Костная ткань метаболизм остеопороз

У человека массой 80 кг кости весят около 10-12 кг, то есть скелет составляет в среднем около 12-15% от массы тела. Даже если у кого-то скелет более тяжелый, с более толстыми или более плотными костями, это добавляет к общему весу всего один или два килограмма. Наши кости тверже гранита, они выдерживают растяжение больше, чем сталь. Костные структуры поддерживают тело в вертикальном положении и защищают чувствительные органы. Что происходит с нашими костями во время остеопороза, как влияет болезнь на костную ткань?

Скелет человека состоит примерно из 206 -212 костей. Здоровые кости должны быть чрезвычайно твердыми, жесткими и одновременно эластичными, очень подвижными. Костная ткань в прямом смысле слова является живой, благодаря непрекращающимся процессам ее трансформации – уничтожения старых и образования новых костных клеток. Об остеопорозе (или атрофии костных тканей) говорят в том случае, если процессы преобразования приводят к значительному уменьшению костной массы и к заметному нарушению микроархитектоники кости.

1. Плотность костей

Понятие плотности костей (англ. BMD– минеральная плотность костной ткани) описывает соотношение минеральной костной массы к определенному объему костей. Это соотношение изменяется в течение жизни человека. Для высокой плотности характерны прочность и стабильность, а меньшая плотность костей, соответственно, характеризуется меньшей прочностью и стабильностью костей или скелета. Чем ниже плотность костей, тем выше вероятность перелома костей.

1. Живая ткань кости

Скелет и кости часто представляют, как твёрдую безжизненную ткань. Но это совсем не так. Стоит лишь вспомнить быстрый рост костей в детском возрасте или тот факт, что кости после переломов срастаются почти всегда, причем ровно. Но такая работа по созданию костей происходит не только в особые периоды, такие как, юность или во время несчастного случая (например, перелома). Совсем наоборот: кости преобразуются постоянно!

Это значит, что костная ткань отмирает и созидается регулярно для того, чтобы оставаться жизнеспособной и соответствовать ежедневным требованиям к стабильности и сопротивляемости. Скелет при помощи трансформирования обновляется многократно в течение жизни. Для развития костей два аспекта играют выдающуюся роль: движение и питание (а именно кальций). Без минеральных веществ и без импульсов нагрузки извне, которые нужны костям, немыслим рост и стабильность костей. Поэтому движение и кальций в рамках терапии остеопороза играют решающую роль.

1. Состав костей

Трансформация костей — это сложное взаимодействие гормонов, витаминов и минеральных веществ в соединении с движением и физической активностью. Если существует недостаток импульсов физической нагрузки или отсутствует здоровое питание, то нарушается развитие костных структур.

Само костное вещество состоит, главным образом, из неорганических веществ, твердого кальция, кристаллов фосфатов - они делают кости твердыми и стабильными. Эластичность обеспечивают органические вещества, преимущественно коллаген белка. Если в крови существует недостаток кальция, то кальций высвобождается из костей, что позже постепенно сказывается на прочности костей. Для стабильности костей необходимы, наряду с кальцием и фосфатами, магний, цинк и медь, витамины D, K, C, B6, B12, фолиевая кислота, а также аминокислоты и гормоны. Витамин D тоже очень важен, как и кальций, он способствует всасыванию кальция из кишечника и усвоению кальция в костях.

Наряду с другими факторами, половые гормоны, эстроген и тестостерон способствуют поддержанию взвешенного баланса костных клеток в процессе трансформации костей. Паратгормон из паращитовидной железы регулирует уровень кальция и фосфатов в крови, что является важным для роста костей.

Необходимый уровень концентрации кальция и фосфатов в крови у человека поддерживается в равновесии за счет тонких механизмов и при помощи паратогормона, если это равновесие нарушается, это влияет на здоровье. Например, слишком высокое содержание фосфатов способствует тому, что кальций снова выводится из костей, что приводит к уменьшению их плотности.

Примерно до 25 года жизни в организме преобладает рост костей: человек взрослеет, скелет стабилизируется, костная масса увеличивается. В этом процессе главную роль играют клетки, которые создают костные ткани (остеобласты). Костная масса достигает наибольшего показателя в возрасте около 30 лет. После этого момента клетки, создающие кости и их антиподы, клетки, которые разрушают кости (остеокласты), приходят в равновесие.

Костная масса человека изменяется на протяжении всей жизни. Процессы построения и разрушения костей находятся в равновесии, кости стабильно и постоянно обновляются. Если равновесие нарушается, то развивается атрофия костей (остеопороз) .

В медицине и при оценивании остеопороза важную роль играет стадия пика костной массы, или же минеральная плотность костей человека как определенный масштаб, который описывает показатель, когда костная масса имеет высшую плотность (в среднем): у взрослого человека в возрасте 30 лет. Пик костной массы по определению соответствует 100% показателю пика костной массы.

