Metabolic osteopathies

Metabolic osteopathies are diseases caused by imbalances between bone formation and resorption and disorders in bone mineralization → osteopenia and bone loss (osteoporosis, osteomalacia) or sclerotization of the bone and increase in bone mass (Paget's disease, osteopetrosis). These osteopathies are caused by dysfunction of bone cells, gene abnormalities (defects in collagen I synthesis, etc.), increased expression of bone morphogenetic proteins, renal dysfunction, endocrinopathies, tumor secretion of substances affecting bone metabolism.

Osteoporosis
Osteoporosis manifests itself as a reduction of normally mineralized bone mass with impaired bone microarchitecture. Causes an increase in bone fragility. The result is fractures of the forearms, femoral neck, compression fractures of the vertebrae, and others. Risk factors for osteoporosis are insufficient dietary calcium intake, vitamin D deficiency, disorders of its intestinal resorption, and other uncontrollable factors such as age and gender.

Classification
Osteoporosis is defined as a reduction in bone density below the T-score level of -2.5 standard deviations. Osteopenia is defined as a precursor to osteoporosis with a bone density level in the range of −1 to −2.5 standard deviations of the T-score.

Primary osteoporosis
Primary osteoporosis is a more common form of the disease, it does not occur as a result of another underlying disease.
 * Type I – Postmenopausal osteoporosis: typical of women aged 55-65 years, associated with decreased estrogen hormone levels. It affects trabecular rather than cortical bone and threatens patients mainly with vertebral fractures.
 * Type II – senile osteoporosis: is typical of patients over the age of 70, with women being affected twice as often as men. It is accompanied by an increase in immunoreactive parathyroid hormone (iPTH) and a decrease in intestinal Ca2+ resorption with a decrease in serum levels of active vitamin D. The type of osteoporosis affects the trabecular and cortical bones equally and is manifested mainly by fractures of long bones and femoral neck.
 * Idiopathic osteoporosis: can occur in any age group, cause unknown.

Secondary osteoporosis
Secondary osteoporosis results from the underlying disease - most often of an endocrine nature, such as hyperparathyroidism, hyperthyroidism, hypercorticism. Other causes of secondary osteoporosis can be hereditary disorders, chronic diseases of the liver, kidneys, diabetes mellitus, malabsorption, tumors and iatrogenic stimuli (long-term use of glucocorticoids, long-term immobilization).

Risk factors

 * positive family history, occurrence of fractures in older family members;
 * premature menopause, secondary amenorrhea (longer than one year), primary hypogonadism;
 * white race;
 * intolerance to dairy products;
 * sedentary lifestyle, lack of exercise, smoking, chronic alcohol intake.

Manifestations and complications
Manifestations of osteoporosis are non-specific. The disease can be asymptomatic for a long time. The diagnosis is often made by random X-ray examination. An important symptom is the gradual deformation of the figure. The curvature of the spine increases, the height of the figure decreases (even by 10 centimeters and more). Back pain is associated with spinal involvement, which can be severe, sudden, or nonspecific, exacerbated by movement or strain.

Pain is caused by irritation of the spinal roots due to compression of the vertebral bodies and reflex spasm of the paravertebral muscles. On X-ray, we observe a fracture of the cover plates of the vertebral bodies - a typical image of fish vertebrae or an image of a complete vertebral body fracture. In addition to vertebral fractures, fractures of the femoral neck, humerus and wrist often occur.



Examination
Early diagnosis of osteoporosis is very important for subsequent treatment.


 * Imaging methods
 * Skeletal X-ray - changes noticeable with a loss of bone tissue of more than 30%, thinning of the corticalis on the long bones, vertebral bodies lose the trabecular structure on the side images.
 * Osteodensitometry - or DXA method (two-energy X-ray absorption spectrometry) provides information about the content of minerals in the bone. This is a non-invasive method that evaluates the degree of shading of an X-ray passing through the distal forearm, lumbar vertebrae or proximal femur. It is interpreted using Z-score and T-score values, see classification.
 * Ultrasonodensitometry - ultrasonic measurement of bone density. It is performed on the heel bone.
 * Quantitative Computed Tomography - QCT tells the most about trabecular bone condition. The disadvantage is the greater radiation exposure.


 * Biochemical indicators
 * Calcemia, phosphatemia and alkaline phosphatase (ALP) activity are usually normal.
 * Degradation products of type I collagen in urine: hydroxyproline, galactosyl-hydroxylysine, pyridinoline linkers, carboxy-terminal telopeptide CTx (osteoresorption markers).
 * Calciuria in 24 hours (suitable as screening).
 * Plasma tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) - an indicator of osteoresorption.
 * Alkaline phosphatase bone isoenzyme - an indicator of bone formation (specific for osteoblasts).
 * Procollagen type I propeptides (markers of bone formation, e.g. procollagen type I N-propeptide - PINP).
 * Osteocalcin - an indicator of bone formation, a protein produced by osteoblasts.

Terapie
Cílem léčby osteoporózy je zastavení nebo snížení úbytku kostní hmoty aktivitou osteoklastů. Současně se snažíme zvýšit tvorbu kostní hmoty aktivitou osteoblastů. Primární osteoporózu se obvykle nepodaří vyléčit, jen zastavit její progresi a zmírnit obtíže pacienta. Léčba musí být komplexní a dlouhodobá. Nefarmakologická terapie osteoporózy se zakládá na snížení tělesné hmotnosti, rehabilitačních cvičeních a dostatečném příjmu Ca2+ a vitaminu D. V případě ležících pacientů je nutná časná mobilizace, pokud je možná. Doporučuje se procházková chůze, jízda na kole po rovném povrchu. Zakázány jsou sporty se skoky, zápas, box.
 * Kalcium – významným zdrojem kalcia je potrava (mléko, sýr, mák). Doporučená denní dávka vápníku je 1000–1500 mg.
 * Vitamin D a jeho metabolity zvyšují střevní resorpci vápníku. Preparáty se podávají perorálně nebo injekčně. Doporučený denní přívod je 800 IU (20 μg) vitaminu D denně.
 * Kalcitonin inhibuje osteoresorpci snížením aktivity osteoklastů. Podává se injekčně nebo nazálně.

Hormonální substituční terapie
K léčbě postmenopauzální osteoporózy se využívá hormonální substituční terapie – podávání estrogenů a gestogenů. Standardně terapie trvá 5–7 let. Estrogen stimuluje osteoblasty k tvorbě kostní hmoty. Kromě kostních účinků, hormonální substituce zmírňuje projevy klimakterického syndromu a má příznivý účinek na kardiovaskulární mortalitu. Substituční léčba nese riziko tromboembolických komplikací. Extrémně dlouhé podávání substituce zvyšuje riziko karcinomu endometria a prsu.

Bisfosfonáty
Bisfosfonáty jsou syntetické látky, blokátory osteoresorpce – pamidronát, alendronát. Mají účinek i na novotvorbu trabekulární kosti. Terapie bisfosfonáty má dobré účinky při steroidní osteoporóze.

Anabolické steroidy
Anabolické steroidy jsou deriváty androgenů; zvyšují osteogenezi, tlumí osteoresorpci. Obměnou základní struktury steroidu jsou potlačeny virilizační účinky, a zachovány účinky anabolické, mají analgetický efekt.

Fluoridy
NaF – zvyšuje novotvorbu kostní hmoty a kostní denzitu v axiálním skeletu. Terapie by měla trvat od dvou do pěti let. Léčba (se současným podáváním Ca2+) nevede k tvorbě nových kostních trámců, pouze zesiluje trámce už existující.

Teriparatid
stimuluje tvorbu kostní hmoty účinkem endogenního fragmentu PTH

Biologická léčba
V současní době probíhají studie na protilátky proti sklerostinu − protein, který má katabolické účinky na kost

Prevence
Důležité je včas identifikovat nemocné s rizikem budoucí osteoporózy a zastavit úbytek kostní hmoty. Primární prevence obsahuje dostatečný přívod kalcia a vitaminu D v potravě a dostatečné zatěžování kosti přiměřeným pohybem.