Kostní metabolismus je úzce spjat s udržováním homeostázy kalcia,magnézia a fosfátů. Oba systémy jsou na sebe velmi těsně vázány, takže kostní metabolismus nelze interpretovat ani popisovat samostatně. Následující text by měl poskytnout základní přehled o patofyziologii kostního a kalcium fosfátového metabolismu a laboratorních parametrech (kostních markerech), používaných v osteologii.
Kost není jen mechanickou oporou muskuloskeletálního systému, ale jde o vysoce metabolicky aktivní tkáň, jejíž základní funkce jsou:
Existují dva základní typy kosti:
Kost se skládá z anorganické složky, jejíž hlavní formy jsou hydroxyapatit a kalcium fosfát a organické složky. Organická složka (osteoid) je z 90% tvořena kolagenem typu I, ale obsahuje i kolagen V, VI, VIII a XII a další nekolagenní molekuly např. osteokalcin, osteopontin, vitronectin, sialoprotein, heparan a chondritin sulfát atd.)
Kost obsahuje 3 typy buněk:
Kostní metabolismus je kontinuální a dynamický proces, který udržuje velmi těsnou rovnováhu mezi procesem tvorby nové kosti a odbourávání kosti staré. Tento vyvážený proces se na mikroskopické úrovni odehrává na povrchu kosti v malých oblastech, které se nazývají BMU (bone metabolism unit). Za normální situace je většina těchto jednotek inaktivní a nachází se jako tenká vrstva buněk na povrchu kosti.
Kostní remodelace je charakterizována 1 kostním cyklem, který má několik fází. Během těchto fází se vlivem různých fyzikálních a biochemických signálů aktivuje BMU jednotka, což vede k odbourání staré kosti a vytvoření kosti nové.
Fáze kostního cyklu:
Kortikální kost je remodelována pomocí tzv. „Cutting Cone – odbourávajícího kuželu“. Ve špici tohoto kuželu se nachází skupina osteoklast odbourávající tunel v kosti. Ty jsou následovány osteoblasty, které postupnou novotvorbou zužují tunel, až zůstanou úzké Haversiánské kanálky s reziduálními osteocyty, které formují základní jednotku kortikalis – osteon.
V trabekulární kosti probíhá odbourávání v lakunách, kdy během 2 – 3 měsíců po iniciaci dojde účinkem osteoklastů ke vzniku kavity o šířce cca 100 mm a hloubce cca 50 mm. Následuje vstup stromálních buněk na dno kavity a jejich diferenciace v osteoblasty. Ty pak kavitu postupně vyplňují nově tvořeným osteoidem. Po dosažení tloušťky cca 20 mm rovněž zahájí proces mineralizace.
Celý cyklus trvá přibližně 6 měsíců a ročně se obnoví okolo 10% celkové kostní hmoty. Těsná rovnováha mezi kostní novotvorbou a odbouráváním je řízena celou řadou endokrinních a parakrinních faktorů:
|
Hlavní endokrinní faktory
|
Parakrinní faktory |
|
TGF faktory (TGF-alfa) |
|
|
Estrogeny |
CSF faktory |
|
Androgeny |
|
|
Kortikoidy |
|
|
|
|
|
|
Kalcium, magnézium a fosfor patří mezi základní biogenní prvky a jejich hladiny zcela zásadně ovlivňují homeostázu organismu. Hlavní roli při jejich regulaci hraje systém kalcitropních hormonů:
kalcitriol (ve spolupráci s fosfatoniny)
Místy regulace jsou kost, střevo a ledviny. Hlavním cílem je především udržení normokalcémie. Kost slouží jako depozit zásob těchto prvků. V kosti je udržován gradient mezi kapilárou a osteoblasty zajišťující pasivní difúzi kalcia směrem do kosti, naopak aktivní transport zpět je regulován PTH a nejspíše dalším metabolitem vit D – 24,25(OH)2D. Její funkcí jsou pak krátkodobý pufrovací systém (osteocyty na povrchu kosti) reagující v minutách a také dlouhodobé (hodiny-dny) zvýšené uvolňování osteoresorbcí (osteoklasty)
Dalšími regulačními místy jsou tenké střevo a ledviny. Tenké střevo je místem vstřebávání kalcia, magnézia a fosfátů. Vstřebávání se děje jak aktivním transportem, tak pasivní difúzí, a je řízeno kalcitriolem (nedostatek vede ke snížení resorpce) a cukry, které nezávisle zvyšují resorpci kalcia. Z celkového množství kalcia ve stravě se za normální situace vstřebá zhruba 50 %. V ledvinách jsou fostáty reabsorbovány v proximálním tubulu. Částečně je reabsorbce ovlivněna hodnotami PTH, kalcitriolu a dalšími hormony (GH, ADH, estrogeny, glukokortikoidy atd). Kalcium a magnézium jsou reabsorbovány také v proximálním tubulu, ale aktivní transport, ovlivněný PTH a kalcitriolem, se odehrává v distálním tubulu. Kalcitonin má opačný efekt, který se však projeví až při vysokých koncentracích tohoto hormonu.