За качество, а значит и стабильность наших костей, отвечает их структура. Кости состоят из различных видов тканей разного состава, в зависимости от функций и места расположения в теле.

Стабильность и функции костей определяются в основном:

• твёрдой пластиной компактного вещества- кортикалис
• тонкими структурами балочек внутри кости: трабекулы, которые вместе образуют губчатое вещество кости.

Спонгиозная ткань находится внутри кости (расположена, прежде всего, в трубчатых костях, как например, кость бедра). Здесь костная ткань представляет собой губчатую систему, состоящую из костных балочек (трабекул). Эти костные балки образуют пустоты, в которых находится костный мозг. Костный мозг играет решающую роль в образовании клеток.

Губчатое вещество, несмотря на небольшое количество костной субстанции и малый вес, обеспечивает высокую стабильность кости, благодаря закону тонкостенных конструкций.

Трабекулы — это тонкие элементы из костной ткани, которые составляют внутреннее пространство многих костей. Эти структуры находятся в постоянной трансформации, помогающей адаптироваться к существующим индивидуальным нагрузкам. Кость, которая полностью заполнена костной массой, не смогла бы дальше выполнять свои функции, если бы не комбинация жесткой внешней стенки и переплетенной легкой внутренней субстанции.

Благодаря принципу строения тонкостенных конструкций (принцип трабекул) появляются очевидные преимущества по сравнению с компактной структурой, а именно:

• уменьшенное количество вещества при одинаковой стабильности;
• уменьшенный вес;
• возможность динамического приспособления статики;
• подвижность в различных ситуациях нагрузки (в местах с повышенной нагрузкой образуются соответственно плотно переплетенные трабекулы);
• в пустотах находится чувствительный костный мозг;
• большая поверхность для интенсивного обмена веществ;
• возможность легко реагировать на микропереломы и восстанавливать их при помощи остеобластов и остеокластов

Эти тонкие, переплетенные между собой балочки, которые расположены внутри кости, играют важную роль для общей стабильности костей: они образуют внутреннюю структуру костей, которая (тоже) отвечает за статику, структуру и стабильность. И именно эти тонкие балочки остеопороз поражает в первую очередь, они становятся пористыми, тонкими, и вследствие этого, менее стабильными. Кроме того, они больше подвержены микропереломам.

На данный момент медики исходят из того, что исключительно их вклад в стабильность больше не является решающим (ранее предполагалось, что он чрезвычайно высокий). Но, как и прежде, их вклад в обмен веществ внутри костей очень высокий, он делает эту структуру чрезвычайно ценной, вследствие сетевидного строения она имеет очень большую поверхность, что предоставляет хорошую возможность для обмена веществ. При этом, обмен веществ не должен быть очень высоким, точно также, как и процесс трансформации не всегда работает на полную мощность - решающим является возможность приспособления, когда это необходимо.

Способность ткани к приспособлению, или же возможность ткани формироваться в соответствии со специфическими условиями нагрузки, является решающей − структура и элементы структуры подвергаются при этом постоянным преобразованиям. Если рассматривать эти структуры в микроскоп, что костные балочки образуются в соответствии с направлением прилагаемой нагрузки − в местах повышенной нагрузки трабекулы переплетаются плотнее. Способность к приспособлению используется во время тренировок при остеопорозе, когда при помощи нагрузки создаётся импульс для образования костей.

Как изменяется архитектоника кости при остеопорозе?

Когда кость здоровая, то механизмы восстановления не повреждены, в таком случае остеобластами (клетки, которые создают кости) и остеокластами (клетки, которые рассасывают кости) быстро устраняются микропереломы, которые возникают вследствие перенапряжений. При остеопорозе эта трансформация по отношению к нагрузке и возможности восстановления находится в критическом состоянии, потому что она нарушена.

Микропереломы увеличиваются и незаметно развиваются, затем возникают новые переломы новых трабекул - и медленно с течением временем создается значительная нестабильность. Микропереломы − это начало больших переломов.

Понимание микропереломов является важной частью понимания остеопороза. Существует определение фрактур (перелом костей) как острое нарушение костей. Перелом вследствие остеопороза (без травмы или падения) развивается очень медленно – остеопорозные переломы являются суммой микропереломов, которые не восстановлены необходимым образом. Более подробно о клинике остеопороза можно прочитать здесь.

• низкая плотность костей;
• недостаточные механизмы восстановления;
• ухудшенное состояние костного вещества.

Микропереломы при несвоевременном и недостаточном лечении являются существенной частью развития остеопороза. При этом качество костей постоянно ухудшается, костные структуры становятся нестабильными…

Костные структуры с спонгиозой и трабекулами (костными балочками) часто сравнивают с принципом тонкостенной постройки. Этот принцип позволяет сэкономить костную субстанцию при значительной стабильности.

