Остеопороз и его модели

Виды травм

Минимальная травма – падение с высоты собственного роста на ту же поверхность или еще меньшая травма.

Низкотравматический (низкоэнергетический) или остеопоротический перелом – перелом кости, произошедший при минимальной травме, в подавляющем большинстве случаев резвившихся вследствие остеопороза.

Некоторые эксперты используют термин патологический перелом – перелом вследствие заболевания, а не травматического воздействия.

Остеопороз – данные заболевания

В России среди лиц в возрасте 50 лет и старше остеопороз выявляется у 34 % женщин и у 27% мужчин. Частота остеопороза увеличивается с возрастом. По данным Всемирной Организации Здравоохранения ( ВОЗ) остеопорозом страдают около 14 млн человек и еще 20 млн имеют снижение минеральной плотности костной ткани (МПК), соответствующее остеопении.

Социальная значимость остеопороза определяется его последствиями – переломами тел позвонков и костей периферического скелета, приводящими к большим материальным затратам на лечение и обуславливающий высокий уровень нетрудоспособности, включая инвалидность и смертность.

Классификация остеопороза

По классификации остеопороз может быть первичным и вторичным.

Первичный остеопороз развивается как самостоятельное заболевание, без выявления других причин снижения прочности костей и встречается чаще всего.

Вторичный остеопороз развивается вследствие различных заболеваний или приема определенных лекарственных средств (т.е. для развития остеопороза имеется конкретная причина). Чаще всего к вторичному остеопорозу приводят следующие заболевания:

нарушение питания – низкое потребление кальция, дефицит витамина Д;
эндокринные нарушения – сахарный диабет, гипогонадизм, акромегалия, гиперкортицизм, гиперпаратиреоз, тиреотоксикоз;
заболевания желудочно-кишечного тракта – синдром мальаббсорбции, заболевания поджелудочной железы и печени (панкреатит, цирроз), воспалительные заболевания кишечника (болезнь Крона, неспецифический язвенный колит);
ревматологические и аутоиммунные заболевания (ревматоидный артрит, системная красная волчанка);
неврологические заболевания (эпилепсия, болезнь Паркинсона, мышечная дистрофия, нарушение мозгового кровообращения), а так же:
СПИТД/ВИЧ,
амилоидоз,
хроническая обструктивная болезнь легких,
алкоголизм,
сердечная и почечная недостаточность,
саркоидоз.

Лекарственные средства, влияющие на плотность костной ткани приводящие к развитию остеопороза:

антицидные стредства,
антикоагулянты (гепарин),
антиконвульсанты ,
противоопухолевые препараты,
барбитураты,
глюкокортикоиды,
метотрексат,
ингибиторы протонной помпы,
тамоксифен и др.

Факторы, влияющие на плотность костной ткани и увеличивающие риск остеопороза (факторы риска):

Курение.
Малоподвижный образ жизни, отсутствие регулярной физической нагрузки.
Избыточное потребление алкоголя и кофе.
Неправильное питание (малое количество фруктов, овощей и молочных продуктов в рационе).
Возраст (с увеличением возраста происходит снижение плотности кости, самое быстрое разрушение кости наблюдается в первые годы после наступления менопаузы).
Европеоидная или монголоидная раса.
Наследственная предрасположенность.
Предшествующие переломы в анамнезе.
Ранняя менопауза (у лиц моложе 45 лет или после операции).
Аменорея (отсутствие месячных) до наступления менопаузы (нервная анорексия, нервная булимия, чрезмерная физическая активность).

Как заподозрить остеопороз

Жалобы:

Если у Вас есть факторы риска, а так же какие-нибудь из вышеперечисленный жалоб и симптомов – рекомендовано немедленное обращение к врачу для дальнейшего обследования с целью исключения остеопороза.

Лечащим врачом будет назначено необходимое обследование, включающее в себя лабораторные исследования (крови и мочи), а так же инструментальные исследования (рентгеновская денситометрия костей , рентгенография (малоинформативен, в настоящее время не используется для постановки диагноза остеопороз), сцинтиграфия костей (дополнительный метод, выявляет недавние переломы, помогает исключить другие причины болей в спине), биопсия кости (при нетипичных случаях остеопороза), МРТ (диагностика переломов, отека костного мозга).

По результатам обследования, при выявлении снижении плотности костной ткани (остеопения или остеопороз) лечащим врачом будет назначено соответствующее лечение.

Профилактика остеопороза

Остеопороз – это то заболевание, развитие которого мы может предупредить самостоятельно и заниматься профилактикой необходимо на протяжении всей жизни.

Что же входит в профилактику остеопороза:

Для того чтобы снизить риск падений необходимо (особенно это важно для людей пожилого возраста):
Находясь на улице:

В домашних условиях:

все ковры или коврики должны иметь не скользкое основание, или прикреплены к полу
дома лучше ходить в не скользящих тапочках
поддерживайте порядок, лишние вещи на полу, загнутые углы ковра/линолеума могут спровоцировать падение, так же свободные провода, шнуры за которые можно зацепиться (их необходимо убрать)
положите резиновый коврик на кухне рядом с плитой и раковиной
освещение в помещение должно быть хорошим. Прорезиненный коврик в душевой также необходим.

