Tóm tắt:
Xương là một mô động liên tục trải qua quá trình tái tạo xương trong suốt cuộc đời. Quá trình chuyển hóa xương được cân bằng với sự kết hợp giữa quá trình tạo xương và tiêu xương ở nhiều tốc độ khác nhau dẫn đến quá trình tái tạo xương liên tục. Các xét nghiệm chu chuyển xương (bone turnover markers - BTM) cung cấp thông tin hữu ích về quá trình chuyển hóa xương trong nhiều rối loạn chuyển hóa xương. Sự gia tăng quá trình chuyển hóa xương khi lão hóa và các trạng thái bệnh lý như loãng xương dẫn đến sự suy giảm cấu trúc vi mô của xương và do đó góp phần làm tăng nguy cơ gãy xương không phụ thuộc vào mật độ khoáng xương (Bone mineral density - BMD) thấp. Những thay đổi về cấu trúc vi mô này ảnh hưởng đến chất lượng xương có thể được đánh giá bằng BTM và do đó có thể đóng vai trò là công cụ bổ sung cho BMD trong việc đánh giá nguy cơ gãy xương. Nhiều xét nghiệm tự động đáng tin cậy, nhanh chóng và tiết kiệm chi phí của BTM có độ nhạy tốt hiện có sẵn để quản lý bệnh loãng xương. Tuy nhiên, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến xét nghiệm BTM đòi hỏi phải có phương pháp thu thập mẫu và xét nghiệm nghiêm ngặt cùng với việc sử dụng giá trị tham chiếu phù hợp với nhóm dân số khác nhau. Ước tính nguy cơ gãy xương và theo dõi sự tuân thủ và đáp ứng điều trị là những ứng dụng quan trọng nhất của việc xét nghiệm BTM.
Từ khóa: Chu chuyển xương, loãng xương, xét nghiệm
1. Đại cương về chu chuyển xương và bệnh loãng xương
Chu chuyển xương (bone turnover) là quá trình sinh lý liên tục của xương, bao gồm hai hoạt động chính: tạo xương và hủy xương. Quá trình này được thực hiện nhờ hai loại tế bào chính: tế bào tạo xương (osteoblast) và tế bào hủy xương (osteoclast). Tế bào tạo xương chịu trách nhiệm sản sinh collagen type I và khoáng hóa xương, trong khi tế bào hủy xương tham gia vào quá trình phân giải chất nền xương và giải phóng các khoáng chất như canxi và phospho vào máu. Sự cân bằng giữa hai quá trình này đảm bảo sự duy trì khối lượng và sức mạnh của xương.
Sự mất cân bằng trong chu chuyển xương là nguyên nhân của các bệnh lý liên quan đến xương như loãng xương, bệnh Paget, và các tình trạng tăng nguy cơ gãy xương. Đánh giá chu chuyển xương thông qua các xét nghiệm đánh giá tạo xương và hủy xương có ý nghĩa quan trọng trong chẩn đoán, điều trị và theo dõi các bệnh lý này.
Loãng xương là rối loạn chuyển hóa xương phổ biến nhất được đặc trưng bởi sự suy giảm cấu trúc của mô xương dẫn đến tăng nguy cơ gãy xương. Loãng xương tiến triển thầm lặng trong nhiều tình huống có thể gây ra một biến chứng nặng như gãy xương chậu, gãy cổ xương đùi với tỷ lệ mắc bệnh tăng lên và tỷ lệ tử vong cao gấp 4 lần ở người cao tuổi.
Đánh giá mật độ khoáng xương (bone mineral density - BMD) bằng phép đo hấp thụ tia X năng lượng kép (dual‑energy X‑ray absorptiometry- DXA) là tiêu chuẩn vàng để chẩn đoán bệnh loãng xương. Tuy nhiên, khoảng 50% phụ nữ bị gãy xương do loãng xương có BMD cao hơn định nghĩa loãng xương của WHO. DXA cũng có những hạn chế riêng là biện pháp tĩnh và tốn kém với khả năng sẵn có hạn chế ở Việt nam. Do đó, cần phải ước tính rủi ro gãy xương bằng các công cụ dựa trên web chẳng hạn như FRAX đánh giá các yếu tố nguy cơ khác ngoài BMD. Tuy nhiên, FRAX không kết hợp tất cả các yếu tố nguy cơ như những yếu tố liên quan đến té ngã, xét nghiệm của sự thay đổi xương, các yếu tố nguy cơ cụ thể theo vùng như lượng canxi trong chế độ ăn uống thấp hơn và thiếu vitamin D.
Các xét nghiệm máu đánh giá quá trình chuyển hóa xương là những công cụ mới giúp phát hiện động lực của quá trình tái tạo xương liên quan đến sự hình thành và tái hấp thu xương. Xét nghiệm đơn giản, chi phí thấp và hiệu quả sẽ bổ sung cho việc đo BMD trong quản lý bệnh loãng xương, đặc biệt trong theo dõi điều trị loãng xương.
Các xét nghiệm sinh hóa đánh giá chu chuyển xương được thành hai nhóm như sau:
Xét nghiệm đánh giá sự tạo xương
Xét nghiệm đánh giá sự tiêu xương.
Tổ chức Loãng xương Quốc tế (IOF) và Liên đoàn Hóa học Lâm sàng và Y học Thí nghiệm Quốc tế đã đề xuất huyết thanh CTX-1 (sCTX) và P1NP huyết thanh được sử dụng làm xét nghiệm tham chiếu tương ứng cho quá trình tiêu xương và tạo xương để đánh giá nguy cơ gãy xương và theo dõi liệu pháp trong môi trường lâm sàng.
2. Các xét nghiệm đánh giá sự tạo xương
2.1. Osteocalcin
2.1.1. Nguồn gốc
Osteocalcin là một protein không collagen, chứa gamma-carboxyglutamate (Gla), được tổng hợp bởi tế bào tạo xương (osteoblasts). Đây là một trong những protein đặc hiệu của xương và chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng protein của xương.
Osteocalcin gắn kết với canxi trong khung collagen type I của xương, đóng vai trò quan trọng trong quá trình khoáng hóa xương. Một phần osteocalcin được giải phóng vào máu, do đó có thể đo lường để đánh giá hoạt động của tế bào tạo xương.
2.1.2. Giá trị tham chiếu
Giá trị tham chiếu của osteocalcin phụ thuộc vào tuổi, giới tính, tình trạng sinh lý và phương pháp xét nghiệm (CLIA, ELISA, RIA).
- Nam/nữ giới: 11–43 ng/mL.
- Nữ mãn kinh: 15–46 ng/mL (có thể cao hơn do tăng tái cấu trúc xương).
- Trẻ em: Cao hơn người trưởng thành do quá trình tạo xương tích cực.
2.1.3. Ý nghĩa lâm sàng
Osteocalcin là một marker tạo xương, phản ánh hoạt động của tế bào tạo xương và quá trình khoáng hóa xương.
Tăng Osteocalcin
- Loãng xương mãn kinh: Tăng hoạt động tái cấu trúc xương dẫn đến osteocalcin cao.
- Bệnh Paget: Osteocalcin tăng do tăng hoạt động tạo xương.
- Bệnh xương chuyển hóa: Bệnh còi xương, loạn sản xương (osteomalacia).
- Ung thư di căn xương: Giai đoạn tăng hoạt động tạo xương ở vị trí tổn thương.
- Cường tuyến cận giáp (Hyperparathyroidism):Tăng osteocalcin do kích thích quá trình tạo xương.
Dùng thuốc anabolic (ví dụ: Teriparatide): Osteocalcin tăng là dấu hiệu của hiệu quả điều trị tăng tạo xương.
Giảm Osteocalcin
- Suy giảm hoạt động tạo xương: Suy tuyến cận giáp, các bệnh lý giảm tạo xương.
- Liệu pháp chống tiêu xương (ví dụ: Bisphosphonates): Ức chế quá trình tái cấu trúc xương, làm giảm osteocalcin.
- Bệnh lý suy giảm chức năng gan: Do osteocalcin được gamma-carboxyl hóa trong gan, chức năng gan suy giảm có thể dẫn đến giảm osteocalcin hoạt động.
2.2. Bone-Specific Alkaline Phosphatase (BSAP)
2.2.1. Nguồn gốc
Bone-Specific Alkaline Phosphatase (BSAP) là một isoenzyme đặc hiệu của alkaline phosphatase (ALP), được sản xuất chủ yếu bởi tế bào tạo xương (osteoblasts).
BSAP đóng vai trò thiết yếu trong quá trình khoáng hóa xương: Phân giải pyrophosphate thành phosphate vô cơ, giúp hình thành tinh thể hydroxyapatite trong khung collagen của xương. Là marker đặc hiệu cho hoạt động hình thành xương.