Эйфелева башня является строением тонкостенного типа, который подсказала природа. Примером для её конструкции послужили балочки костей. Тонкостенная конструкция — это естественный тип конструкций, его основная цель заключается в оптимальной экономии веса. Это действует не только для архитектуры, но и для костей. Решающим фактором является тесно связанная конструкция, при этом большинство трабекул в костях располагаются вдоль линий нагрузок, а один элемент зависит от другого. Если ломается трабекула, то другие трабекулы несут остальную нагрузку.

При измерении плотности кости даже незначительные отклонения в результатах указывают на высокий риск их поражения.

Преобразование костей — это постоянный и непрерывный процесс изменения костей, в ходе этого процесса остеокласты (клетки-разрушители) удаляют старую костную ткань, а параллельно, остеобласты (клетки-созидатели) снова создают костное вещество. Если просто сказать, из старого делают новое.

В этом процессе именно эти два вида клеток играют важную роль:

• остеобласты → клетки – строители;
• остеокласты → клетки – разрушители.

Преобразование костей постоянно продолжающийся процесс: костные ткани удаляются (остеокласты - разрушение тканей) и образуются новые ткани (остеобласты – создание тканей). Такое преобразование обеспечивает жизнеспособность тканей и стабильность костей.

Преобразование костей и механизмы физиологического восстановления определяются следующими факторами:

• обмен костной субстанции - старые ткани заменяются новыми;
• приспособление к воздействию сил и образование костных балочек, которые следуют основным направлениям воздействия нагрузки;
• восстановление повреждённых мест микрофрактур.

А что происходит при остеопорозе?

Кости ослабляются, причиной ослабления является уменьшенная плотность костей. Механизмы восстановления больше не функционируют должным образом.

Кость — структура, подвергающаяся непрерывным перестройкам на протяжении всей жизни. Прочность костей обеспечивает функционирование опорно-двигательного аппарата. Кроме того, костная ткань служит резервуаром, поддерживающим гомеостаз кальция, магния, фосфата, натрия и других ионов. Кости пронизаны большим количеством сосудов; костный кровоток составляет до 10% системного.

Свойства костной ткани определяются межклеточными компонентами — минеральным веществом и органическим матриксом.

На долю коллагена I типа приходится 90—95% всего белка органического матрикса.

К неколлагеновым белкам матрикса относятся: белки плазмы (альбумин и фетуин), белки, содержащие остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты (остеокальцин и γ-карбоксиглутамат-содержащий белок матрикса), гликопротеид остеонектин, фосфопротеид остеопонтин, сиалопротеиды, тромбоспондин и другие, менее изученные белки.

Некоторые из этих белков участвуют в минерализации матрикса. Минеральное вещество костной ткани состоит из частично кристаллизованного гидроксиапатита, в котором молярное отношение кальция к фосфату меньше, чем в чистом гидроксиапатите (формула чистого гидроксиапатита Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂).

За образование кости отвечают остеобласты — клетки мезенхимного происхождения, синтезирующие белки органического матрикса. Для остеобластов характерны:

1) определенные локализация и морфология;

2) присутствие костного изофермента ЩФ;

3) наличие рецепторов ПТГ и 1,25(OH)₂D₃;

4) способность синтезировать белки матрикса, такие, как коллаген I типа, остеокальцин и остеопонтин.

Минерализация новосинтезированного матрикса начинается сразу после его секреции (первичная минерализация) и продолжается в течение нескольких недель (вторичная минерализация). Остеобласт, окруженный минерализующимся матриксом, превращается в остеоцит, который сохраняет связь с другими клетками через систему канальцев.

Резорбция костной ткани осуществляется остеокластами — многоядерными клетками, образованными слиянием моноцитов.

В остеокластах обнаружены:

1) Н+-АТФаза и карбоангидраза II, обеспечивающие закисление среды в зоне резорбции;

2) тирозинкиназа Src, продукт онкогена SRC, а также ее субстрат р80/85;

3) устойчивая к тартрату кислая фосфатаза;

4) мембранные рецепторы кальцитонина;

5) Nа+,К+-АТФаза, сходная с аналогичным почечным ферментом;

6) Сl/HCO3-обменник, относящийся к семейству белков полосы 3. Остеокласты прикрепляются к белкам костного матрикса, например остеопонтину, с помощью аγβз-интегрина. При этом каждый остеокласт образует на поверхности кости зону прикрепления в виде кольца; цитоплазма остеокласта в области прикрепления светлая (светлая зона), и в ней содержатся сократительные белки.

Внутри этого кольца мембрана остеокласта образует так называемую гофрированную каемку; в ограниченном пространстве между гофрированной каемкой и костью и создается кислая среда, происходит растворение минерального вещества, а затем под действием кислых гидролаз рассасывается органический матрикс. В результате разрушительной деятельности остеокластов в кости образуются как бы разъеденные полости — гаушиповы, или резорбционные лакуны. В этих лакунах и располагаются остеокласты.

Описано много гуморальных регуляторов образования остеобластов и остеокластов из клеток-предшественников, а также функции дифференцированных клеток. Из них наиболее известны ИЛ-6, ИЛ-11 и колониестимулирующие факторы.