Резиновые подстилки на присосках в ванной помогут предотвратить падение. Полы в душевой должны быть сухими.
все препараты, вызывающие сонливость, головокружение, слабость, могут спровоцировать падение.

Обсудите с врачом замену их на более безопасные аналоги.
регулярно наблюдайтесь у офтальмолога, если есть проблемы со зрением, используйте очки/линзы.

При остеопорозе используются три вида упражнений: аэробные, силовые и на тренировку равновесия, а также их различные комбинации:

аэробика для укрепления мышцы ног – подъем по лестнице, танцы, ходьба;
силовой тренинг, позволяющий укрепить спину, а также висение на турнике;
плавание и водная гимнастика, которые благоприятно воздействуют на все группы мышц;
упражнения для гибкости – йога, растяжка.

В идеальном варианте недельная физическая активность непременно должна включать попеременно упражнения из всех вышеупомянутых 4-х групп. Самое важное при любой физической активности— регулярность. Ежедневные занятия по 5 минут принесут вам больше пользы, чем полчаса один раз в неделю.

Необходимо придерживаться следующих правил:

Нельзя тренироваться, превозмогая боль. А вот мышечная усталость естественна. Если чувствуете боль,
уменьшите физическое усилие, или амплитуду движения;
Постепенное увеличение нагрузки (первые занятия должны включать в себя минимальное количество
упражнений);
Каждое упражнение выполнять от 2-3 раз с интервалами в 15 секунд, постепенно увеличивая количество
подходов по возможности;
Постепенное увеличение нагрузки (первые занятия должны включать в себя минимальное количество
упражнений);
Результаты становятся ощутимы со временем, а не сразу;
Дышите равномерно, не задерживая дыхание;
Нельзя выполнять упражнения с приседаниями, бегом или прыжками (возрастает риск получения травм);
Тяжелые предметы во время гимнастики использовать запрещено (искусственные утяжелители со слишком большой массой);
При выполнении упражнений стоя, для устойчивости можно держаться за спинку стула или опираться на стену;
Упражнения нужно выполнять в удобной, не мешковатой одежде, в нескользящей устойчивой обуви;
При выполнении упражнений учитывается психологический фактор (пациент должен настроиться на выздоровление).

1. Одна нога к груди. В положении лежа на спине подтянуть согнутую в колене ногу к груди. Вторая нога вытянута параллельно полу. Держать 5-10 секунд. Поменять ногу. Повторить от 2 до 10 раз.

2. Растяжение спины. Исходное положение — сидя на коленях. Наклонять грудную клетку к полу с вытянутыми руками как можно ниже. Держать 5-10 секунд. Повтор 2-10 раз.

3. Лежа на животе, руки согнуты в локтях, параллельно полу. Напрячь туловище. Немного поднять руки и верхнюю часть туловища. Перемещать корпус медленно направо и налево, затем расслабиться. Повтор 2-10 раз

4. Лежа на спине. Ноги согнуты в коленях. Стопы на ширине плеч. Медленно поднять бедра и таз. Напрячь мышцы живота и ягодиц. Повтор 5-10 раз.

5. Лежа на спине, выпрямите ноги, поясницей прижмитесь к полу. Одну ногу поднимите на 10-15 см от пола, носок тяните на себя. Удерживайте 10-15 секунд. 2-5 повторов каждой ногой.

6. Лежа на спине, выпрямите ноги, поясницей прижмитесь к полу. Одну ногу поднимите на 10-15 см от пола, носок тяните на себя. Удерживайте 10-15 секунд. 2-5 повторов каждой ногой.

7. Встаньте правым боком к спинке стула. Правая рука — на спинке стула. Левая рука вытянута вперед, левая нога отведена назад на носок. Выполняйте махи расслабленной ногой. Повторите 3-8 раз. То же – другим боком.

8. Лежа на спине, притяните колени к животу, прижмите, обхватите руками. Держать 10-15 секунд. Отдохните 10 секунд. Повторы 2-5 раз.

Действия, вызывающие осложнения при остеопорозе

Диета при остеопорозе позвоночника

Рацион питания должен включать продукты, обеспечивающие норму суточного поступления кальция в организм человека с учетом его возраста, пола и состояния костного аппарата. Средняя потребность в кальции варьирует в пределах 800-1100 мг/сутки, при этом, для женщин в период постменопаузы (не получающие эстрогены) и людей пожилого возраста (после 65 лет) потребность возрастает до 1500 мг/сутки.

Обязательное включение в рацион продуктов, богатыми витаминами D (около 600 МЕ /сутки), A, группы B, K, C, фолиевой кислотой и микроэлементами (цинк, магний, медь).
В рационе важно соблюдать количество содержания животного белка. При избыточном их содержании (более 100-150 г) нарушаются процессы всасыванию кальция, поскольку в кишечнике активизируются процессы брожения.
Достаточного употребления свободной жидкости (1,5-2,0 л в сутки).
Вид кулинарной обработки продуктов не столь важен, однако, не менее 50 % суточного объема овощей/фруктов рекомендуется употреблять свежими или в виде фреш-соков.
Режим питания — дробный (4-5 раз в сутки).
Исключение из рациона алкоголь содержащих напитков и минимизация употребления поваренной соли.

К продуктам, содержащим большое количество кальция относятся:

молочная продукция, при этом, предпочтительно употреблять кисломолочные продукты с низким содержанием жира (кефир 1%, йогурт, ряженка, нежирная сметана, сыры без консервантов, творог 0,5%) поскольку жиры замедляют процесс усвоения кальция;
хлеб (ржаной/пшеничный и грубого помола);
рыба белая (сардина, тунец, судак, форель) и морепродукты (креветки, мидии, кальмары, осьминоги);
мясо: нежирная свинина, телятина, курица отварная;
овощи, фрукты и зелень как в свежем, так и обработанном виде (перец, морковь, капуста брокколи, цуккини, фасоль,
кабачки, оливки, зеленый горошек, тыква, абрикосы, апельсины, финики, зеленый салат, петрушка, укроп), семена, орехи и ягоды (фисташки, кунжут, курага, орехи лесные и грецкие, мак, малина, миндаль).

Правильное питание обеспечивается и за счет включения в рацион питания:

Продуктов, содержащих витамин D: яичные желтки, икра рыб, жирные виды морской рыбы (палтус, лосось, тунец), масло сливочное.
Продуктов с высоким содержанием магния: все виды орехов, бананы, морская капуста, телятина, зерновые крупы, зеленые листовые овощи, бобовые, овсянка, гречневая крупа.
Цинксодержащих продуктов: сельдь, пшено, овес, сельдерей (корень и листья), семена тыквы и подсолнуха, морепродукты, бобовые культуры.
Продуктов с высоким содержанием витаминов А, В, С и К: цитрусовые (апельсины, грейпфруты, лимоны), перец салатный, черная смородина, ежевика, шиповник, гречка, капуста, бананы, морковь, овес, бобовые, растительные масла.

Следует минимизировать употребление продуктов с содержанием насыщенных жирных кислот – это связано с тем, что подобная пища снижает усвоение кальция. Поэтому по возможности стоит отказаться от маргарина, майонеза, бараньего и говяжьего жира.
Нужно исключить из рациона кофеин, поскольку этот элемент стимулирует выведение кальция из организма. Поэтому лучше отказаться от крепкого чая, кофе, какао, шоколада.
Следует исключить алкогольные напитки и ограничить употребление мочегонных препаратов – подобные вещества стимулируют выведение кальция с мочой.
Рекомендуется исключить из рациона сладкие газированные напитки.
Стоит ограничить употребление мясных продуктов. Дело в том, что в них присутствует фосфор – он может формировать в кишечнике соединения с кальцием, которые не усваиваются организмом.

Лечение остеопороза

Лечение остеопороза всегда проводится под контролем и назначением врача!

Цель лечения остеопороза — это прекращение разрушения кости и ее восстановление.

Лечение включает в себя профилактические меры, описанные ранее, и медикаментозную терапию. Чтобы понимать, для чего нужны те или иные лекарства, нужно разобраться, как они действуют. Напомним, что при остеопорозе процессы разрушения кости преобладают над ее восстановлением. Одна группа препаратов для лечения остеопороза – антирезорбтивные средства.

Применение обеих групп препаратов в итоге ведут к снижению разрушения кости и восстановлению ее структуры и прочности. Какой бы препарат не назначил врач, медикаментозное лечение остеопороза длительное, не менее 5-6 лет.

В настоящее время учеными доказано, что в период с октября по май в нашей полосе даже в солнечную погоду витамин Д в коже не вырабатывается из-за низкого стояния солнца над горизонтом. И поэтому все люди, вне зависимости от пола и возраста, в осенне — зимне-весенний период испытывают постоянный недостаток витамина Д. Таким образом, профилактический прием витамина Д показан всем.

Лучший способ обеспечить свой организм достаточным количеством этого витамина — потребление витамина Д в водном растворе (холекальциферол, эргокальциферол). Таблетированный витамин Д назначается при тяжелом остеопорозе, остеопорозе средней тяжести и других заболеваниях костной системы. Но, в любом случае, дозировка и режим дозирования витамина Д для каждого человека индивидуальны, и это должен подобрать врач-эндокринолог (ревматолог).

Так же в обязательном порядке пациентами назначают препараты кальция на длительной основе с целью поддержания необходимого уровня кальция в крови, с целью профилактики и минимизации костных потерь, а так же повышения эффективности лечения.

Лечение для каждого человека индивидуально, зависит от тяжести остеопороза, сопутствующих заболеваний и многих других факторов. Поэтому такие препараты должны назначаться только врачом.

С целью контроля лечения и оценки его эффективности, лечащим врачом будет рекомендовано проведение определенных лабораторных тестов, а так же один раз необходимо проводить рентгеновскую денситометрию. Эффективным считается такое лечение, при котором идет прибавка костной массы (плотности), или не происходит дальнейшее снижение.

Успех лечения остеопороза — в регулярности и длительности лечения и профилактики!