2.2.2. Giá trị tham chiếu
Giá trị BSAP phụ thuộc vào tuổi, giới tính, và trạng thái sinh lý của bệnh nhân, cũng như phương pháp xét nghiệm (CLIA, ELISA).
Người trưởng thành:
Nam: 15–41 U/L; Nữ: 11–32 U/L.
Nữ mãn kinh: 14–42 U/L (thường cao hơn do tăng quá trình tái cấu trúc xương).
Trẻ em và thanh thiếu niên: Cao hơn người trưởng thành, phản ánh quá trình tăng trưởng xương tích cực.
Người cao tuổi: Giá trị BSAP có thể tăng nhẹ do thay đổi chuyển hóa xương liên quan đến lão hóa.
2.2.3. Ý nghĩa lâm sàng
BSAP là marker đặc hiệu cho quá trình tạo xương, có vai trò quan trọng trong chẩn đoán và theo dõi các rối loạn chuyển hóa xương.
Tăng BSAP
- Loãng xương mãn kinh: Do tăng tái cấu trúc xương.
- Bệnh Paget: BSAP tăng cao do sự hình thành xương bất thường.
- Cường tuyến cận giáp (Hyperparathyroidism): Kích thích tăng tạo xương dẫn đến BSAP tăng.
- Bệnh xương chuyển hóa: Bệnh còi xương, loạn sản xương (osteomalacia).
- Gãy xương: BSAP tăng trong giai đoạn lành xương.
- Ung thư di căn xương: BSAP tăng cao do tổn thương và tái tạo xương tại vị trí di căn.
Giảm BSAP
- Liệu pháp chống tiêu xương:
Sử dụng thuốc bisphosphonates, denosumab làm giảm BSAP do ức chế tái cấu trúc xương.
- Suy giảm hoạt động tạo xương: Suy tuyến cận giáp hoặc các bệnh lý làm giảm quá trình tạo xương.
2.3. Procollagen Type 1 N-Terminal Propeptide (P1NP)
2.3.1. Nguồn gốc
P1NP (Procollagen Type 1 N-Terminal Propeptide) là sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp collagen type I, loại collagen chính chiếm khoảng 90% chất hữu cơ của xương.
Trong quá trình tạo xương, collagen type I được tổng hợp dưới dạng procollagen có đầu tận N và C. Các đoạn propeptid này (bao gồm P1NP và P1CP) sẽ được cắt bỏ khi collagen được tạo thành và đưa vào mô xương.
2.3.2. Giá trị tham chiếu
Giá trị P1NP phụ thuộc vào độ tuổi, giới tính và phương pháp xét nghiệm (CLIA hoặc ELISA).
Người trưởng thành:
Nam: 22–87 ng/mL.
Nữ: 19–83 ng/mL.
Trẻ em và thanh thiếu niên: Cao hơn đáng kể do quá trình tăng trưởng xương nhanh chóng.
Người cao tuổi: Thường thấp hơn do giảm hoạt động tạo xương.
2.3.3. Ý nghĩa lâm sàng
P1NP là một marker quan trọng phản ánh quá trình tạo xương, được sử dụng rộng rãi để đánh giá chuyển hóa xương trong các bệnh lý về xương.
Tăng P1NP
- Loãng xương mãn kinh: Tăng tái cấu trúc xương dẫn đến tăng hoạt động tạo xương.
- Bệnh Paget: P1NP tăng cao do tăng sinh xương bất thường.
- Gãy xương: P1NP tăng trong quá trình liền xương.
- Cường tuyến cận giáp (Hyperparathyroidism): P1NP tăng do kích thích hoạt động tạo xương.
- Ung thư di căn xương: P1NP có thể tăng trong giai đoạn tạo xương tại vị trí di căn.
- Điều trị bằng thuốc anabolic (ví dụ: Teriparatide): P1NP tăng là dấu hiệu cho thấy hiệu quả trong việc kích thích tạo xương.
Giảm P1NP
- Suy giảm hoạt động tạo xương: Suy tuyến cận giáp hoặc các rối loạn làm giảm quá trình tạo xương.
- Liệu pháp chống tiêu xương (ví dụ: Bisphosphonates, Denosumab): P1NP giảm phản ánh ức chế quá trình tái cấu trúc xương.
- Các bệnh lý làm giảm chuyển hóa xương: Ví dụ: bệnh thận giai đoạn cuối.
