7pœyw inhibitorìw pompy protonowej ( + †!40azy na ukœad kostny

7pœyw inhibitorìw pompy protonowej ( + †!40azy na ukœad kostny

&ARM0RZEGL.AUK †
7PŒYWINHIBITORÌWPOMPYPROTONOWEJ(+†!40AZY
NAUKŒADKOSTNYSZCZURÌW
%FFECTOFPROTONPUMP(+†!40ASE
INHIBITORS
ONSKELETALSYSTEMINRATS
-ARIA0YTLIK5RSZULA#EGIEŒA"ARBARA.OWIÊSKA5RSZULA+LEMENTYS
!LEKSANDRA"UDNY"EATA3OJA!RNOLD0ŒACZEK
+ATEDRAI:AKŒAD&ARMAKOLOGII
7YDZIAŒ&ARMACEUTYCZNYZ/DDZIAŒEM-EDYCYNY,ABORATORYJNEJ
gL’SKIEGO5NIWERSYTETU-EDYCZNEGOW+ATOWICACH
Streszczenie
Abstract
Omeprazol oraz pantoprazol są najczęściej stosowanymi
inhibitorami pompy protonowej (H+/K+-ATPazy) odpowiedzialnej za końcową fazę wytwarzania kwasu solnego
przez komórki okładzinowej żołądka. Ich wpływ na VATPazę obecną w osteoklastach nie jest poznany. Celem
pracy było zbadanie wpływu inhibitorów pompy protonowej (H+/K+-ATPazy) – omeprazolu i pantoprazolu na
układ kostny szczurów. Badania wykonano na szczurach,
szczepu Wistar, samicach o wyjściowej masie ciała 210–
240 g, które podzielono na grupy (n = 8–10): I - szczury
kontrolne; II - szczury otrzymujące omeprazol (3 mg/kg
ip); III - szczury otrzymujące pantoprazol (3 mg/kg ip).
Leki podawano przez 28 dni. Wpływ inhibitorów pompy
protonowej (H+/K+-ATPazy) na układ kostny oceniano w
oparciu o badania makrometryczne, histomorfometryczne
oraz własności mechaniczne. Badania makrometryczne
obejmowały pomiar długości oraz średnicy kości piszczelowej i udowej a także ich masy i masy substancji mineralnych. Badania histomorfometryczne wykonano w kości
piszczelowej (przyrost kości na grubość oraz szerokość
osteoidu od strony okostnej i śródkostnej, powierzchnię
przekroju porzecznego trzonu i jamy szpikowej) oraz
w kości udowej (szerokość beleczek w nasadzie i przynasadzie dalszej). Własności mechaniczne przynasady
kości piszczelowej i trzonu kości udowej przeprowadzono z zastosowaniem testu zginania przy trzypunktowym
nacisku, natomiast szyjki kości udowej z zastosowaniem
testu kompresyjnego, przy użyciu aparatu Instron 3342.
Pantoprazol silniej niż omeprazol zaburzał przebudowę
tkanki kostnej szczurów w wyniku nasilenia resorpcji
z jednoczesnym zahamowaniem procesów kościotworzenia i mineralizacji. Pantoprazol również silniej niż omeprazol osłabiał własności mechaniczne kości szczurów,
a zwłaszcza przynasady kości piszczelowej o strukturze
beleczkowej.
Omeprazole and pantoprazole are inhibitors of proton
pump (H+/K+-ATPase) responsible for the last phase of
HCl production by parietal cells in the stomach. Their effect on V-ATPase in osteoclasts is not well recognized. The
aim of the present study was to investigate the effect of
proton pump (H+/K+ATP-ase) inhibitors – omeprazole and
pantoprazole on skeletal system in rats. The experiments
were carried out on female Wistar rats (initial body mass:
210–240 g) divided into following groups (n = 8–10): I
control rats; II rats receiving omeprazole (3 mg/kg ip); III
rats receiving pantoprazole (3 mg/kg ip). The drugs were
administered for 28 days. The effect of the proton pump
inhibitors on the skeletal system was estimated based on
evaluation of bone macrometric and histomorphometric
parameters, and mechanical properties. Tibial and femoral
mass and mass of the bone mineral, length and diameter
(macrometric parameters) were measured. The histomorphometric measurements were performed in the tibia (endosteal and periosteal transverse growth and width of osteoid, transverse cross-section area of the diaphysis and of
the marrow cavity) and the femur (width of trabeculae in
the distal epiphysis and metaphysis). Mechanical properties of the tibial metaphysis and femoral diaphysis were
assessed in the three-point bending tests, and those of the
femoral neck – in the compression test. Pantoprazole, in
the stronger way than omeprazole, disturbed bone remodeling in rats. Bone remodeling disorders were the result of
intensification of bone resorption with concurrent inhibition of bone formation and mineralization. Pantoprazole
weakened bone mechanical properties, especially those
of the tibial metaphysis (trabecular bone). This effect was
stronger than that of omeprazole.