М.Н. Макарова, доктор медицинских наук, директор,
В.Г. Макаров, доктор медицинских наук, профессор, зам. директора

Санкт-Петербургский институт фармации,

188663, Российская Федерация, Ленинградская обл., Всеволожский район, г.п. Кузьмоловский, ул. Заводская, д. 3, к. 245

Высокий уровень заболеваемости остеопорозом диктует необходимость поиска путей его эффективной профилактики и лечения, в том числе и путем экспериментов на животных. Из огромного количества моделей на разных видах животных (грызунах, кроликах, овцах и т.д.) наиболее часто используются крысы, которые не только имеют сходство патофизиологических реакций скелета с таковыми у человека, но и удобны в обслуживании, содержании и разведении, дешевы и не имеют таких этических ограничений, как собаки, кошки, обезьяны и т.п. При этом применяют в основном крыс диких аутбредных линий (Sprague Dawley и др.).

Для индукции остеопороза наиболее пригодны комплексные методы, сочетающие в себе овариоэктомию у самок или орхидэктомию у самцов, с одновременным введением глюкокортикостероидов на фоне рациона питания, дефицитного по кальцию, а иногда и по фосфору, и витамину D. При этом самки предпочтительнее самцов в связи с более быстрым развитием у них остеопороза. Обычно для моделирования остеопороза применяют синтетические рационы питания с содержанием 0,1% кальция и меньше (контрольные животные получают рацион с 0,6 до 1,1% кальция).

Для оценки наличия остеопороза у экспериментальных животных следует использовать показатели, характеризующие как интенсивность формирования костной ткани (активность щелочной фосфатазы, содержание остеокальцина и проколлаген I полипептидов сыворотки крови), так и уровень резорбции костей (активность тартрат-резистентной кислой фосфатазы сыворотки крови, содержание гидроксипролина и пиридинолинов в моче). Кроме того, важно выявление содержания кальция и фосфора в сыворотке крови, выведение кальция с мочой, минеральная плотность костных тканей, масса бедренных костей и их испытание на разрыв, а также гистоморфология костных тканей. У животных с остеопорозом наиболее часто изменяются показатели, характеризующие прочность костных тканей и их массу, активность щелочной фосфатазы, массы тела, выведения кальция с мочой. При этом содержание кальция и фосфора сыворотки крови существенно не изменяется.

Высокий уровень заболеваемости остеопорозом, тяжелые отдаленные последствия (переломы, ограничение подвижности), высокая смертность, большие финансовые затраты на лечение и резкое снижение качества жизни больных свидетельствуют о тяжести этого заболевания у людей. Причем рост продолжительности жизни населения планеты в настоящее время ведет к увеличению заболеваемости остеопорозом, сопутствующей старению. Для лучшего понимания многофакторной природы остеопороза и разработки новых профилактических и лечебных методов необходимо использование экспериментальных моделей этого заболевания на животных.

Для моделирования остеопороза используются разные виды животных: грызуны, кролики, овцы, свиньи, собаки, кошки и обезьяны. При этом известно множество моделей индукции остеопороза у животных: овариоэктомия и орхидэктомия, введение кортикостероидов, дефицит кальция, иммобилизация конечности, применение генетически модифицированных животных, предрасположенных к остеопорозу, и др.

Цель настоящего обзора литературы – обоснование наиболее адекватных моделей диет-индуцированного остеопороза для проведения экспериментальных исследований по поиску путей лечения и профилактики этого заболевания.

Остеопороз (ОП) – хроническое, прогрессирующее, системное заболевание костной ткани, характеризующееся уменьшением ее минеральной плотности, снижением костной массы в единице объема и нарушением структуры, что приводит к снижению прочности костей и повышению риска их переломов [1–4].

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила ОП в число 10 основных современных массовых неинфекционных заболеваний, причем по своей медицинской и социально-экономической значимости ОП занимает 4-е место после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, а также сахарного диабета. По данным ВОЗ, в конце ХХ века в пересчете на все население старше 50 лет остеопороз выявлялся у 13–18% женщин и 7–8% мужчин. В связи с прогрессирующим старением населения мира распространенность остеопороза в ХХI веке увеличивается [1].

По частоте госпитализаций ОП стоит вслед за инсультом, инфарктом миокарда и раковыми заболеваниями [2]. Увеличение распространенности ОП диктует необходимость разработки адекватных мер по профилактике и лечению этого непростого заболевания, в том числе путем экспериментальных исследований на животных.

Остановимся на таких основных факторах риска возникновения ОП, как дефицит половых гормонов и неполноценное питание. При этом на одно из первых мест следует поставить дефицит женских и мужских половых гормонов, недостаточную обеспеченность организма кальцием и витамином D, а также факторы, ведущие к их дефициту [7].

Идеальная модель экспериментального остеопороза должна соответствовать комплексу различных критериев. При этом выделяют 3 основных аспекта: удобство, релевантность и целесообразность [4]. Удобство характеризуется легкостью обслуживания, содержания и низкой стоимостью разведения экспериментальных животных, в то время как релевантность определяется соответствием данных, получаемых на животных, таковым у человека. И наконец, целесообразность оценивается по комплексу таких факторов, как доступность животных, эффективность их использования, этические соображения и генетическое единообразие между видами.

Указанным критериям лучше всего соответствуют грызуны (в основном крысы и мыши). Поэтому их наиболее часто используют для экспериментального моделирования остеопороза [4, 8]. Грызуны недороги, просты в разведении и уходе, имеют небольшую продолжительность жизни и четкие генетические линии [4]. Методик индукции остеопороза на грызунах (в частности, мышах линии SAMP6) довольно много: удаление яичников и яичек, кальций-дефицитный рацион, введение кортикостероидов, иммобилизация и генетическая модификация [4]. Однако моделям на грызунах присущи и многочисленные ограничения, сужающие круг возможностей их использования: отсутствие Гаверсовой системы (остеонов), медленное уменьшение костной массы, они слишком малы для исследования протезирования и отбора достаточного количества крови (особенно мыши) и др. [4].

Кроме того, есть исследователи, которые используют модели остеопороза на кроликах, овцах и мини-свиньях, очень редко – на козах, собаках, кошках и обезьянах. Следует отметить, что хотя мини-свиньи и обезьяны физиологически наиболее близки человеку, они очень дороги как сами по себе, так и в обслуживании, особенно это касается обезьян, в отношении которых очень важен еще и этический аспект, так же как и в отношении собак и кошек. Модели на кроликах и овцах довольно широко распространены, но эти животные как травоядные, менее близки организму человека [4]. Кроме того, для развития остеопороза у овец и редко используемых коз необходимо от 6 до 30 мес [9], что гораздо дольше, чем у грызунов. Моделирование наиболее распространенного постменопаузального ОП осуществляется с помощью овариоэктомии [10], которая, наряду с прочими изменениями, приводит к увеличению хрупкости костей и снижению прочности костной ткани [5].

Кальций и фосфор необходимы для нормального роста и минерализации костных тканей, однако и у овец, и у таких маложивущих животных, как мыши и крысы, одним только кальций-фосфор-дефицитным рационом добиться остеопороза довольно сложно, поэтому дополнительно используют овариоэктомию/орхидэктомию и для ускорения процесса – введение глюкокортикостероидов [8–10]. Так, например, дексаметазон в дозе 0,3 мг/кг, вводимый овариоэктомированным крысам даже 1 раз в 2 нед в течение не менее 1 мес, существенно снижает плотность костной ткани в позвонках, а через 3 мес – в костях таза [11]. Следует отметить, что как овариоэктомия усиливает остеопоретическое действие кальций-дефицитного рациона, так и создание дефицита кальция ускоряет развитие остеопороза у овариоэктомированных животных. Иногда используют рационы, дефицитные по кальцию, фосфору и витамину D [9].

Самки крыс, подвергнутые овариоэктомии, участвуют в экспериментах гораздо чаще, чем самцы с удаленными яичками, так как у последних остеопороз развивается медленнее. Так, например, J.H. Park et al. [12] использовали молодых 6-недельных овариоэктомированных самок Sprague–Dawley, получавших 12 нед рацион питания с 0,1% кальция; контролем служили овариоэктомированные животные на рационе питания с 0,6% кальция. X.Gao et al. [10] также предлагают рацион с 0,1% кальция, однако для контроля рекомендуют рацион питания с 1,1% кальция в течение 12 нед у крыс 8-недельного возраста. Для формирования синтетического рациона питания, дефицитного по кальцию и фосфору, грызунам предлагается стандартный рацион и солевая смесь без этих 2 элементов следующего состава (%): KCl – 57,7; NaCl – 20,9; MgSO₄ – 17,9; FeSO₄•7H₂O – 3,22; CuSO₄•5H₂O – 0,078; NaF – 0,133; CoCl₂•6H₂O – 0,004; KI – 0,01; MnSO₄•5H₂O – 0,06; ZnSO₄•7H₂O – 0,44; (NH₄)6Mo₇O₂₄4H₂O – 0,005. При этом необходимо учитывать, что казеин содержит 22 мг% кальция и 400 мг% фосфора [13].

Для подтверждения развития остеопороза у экспериментальных животных используют такие показатели, как содержание кальция, фосфора и остеокальцина в сыворотке крови, кальция, гидроксипролина и пиридинолинов – в моче, активность щелочной фосфатазы и тартрат-резистентной кислой фосфатазы сыворотки крови, минеральную плотность костных тканей, массу бедренных костей и их испытание на разрыв, а также денситометрию и гистоморфологию костных тканей [10, 12, 14, 15].

Так, в частности, если активность щелочной фосфатазы является маркером формирования костной ткани, то активность тартрат-резистентной кислой фосфатазы – маркер резорбции костей [16]. Кроме того, о формировании костной ткани свидетельствуют содержание остеокальцина и проколлаген I полипептидов в сыворотке крови, а уровень костной резорбции отражают такие показатели, как гидроксипролин и пиридинолины мочи [15]. Согласно определению ВОЗ, о развитии остеопороза свидетельствует снижение минеральной плотности костной ткани более чем на 2,5 стандартных отклонения [5]. Что касается костной массы, то ее существенное снижение (более 30%) в губчатой кости проксимального метафиза большеберцовой кости отмечается у крыс уже на 14-й день после овариоэктомии, в шейке бедренной кости – на 30-й день, в теле поясничного позвонка – на 60-й день [8].

