Взаимосвязь маркеров ремоделирования костной ткани с минеральной плотностью костей у женщин с сахарным диабетом 2 типа, находящихся в постменопаузе

Сахарный диабет 2 типа (СД2) и остеопороз – неинфекционные эпидемии среди стареющего населения в индустриально развитых странах. Больные СД2 имеют повышенный риск переломов позвоночника и шейки бедра, даже при нормальной минеральной плотности костной ткани (МПК) [1, 2]. Одной из причин несоответствия между МПК и риском переломов у больных СД2 может быть ожирение, которое ассоциировано с повышением МПК [3], но вместе с тем является фактором риска переломов [4]. Повышение хрупкости костей у больных СД2 может определяться не только снижением МПК, но и нарушением архитектоники (снижением «качества») костей, изменением процесса костного ремоделирования [5].

Проведенные ранее исследования выявили изменения концентраций маркеров костеобразования и костной резорбции у больных СД2. В ряде исследований зафиксировано снижение концентрации в сыворотке крови маркеров костного образования: остеокальцина [6–8] и N-терминального пропептида коллагена I типа [8, 9], а также маркера костной резорбции – C-терминальных телопептидов коллагена I типа (CTX) [7, 9]. Данные о связи маркеров костного ремоделирования с показателями МПК и риском переломов у больных СД2 довольно фрагментарны и не позволяют составить целостную картину.

Взаимоотношения между уровнями маркеров костного ремоделирования и метаболическими нарушениями, характерными для СД, представляют особый интерес в контексте обсуждаемых эндокринных взаимодействий между костной, жировой, мышечной тканью и островковым аппаратом поджелудочной железы [10]. Вопрос о взаимовлиянии маркеров костного ремоделирования и особенностей композитного состава тела (КСТ), т.е. количества и соотношения массы жировой, мышечной и костной ткани, остается открытым.

Цель

Определить связи маркеров костного ремоделирования с МПК, уровнем гликемии и липидов и КСТ у женщин с СД2, находящихся в постменопаузе.

Материал и методы

Дизайн: одномоментное (поперечное) обсервационное исследование. Критерии включения: 1) женский пол; 2) возраст от 50 до 70 лет (включительно); 3) диагноз СД2, установленный не менее пяти лет назад; 4) менопауза длительностью не менее одного года. Основные критерии исключения: 1) заболевания эндокринной системы в анамнезе (гиперкортицизм, тиреотоксикоз, гипопитуитаризм, полигландулярные синдромы); 2) ревматические заболевания (ревматоидный артрит, анкилозирующий спондилоартрит, другие диффузные болезни соединительной ткани); 3) заболевания органов пищеварения, сопровождающиеся нарушением всасывания кальция (синдром мальабсорбции, состояния после резекции желудка, шунтирующих операций на желудочно-кишечном тракте и др.); 4) заболевания почек недиабетической природы; 5) хроническая болезнь почек (ХБП) 4–5-й стадии или трансплантация почек в анамнезе; 6) заболевания системы крови; 7) анамнестические указания на прием глюкокортикоидов, иммуносупрессантов, тиазолидиндионов, SGLT2-ингибиторов, бисфосфонатов, кальцитонина, препаратов стронция; 8) заместительная постменопаузальная терапия.

Проведение исследования одобрено локальным Этическим комитетом ФГБНУ Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии (протокол №104 от 20.10.2014). Все обследованные давали письменное информированное согласие на участие в исследовании.

В исследование включено 140 женщин с СД2, от 50 до 70 лет (медиана 63 года). Длительность менопаузы составила от одного года до 39 лет (медиана – 14 лет). Нормальную массу тела имели 11 женщин, избыточную массу тела – 38, ожирение – 91 (из них 1-й степени – 39; 2-й степени – 35, 3-й степени – 17). Индекс массы тела (ИМТ) варьировал от 21,7 до 50,3 кг/м2 (медиана – 32,5 кг/м2).