3. Các xét nghiệm đánh giá sự hủy xương
3.1. N-terminal Telopeptide (NTX)
3.1.1. Nguồn gốc
NTX (N-terminal telopeptide) là một sản phẩm phân hủy của collagen type I, được giải phóng vào máu hoặc bài tiết qua nước tiểu trong quá trình tiêu xương.
Collagen type I chiếm khoảng 90% khối lượng chất hữu cơ trong xương. Khi quá trình tiêu xương xảy ra, các đoạn peptide telopeptide đầu N của collagen type I sẽ được phóng thích, từ đó NTX trở thành một marker đặc hiệu cho quá trình hủy xương.
3.1.2. Giá trị tham chiếu
Giá trị NTX được đo bằng cách sử dụng xét nghiệm miễn dịch như ELISA hoặc CLIA. Giá trị tham chiếu có thể khác nhau tùy theo độ tuổi, giới tính, tình trạng sinh lý và phương pháp xét nghiệm.
Trong huyết thanh:
Người trưởng thành khỏe mạnh: 6.2–19.0 nM BCE (Bone Collagen Equivalent).
Trong nước tiểu (thường hiệu chỉnh theo creatinine):
- Nam/nữ giới: 5.4–24.2 nM BCE/mmol creatinine.
- Phụ nữ mãn kinh: 15.0–85.0 nM BCE/mmol creatinine.
- Trẻ em: Giá trị cao hơn do quá trình chuyển hóa xương nhanh.
3.1.3. Ý nghĩa lâm sàng
NTX là một marker tiêu xương, được sử dụng để đánh giá tốc độ phân hủy collagen type I trong xương.
Tăng NTX
- Loãng xương: Đặc biệt ở phụ nữ mãn kinh hoặc ở người lớn tuổi, tăng NTX là biểu hiện của tiêu xương tăng.
- Bệnh Paget: NTX tăng cao do hoạt động tái cấu trúc xương mạnh.
- Ung thư di căn xương: NTX tăng do tiêu xương khu trú hoặc lan tỏa.
- Tăng hoạt động tuyến cận giáp (Hyperparathyroidism): NTX tăng cao do sự kích thích phân hủy xương.
- Sử dụng corticosteroids kéo dài: Gây tiêu xương thứ phát.
- Các bệnh xương chuyển hóa khác: Như viêm xương xơ hóa (osteitis fibrosa cystica).
Giảm NTX
- Điều trị hiệu quả loãng xương: NTX giảm sau khi sử dụng các thuốc chống tiêu xương như bisphosphonates, denosumab, hoặc liệu pháp hormone thay thế (HRT).
- Suy giảm chức năng tiêu xương:
Như trong suy tuyến cận giáp hoặc các bệnh lý giảm tái cấu trúc xương.
3.2. Beta-Crosslaps (Beta C-terminal Telopeptide of Type 1 Collagen-CTX)
3.2.1. Nguồn gốc
Beta-Crosslaps (Beta-CTX) là một trong những sản phẩm thoái biến của collagen type I, loại collagen chiếm khoảng 90% thành phần hữu cơ của xương.
Trong quá trình tiêu xương (resorption), osteoclasts (tế bào hủy xương) phá vỡ mạng lưới collagen type I, tạo ra các đoạn peptide, bao gồm:
• N-terminal telopeptide (NTX).
• C-terminal telopeptide (CTX).
Beta-CTX là đoạn peptide được giải phóng từ liên kết chéo β của collagen type I, phần cuối C của phân tử collagen.
3.2.2. Giá trị tham chiếu:
Giá trị tham chiếu của Beta-CTX phụ thuộc vào phương pháp xét nghiệm (chủ yếu là xét nghiệm dựa trên miễn dịch như ELISA hoặc CLIA) và tình trạng sinh lý của người được xét nghiệm.
Nam/nữ giới (người trưởng thành): 0.100–0.580 ng/mL.
Nữ giới mãn kinh: 0.200–1.000 ng/mL (thường tăng cao hơn do tăng tiêu xương).
Trẻ em và thanh thiếu niên: Giá trị thường cao hơn do quá trình tái tạo xương tích cực.
3.2.3. Ý nghĩa lâm sàng:
Beta-CTX là một marker quan trọng trong đánh giá quá trình chuyển hóa xương, đặc biệt liên quan đến tiêu xương.
Tăng Beta-CTX
- Loãng xương mãn kinh: Sự suy giảm estrogen dẫn đến tăng tiêu xương, làm tăng nồng độ Beta-CTX trong máu.
- Bệnh Paget: Một rối loạn xương đặc trưng bởi sự tái tạo xương quá mức.