Согласно данным таблицы, развитие остеопороза у овариоэктомированных крыс на кальций-дефицитном рационе сопровождается существенным увеличением активности щелочной фосфатазы и небольшим – тартрат-резистентной кислой фосфатазы, снижением веса высушенной бедренной кости и ее золы, а также уменьшением усилия, необходимого для разрыва кости, на фоне выраженного роста массы тела. Кроме того, отмечено выраженное уменьшение плотности костной ткани бедра и позвоночника. При этом, если содержание кальция и фосфора в сыворотке крови существенно не менялось, то выведение кальция с мочой у подопытных крыс было в 3 раза меньше, чем у контрольных.

Некоторые показатели, используемые для оценки остеопороза
у крыс на различных рационах

Аннотация научной статьи по ветеринарным наукам, автор научной работы — Ларцев Юрий Васильевич, Шерешовец Андрей Александрович

Экспериментальное моделирование патологических процессов играет большую роль в изучении патогенеза заболеваний и разработке новых способов лечения. Экспериментальные модели остеопороза выполнены на обезьянах, собаках, кошках, грызунах, кроликах, морских свинках и овцах, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Многие факторы необходимо учитывать при выборе модели остеопороза . Выбор экспериментального животного должен быть научно и этически достоверным, модель должна предоставить исчерпывающие данные по поставленным перед исследованием вопросам. Поэтому существует необходимость охарактеризовать доступные экспериментальные модели остеопороза .

CHOICE OF THE APPROPRIATE ANIMAL MODEL OF OSTEOPOROSIS

Experimental modeling of pathological processes plays an important role in study of the pathogenesis of diseases and development of new methods of treatment. Animal models that have been used in the past include non-human primates, dogs, cats, rodents, rabbits, guinea pigs and sheep, all of which have advantages and disadvantages. There are a lot factors which must be considered in discussing the possibility of an animal model. The choice of experimental animals must be scientifically and ethically justifiable, animal model should provide extensive data according to posed questions. For this reason there is a great need for further characteristics of the available animal models for osteoporosis .

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ОСТЕОПОРОЗА

Самарский государственный медицинский университет

Статья поступила в редакцию 08.11.2015

Экспериментальное моделирование патологических процессов играет большую роль в изучении патогенеза заболеваний и разработке новых способов лечения. Экспериментальные модели осте-опороза выполнены на обезьянах, собаках, кошках, грызунах, кроликах, морских свинках и овцах, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Многие факторы необходимо учитывать при выборе модели остеопороза. Выбор экспериментального животного должен быть научно и этически достоверным, модель должна предоставить исчерпывающие данные по поставленным перед исследованием вопросам. Поэтому существует необходимость охарактеризовать доступные экспериментальные модели остеопороза.

Ключевые слова: экспериментальное моделирование, животные модели, остеопороз.

Актуальность. Остеопороз - заболевание костей скелета, характеризуемое снижением минеральной плотности костной ткани, и вследствие этого снижением прочности кости и повышением риска переломов. Согласно результатам эпидемиологических исследований, проведенных в г. Самара, частота снижения минеральной плотности костной ткани у пациентов от 40 до 80 лет составила среди женщин 47,41% и среди мужчин 34,4%. Риск остеопоротических переломов в возрасте 50 лет составляет 39,7% у женщин и 13,1% у мужчин [2].

Существующие способы лечения переломов больных с переломами костей на фоне остеопо-роза не всегда эффективны из-за механической несостоятельности фиксации, вследствие низких механических свойств кости [15], что требует изучения новых способов фиксации костей на фоне остеопороза с проведением доклинических исследований. Как отмечено в руководстве ВОЗ, доклиническая оценка - один из наиболее важных компонентов испытания фармацевтических средств и новых стратегий хирургического лечения переломов на фоне остеопороза [5]. Для достоверности результатов доклинической оценки необходимо проведение исследований с применением подходящей экспериментальной модели остеопороза.

Следует отметить, что любая экспериментальная модель патологии не исчерпывает всей сложности патогенетических связей, метаболических и функциональных нарушений, возникающих при этом заболевании. Есть плюсы и минусы, связанные с анатомическими, гормональными

и метаболическими свойствами каждого вида, которые влияют на их актуальность и применимость к физиологии человека [17]. Первостепенной задачей является понимание и оценка исследователем ограничений и сильных сторон каждой экспериментальной модели.

Оптимальная модель остеопороза для изучения эффективности применения металлофикса-торов для остеосинтеза костей должна обладать схожими с человеческим метаболизмом минеральных веществ и структурой костной ткани, быть хорошо адаптируемой к содержанию в лаборатории, обладать соответствующими размерами для проведения экспериментальных процедур [9].

Цель исследования: проанализировать существующие экспериментальные модели остео-пороза и оценить их практическую значимость в доклинических испытаниях металлофиксаторов.

Методом ретроспективного анализа литературных данных экспериментального моделирования остеопороза были оценены разные виды животных.

