Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
МЕНСТРУАЛЬНЫЙ ЦИКЛ И РЕПАРАТИВНОЕ КОСТЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИ ЧРЕСКОСТНОМ ОСТЕОСИНТЕЗЕ
Свешников А. А., Бегимбетова Н. Б.,
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данная работа посвящена актуальной проблеме – изучению зависимости репаративного костеобразования, в частности, минеральной плотности костей скелета, после травм от состояния МЦ и концентрации эстрогенов. С этой целью нами изучены изменения МПК скелета при нарушения МЦ у женщин репродуктивного возраста, в пред- и постменопаузном периодах (в течение 15 лет), а также после травм конечностей и при уравнивании длины укороченной конечности. Такие обстоятельные исследования стали возможны благодаря современному диагностическому оборудованию – рентгеновскому двухэнергетическому костному денситометру, позволяющему производить измерения МПК с ошибкой ± 2 %.
У этой проблемы два аспекта – теоретический и практический. Теоретическое значение работы состоит в изучении адаптации скелета к меняющимся концентрациям эстрогенов, а практическое – в повышении эффективности лечения переломов и уравнивании длины конечностей, а также в обосновании возможности предупреждения снижения МПК скелета при функциональных изменениях МЦ, организации профилактики переломов, на лечение которых тратятся во всем мире огромные средства. Существенные материалы для данного исследования в выполнены в период 2001-2006 годов, когда в Центре выполнялись проекты РФФИ – № 01-04-96422 и 04-07-96030, их назначение – расшифровка механизма возрастных изменений минеральной плотности костей скелета, в частности, роли половых гормонов.
Стресс как фактор, влияющий на МЦ, избран не случайно. Он поддерживает возбуждение в лимбической системе и поэтому снижается концентрация кортиколиберинов. В результате тормозится деятельность структур гипоталамуса и меньше вырабатывается гонадотропинов в гипофизе в силу чего уменьшается выработка половых гормонов и возникают изменения.
Занимаясь этой работой, мы внесли новые элементы в изучение вопроса особенно применительно к эмоциональному стрессу. Мы изучали эффект от воздействия таких стресс-факторов, которыми являются психическое перенапряжение на производстве и в быту. Эти данные были нам нужны для анализа изменений после травм и уравнивания длины укороченных конечностей. Мы оценивали степень выраженности стресса по гормонам стресс-группы (АКТГ, кортизол, альдостерон) и цАМФ. Эти наблюдения дополнили определением концентрации гонадотропинов (ФСГ, ЛГ), регулирующих менструальный цикл, а также половых гормонов, концентрация которых определяется содержанием гонадотропинов. Установлено, в частности, что снижение концентрации ФСГ приводило к тому, что фолликулы прекращали свое развитие на разных этапах. Если это происходило вначале МЦ, то фолликул подвергался атрезии с малой продукцией эстрадиола. Если это происходило на более поздних стадиях, то вследствие большего размера фолликула, концентрация была несколько выше нормальной.
При малой концентрации ЛГ фолликул не в состоянии был разорваться, цикл становится ановуляторным с длительным существованием (персистенцией) фолликула, что приводило к длительной продукции эстрогенов, которая сопровождалась гиперплазией эндометрия. Снижение концентрации эстрогенов в процессе персистенции фолликула приводило к более обильному кровотечению. Если фолликул все же разрывался, то формировалось неполноценное желтое тело. В результате укорачивалась продолжительность менструального цикла за счет этой фазы и менструации становились частыми. Эндометрий матки не успевал правильно формироваться и оказывался гипоплазированным. В таких ситуациях до и после кровотечения наблюдались небольшие кровянистые выделения. Определив концентрацию половых гормонов, мы могли сопоставить их с величиной МПК в различных костях скелета и этим доказать участие одного из факторов (эстрогенов) в механизме возникающих изменений. Перед этим мы изучили влияние функционального состояния внутренних органов и нам нужно было найти этот фактор
Оказалось, что из общего числа нарушений МЦ не все вызывают изменения МПК скелета, а только те, при которых менструации отсутствуют по 1,5-2 месяца и больше, что приводило к снижению концентрации эстрогенов. Изменения МЦ в наших наблюдениях сводились к нарушению ритма менструаций, изменению их продолжительности и количеству выделившейся крови.