Słowa kluczowe: omeprazol, pantoprazol, ryzyko osteoporozy
Key words: omeprazole, pantoprazole, risk of osteoporosis
COPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33.†
Wstęp
Inhibitory pompy protonowej (H+/K+-ATPazy) silnie i długotrwale hamują wytwarzanie kwasu solnego
przez komórki okładzinowe żołądka [1]. Spośród inhibitorów H+/K+-ATPazy najczęściej stosowany jest omeprazol i pantoprazol. Są to proleki ulegające aktywacji
w kwaśnym środowisku (pH ok. 1,0) kanalików wyprowadzających kwas solny z komórki okładzinowej. Nieaktywne
proleki pod wpływem jonów wodorowych ulegają protonowaniu do aktywnego cyklicznego sulfenamidu. Aktywny metabolit posiada zdolność tworzenia wiązania kowalencyjnego z wolnymi grupami sulfhydrylowymi cysteiny
H+/K+-ATPazy, powodując zahamowanie przyłączenia ATP
do enzymu i jego unieczynnienie [2-5]. Wiązanie aktywnego metabolitu z enzymem jest nieodwracalne, a zahamowanie wydzielania kwasu solnego w żołądku utrzymuje się
do momentu zsyntetyzowania nowych cząsteczek H+/K+-ATPazy i wbudowania jej w błonę komórkową kanalików
wydzielniczych komórki okładzinowej. Skutkiem takiego
działania jest zahamowanie wydzielania kwasu solnego
trwające 24–48 godzin, które jest wyraźnie dłuższe od czasu
półtrwania proleku w osoczu (ok. 1,5–2 h) [2].
W rąbku szczoteczkowym osteoklastów występuje
wodniczkowa pompa protonowa H+-ATPaza (V-ATPaza)
kontrolująca niezwykle istotne dla procesów resorpcji wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe pH osteoklastów
[6]. V-ATPaza zbudowana jest z domeny transbłonowej Vo
tworzącej kanał jonowy oraz z cytoplazmatycznej domeny
katalitycznej V1, złożonej z 8 podjednostek (A-H). Ze względu na występowanie różnych izoform podjednostek A i B
w domenie katalitycznej, V-ATPaza może być wrażliwa nie
tylko na działanie specyficznych inhibitorów dla tej pompy, ale także dla inhibitorów H+/K+-ATPazy występującej
w komórkach okładzinowych żołądka [7, 8]. Dotychczas
wpływ inhibitorów pompy protonowej (H+/K+-ATPazy)
na układ kostny ogranicza się do sprzecznych doniesień
[9-12].
Celem pracy było zbadanie wpływu inhibitorów pompy
protonowej (H+/K+-ATPazy) – omeprazolu i pantoprazolu
na układ kostny szczurów.
Materiał i metody
Badania wykonano, za zgodą Lokalnej Komisji Etycznej
w Katowicach (nr 16/2009), na 26 szczurach szczepu Wistar,
samicach o wyjściowej masie ciała 210–240 g, które podzielono na trzy grupy. Szczury kontrolne grupy I otrzymywały
dootrzewnowo (ip) 0,9% roztwór NaCl (1 ml/kg), szczury
grupy II otrzymywały omeprazol (3 mg/kg ip), natomiast
szczury grupy III otrzymywały pantoprazol (3 mg/kg ip). W
badaniach stosowano omeprazol – Helicid 40, fiolki (Zentiva) i pantoprazol – Controloc, fiolki (Altana Pharma AG).
Leki podawano jeden raz dziennie. Po zakończeniu podawania leków zwierzęta uśpiono przez podanie ketaminy (Bioketan) 87,5 mg/kg ip i ksylazyny (Rometar) 12,5 mg/kg ip.
W pełnym znieczuleniu ogólnym zwierzęta zostały uśmiercone, po czym izolowano kości: piszczelowe (lewą i prawą) i udowe (lewą i prawą). Bezpośrednio po wyizolowaniu
i oczyszczeniu z tkanki mięśniowej lewe kości piszczelowe
i udowe ważono z dokładnością do 0,1 mg, a następnie przy
użyciu suwmiarki dokonano pomiaru długości oraz średnicy
mierzonej w połowie długości z dokładnością do 0,1 mm.
