Osteoporóza je systémové onemocnění kostí (skeletu), které charakterizuje nízká hustota kostí a poškození mikrostruktury kostní tkáně s následným zvýšením křehkosti a sklonem ke zlomeninám.

Procesy v kostech

Kost je stavební jednotka kostry, podpůrného systému těla. Kostní hmota je velmi lehký a přitom pevný materiál. V lidském těle jsou tři základní typy kostí - dlouhé (kortikální), krátké (trabekulární) a speciální (např. kosti lebky). Dlouhé kosti mají zvýšenou pevnost v tahu, trabekulární kosti mají strukturu přizpůsobenou pro absorbování nárazů. Každá dlouhá kost má zakončení (hlavici) z trabekulární tkáně, střed podélné části je vyplněný houbovitou kostní dření.

Kost je živá tkáň, jejíž vlastnosti se s věkem a celkovým stavem organismu mění. Pevnost kostí snižuje působení buněk, které se nazývají "osteoklasty". Tyto buňky vytvářejí v kosti "dutinky" a získávají tím vápník, potřebný pro ostatní životní funkce v těle, který uvolňují do krve. Tento proces se nazývá "resorpce". Kost poté znovu vytváří svou strukturu působením buněk, které se nazývají "osteoblasty". Dutinky se nejdříve zaplní kolagenem, ve kterém se pak usazují krystalky vápníku a fosforu. Tento proces se nazývá "absorpce". Proces přeměny se nazývá "remodelace". Každý rok se takto u dospělého jedince přetvoří kolem 10% hmoty kostí. Rovnováha osteoklastů a osteoblastů závisí na řadě hormonálních a chemických faktorů. Remodelaci zvyšuje působení parathormonu, tyroxinu, růstového hormonu a vitamínu D, snižuje ji kalcitonin, estrogeny a glukokortikoidy.

Riziko zlomenin

Při stárnutí organismu se zvyšuje množství osteoklastů, převažuje proces resorpce a dochází ke ztrátě kostní hmoty. Dutinky v kosti se zvětšují, kost se stává méně pevnou a méně elastickou, je tedy náchylnější ke zlomeninám i při minimálním tlaku.

Osteoporóza nebolí a k její diagnóze většinou dojde až po první zlomenině, kdy už je nemoc značně rozvinutá. V této fázi se už dá špatně léčit, je potřeba ji diagnostikovat ještě před tím, než ke zlomenině dojde.
Nemoc postihuje více než 200 miliónů osob po celém světě - téměř každou třetí ženu nad 50 let a každou druhou ženu nad 60 let. Náklady na léčení v USA a Evropě dosahují 27 miliard dolarů a zdvojnásobují se každých 7 let.

Nejčastější místa zlomenin jsou zápěstní kůstky (nejčastější věk ve kterém dojde k traumatu je 55 let), páteřní obratle (ve věku 65 let) a krček stehenní kosti (v 83 letech). Zlomeninám se dá předejít - existují účinné léky, které ale vyžadují přesnou diagnostiku stavu nemoci.

Diagnostikou stavu kostí se dá učit riziko zlomeniny - čím nižší je pevnost kostí - tím vyšší je riziko zlomeniny (podobně se u kardiovaskulárních onemocnění hodnotí krevní tlak a hladina krevních tuků - pokud nemají správné hodnoty, zvyšuje se riziko infarktu.)

Rizikové skupiny z hlediska osteoporózy jsou ženy se sníženou hladinou estrogenů - ženy v menopauze, po operaci vaječníků, osoby s nízkým indexem BMI (podvyživené), osoby s nízkým příjmem vitamínu D a vápníku (mléčných produktů). Zvýšené riziko mají osoby požívající alkohol, kofein, kuřáci, vegetariáni, osoby, které se málo pohybují, mají vyšší přísun tuků a které se neopalují. Konečně rizikové jsou i osoby, které mají horší etnické předurčení (asiaté), u kterých se v rodině vyskytla osteoporóza a kteří trpí některými chorobami nebo užívají některé léky - kortiko-steroidní léčba, anorexie, artritida, špatný stav chrupu a další.