Самые часто используемые животные для экспериментального моделирования остеопороза -это грызуны [6]. Разработана естественная модель сенильного системного остеопороза - модель ускоренно стареющих мышей SAM (senescence accelerated mouse) [5]. Системный остеопороз индуцируется у крыс путем овариоэктомии. По данным Komori Т., эффект овариоэктомии наблюдали в виде значимого снижения костной массы (более 30%) в губчатой кости проксимального метафиза большеберцовой кости на 14 день после операции, в шейке бедренной кости на 30 день, в теле поясничного позвонка на 60 день. Истончение кортикального слоя наблюдали между 90 и 120 днем после операции [14].

В исследовании Halade G.V. с соавторами, системный остеопороз был создан после назначения диеты с высоким процентом жирности,

содержащей 10% кукурузное масло, в течение 6 месяцев. Было отмечено значимое снижение минеральной плотности костной ткани в проксимальном отделе большеберцовой кости, дисталь-ном отделе бедренной кости и теле поясничного позвонка [11].

Системный остеопороз моделировался в исследовании, проведенном Фаламеевой О.В. с соавторами, путем внутрижелудочного введения водного раствора дибутилдитиофосфорнокисло-го натрия (ДБФКН) в течение четырех месяцев. В результате исследования удалось добиться снижения минеральной плотности костной ткани у крыс линии Wistar на 20% в телах позвонков поясничного отдела, на 30% в костях задних конечностей [4]. Локальный остеопороз у крыс формируется путем пересечения магистральных нервных стволов, формированием неопороспособной конечности, или может быть смоделирован в одной из парных конечностей после ампутации другой [13].

Следующие по частоте использования в экспериментальном моделировании животные - это кролики. Моделирование системного остеопо-роза у кроликов проводят путем одно- или двухсторонней овариоэктомии и введения после этого глюкокортикоидов по схеме [3, 7]. По данным Castañeda S. с соавторами, назначение инъекций метилпреднизолона гемисукцината ежедневно по 1,5 мг/кг/день на 4 последующих недели или метилпреднизолона гемисукцината 0,5 и 2 мг/ кг/день в комбинации с овариоэктомией приводит к значимой потере минеральной плотности костной ткани в позвонках поясничного отдела позвоночника до 17,4% и до 19,5% в мыщелках бедренных костей.

Моделирование локального остеопороза проводится путем иммобилизации конечности. Так, в исследовании Асиловой С.У., на 36-й день после остеотомии бедренной кости и иммобилизации конечности отмечались атрофические и деструктивные изменения костной ткани, в виде неравномерного бесклеточного просветления костных пластинок, рассасывание костной пластинки, расширение гаверсовых каналов с развитием в них грануляционной ткани с последующим хондроматозным перерождением и неравномерным кальцинозом [1].

В ряде стран в качестве экспериментального животного используются собаки. У собак экспериментальный системный остеопороз индуцируется путем овариоэктомии. По данным некоторых авторов изолировано овариоэктомии недостаточно для достижения достаточного снижения минеральной плотности костной ткани у собак [18]. Поэтому удаления обоих яичников и матки комбинируют с диетой, с низким содержанием кальция. Так, по данным Reinwald S. с соавторами, ограничение содержания кальция в рационе с 1,4% до 0,1% в добавлении к овариоэктомии у

собак 30-месячного возраста привело к снижению минеральной плотности костной ткани на 31% для кортикальной и губчатой кости [17]. Однако, использование собак в Российской Федерации ограничено по этическим соображениям.

Существуют единичные сообщения о применении в качестве экспериментальных животных для моделирования остеопороза хорьков [12]. Применение кошек [8] и морских свинок [20] в моделировании остеопороза оказалось не оправданным. Обезьяны демонстрируют ряд преимуществ по сравнению с другими животными, так как их системы органов наиболее похожи на вовлеченные системы органов человека. Однако приматы являются потенциальным резервуаром для множества зоонозных заболеваний, они слишком опасные, дорогие и сложные в содержании животные, чтобы быть основными животными для экспериментального моделирования остеопороза [10].

Экспериментальная модель остеопороза с использованием овец представляется соответствующей критериям модели остеопороза в отношении механических и морфометрических свойств кости [16]. Так, в исследовании Lill C.A. с соавторами, системный остеопороз был вызван путем двухсторонней овариоэктомии, диетой с ограниченным содержанием кальция и назначении на 7 месяцев метилпреднизалона в дозировке 160 мг. внутримышечно в неделю. Отметили значимое снижение минеральной плотности костной ткани в губчатой и кортикальной кости на 38% к 4 неделе после операции, и на 31% к 8 неделе после операции [15, 19].