Длительность СД с момента диагноза варьировала от 5 до 42 лет (медиана 15 лет). Большая часть больных, включенных в исследование, получали инсулинотерапию (n=122). В дополнение к инсулину 64 пациентки принимали метформин, 5 – препараты сульфонилмочевины, 16 – комбинацию метформина и препаратов сульфонилмочевины, на монотерапии инсулином находились 37 пациенток. Десять больных находилось на монотерапии метформином, 8 принимали метформин в сочетании с препаратами сульфонилмочевины. Осложнения СД включали нейропатию (n=138), ретинопатию (n=118), периферическую макроангиопатию (n=77). У 51 пациентки диагностирована ХБП 2-й стадии, у 46 – 3а стадии, у пяти – 3б стадии.

Сопутствующая патология включала артериальную гипертензию (n=137), ишемическую болезнь сердца (n=65). О курении сообщили 4 женщины. Гиполипидемическая терапия статинами проводилась у 70 обследованных, фибратами – у 4, комбинацией статинов и фибратов – у пяти женщин.

Контрольную группу составили 20 женщин в постменопаузе, от 50 до 70 лет, без нарушений углеводного обмена, с нормальной МПК. При формировании группы контроля применялись те же критерии исключения, что и при формировании основной группы.

Исследование МПК проводилось с помощью двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии на аппарате LunarProdigy (GE, США). Определяли показатели МПК и T-критерий в позвоночнике (поясничные позвонки: L1-L4), проксимальных отделах бедра, шейке бедра, предплечье недоминантной руки. Исследование КСТ выполнялось с использованием программы TotalBodyComposition, в соответствии с инструкцией фирмы-производителя денситометра. Определяли массу костной, жировой и мягких нежировых тканей (так называемая «тощая» масса), массу туловищного жира. Для оценки распределения жировой клетчатки по «мужскому» и «женскому» типу исследовали соотношение массы жира в центральной области живота и на бедрах. При измерении жира на животе (англ. аndroid fat) исследовали область, ограниченную снизу срезом таза, сверху – линией, проходящей выше сечения таза на 20% расстояния между срезами таза и шеи, с боков – срезами рук. При измерении жировой ткани на бедрах (англ. Gynoid fat) оценивали область, ограниченную сверху линией, проходящей ниже среза таза на 1,5 высоты вышеописанной области «android», с боков – срезами ног.

Определение риска основных низкоэнергетических переломов проводилось с помощью опросника FRAX (веб-версия 3.8, расчет по российской модели). Оценивали общий риск низкоэнергетических переломов (FRAXtotal) и риск переломов шейки бедра (FRAXhip).

В сыворотке крови, взятой натощак в 8 ч утра, определяли содержание маркеров костного образования: остеокальцина и С-терминального пропептида коллагена I типа (CICP), концентрацию ингибитора костной резорбции остеопротегерина, а также паратгормона. Для оценки костной резорбции определяли мочевую экскрецию фрагментов С-терминальных телопептидов коллагена I типа (CTX-I). Исследование указанных маркеров выполнено с помощью ИФА. Концентрацию общего остеокальцина и CTX-I (alpha-CrossLaps®) определяли с помощью тест-систем Immunodiagnostic systems (Великобритания). Уровень остеопротегерина исследовали с использованием наборов Bender Medsystems (Австрия). Уровень CICP определяли с помощью тест-систем фирмы QUIDEL (США). Для определения уровня паратгормона использовали тест-системы фирмы DIAsource Immuno Assays S.A. (Бельгия). Исследования проводили в соответствии с инструкциями фирм-производителей. Результат определения CTX-I приводили к величине экскретируемого креатинина.

Статистическая обработка проведена с использованием программы STATISTICA 10 (StatSoft Inc, 2011, CША). Учитывая, что распределение большинства изученных признаков было отличным от нормального, применяли методы непараметрической статистики. Межгрупповые различия оценивали с помощью критерия Манна-Уитни (для двух групп) и ANOVA Краскела-Уоллиса (для трех групп и более). Взаимосвязь признаков изучали с помощью рангового корреляционного анализа Спирмена, многофакторного пошагового регрессионного анализа, многофакторного дискриминантного анализа. Перед включением в модели многофакторного анализа переменные с распределением, отличным от нормального, подвергали логарифмированию. Критический уровень значимости при проверке статистических гипотез принимали равным 0,05. Данные представлены как медианы (25-е; 75-е процентили).

Результаты

На основании наименьшего Т-критерия пациентки распределены на группы с нормальной МПК (n=50), остеопенией (n=50) и остеопорозом (n=40). Как видно из табл. 1, пациентки с остеопорозом в целом были несколько старше, в течение более длительного времени находились в постменопаузе, имели меньший рост, массу тела и ИМТ, по сравнению с больными с нормальной МПК. Пациентки с остеопенией также отличались от женщин с нормальной МПК по возрасту, массе тела и ИМТ. Соотношение окружности талии/окружности бедер (ОТ/ОБ), длительность СД, показатели липидного обмена, скорость клубочковой фильтрации (СКФ), соотношение альбумин/креатинин мочи (АКМ) достоверно не отличались между группами. Средний уровень гликированного гемоглобина А1с (HbA1c) оказался ниже в группах больных с остеопенией и остеопорозом. Десятилетний риск основных низкоэнергетических переломов и переломов шейки бедра, согласно FRAX, ожидаемо оказался выше в группах больных с остеопорозом и остеопенией, по сравнению с больными СД2 с нормальной МПК (различия по обоим параметрам достоверны: р<0,0001).

Таблица 1. Клинико-лабораторная характеристика групп женщин с СД2

Примечания: данные представлены как (25-е; 75-е процентили); звездочка – статистически значимое (р<0,05) отличие: одна – с группой больных с нормальной МПК, две – с группой больных с нормальной МПК и остеопенией; показатель СКФ рассчитывали по формуле СКD-EPI, 2009, или по пробе Реберга-Тареева (у лиц с морбидным ожирением).

Концентрации остеокальцина и остеопротегерина у больных СД2 были достоверно снижены по сравнению с контролем: 9 (6,8; 13,2) и 16,6 (12,5; 21,7) нг/мл, р<0,00001; 9,2 (3,8; 16,4) и 19,6 (12,9; 25) пг/мл, р=0,0007 соответственно. Не выявлено значимых различий между больными и контрольной группой по уровню CICP: 64,8 (58,2; 72) и 61,8 (57,6; 67,8) нг/мл соответственно, p=0,31. Мочевая экскреция CTX-I и концентрация паратгормона в крови у женщин с СД значимо превышали контроль: 1,5 (1,08; 2,04) и 1,02 (0,61;1,89) нг/г креатинина, p=0,04; 67,1 (54; 90,7) и 47,8 (37,8; 58,2) пг/мл, p<0,0001 соответственно.

Уровни маркеров костного ремоделирования у больных с различной МПК представлены в табл. 2. Концентрация остеокальцина была снижена у пациенток с нормальной МПК (р<0,00001), остеопенией (р=0,0002) и остеопорозом (р=0,0002), различий между группами больных с разной МПК не выявлено. Концентрация остеопротегерина также оказалась ниже контроля у женщин с СД2, имеющих нормальную МПК (р=0,03), остеопению (р=0,0005) и остеопороз (р=0,0005), при этом у больных с остеопенией и остеопорозом уровень маркера был значимо ниже, чем у пациентов с нормальной МПК (р=0,003 и р=0,01 соответственно). Экскреция CTX-I у пациентов с нормальной МПК не превышала контроль (р=0,2), у больных с остеопенией наблюдалась тенденция к увеличению экскреции (р=0,06), статистически значимое повышение CTX-I зафиксировано только у женщин с остеопорозом (р=0,01). Показатель экскреции CTX-I у больных с остеопорозом был значимо выше, чем у женщин с нормальной МПК (р=0,04). Концентрации CICP не различались между разными группами обследованных (р=0,58). Уровень паратгормона был выше контрольного во всех группах женщин с СД2 (все р≤0,0005), но не различался между группами пациенток с разной МПК (р≥0,11).

Таблица 2. Концентрация маркеров костного ремоделирования в сыворотке крови у женщин с СД2 в зависимости от МПК

Примечания: данные представлены как (25-е; 75-е процентили); звездочка – статистически значимое (р<0,05) отличие: одна – с контролем, две – с контролем и с группой больных с нормальной МПК.

В ранговом корреляционном анализе (табл. 3) концентрация остеопротегерина показала положительные взаимосвязи с МПК в позвоночнике (r=0,18; p=0,03), проксимальном отделе бедра (r=0,23; p=0,006) и в шейке бедра (r=0,3; p=0,0003). Экскреция CTX-I обратно коррелировала с МПК и Т-критерием в позвоночнике (r=-0,19; p=0,02). Уровень остеокальцина, CICP и паратгормона не показал связи с денситометрическими показателями.

Таблица 3. Корреляции между концентрациями маркеров костного ремоделирования и МПК в различных отделах скелета у женщин с СД2

Примечание: приведены коэффициенты ранговой корреляции Спирмена. Звездочками обозначены статистически значимые (р<0,05) коэффициенты корреляции.

С учетом результатов сравнения групп и корреляционного анализа, в модели многофакторного пошагового регрессионного анализа в качестве независимых переменных включали возраст, ИМТ, длительность постменопаузы, уровень остеопротегерина и CTX-I, в качестве зависимых – МПК в позвоночнике, проксимальном отделе бедра и предплечье. Факторами, ассоциированными с МПК в позвоночнике, оказались: ИМТ, возраст и CTX-I (β=0,213, β=-0,23 и β=-0,19 соответственно, R2=0,38, p=0,0007). Возраст, ИМТ, остеопротегерин и CTX-I были ассоциированы с МПК в проксимальном отделе бедра (β=-0,3, β=0,198, β=0,208 и β=-0,17 соответственно, R2=0,44, p=0,00003). С МПК в предплечье были ассоциированы только возраст и ИМТ (β=-0,38 и β=0,245 соответственно, R2=0,43, p=0,0006).

В моделях многофакторного дискриминантного анализа (табл. 4) комбинация возраста, ИТМ и длительности постменопаузы являлась наиболее информативным комбинированным предиктором наличия остеопороза у женщин с СД2 (качество распознавания 84,6%). Включение в модели остеопротегерина и CTX-I – параметров костного ремоделирования, показавших взаимосвязи с МПК в других видах анализа, не повышало качество «распознавания» остеопороза.

Уровень остеопротегерина показал слабую обратную связь с 10-летним риском остеопоретических переломов (FRAXtotal): r=-0,22; p=0,009, а также с риском переломов шейки бедра: r=-0,22; p=0,009. Другие маркеры костного ремоделирования с индексами FRAX не коррелировали.

Таблица 4. Предикторы наличия остеопороза у женщин с СД2 в моделях многофакторного дискриминантного анализа

Примечание: при моделировании использован логарифм концентрации маркера.

Не установлено взаимосвязей между концентрациями маркеров костного ремоделирования с уровнем HbA1c, показателями липидного обмена, ИМТ, соотношением ОТ/ОБ. Уровень паратгормона был положительно взаимосвязан с HbA1c (r=0,21, р=0,01), концентрацией триглицеридов (r=0,25, р=0,003) и отрицательно – с содержанием холестерина липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) (r=-0,33, р=0,0007). Не выявлено связей концентраций маркеров костного ремоделирования с возрастом, длительностью СД и продолжительностью постменопаузы.

Содержание остеокальцина показало прямую корреляцию с величиной АКМ (r=0,3, р=0,01) и обратную корреляцию с величиной СКФ (r=-0,19; p=0,02). Прослеживалась тенденция к более высокому уровню остеокальцина у больных с СКФ<60 мл/мин/1,73 м2 по сравнению с пациентами, имеющими более высокие значения фильтрации: 8,2 (6,4; 11,6) и 9,1 (7,2; 14,7) нг/мл соответственно, р=0,08. Уровень паратгормона коррелировал с соотношением АКМ (r=0,31, р=0,008). Другие показатели костного ремоделирования не были связаны с поражением почек.

При анализе КСТ у больных с нормальной МПК зафиксированы более высокие показатели массы жировой ткани, большая масса туловищного жира в сравнении с пациентами с остеопорозом и остеопенией (табл. 5). Женщины с остеопорозом имели меньшую массу жира на бедрах и в центральной области живота по сравнению с женщинами с нормальной МПК. Не отмечено различий по соотношению массы жира в центральной области живота и на бедрах между обследованными с различной МПК. Масса мягких нежировых тканей (так называемая «тощая масса») у женщин с остеопорозом была меньше, чем у женщин с нормальной МПК.

Таблица 5. Показатели КСТ у женщин с СД 2 типа c различной МПК

Примечание: звездочки обозначают статистически значимые (р<0,05) различия: одна – с группой больных с нормальной МПК, две – с группами больных с нормальной МПК и остеопенией.

Содержание всех исследованных маркеров костного ремоделирования и паратгормона не показало взаимосвязи с параметрами КСТ (все r<0,12, p>0,4).

Обсуждение

В данной работе мы зафиксировали изменение содержания маркеров костного образования и костной резорбции у женщин с СД2, находящихся в постменопаузе. Исследованные маркеры (остеокальцин, CICP, остеопротегерин и CTX-I) оказались в различной степени взаимосвязаны с МПК.

Уровень остеокальцина – синтезируемого остеобластами неколлагенового белка матрикса кости – у женщин с СД2 был снижен, что соответствует данным других исследований [8, 11] и результатам мета-анализа [12]. Концентрация CICP, отражающего синтез коллагена I типа, у женщин с СД2 не отличалась от контроля. Причины избирательного дефицита остеокальцина при СД не вполне ясны, однако показано, что ингибирующее влияние на синтез остеокальцина может оказывать гипергликемия. У женщин, находящихся в пре- или постменопаузе, пероральная нагрузка глюкозой приводит к снижению уровня недекарбоксилированного остеокальцина в сыворотке крови. Супрафизиологический уровень глюкозы подавляет экспрессию остеокальцина в культивируемых остеобластах [13]. Возможно, снижение концентрации циркулирующего остеокальцина при нормальном уровне CICP может служить индикатором дисфункции остеобластов при СД.

Нами не выявлены различия в концентрации остеокальцина между группами женщин с различной МПК. Наличие остеопороза у женщин с СД2 было ассоциировано со снижением уровня в сыворотке крови ингибитора костной резорбции остеопротегерина и с повышением мочевой экскреции маркера костной резорбции CTX-I. В экспериментах показано, что высокий уровень глюкозы снижает экспрессию остеопротегерина в культивируемых остеобластах [14]. Снижение синтеза остеопротегерина при СД может способствовать активации резорбции кости. Об усилении костной резорбции у женщин с СД2 и остеопорозом косвенно свидетельствует зафиксированное нами увеличение мочевой экскреции CTX-I (alpha-CrossLaps). Данный маркер представляет собой продукт деградации вновь синтезированного коллагена I типа [15]. Ранее сообщалось, что уровень beta-CrossLaps (формы CTX, образующейся путем изомеризации alpha-CrossLaps по мере старения кости) в сыворотке крови у женщин в постменопаузе ассоциирован со снижением МПК [16] и коррелирует с признаками костной резорбции в губчатом веществе подвздошной кости [17].

В целом, нами обнаружены довольно слабые взаимосвязи между содержанием остеопротегерина в крови, мочевой экскрецией CTX-I и МПК у женщин с СД2. Включение этих маркеров в модели многофакторного дискриминантного анализа не повышало качество «распознавания» остеопороза. Наиболее информативными «предикторами» остеопороза в этом виде анализа оказались клинические признаки: возраст, ИМТ и длительность постменопаузы. Таким образом, исследованные маркеры костного ремоделирования не могут являться надежными индикаторами наличия остеопороза у женщин с СД2 в постменопаузе. Вместе с тем, они позволяют оценить механизмы изменения структуры костей на фоне СД.

Заметим, что наибольший уровень HbA1c в нашем исследовании был зафиксирован у женщин с нормальной МПК. В экспериментах in vitro показано, что высокая гликемия повышает интенсивность процесса минерализации в остеобластах, но ухудшает его качество [14]. По данным Роттердамского исследования, у больных СД2 с неадекватным контролем гликемии (HbA1c>7,5%) МПК повышена на 1,1–5,6%, а риск переломов – на 47–62%, по сравнению с пациентами с HbA1c<7,5% и лицами без диабета [2]. Таким образом, нормальная МПК у больных с плохим контролем СД может создавать иллюзию благополучия костной ткани.

В последние годы обсуждается роль продуктов секреции остеобластов и остеокластов в сложных эндокринных взаимодействиях между костной, жировой тканью и островковым аппаратом поджелудочной железы. В частности, показано, что остеокальцин стимулирует секрецию инсулина β-клетками и повышает чувствительность к инсулину жировой ткани [10]. По данным популяционных исследований [11, 18], низкий уровень остеокальцина ассоциирован с инсулинорезистентностью, метаболическим синдромом и риском СД2. Мы не выявили взаимосвязи между уровнем остеокальцина, HbA1c и показателями липидного обмена. Возможно, данные взаимосвязи были нивелированы эффектами лечения. Вместе с тем, уровень остеокальцина продемонстрировал тенденцию к повышению по мере снижения фильтрационной функции почек. Известно, что катаболизм остеокальцина частично осуществляется в почках. Повышение уровня циркулирующего остеокальцина у больных с ХБП может отражать как снижение клубочковой фильтрации данного белка, так и увеличение скорости ремоделирования костей [19].

Нами зафиксировано достоверно более высокое содержание парагормона в крови у женщин с СД2 в сравнении с контролем, при этом обнаружена слабая положительная взаимосвязь между уровнем паратгормона и HbA1c. Показано, что больные СД с высоким уровнем HbA1c имеют более низкий уровень ионизированного кальция в крови и более высокую секрецию парагормона в ответ на гипокальциемию по сравнению с больными с хорошо контролируемым СД [20].

Полученные данные о меньшей массе жировой и мягких нежировых тканей у женщин с СД2, имеющих остеопороз, по сравнению с пациентками с нормальной МПК подтверждают результаты ранее выполненных работ [21, 22]. Вместе с тем, мы не обнаружили какой-либо взаимосвязи между концентрациями маркеров костного ремоделирования и параметрами КСТ.

Проведенное исследование имеет очевидные ограничения. Одномоментный дизайн не позволяет судить о причинно-следственных связях между признаками. Ряд взаимосвязей между содержанием маркеров костного ремоделирования и метаболическими параметрами могли быть не выявлены из-за гетерогенности включенных пациентов по уровню гликемии и видам лечения. Мы не оценивали обеспеченность обследованных витамином D.

Вместе с тем, в проведенном исследовании впервые сопоставлены изменения концентраций классических (остеокальцин, остеопротегерин) и неклассических (alpha-CrossLaps, CICP) маркеров ремоделирования костной ткани с МПК, КСТ, параметрами углеводного и липидного метаболизма у женщин в постменопаузе с СД2. Помимо классических маркеров костного ремоделирования, мы впервые исследовали мочевую экскрецию CTX-I (alpha-CrossLaps) и уровень CICP в сыворотке крови у женщин с СД2.

Результаты исследования позволяют предполагать, что развитие остеопороза у женщин с СД2, находящихся в постменопаузе, является следствием как повышенной костной резорбции, так и неэффективного костеобразования.

Заключение

У женщин с СД2, находящихся в постменопаузе, выявляется снижение уровня в сыворотке крови маркера костеобразования остеокальцина и ингибитора костной резорбции остеопротегерина, а также увеличение мочевой экскреции маркера костной резорбции CTX-I. Наличие остеопороза ассоциировано со снижением уровня циркулирующего остеопротегерина и с повышением мочевой экскреции CTX-I. Не получено данных о связи концентрации остеокальцина, CICP, остеопротегерина в сыворотке крови и CTX-I в моче с уровнем глюкозы, липидов и параметрами КСТ.

Дополнительная информация

Финансирование работы. Работа выполнена за счет средств государственного задания ФГБНУ Научно-исследовательский институт клинической и экспериментальной лимфологии.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов. Климонтов В.В. – концепция и дизайн исследования, статистическая обработка результатов, написание текста; Фазуллина О.Н. – сбор клинического материала, исследование МПК и КСТ, статистическая обработка результатов, написание текста; Лыков А.П. – определение маркеров костного ремоделирования; Коненков В.И. – концепция и дизайн исследования, анализ данных.

Благодарности. Авторы выражают благодарность заведующему лабораторией OOO «ИН-ВИТРО Сибирь» к.м.н. В.В. Романову за помощь в определении концентрации CTX-I в моче.