Procesy przebudowy tkanki kostnej zostały określone
poprzez ocenę parametrów ilościowych (masa kości i masa
substancji mineralnych) oraz histomorfometrycznych w kości o strukturze beleczkowej i zbitej. Wpływ badanych leków na tkankę kostną o strukturze beleczkowej oceniono na
podstawie parametrów opisujących kościotworzenie i/lub
resorpcję oraz mikroarchitekturę kości (szerokość beleczek
kostnych w nasadzie i w przynasadzie kości udowej), natomiast na tkankę kostną o strukturze zbitej na podstawie parametrów opisujących kościotworzenie (przyrost trzonu kości
piszczelowej, a także szerokość osteoidu od strony okostnej
i śródkostnej) oraz resorpcję (powierzchnia jamy szpikowej
i stosunek powierzchni jamy szpikowej do powierzchni całego trzonu kości piszczelowej). Dodatkowo wpływ leków
na tkankę kostną oceniano w oparciu o badania powierzchni
kości korowej i całego trzonu kości piszczelowej.
Badania parametrów histomorfometrycznych wykonano
na preparatach histologicznych sporządzonych ze skrawków nieodwapnionych kości uzyskanych w wyniku cięcia
trzonu prawej kości piszczelowej oraz nasady dalszej prawej kości udowej. Z trzonu kości piszczelowej skrawki cięto
prostopadle do osi długiej kości, rozpoczynając od miejsca
przyrośnięcia kości strzałkowej, w kierunku nasady bliższej.
Z nasady dalszej prawej kości udowej cięto skrawki przekroju podłużnego ze środkowej części kłykcia przyśrodkowego
w płaszczyźnie strzałkowej. Uzyskane skrawki barwiono,
za wyjątkiem pierwszego skrawka przekroju poprzecznego
trzonu kości piszczelowej, który został wykorzystany do
oznaczeń przyrostu trzonu kości na grubość. W celu wykonania oznaczenia przyrostu trzonu kości piszczelowej
na grubość wszystkim szczurom dwukrotnie (24 godziny
przed rozpoczęciem podawania leków i 24 godziny przed
uśmierceniem zwierząt) podano chlorowodorek tetracykliny
w dawce 20 mg/kg ip, substancja (Sigma). Ocena histomorfometryczna preparatów histologicznych została przeprowadzona z wykorzystaniem zestawu obejmującego mikroskop Nikon typu Optiphot-2 o zakresie światła widzialnego
i ultrafioletowego, kamerę typu RGB (Cohu) i komputer
z kartą akwizycji obrazu (Nikon) oraz oprogramowanie Lucia G 4.51, służące do cyfrowych pomiarów histologicznych
[13].
Badania własności mechanicznych kości o zróżnicowanej budowie: trzonu lewej kości udowej i szyjki prawej
kości udowej o strukturze zbitej oraz przynasady lewej kości piszczelowej o strukturze beleczkowej wykonano przy
użyciu zestawu obejmującego aparat firmy Instron 3342
oraz komputer z oprogramowaniem Bluehill file 2.13.
Własności mechaniczne trzonu lewej kości udowej i przynasady lewej kości piszczelowej badano z zastosowaniem
testu zginania przy trzypunktowym nacisku. W tym celu
trzony lewych kości udowych i przynasady lewych kości
piszczelowych poddawano działaniu liniowo wzrastającej
siły nacisku skierowanej prostopadle do osi długiej kości
przyłożonej w połowie długości trzonu kości udowej lub
w obrębie przynasady kości piszczelowej. Szybkość narastania siły nacisku wynosiła 100 N/min. Na podstawie analizy uzyskanych wykresów funkcji nacisk-ugięcie w zakresie
&ARM0RZEGL.AUK
Tab. I. Przyrost masy ciała szczurów oraz masa kości i masa substancji mineralnych po stosowaniu omeprazolu
i pantoprazolu
Parametry
Przyrost masy ciała [g]
Masa kości
[mg]
Masa kości
[mg/100 g
masy ciała]
Masa
substancji mineralnych
[mg]
Masa
substancji mineralnych
[mg/100 mg masy kości]
14,10 ± 1,35
Omeprazol
(3 mg/kg ip)
20,88 ± 1,68 **
Pantoprazol
(3 mg/kg ip)
22,00 ± 3,46 *
88.92 ± 6,46
88.27 ± 3,44
86.55 ± 1,60
431,70 ± 12,38
405,18 ± 10,92
Kontrola
Nasada
kości piszczelowej
Trzon z przynasadami
kości piszczelowej
Kość udowa
Nasada
kości piszczelowej
Trzon z przynasadami
kości piszczelowej
Kość udowa
Nasada
kości piszczelowej
Trzon z przynasadami
kości piszczelowej
Kość udowa
Nasada
kości piszczelowej
Trzon z przynasadami
kości piszczelowej
Kość udowa
763,55 ± 15,67
710,88 ± 13,67
**
410,81 ± 10,26
711,98 ± 14,90 **
34,80 ± 2,49
35,92 ± 1,51
34,86 ± 0,90
168,87 ± 4,61
164,75 ± 4,34
165,13 ± 3,05
298,63 ± 5,27
288,93 ± 4,32
286,35 ± 5,16
32,81 ± 0,70
29,11 ± 0,67 ***
29,46 ± 0,65 **
214,09 ± 4,12
194,68 ± 3,46 **
191,51 ± 5,97 *
342,14 ± 8,59
311,70 ± 6,50 ***
315,36 ± 6,82 **
39,07 ± 4,02
33,23 ± 0,83
34,05 ± 0,46
49,41 ± 1,16
47,11 ± 0,25
46,58 ± 0,62
43,84 ± 0,27
43,86 ± 0,31
44,78 ± 0,37
*
Wyniki przedstawiono w postaci średniej arytmetycznej ± SEM (n = 8–10). – Statystycznie istotne różnice w odniesieniu
do wyników uzyskanych u szczurów grupy kontrolnej: * – p < 0,05; **– p < 0,01; *** – p < 0,001.
odkształcenia plastycznego w trzonie lewej kości udowej
i w przynasadzie lewej kości piszczelowej oznaczano: maksymalną siłę nacisku wytrzymywaną przez kość, ugięcie
przy maksymalnej sile nacisku, siłę powodującą złamanie
kości, ugięcie przy sile łamiącej, natomiast w zakresie odkształcenia elastycznego moduł Younga [14-15]. Wytrzymałość mechaniczną szyjki prawej kości udowej badano przy
użyciu testu kompresyjnego z wyznaczeniem siły potrzebnej do jej złamania. W tym celu badane szyjki poddawano
działaniu liniowo wzrastającego nacisku (100 N/min) skierowanego równolegle do osi długiej kości przyłożonego do
głowy kości udowej.
W kościach udowych i piszczelowych metodą mineralizacji [16] oceniano również masę substancji mineralnych
(popiołu) oraz wyliczano masę substancji mineralnych/100
mg masy kości.
Uzyskane wyniki przedstawiono jako średnie arytmetyczne ± SEM. Statystycznej oceny wyników badań, w których porównywano działanie leków z grupą kontrolną, dokonano używając testu t-Studenta dla danych niezależnych.
Różnice uznano za istotne statystycznie przy p ≤ 0,05. Obliczenia statystyczne przeprowadzono przy użyciu programu
komputerowego Excel 2003, Microsoft.
Wyniki
Przyrost masy ciała szczurów oraz parametry ilościowe kości długich po stosowaniu omeprazolu lub pantoprazolu
W porównaniu z wynikami uzyskanymi w grupie szczurów kontrolnych, omeprazol i pantoprazol statystycznie istotnie zwiększały przyrost masy ciała, odpowiednio o 48,1%
i 56,0% (tabela I). Omeprazol i pantoprazol statystycznie
istotnie zmniejszały masę kości udowej, odpowiednio o 6,9%
i 6,75%, a także masę substancji mineralnych w kości udowej
(o 8,9% i 7,83%). Masa substancji mineralnych uległa również statystycznie znaczącemu zmniejszeniu w nasadzie
i w trzonie z przynasadami (bliższą i dalszą) kości piszczelowej odpowiednio o 11,3% i 9,1% po stosowaniu omeprazolu
oraz o 10,2% i 10,6% po stosowaniu pantoprazolu (tabela I).
Parametry makrometryczne i histomorfometryczne w kości
piszczelowej i udowej po stosowaniu omeprazolu lub pantoprazolu
W porównaniu z wynikami uzyskanymi w grupie szczurów
kontrolnych, omeprazol i pantoprazol nie zmieniały statystycznie znacząco długości i średnicy kości piszczelowej oraz udowej (tabela II). Omeprazol nie powodował istotnych zmian powierzchni jamy szpikowej, kości korowej i całego trzonu kości
oraz powierzchni jamy szpikowej do trzonu kości piszczelowej.
W odniesieniu do grupy kontrolnej, pantoprazol w odróżnieniu
od omeprazolu, statystycznie znacząco zmniejszał powierzchnię
kości korowej (o 7,5%) oraz powierzchnię jamy szpikowej do całego trzonu kości (o 11,6%) i nieznacząco statystycznie zwiększał
(o 6,5%) powierzchnię jamy szpikowej kości piszczelowej (tabela II).