В костной ткани содержится много факторов роста. На функцию остеобластов действуют: трансформирующий фактор роста р типов I и II, кислый и основный факторы роста фибробластов, тромбоцитарный фактор роста, ИФР-I и ИФР-II. В перестройке кости участвуют, по-видимому, остеоглицин и ряд белков — регуляторов морфогенеза кости. Функцию остеокластов и процесс резорбции кости регулируют: ИЛ-1, ФНО, интерферон у и колониестимулирующие факторы.

В ряде случаев регуляция функции остеокластов осуществляется опосредованно, через остеобласты или фибробласты стромы костного мозга, — так действует, в частности, ПТГ, рецепторов к которому в зрелых остеокластах нет. Через взаимодействие с рецепторами в клетках-предшественниках l,25(OH)2D3 стимулирует их дифференцировку в моноциты и затем в остеокласты.

Некоторые цитокины, например ИЛ-1 и трансформирующий фактор роста а, индуцируют локальное образование простагландинов и других цитокинов, таких, как ИЛ-6 и колониестимулирующие факторы. Так называемые факторы активации остеокластов, как теперь очевидно, — это группа цитокинов, в том числе ИЛ-1, ФНОα и β, а также, возможно, другие вещества.

У плода и ребенка кость образуется путем замещения обызвествленного хряща (хрящевой остеогенез) или формируется непосредственно из мезенхимы (перепончатый остеогенез).

В новообразованной костной ткани (у детей, а также у взрослых при быстром росте, например при образовании костной мозоли) относительно много клеток и мало матрикса, для нее характерно беспорядочное расположение толстых переплетающихся пучков коллагеновых нитей (ретикулофиброзная кость).

В зрелой кости пучки коллагеновых нитей организованы в параллельные или концентрические пластинки (пластинчатая кость). В длинных костях костные пластинки, расположенные концентрически вокруг

кровеносных сосудов, формируют остеоны (гаверсовы системы). Толщина кости увеличивается, если скорость остеогенеза в надкостнице выше скорости резорбции на эндостальной поверхности. Удлинение костей происходит за счет пролиферации клеток эпифизарного хряща и последующего хрящевого остеогенеза.

У взрослых эпифизы зарастают, удлинение костей и хрящевой остеогенез прекращаются; некоторая активность клеток сохраняется только в суставном хряще. Однако и у взрослых продолжается перестройка как остеонов, так и губчатых костей. Новообразованная костная ткань отличается гладкой поверхностью, поглощает тетрациклин, имеет относительно низкое содержание минерального вещества и покрыта активными остеобластами. Толщина нового неминерализованного органического матрикса (остеоида) составляет около 12 мкм. Для определения скорости образования костной ткани больному дважды с некоторым интервалом дают тетрациклин, а затем измеряют расстояние между флюоресцирующими слоями на срезах костного биоптата.

Зоны резорбции отличаются неровной поверхностью и присутствием остеокластов. Резорбция предшествует остеогенезу, она протекает более интенсивно, но не столь долго, как последний. Если активная резорбция у взрослых происходит приблизительно на 4% поверхности губчатой кости (например, гребня подвздошной кости), то неминерализованным органическим матриксом покрыто 10—15% поверхности костных балок.

Изотопные исследования показывают, что ежегодно замещается до 18% всего кальция костей. Таким образом, в костной ткани происходит активный обмен веществ, требующий хорошего кровоснабжения. Перестройка костей каким-то образом зависит от механической нагрузки. Кроме того, костная ткань служит резервуаром неорганических ионов, например кальция, играющего важную роль во многих физиологических процессах.

Реакция костной ткани на повреждение (переломы, инфекцию, нарушение кровоснабжения, метастазы) весьма ограничена. Процесс замещения мертвой костной ткани на новую сопровождается прорастанием новых кровеносных сосудов в пораженную область.

При значительном нарушении структуры ткани, например при переломе со смещением костных отломков или их патологической подвижностью, стромальные клетки-предшественники дифференцируются не в остеобласты, а в клетки, формирующие соединительную ткань и хрящ.

При хорошем совмещении и фиксации костных отломков срастание осуществляется преимущественно за счет остеогенеза, и рубцовой деформации не происходит. Перестройка кости зависит от механической нагрузки, которая каким-то образом влияет на биологическую активность ткани.

На границе растущей опухоли с костью происходит резорбция последней. Прогибающие деформации стимулируют остеогенез на вогнутой и резорбцию на выпуклой поверхностях, что способствует сохранению механической прочности.

Даже при таком деструктивном заболевании, как болезнь Педжета, перестройка кости зависит от механических сил. Таким образом, пластичность костной ткани определяется взаимодействием клеток друг с другом и с внешней средой.

Механизмы остеогенеза и резорбции кости

Остеогенез — это упорядоченный процесс образования и минерализации органического матрикса кости. В состав кости входят кальций и фосфат, поэтому скорость минерализации зависит от концентрации этих ионов в плазме и внеклеточной жидкости.