- Tăng hoạt động tuyến cận giáp (Hyperparathyroidism): Làm tăng phân hủy xương, dẫn đến mức Beta-CTX cao.
- Di căn xương hoặc các bệnh lý ác tính liên quan đến xương: Tăng tiêu xương khu trú hoặc lan tỏa.
- Điều trị bằng corticosteroids: Kích thích tiêu xương dẫn đến tăng Beta-CTX.
Giảm Beta-CTX
- Điều trị hiệu quả các bệnh tiêu xương:
Thuốc chống tiêu xương như bisphosphonates, denosumab, hoặc liệu pháp hormone thay thế (HRT).
Một sự giảm đáng kể Beta-CTX sau 3–6 tháng điều trị là dấu hiệu tốt cho thấy liệu pháp đang có hiệu quả.
- Rối loạn chuyển hóa làm giảm tiêu xương:
Suy tuyến cận giáp.
Tình trạng xương ít hoạt động (hypomineralization disorders).
3.3. Pyridinoline (PYD) và Deoxypyridinoline (DPD)
3.3.1. Nguồn gốc
Pyridinoline (PYD) và Deoxypyridinoline (DPD) là các sản phẩm cuối cùng của sự liên kết chéo collagen, đặc biệt trong quá trình chuyển hóa mô liên kết.
PYD: Chủ yếu có mặt trong collagen loại I và III, được tìm thấy nhiều ở các mô như da, gân, mạch máu, và sụn.
DPD: Gắn chặt với collagen loại I, chủ yếu có mặt trong xương và ngà răng. Vì thế, nó được coi là một chỉ thị đặc hiệu cho sự thoái hóa xương.
Khi collagen bị phân hủy (như trong quá trình tiêu xương), PYD và DPD được giải phóng vào máu và bài tiết qua nước tiểu dưới dạng tự do hoặc liên hợp.
3.3.2. Giá trị tham chiếu:
Giá trị tham chiếu của PYD và DPD phụ thuộc vào phương pháp xét nghiệm (ELISA, HPLC hoặc các kỹ thuật miễn dịch khác) và nhóm đối tượng (tuổi, giới tính, tình trạng sinh lý).
PYD trong nước tiểu: Người trưởng thành khỏe mạnh: ~20-60 nmol/mmol creatinine.
DPD trong nước tiểu: Nam: 2.3-6.5 nmol/mmol creatinine.
Nữ mãn kinh: 3.0-7.4 nmol/mmol creatinine.
3.3.3. Ý nghĩa lâm sàng:
PYD và DPD là các marker quan trọng trong đánh giá chuyển hóa xương.
Tăng PYD và DPD trong nước tiểu thường cho thấy:
Loãng xương: Tăng tiêu xương liên quan đến tuổi già, mãn kinh hoặc do các yếu tố khác.
Bệnh Paget: Hoạt động tiêu xương quá mức.
Tăng hủy xương ác tính: Di căn xương hoặc đa u tủy.
Tăng hoạt động tuyến cận giáp (Hyperparathyroidism): Tăng phá hủy mô xương.
Giảm PYD và DPD có thể gặp ở:
Liệu pháp chống tiêu xương hiệu quả (ví dụ, bisphosphonates, liệu pháp hormone thay thế). Rối loạn chuyển hóa liên quan đến giảm hủy xương.
Bảng tổng hợp xét nghiệm chu chuyển xương
Tài liệu tham khảo
1. Rosen HN, Chesnut CH. "Biochemical Markers of Bone Turnover." Endocrinology and Metabolism Clinics of North America, W.B. Saunders Company, 1998, pp. 1–18.
2. Vasikaran SD, Chubb SAP, Ebeling PR, et al. "Clinical Use of Biochemical Markers of Bone Turnover." Clinical Biochemist Reviews, 2019; 40(3): 82–105.
3. Garnero P. "Biochemical Markers of Bone Turnover: Applications for Osteoporosis." Endocrinology and Metabolism Clinics of North America, 2000, 29(2): 405–420.
4. Wheater G, Elshahaly M, Tuck SP, Datta HK, van Laar JM. "The clinical utility of bone marker measurements in osteoporosis." Journal of Translational Medicine, 2013; 11: 201.
5. Eastell R, Pigott T, Gossiel F, Naylor KE, Walsh JS, Peel NFA. "Biochemical Markers of Bone Turnover and Bone Health Assessment." Osteoporosis International, 2020; 31(8): 1481–1492.
PGS. TS. Phạm Văn Trân