Zarówno omeprazol jak i pantoprazol zmniejszały statystycznie istotnie w odniesieniu do grupy kontrolnej szerokość osteoidu od strony okostnej i od strony jamy szpikowej
w kości piszczelowej. Omeprazol spowodował zmniejszenie
szerokości osteoidu od strony okostnej o 36,4% i od strony
jamy szpikowej o 18,3%, natomiast pantoprazol odpowiednio
o 33,2% i 32,9%. Jednocześnie pantoprazol zmniejszał statystycznie istotnie o 23,4% przyrost trzonu kości piszczelowej na grubość od strony okostnej (tabela II).
Omeprazol i pantoprazol spowodowały statystycznie
istotne w odniesieniu do grupy kontrolnej zmniejszenie sze-
COPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33.†
Tab. II. Parametry makrometryczne i histomorfometryczne kości piszczelowej i kości udowej po stosowaniu omeprazolu
i pantoprazolu
Parametry
38,73 ± 0,22
34,78 ± 0,21
2,62 ± 0,03
3,28 ± 0,04
0,869 ± 0,032
3,196 ± 0,103
4,065 ± 0,127
0,214 ± 0,005
38,28 ± 1,28
Omeprazol
(3 mg/kg ip)
38,12 ± 0,17
34,06 ± 0,19
2,54 ± 0,02
3,23 ± 0,03
0,803 ± 0,026
3,051 ± 0,038
3,854 ± 0,058
0,208 ± 0,004
34,22 ± 1,11
Pantoprazol
(3 mg/kg ip)
38,25 ± 0,29
34,22 ± 0,25
2,56 ± 0,04
3,24 ± 0,04
0,926 ± 0,025
2,957 ± 0,062 *
3,882 ± 0,055
0,239 ± 0,007 *
29,33 ± 1,39 ***
19,50 ± 0,69
19,93 ± 1,41
17,86 ± 0,70
Kontrola
Kość piszczelowa
Kość udowa
Kość piszczelowa
Średnica kości
[mm]
Kość udowa
Jamy szpikowej
Powierzchnia przekroju
Kości korowej
poprzecznego kości
piszczelowej [mm2]
Całego trzonu
Powierzchnia jamy szpikowej/trzonu kości piszczelowej
Przyrost trzonu kości
okostnej
piszczelowej na grubość od
jamy szpikowej
strony [μm]
okostnej
Szerokość osteoidu kości
piszczelowej od strony [μm]
jamy szpikowej
Szerokość beleczek kostnych w w nasadzie
kości udowej [μm]
w przynasadzie
Długość kości [mm]
17,34 ± 0,49
7,63 ± 0,22
78,42 ± 1,24
39,68 ± 1,35
***
11,03 ± 0,58
6,24 ± 0,18 **
71,15 ± 1,38 **
35,77 ± 0,69*
11,58 ± 0,67 ***
5,12 ± 0,54 **
68,58 ± 0,88 ***
35,07 ± 0,75*
Wyniki przedstawiono w postaci średniej arytmetycznej ± SEM (n = 8–10). * – Statystycznie istotne różnice w odniesieniu
do wyników uzyskanych u szczurów grupy kontrolnej: * – p < 0,05; **– p < 0,01; *** – p < 0,001.
Tab. III. Własności mechaniczne kości udowej i przynasady kości piszczelowej po stosowaniu omeprazolu i pantoprazolu
Parametry
własności mechanicznych
Kości udowej
maksymalna
Siła [N]
łamiąca
maksymalnej
Ugięcie przy sile [mm]
łamiącej
Moduł Younga [MPa]
Siła łamiąca szyjkę kości udowej
Przynasady kości piszczelowej
maksymalna
Siła [N]
łamiąca
maksymalnej
Ugięcie przy sile [mm]
łamiącej
Moduł Younga [MPa]
Kontrola
Omeprazol
(3 mg/kg ip)
Pantoprazol
(3 mg/kg ip)
96,02 ± 3,57
95,82 ± 3,60
0,55 ± 0,02
0,57 ± 0,03
5462,73 ± 626,59
96,34 ± 3,26
95,70 ± 1,41
95,64 ± 1,75
0,55 ± 0,02
0,59 ± 0,02
5518,27 ± 220,81
87,91 ± 5,68
90,67 ± 4,22
90,54 ± 4,26
0,56 ± 0,03
0,56 ± 0,03
5710,85 ± 232,33
87,60 ± 3,31
121,77 ± 8,28
95,24 ± 6,13
1,01 ± 0,08
1,28 ± 0,07
1477,81 ± 156,05
113,77 ± 6,70
82,86 ± 4,40
0,93 ± 0,07
1,21 ± 0,07
1411,70 ± 80,98
110,63 ± 5,94
79,22 ± 4,25 *
0,79 ± 0,03 *
1,09 ± 0,05
1627,.73 ± 91,57
Wyniki przedstawiono w postaci średniej arytmetycznej ± SEM (n = 8–10). * – Statystycznie istotne różnice w odniesieniu
do wyników uzyskanych u szczurów grupy kontrolnej: * – p < 0,05.
rokości beleczek kostnych w nasadzie kości udowej odpowiednio o 9,3% i 12,6% oraz w przynasadzie kości udowej
o 9,85% i 11,62% (tabela II).
Własności mechaniczne kości udowej i przynasady kości
piszczelowej po stosowaniu omeprazolu lub pantoprazolu
Omeprazol i pantoprazol w porównaniu z wynikami uzyskanymi w grupie szczurów kontrolnych nieznacząco statystycznie osłabiały własności mechaniczne trzonu i szyjki kości
udowej o strukturze zbitej. Pantoprazol silniej niż omeprazol,
ale nieistotnie statystycznie, zmniejszał maksymalną siłę i siłę
łamiącą trzon kości udowej oraz szyjkę kości udowej (tabela
III). W porównaniu z wynikami grupy kontrolnej pantoprazol
również silniej niż omeprazol osłabiał własności mechaniczne przynasady kości piszczelowej o strukturze beleczkowej.
Statystycznie znacząco zmniejszał siłę łamiącą przynasadę (o 16,82%) oraz nieistotnie zmniejszał siłę maksymalną
przy jednoczesnym znaczącym statystycznie zmniejszeniu (o
21,77%) ugięcia przy tej sile (tabela III).
Dyskusja
Omeprazol i pantoprazol podawano szczurom w dawce
3 mg/kg mc. (ip). Dawkę tę ustalono w oparciu o najczęściej
stosowaną dawkę dobową (20–40 mg) tych leków u ludzi
w leczeniu choroby wrzodowej z uwzględnieniem powszechnie wykorzystywanego dziesięciokrotnego przelicznika wynikającego z szybszego metabolizmu u szczurów.
Wyniki przeprowadzonych badań histomorfometrycznych wykazały, że pantoprazol silniej niż omeprazol zaburzał przebudowę kości u szczurów, powodując zmiany
w strukturze kości beleczkowej i zbitej świadczące o wzroście obrotu metabolicznego z nasileniem resorpcji i zahamowaniem kościotworzenia.
Intensyfikację procesów resorpcji po badanych inhibitorach pompy protonowej wykazano w kości o strukturze
beleczkowej oraz zbitej. W kości beleczkowej na nasilenie
resorpcji lub zahamowanie kościotworzenia wskazywało
znaczące zmniejszenie szerokości beleczek kostnych w nasadzie i w przynasadzie kości udowej występujące po sto-
&ARM0RZEGL.AUK
sowaniu obu leków. Argumentem przemawiającym za hamowaniem procesu kościotworzenia w kości piszczelowej
o strukturze zbitej było znaczące zmniejszenie szerokości
osteoidu (niezmineralizowanej macierzy kostnej) zarówno
od strony okostnej, jak i śródkostnej oraz zmniejszenie przyrostu kości piszczelowej na grubość od strony okostnej, przy
czym istotne statystycznie tylko po stosowaniu pantoprazolu. Potwierdzeniem uzyskanych wyników wskazujących na
hamowanie kościotworzenia po stosowanych lekach było
także zmniejszenie powierzchni kości korowej w trzonie
kości piszczelowej statystycznie znaczące po stosowaniu
pantoprazolu.
Przedstawione wyniki badań histomorfometrycznych
w powiązaniu ze zmianami ilościowymi masy kości, masy
substancji mineralnych, masy substancji mineralnych/masy
kości wskazują na znaczącą intensyfikację procesów resorpcyjnych prowadzącą do utraty masy kostnej. Zmniejszenie
syntezy macierzy kostnej i upośledzenie procesu jej mineralizacji, zwłaszcza po stosowaniu pantoprazolu, może być następstwem wzrostu tempa przebudowy i niedostatecznej odpowiedzi procesu kościotworzenia na zwiększoną resorpcję
kości. Potwierdzeniem zaobserwowanych zaburzeń w przebudowie tkanki kostnej po stosowanych inhibitorach H+/K+ATPazy było niewielkie osłabienie własności mechanicznych
trzonu i szyjki kości udowej o budowie zbitej oraz znaczące
pogorszenie wytrzymałości przynasady kości piszczelowej
o strukturze beleczkowej. Pantoprazol silniej niż omeprazol
pogarszał własności mechaniczne kości zwłaszcza o strukturze beleczkowej. Wskazuje na to zmniejszenie maksymalnej
siły oraz statystycznie znaczące zmniejszenie siły powodującej pęknięcie przynasady kości piszczelowej. Pantoprazol
również statystycznie znacząco zmniejszał ugięcie przynasady kości piszczelowej przy maksymalnej sile.
Wyniki przeprowadzonych w niniejszej pracy badań in
vivo wykazały, że pantoprazol silniej niż omeprazol zaburzał
przebudowę tkanki kostnej i osłabiał własności mechaniczne
kości szczurów szczególnie o strukturze beleczkowej. Niekorzystne zmiany w tkance kostnej po stosowaniu pantoprazolu
oraz omeprazolu u szczurów wskazują, że inhibitory pompy
protonowej (H+/K+-ATPazy) obecnej w żołądku nie hamują wodniczkowej pompy protonowej (H+-ATPazy) w rąbku
szczoteczkowym osteoklastów i nie wykazują ochronnego
działania na kości. Uzyskane wyniki badań in vivo wskazujące, że badane inhibitory pompy protonowej nie tylko
nie hamowały resorpcji, ale dodatkowo ją nasilały pozostają
w sprzeczności z wcześniej prowadzonymi badaniami in
vitro, które wykazały hamowanie aktywności osteoklastów
przez inhibitory H+/K+-ATPazy [17, 18] oraz z badaniami
wskazującymi na zmniejszenie resorpcji u dorosłych pacjentów po stosowaniu omeprazolu [11].
Brak hamującego działania omeprazolu na aktywność
osteoklastów podobnie jak w niniejszym badaniu, wykazał
Bodde i wsp., którzy uzasadniają uzyskane wyniki degradacją omeprazolu i brakiem jego konwersji do aktywnego
metabolitu w środowisku zatoki resorpcyjnej [19]. Tutunji
i wsp. wykazali, że degradacja omeprazolu była wolniejsza
w roztworze o pH 2,0–4,0 niż w roztworze o pH 5,0–6,0
[20]. W oparciu o dane literaturowe dotyczące degradacji
i aktywacji omeprazolu nie można wykluczyć, że inhibitory
pompy protonowej (H+/K+-ATPazy) nie ulegają konwersji
do aktywnego metabolitu w środowisku zatoki resorpcyjnej osteoklastów, w której pH wynosi 4,5–6,0 [19, 20, 21].
Protonowanie omeprazolu lub pantoprazolu do aktywnych
metabolitów w kanalikach komórek okładzinowych żołądka
zachodzi w pH około 1,0 [1, 4].
Uzyskane w niniejszej pracy wyniki pogorszenia własności mechanicznych kości szczurów po stosowaniu pantoprazolu oraz omeprazolu są zgodne z ostatnimi obserwacjami klinicznymi wskazującymi, że terapia inhibitorami
pompy protonowej zwiększa ryzyko złamań biodra [12].
Wright i Proctor [22] sugerują, że wzrost ryzyka złamań kości biodrowej po stosowaniu inhibitorów pompy protonowej
może być skutkiem zmniejszonego jelitowego wchłaniania
wapnia i zwiększonej utraty masy kostnej. Również Kirkpantur i Altun [23] wykazali zmniejszenie gęstości mineralnej kości u pacjentów hemodializowanych stosujących
omeprazol. Przedstawione dane wskazują, że długotrwała
terapia pantoprazolem lub omeprazolem może zwiększać ryzyko rozwoju osteoporozy zwłaszcza, gdy leki są stosowane
u osób w podeszłym wieku.
Wnioski
1. Długotrwała terapia pantoprazolem lub omeprazolem może zwiększać ryzyko rozwoju osteoporozy.
2. Pantoprazol silniej niż omeprazol zaburza przebudowę kości w wyniku nasilenia resorpcji z jednoczesnym hamowaniem kościotworzenia i mineralizacji oraz osłabia wytrzymałość mechaniczną kości
o strukturze gąbczastej.
Praca zrealizowana w ramach badań statutowych
KNW-1-147/08
Piśmiennictwo
1. Hoogerwerf WA, Pasricha PJ. Farmakoterapia chorób
zależnych od działania kwasu solnego, choroby wrzodowej i choroby refluksowej. W: Farmakologia Goodmana
i Gilmana. Red. tłum. Krzemiński TF, Buczko W, Czuczewar SJ. Wydawnictwo Czelej; Lublin 2007; 1029-1043.
2. Sachs G, Shin JM, Howden CW. Review article: the clinical pharmacology of proton pump inhibitors. Aliment
Pharmacol Ther 2006; 23 (2 Suppl.): 2-8.
3. Shin JM i wsp. The site of action of pantoprazole in the
gastric H+/K(+)-ATPase. Biochim Biophys Acta 1993;
1148: 223-233.
4. Shin JM, Cho YM, Sachs G. Chemistry of covalent inhibition of the gastric (H+,K+)-ATPase by proton pump
inhibitors. J Am Chem Soc 2004; 126: 7800-7811.
5. Shin JM, Sachs G. Differences in binding properties of
two proton pump inhibitors on the gastric H+, K+-ATPase
in vivo. Biochem Pharmacol 2004; 68: 2117-2127.
6. Yao G, Feng H, Cai Y. Characterization of vacuolar - ATPase and selective inhibition of vacuolar -H(+)-ATPase
in osteoclasts. Biochem Biophys Res Commun 2007;
357 (4), 821-827.
7. Chatterjee D i wsp. The osteoclast proton pump differs
in pharmacology and catalytic subunits from other vacuolar H(+)-ATPases. J Exp Biol 1992; 172: 193-204.
COPYRIGHT‚'RUPADR!2+WIECIÊSKIEGO)33.†
8. Rousselle AV, Heymann D. Osteoclastic acidification pathways during bone resorption. Bone 2002; 30: 533-540.
9. Cui GL i wsp. Long-term omeprazole treatment suppresses body wright gain and bone mineralization in young
male rats. Scand J Gastroenteral 2001: 36, 1011-1015.
10. Kocsis I i wsp. Short-term omeprazole treatment does
not influence biochemical parameters of bone turnover
in children. Calcif Tissue Int 2002; 71: 129-132.
11. Mizunashi K i wsp. Effect of omeprazole, an inhibitor
of H+, K+ -ATPase on bone resorption in humans. Calcif
Tissue Int 1993; 53: 21-25.
12. Yang YX i wsp. Long-term proton pump inhibitor therapy and risk of hip fracture. Jama 2006; 296: 2947-2953.
13. Cegieła U i wsp. Effects of 6-mercaptopurine (6-MP) on
histomorphometric parameters of the rat bones. Pharmacol Rep 2005; 57: 515-522.
14. Turner C.H., Burr D.B.: Basic biomechanical measurements of bone: a tutorial. Bone, 1993; 14: 595-608.
15. Cullinae DM, Einhorn TA.: Bimechanice of bone. W:
Principles of bone biology. Red. Bilezikian JP, Rraisz
LG, Rodan GA Wyd. II. Academic Press, San Diego, San
Francisco, New York, Boston, London, Sydney, Tokyo,
2002, 17-32.
16. Pytlik M i wsp. Effects of retinol on development of
osteopenic changes induced by bilateral ovariectomy in
rats. Pol J Pharmacol 2004; 56: 345-352.
17. Hall TJ, Chambers TJ. Na+/H+ antiporter is the primary
proton pump transport system used by osteoclasts during
bone resorption. J Cell Physiol 1990; 142: 420-424.
18. Tuukkanen J, Vaananen HK. Omeprazole, a specific inhibitor of W+ -K+-ATPase, inhibits bone resorption in
vitro. Calcif Tissue Int 1986; 38: 123-125.
19. Bodde EW i wsp. No increased bone formation around
alendronate or omeprazol loaded bioactive bone cements in a femoral defect. Tissue Eng Part A 2008;
14: 29-39.
20. Tutunji MF i wsp. Reactions of sulfenic acid with
2-mercaptoethanol: a mechanism for the inhibition of
gastric (H+-K+)-adenosine triphosphate by omeprazole.
J Pharm Sci 2007; 26: 196-208.
21. Takahashi N i wsp. Cells of Bone. Osteoclast generation.
W: Principles of bone biology. Red. Bilezikian JP, Raisz
LG, Rodan GA. II wyd. Academic Press, San Diego, San
Francisco, New York, Boston, London, Sydney, Tokyo;
2002; 109-126.
22. Wright MJ i wsp. Proton pump - inhibiting drugs, calcium homeostasis, and bone health. Nutr Rev 2008; 66:
103-108.
23. Kirkpantur A i wsp. Proton pump inhibitor omeprazole
use is associated with low bone mineral density in maintenance haemodialysis patients. Int J Clin Practice 2009; 63:
261-268.
data otrzymania pracy: 24.02.2010 r.
data akceptacji do druku: 19.03.2010 r.
Adres do korespondencji:
dr hab. n. farm. Maria Pytlik
Katedra i Zakład Farmakologii,
Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej
Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach
ul. Jagiellońska 4, 41-200 Sosnowiec
tel.(fax.) +48 32 364 15 40
e-mail: [email protected]