В искусственных условиях для кристаллизации гидроксиапатита достаточно тех концентраций кальция и фосфата, которые имеются в плазме. Концентрация ионов в очагах минерализации неизвестна, очевидно только, что она регулируется остеобластами и остеоцитами.

Коллаген различного происхождения способствует возникновению центров кристаллизации, и минерализация начинается в определенных участках упорядоченной структуры матрикса — промежутках между молекулами коллагена. Степень и характер минерализации, по-видимому, зависят от организации коллагена.

Первичная структура коллагенов I типа из кожи и из кости практически одинакова, однако эти белки претерпевают различные постгрансляционные изменения и поэтому различаются по степени гидроксилирования, гликозилирования, по типу, числу и распределению межмолекулярных поперечных связей. Кроме того, размер промежутков в упорядоченной структуре матрикса больше в минерализованном коллагене кости и дентина, чем в неминерализованном коллагене, например, сухожилий.

Важность коллагенового матрикса для нормального развития кости доказывается тем, что замена единичных аминокислот в спиральной части α1 — или α2-цепей коллагена I типа (в результате мутаций генов COL1A1 или COL1A2 соответственно) приводит к выраженному нарушению структуры кости, что проявляется как несовершенный остеогенез.

Неколлагеновые белки — остеокальцин, остеонектин и остеопонтин — также участвуют в минерализации. ЩФ служит маркером остеобластов, и чем больше ее активность, тем выше остеогенная способность этих клеток. Р

оль ЩФ в процессе минерализации до конца не выяснена, однако при врожденной недостаточности ЩФ (гипофосфатазии) остеогенез нарушается. ЩФ при нейтральном pH способна гидролизовать неорганический пирофосфат — мощный ингибитор минерализации.

Возможно, что функция ЩФ в остеогенезе сводится к регуляции уровня пирофосфата. Процесс минерализации подавляют также макромолекулярные комплексы, например протеогликаны. При обызвествлении хряща минерализация начинается в мембранных внеклеточных везикулах.

Минерализация начинается с отложения брушита (СаНР04 х 2Н20). Затем появляется слабокристаллизованый гидроксиапатит с низким (около 1,2) молярным отношением кальция к фосфату. С возрастом степень кристаллизации и отношение кальция к фосфату увеличиваются. Включение анионов фтора снижает долю аморфного фосфата кальция и усиливает кристаллическую структуру.

Если внеклеточные концентрации кальция и фосфата ниже пороговых, то минерализации не происходит. Произведение растворимости для минерального вещества кости рассчитать очень трудно, так как его состав непостоянен, а растворимость зависит от других, пока неизвестных факторов внеклеточной жидкости. При избыточной концентрации кальция и фосфата во внеклеточной жидкости иногда наблюдается эктопическая минерализация.

При резорбции кости кальций и фосфат поступают во внеклеточную жидкость, а органический матрикс рассасывается. Для растворения минерального вещества необходима кислая среда, которая создается в ограниченном пространстве между остеокластом и поверхностью кости. ЩФ — фермент, выделяемый клетками кости во внеклеточную среду.

Стимуляция остеогенеза сопровождается увеличением в крови активности костного изофермента ЩФ, остеокальцина и С-концевого пептида проколлагена I типа. Маркеры костной резорбции в моче: гидроксипролин, гидроксилизин и его гликозиды, пиридинолин и дезоксипиридинолин.

Рассмотрены подходы к выбору средств для профилактики и лечения потерь костной ткани, восстановления ее структуры и качества. Применяемый препарат должен способствовать синтезу коллагена, формированию костного матрикса, его минерализации и, соответственно

Approaches to selecting the methods of prevention and treatment of bone tissue losses, restoration of its structure and quality, were considered. The used preparation must contribute to collagen synthesis, formation of bone matrix, its mineralization, and, respectively, increase of the bone density and strength.

Остеопороз (ОП) — прогрессирующее системное заболевание скелета, характеризующееся снижением костной массы и нарушением микроархитектоники (качества) костной ткани, что приводит к хрупкости костей и повышению риска переломов. ОП — самое распространенное заболевание костной ткани: остеопоротические переломы отмечается у половины всех женщин, находящихся в периоде постменопаузы, а также у мужчин старших возрастных групп [1]. Очевидно, что рано начатые активные профилактические мероприятия у значительной части населения могут существенно повлиять на распространенность, прогрессирование и исходы заболевания, а также снизить риск переломов. В связи с этим изучение различных лекарственных препаратов и методов, применяемых для профилактики ОП, приобретает особый смысл.

Кость — специализированная разновидность соединительной ткани, состоящая из клеток и межклеточного вещества. В течение всей жизни основные функции костной ткани, такие как жесткость и гибкость, снижаются, поскольку с возрастом наблюдаются повреждение матрикса и потеря минералов. В противовес указанным проявлениям, в кости осуществляется ремоделирование — процесс, направленный на самостоятельное обновление и сохранение скелета как структурного и функционального органа.