V současné době se pro léčení osteoporózy používají tyto metody - zvýšení fyzické aktivity, zvýšení příjmu vápníku (potrava, medikamenty), zvýšení příjmu vitamínu D (slunění, potrava), hormonální terapie (estrogen), selektivní estrogenové modulátory (Evista), bifosfanáty (Fosamax, Actonel), kalcitoniny, fluoridy.

Osteoporóza nemusí být vždy jen záležitost žen v menopauze nebo starších lidí. Pevnost kostí se v průběhu života mění - od narození vzrůstá, dosahuje svého maxima mezi 30-tým až 40-tým rokem a se zvyšujícím se věkem klesá.
K nejvyšší rychlosti nárůstu kostní hmoty dochází v období puberty. V tomto období může dojít z důvodů špatné životosprávy (nedostatek pohybu, nízký přísun vápníku a vitamínu D, anorexie) nebo z hormonálních důvodů ke zpomalení nárůstu kostní hmoty.
Jedinec pak může dosáhnout v dospělosti nižšího maxima a ke snížení pevnosti kostí pod kritickou mez dojde v dřívějším věku.

I v dětství může dojít k osteoporotickým zlomeninám vzhledem k vyšší křehkosti kostí. Dětství je také období pro získávání návyků správné životosprávy pro celý život.
Některé faktory, jako nedostatek vápníku, obezita, kouření, nedostatek tělesného pohybu, mají negativní vliv na správný vývoj kostí.
Velké riziko osteopenie a následné osteoporózy později v životě mají nedonošené děti. Riziko osteopenie roste s klesající porodní hmotností. Stav kostí u dětí by se tedy také měl monitorovat.

Provádí několika metodami

Biochemické ukazatele neměří vlastní stav kostí, usuzují na něj ze stavu procesu znovu-vytváření kostní hmoty. Dělí se na:

• ukazatele resorpce kostní hmoty a na
• ukazatele absorpce kostní hmoty

Vlastní měřiče kostí se dají rozdělit podle několika kritérií, např. na přístroje:

• axiální, které měří páteř, krček a celé tělo a na přístroje
• periferní, které měří periferní místa, jako např. prst, zápěstí, patu nebo další kosti

Jiné dělení je na přístroje:

• rentgenové (DXA, Dual X-ray absorptiometry, duální rentgenové absorbometry), které měří hustotu kostí a
• ultrazvukové (QUS, Quantitative ultrasound, kvantitativní ultrazvuk), které měří různé parametry kostí,

na přístroje pro měření na:

• jednom určeném místě (single-site, téměř všechny periferní měřiče) a přístroje pro měření na
• více místech (multi-site).

Nevýhodou rentgenových přístrojů je nepřesnost měření v některých případech - usazování vápníku na povrchu obratlů ve vyšším věku, které ale nezvyšuje pevnost kosti, závislost na velikosti kosti, stárnutí rentgenky, závislost na teplotě, nižší přesnost při opakování měření. Přístroje je třeba denně kalibrovat, při výměně rentgenky však stejně dochází ke "skoku" ve výsledcích. Obsluha musí dbát na správné polohování pacienta, jinak hrozí zvýšení chyby měření. Rentgenové přístroje mají vyšší pořizovací a provozní náklady, používá se rentgenové záření - jsou méně vhodné pro měření dětí vzhledem k závislosti na velikosti kostí, neexistence srovnávací databáze, pro děti stresující prostředí. Měření není vhodné u těhotných žen a tam, kde proběhlo jiné vyšetření s použitím radionuklidů nebo kontrastních látek. Hlavně díky nákladnému vyšetření přístroj nelze používat pro screeningové vyšetření.

Ultrazvukové měřiče

měří následující parametry kostí:

• hustotu kostí,
• tloušťku kortikální vrstvy,
• mikrostrukturu kosti a její
• elasticitu.

Rychlost šíření ultrazvukové vlny závisí na pevnosti prostředí, ve kterém se šíří - 330 m/s ve vzduchu, 1500 m/s ve vodě, 8000 m/s v kovu.

Ultrazvukové přístroje se dělí na přístroje, které měří:

• průchod ultrazvukové vlny přes kost a na přístroje, které měří
• rychlost šíření ultrazvukové vlny podél kosti (SOS, Speed of sound).

Průchodové ultrazvukové přístroje měří SOS a ultrazvukové zeslabení (BUA, AUA, Broadband Ultrasound Attenuation), výsledek je kombinací obou parametrů.
Ultrazvukové průchodové přístroje měří vždy pouze jedno místo - např. jen patní kost nebo jen prst.

Systém měření je:

• suchý - vysílací a přijímací sonda se přímo dotýká měřené končetiny, kontakt zajišťuje gel; nebo
• mokrý - končetina se ponoří do vany s kapalinou, sondy jsou zabudované ve stěnách.

Nevýhody ultrazvukových průchodových přístrojů je vliv měkké tkáně nad kostí, jejíž tloušťka má značný vliv na výsledek. Ultrazvuková vlna se dále v kosti vzhledem k vnitřnímu tvaru nemusí šířit přímočaře, nelze tedy jednoznačně určit, jakou vzdáleností prošla.
Přesnost měření je nižší a přístroj tedy lze použít pouze k hrubému zjištění aktuálního stavu, nelze ale monitorovat vývoj léčby. Měření je nepohodlné - musí se odkládat oděv, končetina se musí připravit, výsledek závisí na pozici končetiny.
Změřené hodnoty nesplňují kriteria Světové zdravotnické organizace (WHO), výrobci (většinou též výrobci rentgenových přístrojů) je tedy umísťují pouze do první linie, kde je jejich úkolem zjistit zhruba stav kostí a pro podrobné vyšetření se pacienti odesílají na rentgenové vyšetření. Přesnost měření neumožňuje přístroje použít pro opakovaná vyšetření pro zjištění vývoje nemoci.

Měření podél povrchu kosti

Při měření rychlosti šíření ultrazvukové vlny v kosti podél povrchu kostí valná většina výše popsaných problémů odpadá. Metoda spočívá v měření doby mezi vysláním a přijetím ultrazvukového impulsu, který se šířil pod povrchem kosti.

Vysílací i přijímací krystal je umístěný v hlavici sondy, takže má přesně definovanou vzdálenost. Vyslaný impuls prochází měkkou tkání a pod tzv. kritickým úhlem vchází do kosti. Podle Snellových zákonů dochází na rozhraní dvou prostředí (měkká tkáň, kost) k lomu vlny (ultrazvukové vlny) v závislosti na poměru rychlosti šíření vlny v obou prostředích.

Pokud je rychlost šíření v prvním prostředí nižší (měkká tkáň cca 1500 m/s) než v druhém (kost cca 4000 m/s), dojde k tzv. lomu "od kolmice" (úhel mezi vlnou a rozhraním v prvním prostředí bude větší, než po průchodu do druhého prostředí).
Pokud bude úhel, pod kterým dopadá vlna v prvním prostředí tzv. "kritický", dojde k tomu, že vlna se v druhém prostředí bude šířit rovnoběžně s rozhraním.

Vlna z kosti vystupuje podle stejného principu opět pod kritickým úhlem a šíří se k přijímacímu krystalu. Ultrazvuková vlna se nemusí nutně šířit směrem, který odpovídá kritickému úhlu, šíří se všemi směry.

Vlna, která se šíří pod kritickým úhlem a rovnoběžně s povrchem kosti, však k cíli dospěje nejrychleji, stačí tedy změřit první dopad na přijímací krystal. Doba mezi vysláním a přijetím impulsu je zaznamenaná a vypočítá se z ní, jakou rychlostí se vlna v kosti šířila.

Princip výpočtu je tento: Rychlost šíření je podílem délky dráhy šíření a doby šíření. Pokud bychom znali tloušťku měkké tkáně pod vysílacím krystalem a přijímacím krystalem a rychlost šíření v měkké tkáni, mohli bychom při uvažování kritického úhlu při vstupu i výstupu z kosti a při známé vzdálenosti vysílacího a přijímacího krystalu zjistit délku dráhy šíření v kosti a z poměru dráhy a doby tohoto šíření vypočítat rychlost šíření.
Máme tedy jednu rovnici o čtyřech neznámých (tloušťka tkáně na vstupu, na výstupu, rychlost v měkké tkáni "vS" a rychlost v kosti "vB"). Řešit lze však pouze soustavu rovnic o stejném počtu rovnic a neznámých. Počet rovnic zvýšíme tím, že budeme měření opakovat na stejném místě, ale s jinou vzdáleností krystalů.
Pokud zdvojíme vysílací i přijímací krystal, budeme schopni provést čtyři kombinace měření na stejném místě, které nám dá 4 rovnice (např. vysílací krystaly a,b, přijímací c,d, provedeme kombinace měření: a-c, a-d, b-c, b-d).

Tento postup nám umožní naprosto eliminovat vliv tkáně nad kostí. Účinnost eliminace tkáně nad kostí se experimentálně dokázala při pokusech na koních, kdy rozdíly měření na kosti s tkání a bez tkáně byly minimální.
Díky tomu je měření velice přesné a přesná je hlavně opakovatelnost měření, měření tedy lze použít k monitorování vývoje choroby a je velmi vhodné pro screeningová vyšetření. Jediné omezení je to, aby při dané tloušťce měkké tkáně byla možnost pod kritickým úhlem dospět až ke kosti - to není splněno pouze u extrémně silné vrstvy tkáně.
Ze statistiky vyplývá, že systémem Omnisense se na konkrétním místě nedá vyšetřit max. 5% populace (na žádném anatomickém místě pouze 0,5% populace).

Sunlight Omnisense

Izraelská firma Sunlight vyrábí přístroj Omnisense 7000/8000, který pracuje na principu měření ultrazvukem (1,25 MHz) podél kostí.

V současné době lze měřit 4 anatomická místa (předloktí, prst, holenní kost, metakarpální kost) pomocí 3 typů sond (lišících se podle použitého místa pouze délkou). Přístroj je tedy jako jediný z ultrazvukových přístrojů typu "multi-site".

Měření multi-site oproti single-site nemá výhodu pouze v možnosti měřit na jiném anatomickém místě, pokud na původním místě z jistých důvodů nelze měření provést (např. extrémní otok končetiny). Hlavní výhoda multi-site měření je ve značném zpřesnění diagnózy oproti měření na pouze jednom místě.

Ze statistických měření osteoporotických pacientů ultrazvukovou (Omnisense) i rentgenovou (DXA) metodou vyplývá, že přesnost stanovení diagnózy osteoporózy a osteopenie je výrazně lepší při měření více míst (při měření DXA páteře bylo procento falešně negativní diagnózy (nepotvrzení osteoporózy ani osteopenie) 11%, u měření ultrazvukem na předloktí 8% (uzv. měření podél kostí má tedy lepší nebo přinejmenším srovnatelné výsledky), při multi-site měření DXA - horší (méně příznivý) výsledek dvou měření - páteře a krčku - bylo procento falešně negativní diagnózy 6% a při multi-site měření ultrazvukem na předloktí a prstu bylo procento falešně negativní diagnózy pouhé 1%.

Měření velkých počtů lidí prokázalo, že lidé, kteří již utrpěli osteoporotickou zlomeninu, mají podstatně nižší rychlost šíření ultrazvuku v kostech, než zdraví lidé. Tato rychlost se dokonce liší i v jiných kostech, než v těch, které byly zlomeny. Existuje např. značná korelace mezi zlomeninou krčku a sníženou rychlosti šíření ultrazvuku v předloktí.

Obdobně se podle rychlosti šíření ultrazvuku dají dobře statisticky rozdělit skupiny žen v přechodu. Ty které užívají HRT (hormonální substituční terapii), mají vyšší hladinu hormonů, vyšší rychlost šíření ultrazvuku a reálně zjištěné menší riziko zlomeniny vzhledem k ženám HRT neužívajícím.

Určování diagnózy se děje srovnáváním s databází zdravých lidí. Průměrné hodnoty měření u zdravých lidí daného věku nám dají referenční hodnotu, se kterou srovnáváme pacienta. Statistická hodnota "směrodatná odchylka" této skupiny lidí (která určuje, jak velká fluktuace mezi hodnotami zdravých lidí může být) má pak vztah k definici prahu osteopenie a osteoporózy.

Podle Světové zdravotnické organizace WHO se za osteoporózu považuje taková hodnota měření, která má T = -2,5 (úbytek kostní hmoty o 2,5 a více standardní odchylky, případně o 25%) a nižší hodnoty a za osteopenii se považuje hodnota v rozmezí T-skóre = -1 až -2,5.

T-skóre je hodnota srovnání měření pacienta v daném věku s maximální dosaženou hodnotou v životě (kolem 30-ho až 40-ho roku) průměrného zdravého člověka. Její jednotka je právě směrodatná odchylka, kladné hodnoty jsou nad průměrem maximální hodnoty zdravého člověka, záporné hodnoty jsou pod průměrem.

Čím nižší je hodnota, tím větší je riziko zlomeniny.

Pro hodnocení dětských pacientů se používá Z-skóre, což je obdoba T-skóre - srovnání měření pacienta v daném věku s průměrnou hodnotou měření stejně starých zdravých lidí.

Přístroj Omnisense je jediný ultrazvukový přístroj, který kriterium WHO splňuje

Firma Sunlight provedla měření zdravé populace a získala srovnávací databáze pro všechna 4 anatomická místa, pro muže a ženy, pro dospělé od 20-ti do 95 let, pro děti od 0 do 20-ti let a pro novorozence v gestačním věku 25 až 43 týdnů; všechny tyto databáze pro různé etnické skupiny: bělochy, asiaty a severoameričany.

Kromě toho je možné ve "výzkumném (research) módu" vytvářet i vlastní srovnávací databáze pro určité skupiny obyvatel nebo pro nová anatomická místa. Omnisense je tedy otevřený systém, do kterého lze jednoduše implementovat další databáze, buď od výrobce, pokud nové uvolní, nebo z vlastního výzkumu.

Velmi důležitá je funkce archivace starých měření pacienta a jejich srovnání při další návštěvě. Omnisense jako jediný ultrazvukový přístroj má paměť všech měření všech pacientů a díky jeho přesnosti lze monitorovat vývoj choroby.

Nepřesnost (nebo lépe přesnost) opakování měření přístrojem Omnisense na předloktí činí 0,4% (precision = 0,40-0,81 % podle místa měření, accuracy = 0,25-0,50 % podle sondy), takže změnu ve vývoji lze zachytit již za šest měsíců (celotělová DXA má nepřesnost 2%, nelze tedy zachytit vývoj choroby v období kratším, než 2 roky).

Výsledkem měření je graf "normální" populace v závislosti na věku, ve kterém je vyznačeno aktuální měření, popř. všechna předchozí měření v grafické i v číselné podobě (SOS, T-skóre, Z-skóre).
Vlastní měření je velmi jednoduché, na zvolené místo se přikládá malá sonda, pokrytá kontaktním gelem. Při měření dětí lze zvolit na obrazovce animaci pohybujících se zvířátek, které dítě se zájmem sleduje a vyšetření si ani nevšimne. Celé měření na jednom anatomickém místě zabere méně, než 5 minut.
Obsluha vyžaduje pouze krátké zacvičení, samotné měření může provádět i méně kvalifikovaný personál (sestra).
Přístroj Omnisense je založený na bázi standardního PC počítače a systému Windows - se všemi archivačními a přenosovými výhodami, pro zobrazení se používá 14" TFT plochá obrazovka.

Omnisense 7000/8000 má v základní sestavě sondu CM pro měření na předloktí a holenní kosti a porovnávací databáze pro dospělé ženy a muže všech etnických skupin.
Přístroj lze rozšířit o další sondu CS pro měření na prstu a sondu CR pro měření na nártu, doporučená kombinace pro multi-site měření je CM + CS.
K programu pro dospělé (20-95 let) lze dokoupit i program pediatrický (0-20 let) nebo novorozenecký.
Pro výzkumné účely lze dodat i výzkumný (Research) program, který umožní tvorbu vlastních databází a vlastních měřených míst. Cena za Research program se stanovuje individuálně.