Extracelulární matrix je nezbytnou součástí každého vícebuněčného organizmu. Její hlavní složky jsou:
Parenchymatózní orgány (játra, plíce) obsahují relativně malé množství extracelulární matrix 4 - 10 %, zatímco tkáně jako chrupavka, šlachy a kost obsahují mezi 50 – 90 % kolagenu (demineralizovaná kost). Pro kolagen je charakteristické, že velká část molekuly má opakující se sekvenci aminokyselin (Gly – X – Y) a po agregaci plní protein funkci podpůrné struktury ve tkáni. V lidském organismu je celkem asi 3 – 4 kg kolagenu a jednotlivé typy se rozlišují pomocí římského číslování. Nejčastějším kolagenem v organizmu je kolagen I a kolagen III s typickou příčně pruhovanou strukturou fibril.
Poruchy kostního metabolismu se mohou objevit v kterémkoli věku včetně intrauterinního vývoje. Maxima kostní hmoty dosahují obě pohlaví kolem 2. - 3. dekády života. V následujícím období do zhruba 50-ti let věku je kostní hmota relativně konstantní a to za předpokladu „fyziologického stavu“ - normální příjem vápníku, přiměřená fyzická aktivita, normální reprodukční status a nepřítomnost chorob či vlivů vyvolávajících sekundární osteoporózu.
|
Klinický pojem
|
Definice |
|
snížení kostní denzity a porucha mikroarchitektury kosti způsobující zlomeniny při minimálním traumatu. Jde o proporcionální úbytek jak kostního minerálu, tak i organické matrix. Dle WHO je definována jako úbytek kostní hmoty o více než 2,5SD oproti průměru maxima ve 30 letech dle pohlaví a rasy (T score). |
|
|
Osteopenie |
snížení kostní hmoty v rozmezí T score –1,0 až –2,5SD |
|
abnormální kostní mineralizace u dospělých (již uzavřené epifyzární růstové chrupavky) |
|
|
Rachitis (křivice) |
abnormální kostní mineralizace u dětí (neuzavřené epifyzární růstové chrupavky) |
Mezi ostatní osteopatie patří například
Pagetova choroba
Osteodystrofie hereditární Albrightova
Hereditární kolagenopatie (Osteogenesis imperfecta congenita, Osteogenesis imperfecta tarda)
Osteopetrosis - typ dominantní
Osteoporosis et pseudoglioma oculare
Monitorování skeletu pomocí kostních markerů
Pro monitorování kostních chorob se využívají kostní markery, jejichž zásadní význam pro stanovení diagnózy, ale pro posouzení metabolické aktivity skeletu. Kostní markery se dělí na markery osteoblastické a osteoklastické.
Další informace
Literatura
Richard Pikner, Antonín Jabor (2008-11-19)