Изменение концентрации половых гормонов имеет существенное значение для состояния костной ткани, в частности, для удержания минеральных веществ в скелете. Уменьшение концентрации гормонов приводило не только к замедлению физиологического обновления кости, снижению их минеральной насыщенности, но и сокращению синтеза белка и увеличению выведения азота из организма. Снижалось воздействие на белковую матрицу кости, происходила потеря кальция и фосфора. Ослаблялся обмен веществ в костях и функциональное состояние остеогенных клеток соединительной ткани костного мозга [25].
Полученные нами результаты исключительно важны для расшифровки роли половых гормонов в репаративном костеобразовании, в частности, при разработке схем лечения больных остеопорозом с назначением половых гормонов и физических упражнений.
Патогенетические механизмы, участвующие в развитии остеопороза, включают повышенную продукцию костномозговыми клетками цитокинов (ФНО- ? и интерлейкинов), стимулирующих резобтивную активность остеокластов [56-58]. Циклы ремоделирования кости связаны с взаимодействием остеобластных и остеокластных клеток, которые регулируются системными гормонами и локальными факторами. Кроме этого важную роль играют кальций-регулирующие гормоны – ПТГ, 1,25-дигидрокси-витамин D и кальцитонин, а также половые гормоны. Эстрогены – основные ингибиторы резорбции кости как у женщин, так и у мужчин. Андрогены важны не только как источник эстрогенов, образующиеся из него под влиянием ароматазы, но и своей прямой стимуляцией на формирование кости. Половые гормоны также влияют на секрецию локальных цитокинов, простагландинов и факторов роста, а также модулируют уровень глобина, связывающего половые гормоны в крови [59-61]. Все формы овариальной недостаточности, составляют группу риска по развитию остеопороза. Согласно исследованиям последних лет, заболевания опорно-двигательной системы в период менопаузы могут быть обусловлены эндокринными нарушениями, сопровождающиеся абсолютной и относительной гипоэстрогенемией, угасанием функций яичников и исчезновением эстрогенных гормонов. Отмечается параллелизм между уменьшением уровня половых гормонов и изменениями кости, у пожилых людей после введения эстрогенов нормализуется фосфорно-кальциевый обмен, усиливается отложение минеральных веществ в костной ткани. На этом основано утверждение, что гормоны ответственны за старческий остеопороз [62, 64].
Данная работа необходима для объяснения механизма изменений минеральных веществ у здоровых женщин в возрасте 18-80 лет, проживающих на территории Уральского региона. Такую работу по заданию РФФИ и установили возрастные изменения МПК костей скелета, морфометрические параметры участков, наиболее подверженных риску перелома. Эта работа более детально описывает возрастные изменения по сравнению с многочисленные работами преимущественно иностранных авторов показавших, что МПК и суммарное количество минералов на 75–80 % определяет механические свойства костной ткани [65-67]. Риск перелома непосредственно связан с абсолютными значениями МПК позвоночника и шейки бедренной кости, в силу чего данные костной денситометрии – единственного метода, позволяющего установить степень остеопении, – могут служить предикторами перелома. Было установлено, что максимальная скорость снижения костной массы у женщин наступает в период 46-60 лет – возраст пред – и постменопаузы. В первые годы постменопаузы скорость потери костной массы большая в костях центрального скелета, в периферических участках скелета она меньше.
Мы наблюдали достоверное снижение МПК в поясничном отделе позвоночника (L2-L4) у женщин уже в возрасте 46-50 лет. Наш вклад в данном направлении в том, что более детально изучены изменения, в то время, как в работах большинства зарубежных исследователей убыль МПК представляется как некоторая постоянная из года в год величина [68-70]. