D [45]. Після інкубації 25(ОН)D 3 із 1-альфа-гідроксилазою остеобласти продукують достатню кількість 1-альфа-25(ОН) 2 D 3 , що підвищує активність лужної фосфатази, кількість остеокальцину й мінералізацію кістки [46].

Після гідроксилювання в печінці до 25(ОН)D 3 і нирках до 1,25(ОН) 2 D активні метаболіти зв''язуються з рецептором вітаміну D і геном кальцій-зв''язуючого протеїну. Це призводить до вироблення остеокальцину й кальцій-зв''язуючого протеїну, який посилює абсорбцію кальцію з кишечника. Дефіцит вітаміну D підвищує рівень паратгормону, що призводить до кісткової резорбції, остеопорозу і переломів. Як указувалося вище, зв''язок між сироватковим 25(ОН)D і паратгормоном негативна. Рівень паратгормону починає підвищуватися при концентрації вітаміну D менше 75 нмоль/л. Уведення вітаміну D знижує рівень паратгормону, підвищує МЩК і знижує ризик переломів [51].

Критерієм дефіциту вітаміну D у дітей, які мають клінічні і біохімічні відхилення, вважається концентрація 25(ОН)D нижче 25 нмоль/л (10 мкг/л) [52]. За іншими даними, доклінічним маркером недостатності вітаміну D є концентрація 30–50 нмоль/л (12–20 мкг/л), яка частково пов''язана з біохімічними відхиленнями (особливо з підвищенням рівня паратгормону) [53].

На ранніх стадіях дефіциту вітаміну D спостерігається зниження концентрації кальцію і підвищення паратгормону, при погіршенні ситуації рівень паратгормону зростає. У результаті цього концентрація кальцію в крові нормалізується, а концентрація фосфору знижується. При подальшому прогресуванні дефіциту концентрація кальцію зменшується і підвищується ризик переломів. Повна забезпеченість вітаміном D досягається при його рівні в сироватці в межах 50 нмоль/л (20 мкг/л) [54].

У той же час J.E. Mulder (2006) вважає, що для зниження ризику переломів мінімальний рівень 25(ОН)D повинен бути 70–80 нмоль/л (28–32 нг/мл). При цьому вітамін D 3 (холекальциферол) більш ефективний, ніж вітамін D 2 (ергокальциферол), оскільки краще підвищує рівень 25(ОН)D в крові. Активний метаболіт вітаміну D — кальцитріол — також менш ефективний при профілактиці остеопоротичних переломів, ніж D 3 [55]. На думку M.F. Holick, T.C. Chen (2008), оптимальним для нормального здоров''я є рівень циркулюючого 25(ОН)D понад 75 нмоль/л, або 30 нг/мл [34]. В інших рекомендаціях дефіцитом вітаміну D вважається його сироватковий рівень менше 30 нмоль/л [58, 59].

З погляду експертів Американської академії педі­атрії (2008), мінімальний сироватковий рівень 25(ОН)D 3у дітей повинен бути 50 нмоль/л (20 нг/мл), при цьому обов''язкове дослідження рівня паратгормону і МЩК кожні 6 місяців. Це ж стосується вагітних жінок і годуючих матерів [60].

Тобто в даний час багато експертів, підкреслюючи проблему дефіциту вітаміну D, не сходяться на думці щодо критеріїв цього стану. Наведені дані різних досліджень демонструють, що вивчення тільки одного показника недостатньо, всі вони повинні оцінюватися в комплексі паралельно з використанням клінічних і інструментальних методів. Тому для об''єктивізації оцінки отриманих результатів обстеження рекомендовано комплексне дослідження декількох маркерів одночасно.

До числа біомаркерів нормального функціонування вітаміну D у дітей належать плазмова концентрація 25(ОН)D 3 (вказує на достатню забезпеченість цим вітаміном), паратгормону (вказує на стан функції вітаміну D), наявність або відсутність рахіту (результат ефективності). Проте в різнорідних групах кожен із маркерів буде надійним не у всіх випадках, що вимагає урахування додаткових характеристик [61].

Так, у підлітків встановлений позитивний зв''язок між абсорбцією кальцію в кишечнику й сироватковим рівнем 1,25(ОН) 2 D і паратгормоном, але не 25(ОН)D. Рівень паратгормону зворотно впливав на 25(ОН)D, МЩК поперекового відділу хребта і позитивно впливав на 1,25(ОН) 2 D, остеокальцин і МЩК всього скелету. Виявлений зв''язок між всмоктуванням кальцію і рівнем 1,25(ОН) 2 D, тоді як рівень 25(ОН)D мало впливав на абсорбцію кальцію [62].

D. Jesudason et al. (2002) визначили дефіцит вітаміну D як випадок остеомаляції або рахіту з очевидними клінічними симптомами. Як основу недостатності вітаміну D автори позначили вторинний гіперпаратиреоз, який є головним неклінічним маркером зниження МЩК, підвищеного ризику остеопорозу й переломів [63]. Тобто основним індикатором вітамін D-статусу є циркулюючий 25(ОН)D і паратгормон [64], а знижений рівень 25(ОН)D в плазмі і вторинний гіперпаратиреоз є маркерами недостатності вітаміну D [48].

Якщо рівень вітаміну D низький, то компенсаторний вторинний гіперпаратиреоз підвищує вироблення в нирках 25(ОН)D, і це підтримує нормальний або злегка підвищений плазмовий рівень 1,25(OH) 2 D, поки існує дефіцит вітаміну D [57].

У той же час ці параметри не показові для диференціювання форми рахіту. Доведено, що в пацієнтів із фосфопенічним рахітом рівень сироваткового 25(ОН)D вищий, а 1,25(OH) 2 D 3 нижчий, ніж у пацієнтів із кальційпенічним варіантом, при цьому рівень паратгормону, остеокальцину, лужної фосфатази не відрізнявся в обох групах [27].

Комплексне обстеження вагітних жінок дає цінну інформацію про стан їх кісткового метаболізму з подальшою користю для плода й новонародженого. Встановлено, що у вагітних мають місце відмінності в сироваткових рівнях маркерів кісткового метаболізму залежно від терміну гестації. Так, остеокальцин підвищений в 1-му триместрі порівняно з другим і третім. ЛФ знижена в 1-му триместрі порівняно з 2-м і 3-м і невагітними жінками. Встановлена різниця між остеокальцином в 2-му і 3-му триместрах і ЛФ в 1-му і 3-му триместрах порівняно з невагітними жінками. Таким чином, 60 % жінок в 1-му триместрі, 48 % — в 2-му і 47 % — у третьому мають виражений або середній дефіцит вітаміну D [65]. У той же час, за даними S. Maiya et al. (2008), своєчасне вживання вітаміну D і кальцію вагітними жінками попереджає розвиток у новонароджених патології з боку серця [66].

У цілому потрібно відзначити, що дослідження біохімічних маркерів кісткового метаболізму надає цінну інформацію як для оцінки стану скелету в дітей, так і для моніторингу ефективності терапії, що проводилася.

Дослідження 25(ОН)D і 1,25(ОН) 2 D, паратгормону і маркерів кісткового метаболізму (лужної фосфатази, телопептидів колагену 1-го типу, остеокальцину) дозволяє контролювати й оцінювати ефективність терапії вітаміном D у дітей [67], вплив іншої медикаментозної терапії на кісткову тканину [68].

Біохімічні маркери більш лабільні й дозволяють динамічно спостерігати за процесом лікування [69]. Це важливо з практичної мети, оскільки оцінка ремоделювання більш оперативна і не менше важлива, ніж оцінка МЩК, — ремоделювання швидше відображає ефекти терапії, ніж зміна маси кістки [70].

Проте поки є невирішені проблеми при оцінці вітамін D-статусу і при визначенні 25(ОН)D в плазмі. По-перше, дефіцит або недостатність визначається за референтним значенням у нормальній популяції. Використання показника зниженого рівня з нормальної популяції не завжди є правильним, оскільки рівень 25(ОН)D у плазмі залежить від екологічних факторів (сезон, місцеві особливості погоди, географічна широта), індивідуальних особливостей стилю життя (одяг, дієта, кількість часу перебування на сонячному світлі) і особи (раса, пігментація шкіри, товщина шкіри й вік) [71]. Існує технічна проблема точності визначення плазмового 25(ОН)D [72].

Ще одна проблема — це прогнозування майбутнього вітамін D-статусу з урахуванням вихідного індивідуального рівня [73].

У зв''язку з цим, на думку C.M. Gordon et al. (2004), у здорових дітей маркери кісткового метаболізму можуть використовуватися тільки для контролю ефективності терапії, але не для діагностики. Показники гомеостазу кальцію, такі як сироватковий кальцій, магній, фосфор, 25(ОН)D, паратгормон і співвідношення кальцій/креатинін у сечі, не відображають безпосередньо кістковий метаболізм. Вони можуть використовуватися, коли МЩК знижена, але тільки як доповнення до об''єктивного дослідження [74].

З урахуванням цих проблем визначення метаболічного статусу кальцій-фосфорного гомеостазу в дитячому віці необхідні дослідження маркерів кісткового метаболізму в дітей конкретного регіону, віку і залежно від стану здоров''я, що дозволить розробити чіткі рекомендації з ранньої діагностики, профілактики й лікування порушень їх остеогенезу.