Регуляция резорбции

Резорбцию кости усиливают: ПТГ, ИЛ1, ИЛ6, трансформирующий фактор роста α, Пг. Резорбцию кости поддерживают йодсодержащие гормоны щитовидной железы.

Усиление резорбции под действием ПТГ не связано с прямым влиянием этого гормона на остеокласты, т.к. эти клетки не имеют рецепторов ПТГ. Активирующее влияние ПТГ и кальцитриола на остеокласты осуществляется опосредованно — через остеобласты. ПТГ и кальцитриол стимулируют образование фактора дифференцировки остеокластов — лиганда остеопротегерина.

Резорбцию кости, и активность остеокластов подавляют кальцитонин (через рецепторы в плазмолемме остеокластов) и γ‑ интерферон.

Эстрогены ингибируют выработку ретикулярными клетками костного мозга колониестимулирующего фактора макрофагов (M-CSF), необходимого для образования остеокластов, что тормозит резорбцию кости.

Микроэлементы и метаболизм костной ткани.

Многообразие процессов остеогенеза направляется и контролируется при участии гормонов, ферментов, витаминов, медиаторов и других факторов, в физиологической и биохимической активации которых важнейшее, а в ряде случаев решающее значение имеют различные микроэлементы и их сочетания (рис.21). Действуя по принципу обратной связи, микроэлементы, гормоны, ферменты, витамины, медиаторы и другие, биологически активные вещества, как при физиологическом остеогенезе, так и при регенерации обеспечивают анаболическую направленность костного метаболизма. Так, продукция анаболических гормонов происходит при мобилизации меди, кобальта, марганца и др.

Рис. 21. Биохимические взаимосвязи минеральных элементов.
Сплошные линии - установленные взаимосвязи, пунктирные - предполагаемые, жирные линии - синергизм, полужирные - антагонизм (по В. И. Георгиевскому).

Активизация ферментов и энзиматических систем также происходит с участием микроэлементов. Так, сукцинатдегидрогеназа активизируется в присутствии ионов Al³⁺ Co²⁺; изоцитрат - в присутствии Mn²⁺ и Mg²⁺; пируват - Mn²⁺, Co²⁺; пируватфосфатазы — Fe²⁺, Co²⁺; липазы - Pb²⁺ и др. Недостаток ряда микроэлементов, в частности марганца, в костной ткани нарушает синтез мукополисахаридов костного регенерата и созревание коллагена. В то же время избыток ряда микроэлементов и их сочетаний угнетает метаболизм, усвояемость питательных веществ, в том числе и минеральных, в желудочно-кишечном тракте (стронций, бериллий, магний, медь, алюминий). Микроэлементы играют важную роль не только в процессах нормальной физиологической регенерации и обновления кристаллической решетки гидроксиапатита костной ткани, но и тесно связаны в обмене с органическим компонентом ее за счет прямого влияния на остеогенные клеточные элементы. Процесс синтеза мукополисахаридов в зоне перелома кости также сопровождается усилением адсорбции ряда микроэлементов (Al, Cu, Mn, Pb и др.). Образуют они стойкие хелатные комплексы с соединениями мукопротеидной природы и играют, вероятно, определенную роль в "созревании" коллагена и его дальнейшей пространственной агрегации. Ряд микроэлементов (Mn, Co, Cu) участвует в катализе ферментативных реакций, протекающих в остеогенных клетках, и без их присутствия нарушается, например, остеобластическая и остеокластическая дифференцировка. Кроме того, микроэлементы принимают активное участие в энзиматических процессах коллагеновых фибрилл (марганец, ванадий и др.). Установлено, что некоторые микроэлементы играют важную роль в патогенезе костных болезней. Соли стронция и ванадия благоприятно влияют на репаративные процессы в костной ткани при тяжелом течении рахита, не поддающегося лечению, а также при некоторых формах остеомаляции и остеохондрозе. Недостаток ряда микроэлементов может быть причиной некоторых форм спонтанного рассасывания минерального компонента костной ткани, снижения интенсивности конденсации гидроксиапатита (Мп, Sr, Wa, Си, F, РЬ и др.). Эта многогранная роль микроэлементов проявляется благоприятно только при условии, что они поступают в организм в биотических количествах, не превышающих предельную физиологическую потребность организма. Завышенные количества микроэлементов вначале вызывают усиление физиологических функций и метаболических процессов, а затем отрицательно влияют на организм. Это токсикофармакологическое действие микроэлементов проявляется в нарушении жизнедеятельности организма вследствие блокировки (инактивации) ферментных систем, метаболических цепей и изменения агрегатного состояния коллоидодисперсных систем. Гидроксиапатитовая кристаллическая решетка костной ткани имеет огромную площадь, на которой в большом количестве адсорбируются ионы, обладающие способностью обмениваться с окружающей внутритканевой средой. Все эти процессы каталитически и материально протекают с участием различных микроэлементов. Микроэлементы, входя в состав металлоэнзимов, витаминов и других комплексных высокоактивных биополимеров, играют важную интегрирующую функцию на различных уровнях организации. Ряд микроэлементов (медь, кобальт, марганец) активно участвует в каталитических обменных реакциях в остеоцитах, обусловливая их дифференцировку и функционирование. Марганец и ванадий принимают участие в энзиматических процессах минерализации коллагена костной ткани. Стронций и ванадий стимулируют репаративные процессы в костной ткани при тяжело протекающем рахите, остеомаляции, не поддающихся D-витаминной терапии. Недостаток ряда микроэлементов приводит к усилению резорбтивных процессов в костной ткани (марганец, стронций, ванадий, медь, фтор и др.). Наряду с этим избыток отдельных микроэлементов в почве, воде может быть причиной. К таким же последствиям может привести их дисбаланс - избыток одних и недостаток других (уровская болезнь).

Магний. Как недостаток, так и избыток магния способствуют образованию камней во внутренних органах (почечнокаменная, желчнокаменная болезнь).

Марганец. Гипомарганцемия приводит к приостановке роста костей и снижению активности щелочной фосфатазы в крови. Продолжительное и избыточное введение солей марганца, наоборот, угнетает рост и кальцификацию костей. Субтоксические дозы марганца нарушают процесс энхондрального остеогенеза и вызывают патологическую картину рахита в костной ткани.

Железо. Способно накапливаться в зонах энхондрального и периостального костеобразования, способствуя процессу стабилизации гидроксиапатита в остеоидной субстанции. Чрезмерное поступление солей железа может вызвать признаки хондродисплазии, особенно на фоне избытка стронция, когда изменения в костной ткани начинают протекать по типу рахита. Наряду с кальцием железо активно отлагается в очагах некроза.

Фтор. Костная ткань является основной тканью, депонирующей в организме фтор. В оптимальных дозах фтор играет важную роль в остеогенезе, так как кристаллы гидроксиапатита без присутствия следов фтора не образуются.

Медь. В процессах роста и дифференциации костной ткани медь играет важную роль, концентрируясь в основном в зонах роста эпифизов костей. При недостатке меди наступает гипофосфатемия, приводящая к нарушению остеогенеза, не поддающемуся А- и D-витаминной терапии. В случае недостатка, как и избытка, меди компакта становится на 1/3-1/2 тоньше, чем в норме, количество остеонов уменьшается (остеопороз). Хрящевая ткань, наоборот, гипертрофируется и содержит больше, чем в норме, хондробластов. Остеобласты под действием избытка меди угнетаются. Благоприятное действие меди на остеобласты проявляется только в оптимальных дозах, особенно в сочетании с диетой, обогащенной солями кальция. При недостатке меди ингибируется энергетический цикл остеобластов (в системе цитохромоксидаза - цитохром С) и клетки гибнут, нарушаются остеобластическая дифференцировка клеточных элементов регенерата костной ткани, заживление переломов и синтез гемоглобина, снижается основной обмен.

Барий является остеотропным микроэлементом. В золе трубчатых костей его содержится около 0,022 % (М. Г. Белан, 1964). При недостатке кальция барий заменяет его в кристаллической решетке гидрооксиапатита. Барий в 2 раза быстрее переходит из крови в кость и обменивается за 12,8 дн. Избыток его угнетает процесс минерализации костной ткани.

Стронций также в основном депонируется костной тканью, обладает свойствами, близкими к кальцию. В трубчатых костях его содержится около 0,0186 % (М. Г. Белан, 1964). Сосредоточен стронций главным образом в зонах остеобластической активности и поэтому может служить индикатором репаративной активности костной ткани. Однако стронций, особенно радиоактивный (Sr⁹⁰), обладает канцерогенными свойствами, и это не позволяет широко использовать его в клинической практике. Опасность представляет загрязнение окружающей среды (почвы, воды, растений и т. п.) радиоактивным стронцием. Костная ткань в обычных условиях задерживает стронций по сравнению с кальцием в соотношении 1:6. Витамин D способствует задержке стронция в костной ткани.

Цинк. В костной ткани содержится от 70 до 200 у (мкг) цинка на 1 г массы сырой костной ткани. Он является активатором ряда ферментов, в том числе щелочной фосфатазы костной ткани, карбоангидразы, карбоксипептидазы панкреатического сока, алкогольдегидрогеназы и др. Усвояемость цинка зависит от белкового состава пищи, содержания в них кальция, меди. Последние угнетают утилизацию цинка, отчего нарушается его резорбция из кишечника. Повышение уровня цинка в пище угнетает обмен кальция, фосфора и магния.

Алюминий. Воздействует на обмен фосфора на стадии фосфорилирования и принимает участие в образовании ядер нуклеина белковой матрицы костной ткани (H.Selje, 1965).

Кремний принимает активное участие в процессах физиологической и репаративной регенерации кости. По С. F. Geyer (1953), в 100 г золы из компакты находится 0,04 % кремния, а в эмали зубов - 0,03 %. При остеомаляции из организма выделяется значительно больше кальция и кремния, чем магния и фтора. Введение в организм соединений кремния и калия стимулирует рекальцификацию костной ткани. При остеомаляции в костной ткани понижено содержание кремния, фосфора и щелочноземельных микроэлементов наряду с задержкой в организме фтора, магния и кальция. Таким воздействием на обмен кремния можно повысить фиксацию кальция и фосфора в костной ткани.

Кобальт. Соединения кобальта стимулируют заживление переломов костей и включение фосфора в костную ткань (Ф. X. Сейфуллин, 1963). Входя в состав витамина B₁₂ (цианкобаламина), он стимулирует общий обмен, гемопоэз и, таким образом, вторично влияет на интенсивность костного метаболизма. Соединения кобальта усиливают активность щелочной фосфатазы, играющей важную роль в минерализации костной ткани.

Селен.

Бор. Физиологическая роль в процессах остеогенеза не вполне ясна. Обмен бора связан с обменом калия, при дефиците которого задерживается рост, устраняемый назначением солей бора.

Иод. Стимулирует синтетическую активность органического матрикса, что создает благоприятные условия для процесса минерализации.

Хром. Способен к ионообмену с кальцием подобно ионообмену стронция и адсорбированию на поверхности кристаллической решетки гидрооксиапатита.