Основными клетками костной ткани, функциями которой регулируется гомеостаз кости, являются остеобласты, остеокласты и остеоциты. Основной функцией остеобластов является создание органического межклеточного матрикса кости, остеоида. Остеобласты синтезируют и выделяют в окружающую среду фибриллы коллагена, протеогликаны и гликозаминогликаны. Наряду с этим остеобласты активно синтезируют и выделяют во внеклеточное пространство значительное количество глицерофосфолипидов, способствующих связыванию Ca 2+ и участвующих в процессах минерализации. Клетки сообщаются между собой через десмосомы, которые позволяют проходить Ca 2+ и цАМФ. Они также обеспечивают непрерывный рост кристаллов гидроксиапатитов и выступают в качестве посредников при связывании минеральных кристаллов с белковой матрицей.

В ходе формирования кости некоторые остеобласты оказываются замурованными в толщу матрикса и становятся остеоцитами. Остеоциты контактируют друг с другом через отростки, являются основными компонентами в сформировавшейся костной ткани. Основная функция остеоцитов — поддержание нормального состояния костного матрикса и баланса кальция и фосфора в организме.

Остеокласты — клетки, выполняющие функцию разрушения кости; развиваются из стволовой кроветворной клетки и являются специализированными макрофагами. В процессе ремоделирования кости резорбтивный стимул запускает процесс привлечения остеокластов к участку кости. Прикрепившись к кости, остеокласты продуцируют множество протеолитических ферментов и формируют полость в кальцинированном матриксе. Таким образом, они осуществляют непрерывный процесс резорбции и обновления костной ткани, обеспечивая необходимый рост и развитие скелета, структуру, прочность и упругость.

Важнейшим компонентом костной ткани является межклеточное вещество — уникальный комплекс органических и неорганических компонентов, заполняющих пространство между клетками. Минерализованный матрикс костной ткани поддерживает структуру скелета и под координирующим влиянием остеобластов и остеокластов обеспечивает резервуар как ионов, так и факторов роста, которые высвобождаются в процессе метаболизма.

Органический межклеточный матрикс костной ткани представлен семейством коллагеновых белков. Состав кости необычен тем, что фактически в ней представлен только коллаген I типа (90%), хотя наряду с коллагеном I типа в кости все же присутствуют следы других типов коллагена, таких как V, XI, XII. Скорее всего, что эти типы коллагена принадлежат другим тканям, которые и находятся в костной ткани, но не входят в состав костного матрикса. Например, коллаген V типа обычно обнаруживается в сосудах, которые пронизывают кость. Коллаген XI типа находится в хрящевой ткани и может соответствовать остаткам кальцифицированного хряща. Коллагеновые фибриллы в кости строго ориентированы в соответствии с распределенной функциональной нагрузкой на кость, что обеспечивает упругость и эластичность кости. Веретенообразные и пластинчатые кристаллы гидроксиапатита находятся на коллагеновых волокнах, в их пределах и в окружающем пространстве. Как правило, они ориентированы в том же направлении, что и коллагеновые волокна.

Неколлагеновая часть матрикса (10%) представлена основным веществом (витамин К-зависимыми глютамилпротеинами (остеокальцином), матричными протеинами, остеопонтином, остеонектином, фибронектином, фосфопротеидами, сиалопротеидами, а также протеогликанами).

Минеральные вещества, которыми пропитан органический матрикс, представлены главным образом кристаллами гидроксиапатита Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Кроме того, в кости обнаружены ионы Mg 2+ , Na + , K + , SO₄ 2- , HCO 3- , гидроксильные и другие ионы, которые могут принимать участие в образовании кристаллов.

Важно подчеркнуть, что ОП является результатом уменьшения органического матрикса кости, а вовсе не плохой кальцификацией костной ткани. При ОП существенно снижается скорость образования остеоида, необходимого для формирования кости. Поэтому при планировании профилактических мероприятий чрезвычайно важно учитывать потенциальную возможность препаратов, наряду с адекватной минерализацией, оказывать влияние на синтез органического матрикса.

Разумеется, качественная структура и прочность кости, ее эффективное функционирование и своевременное самообновление возможны лишь при адекватной обеспеченности макро- и микроэлементами, которые, подобно кальцию и витамину D, принимают непосредственное участие в биохимических процессах костной ткани [2–5]. Магний, медь, цинк, марганец, бор, являясь кофакторами ферментов, регулируют синтез костного матрикса, его минерализацию, а также равномерный рост, гибкость и прочность костной ткани. Известно, что дефицит этих веществ замедляет формирование костной массы в детстве и подростковом возрасте, способствует ее ускоренной потере в пожилом возрасте. Соответственно, дефицит любого из известных минеральных веществ в организме препятствует успешной терапии и профилактике нарушений структуры кости [6, 7].

Одним из основных минералов, играющих важную роль в формировании и поддержании структуры костной ткани, является кальций. Поскольку кальций не производится в организме, то для поддержания оптимальной концентрации он должен регулярно поступать извне. Причем желательно, чтобы его поступление в организм обеспечивалось за счет натуральных молочных продуктов, молока и его производных (кефира, простокваши, ряженки, йогурта, творога, сыра). Вместе с тем биодоступность кальция из пищи составляет порядка 30%, причем с высокой индивидуальной вариабельностью. Более того, у лиц пожилого возраста нередко имеет место непереносимость молочных продуктов, связанная со снижением концентрации лактазы в желудочном соке, что приводит к низкому потреблению кальция.

Согласно эпидемиологическим исследованиям, среди женщин в возрасте старше 45 лет, проживающих в мегаполисах, непереносимость молока встречается с частотой 25,0–34,0%. При этом достаточное потребление кальция с продуктами питания имеет место менее чем у 5% женщин [8]. Фактически содержание кальция в пищевом рационе постменопаузальных женщин не соответствует рекомендованным нормам. Очевидно, что обеспечение должного уровня потребления кальция возможно лишь при условии дополнительного регулярного назначения медикаментозных препаратов.

Витамин D — основной регулятор активной абсорбции кальция в организме. Витамин D относят к группе жирорастворимых витаминов. Хотя в отличие от всех других витаминов он биологически не активен. В активную, гормональную, форму он превращается за счет двухступенчатой метаболизации в организме и оказывает многообразные биологические эффекты за счет взаимодействия со специфическими рецепторами, локализованными в ядрах клеток тканей и органов. Другое дело — активный метаболит витамина D. Он действует как истинный гормон, хотя в научной литературе его традиционно называют витамином D [9, 10].

Природная форма витамина D — витамин D₂ (эргокальциферол) поступает в организм человека в относительно небольших количествах — не более 20–30% от потребности. В основном из злаковых растений, рыбьего жира, сливочного масла, маргарина, молока, яичного желтка и др. В организме витамин D₂ метаболизируется с образованием производных, обладающих сходным с метаболитами витамина D₃ действием.

Еще одна природная форма витамина D — витамин D₃, или холекальциферол, является ближайшим аналогом витамина D₂, но его синтез мало зависит от поступления извне. Холекальциферол образуется в организме позвоночных животных, в том числе амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, в связи с чем играет значительно бóльшую роль в процессах жизнедеятельности человека, чем поступающий в небольших количествах с пищей витамин D₂. В организме витамин D₃ образуется из находящегося в дермальном слое кожи предшественника (7-дегидрохолестерина) под влиянием коротковолнового ультрафиолетового облучения спектра В (УФ–В/солнечного света, длина волны 290–315 нм) при температуре тела в результате фотохимической реакции раскрытия В-кольца стероидного ядра и термоизомеризации, характерной для секостероидов [9, 10].

В последующем поступивший с пищей и/или образовавшийся в организме в процессе эндогенного синтеза витамин D подвергается реакции 25-гидроксилирования в печени. Важно, что гидроксилирование витамина D₃ в печени представляет собой полностью субстратзависимый процесс, который протекает весьма быстро и ведет к повышению уровня 25(ОН)D в сыворотке крови. Уровень этого вещества отражает как образование витамина D в коже, так и его поступление с пищей, в связи с чем может использоваться как маркер статуса витамина D [9, 10].

Вторая реакция гидроксилирования 25(ОН)D, с образованием наиболее важной, качественно и количественно значимой активной гормональной формы — 1a,25-дигидроксивитамина D₃ (1α,25(ОН)₂D₃), называемой также D-гормоном, кальцитриолом, протекает уже в основном в почках, в клетках проксимальных отделов канальцев коры почек при участии фермента 1α-гидроксилазы (CYP27В1). Этот процесс строго регулируется рядом эндогенных и экзогенных факторов. Во-первых, регуляция синтеза 1a,25(ОН)₂D₃ в почках является непосредственной функцией паратиреоидного гормона (ПТГ), на концентрацию которого в крови, в свою очередь, по механизму обратной связи оказывают влияние как уровень самого активного метаболита витамина D₃, так и концентрация кальция и фосфора в плазме крови. Во-вторых, активация синтеза 1a-гидроксилазы и реакции 1a-гидроксилирования зависит от половых гормонов (эстрогенов и андрогенов), кальцитонина, пролактина, гормона роста (через ИПФР-1) и др. В-третьих, ингибирующее влияние на активность 1a-гидроксилазы оказывают глюкокортикостероидные гормоны, 1α,25(ОН)₂D₃ и ряд его синтетических аналогов. Фактор роста из фибробластов (FGF23), секретируемый в клетках кости, вызывает образование натрий-фосфат-котранспортера, который действует в клетках почек и тонкого кишечника, оказывает тормозящее влияние на синтез 1,25-дигидроксивитамина D₃. На метаболизм витамина D оказывают влияние и некоторые лекарственные средства, например, противоэпилептические препараты.

Основными реакциями, в которых участвует D-гормон, являются абсорбция кальция в желудочно-кишечном тракте и его реабсорбция в почках. D-гормон усиливает кишечную абсорбцию кальция в тонком кишечнике за счет взаимодействия со специфическими РВD. Об эффективности данного механизма свидетельствует тот факт, что без участия витамина D лишь 10–15% пищевого кальция и 60% фосфора абсорбируются в кишечнике. Взаимодействие между 1a,25-дигидроксивитамином D₃ и РВD повышает эффективность кишечной абсорбции Са 2+ до 30–40%, т. е. в 2–4 раза, а фосфора — до 80%. Сходные механизмы действия D-гормона лежат в основе осуществляемой под его влиянием реабсорбции Са 2+ в почках.

В костях 1α,25(ОН)₂D₃ связывается с рецепторами на кость-формирующих клетках — остеобластах, вызывая повышение экспрессии ими лиганда рецептора активатора ядерного фактора кВ (RANKL). Рецептор-активатор ядерного фактора кВ (RANK), являющийся рецептором для RANKL, локализованным на преостеокластах, связывает RANKL, что вызывает быстрое созревание преостеокластов и их превращение в зрелые остеокласты. В процессах костного ремоделирования зрелые остеокласты резорбируют кость, что сопровождается выделением кальция и фосфора из минерального компонента (гидроксиапатита) и обеспечивает поддержание уровня кальция и фосфора в крови. В свою очередь, адекватный уровень кальция (Са 2+ ) и фосфора необходим для нормальной минерализации скелета [11–13].

Многочисленные исследования показали, что назначение препаратов кальция и/или витамина D способствует уменьшению потери костной ткани [14–19]. У женщин в поздней постменопаузе с низким употреблением пищевого кальция прием кальция предотвращает потерю костной ткани в позвоночнике [20, 21]. В свою очередь, назначение добавок кальция лицам старше 60 лет приводит к снижению потери костной массы в области бедра среди белых мужчин и женщин в возрасте моложе 72 лет [22]. Эффект назначения цитрата кальция на минеральную плотность кости (МПК) у женщин в раннем (до 5 лет) и среднем (от 5 до 10 лет) постменопаузальном периоде в течение двух лет проявлялся в виде прироста МПК в поясничном отделе на 1%, наряду со значимым снижением МПК на 2,4% в группе, получавшей плацебо [23]. Метаанализ 9 рандомизированных клинических исследований с общей выборкой более 50 тыс. человек, в 6 из которых сравнивалось комбинированное лечение витамином D (400 или 700–800 МЕ/сут) и кальцием с группами плацебо или без лечения, продемонстрировал достоверное снижение риска перелома бедра на 18% (RR 0,82 [95% ДИ 0,71–0,94], р = 0,0005) и риска внепозвоночных переломов на 12% (RR 0,88 [95% ДИ 0,78–0,99], р = 0,036) в группах, получавших комбинированную терапию, по сравнению с группами без добавок [24]. В исследованиях, где применялся витамин D в дозе 700–800 МЕ/сут, эффект на риск перелома бедра был выше, чем при приеме 400 МЕ (21% и 18% соответственно). Соответственно, в исследованиях, в которых пациенты получали только витамин D или плацебо (4 РКИ с общей численностью 9083 пациента), не было получено снижения риска внепозвоночных переломов как при применении дозы 400 МЕ (RR 1,14 [95% ДИ 0,87–1,49]), так при использовании 700–800 МЕ (RR 1,04 [95% ДИ 0,75–1,46]), что подтверждает ранее представленные данные о том, что витамин D без добавления кальция не снижает риск переломов [24].

Известно, что 60–65% магния находится именно в скелете и от обеспеченности костей магнием зависит обмен кальция и витамина D. Являясь структурным компонентом значительного числа ферментов, магний образует кристаллы с фосфатами, принимает участие в росте и стабилизации кристалла гидроксиапатита — структурной единицы минерального компонента костной ткани [25, 26]. Магний регулирует секрецию паратгормона (ПГ), повышает чувствительность клеток-мишеней к ПГ и витамину D, стимулирует действие кальцитонина. Длительное во времени нарушение соотношения Mg/Ca в сторону дефицита магния сопровождается замедлением обменных процессов в кости. Специальные магний-дефицитные диеты, сопровождающиеся уменьшением сывороточной концентрации магния, способствуют системной потере костной массы, снижению толщины надкостницы, характерным изменениям провоспалительных маркеров и маркеров резорбции кости. Уже по истечении достаточно короткого срока (4 недели), магний-дефицитная диета приводит к значимому снижению содержания минеральных веществ кости (р

М. И. Шупина, кандидат медицинских наук
Г. И. Нечаева 1 , доктор медицинских наук, профессор
Д. В. Шупин
Е. В. Надей
А. А. Семенкин, доктор медицинских наук, профессор

ГБОУ ВПО ОмГМУ МЗ РФ, Омск