Таким образом, в экспериментальных исследованиях in vivo воспроизведены практически все известные виды остеопороза. Приведенные способы создания патологического процесса примерно в равной степени отображают величину потери минеральной плотности костной при остеопорозе. Поэтому выбор экспериментального животного должен быть сделан исходя из задач, поставленных перед исследованием. Так, для исследований применения новых лекарственных средств для профилактики и лечения остеопороза представляется наиболее перспективной модель системного остеопороза с использованием крыс, путем овариоэктомии и/или содержании на специфической диете. Такой выбор можно сделать исходя из доступности большой выборки экспериментальных животных и изученности протекающих патологических процессов. В то же время для исследований использования новых метал-лофиксаторов и имплантов, применяемых при остеосинтезе костей на фоне остеопороза, лучше подходит моделирование системного остеопоро-за на овцах, вызванного овариоэктомией, спец-

ифической диетой и назначением глюкокортико-идов, так как в подобных исследованиях важную роль играет соответствие размеров испытуемых имплантов и экспериментального животного, а также схожесть метаболизма костной ткани и гормонального профиля с человеческими. В настоящее время способы создания локального остеопороза у достаточного крупных животных (таких как кролики и овцы) не нашли распространения, что может быть связано с сопутствующим повреждением окружающих тканей для формирования этих моделей. Поэтому перспективным представляется разработка новых моделей локального остеопороза, при которых целостность окружающих тканей будет сохранена.

1. АсиловаС.У.,РашидоваС.Ш., УбайдуллаевБ.Ш.,Юсупова К.А., Умарова Г.Ш., НуримовГ.К., Вахидова Н.Р. Морфологические исследования при остеопорозе костей в экспериментальных условиях. Образование и наука без границ - Мат. 10 науч.-практ. конф. Пшемысль, 2014. С. 19-32.

2. КотельниковГ.П., Булгакова С.В. Остеопороз: руководство. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. 512 с.

3. Нетылько Г.И., Наконечный Д.Г., Румакин В.П., Зайцева М.Ю., Божко А.М., КоневВ.А. Способ создания остеопороза у кролика в эксперименте. Патент России m 2480843. 2013.

4. Фаламеева О.В., Садовой М.А., Храпова Ю.В. Влияние техногенных факторов на возникновение и прогрессирование остеопороза: экспериментальное моделирование. Хирургия позвоночника. 2008 m 2 С. 73-79.

5. ФролькисВ.В., Поворознюк В.В., Евтушенко О.А Экспериментальный остеопороз. Модели, механизмы развития возрастного остеопороза. Здоров'я Украши. 2004. m 2. С. 8б-99.

6. Aerssens J., Boonen S., Lowet G., Dequeker J. Interspecies difference in bone composition, density and quality. Potential implications for in vivo bone research. Endocrinology - 1988. Ne 139. P. бб3-б70.

7. Castañeda S., Calvo E., Largo R., González-González R., De La Piedra C., Díaz-Curiel M., Herrero-Beaumont G. Characterization of a new experimental model

of osteoporosis in rabbits. J. of bone and mineral metabolism - 2008. № 26. P.53-59.

8. Draper H.H. Osteoporosis. Advances in Nutritional Research. Plenum Press. New York - 1985. P. 172 - 186.

9. Egermann M., Goldhahn J., SchneiderE. Animal models for fracture treatment in osteoporosis. Osteoporosis international - 2005. № 16. P.129 - 138.

10. Grynpas M.D., Chachra D., Lundon K. Bone quality in animal models of osteoporosis. Drug Development Research - 2000. № 49. P. 146-158.

11. Halade G.V, Halade G.V., Rahman Md. M., Williams P. J., Fernandes G. High fat diet-induced animal model of age-associated obesity and osteoporosis. J. of nutritional biochemistry - 2010. № 21. P.1162-1169.

12. Hartke J.R. Preclinical development of agents for the treatment of osteoporosis. Toxicologic Path - 1999. № 27. P.143-147.

13. Jee W.S.S., Yao W. Overview: animal models of osteopenia and osteoporosis. Journal of musculoskeleton neuronal Interaction - 2001. № 3. P.193-207.

14. Komori T. Animal models for osteoporosis. European Journal of Pharmacology - 2015. № 759. P. 287-294.

15. Lill C.A., Hesseln J., Schlegel U., Eckhardt C., Goldhahn J., Schneider E. Biomechanical evaluation of healing in a non-critical defect in a large animal model of osteoporosis. Journal of Orthopaedic Research - 2003. № 21. P. 836-842.

16. Lill C.A., Gerlach U.V., Eckhardt C., Goldhahn J., Schneider E. Bone changes due to glucocorticoid application in an ovariectomized animal model for fracture treatment in osteoporosis. Osteoporosis international - 2002. № 13. P.407-414.

17. Reinwald S., Burr D. Review of nonprimate, large animal models for osteoporosis research. J. Bone Miner Res. 2008. Vol. 23. № 9. P.1353-1368.

18. Shen V., Dempster D.W., Birchman R., Mellish R., Church E., Kohn D., Lindsay R. Lack of changes in histomorphometric, bone mass, and biomechanical parameters in ovariohysterectomized dogs. J. Bone. 1992. № 13. P.311-316.

19. TurnerА.S. Animal models for osteoporosis - necessity and limitations. European cells and materials Vol. 1. 2001. P.66-81.

20. Vanderschueren D., Van Herck E., Suiker A.M.H., Allewaert K., Wisser W.J., Geusens P., Bouillon R. Bone and mineral metabolism in adult guinea pig: long term effects of estrogen and androgen deficiency. J. Bone Miner Res. 1992. № 7. P.1407- 1415.

CHOICE OF THE APPROPRIATE ANIMAL MODEL OF OSTEOPOROSIS

Читайте также: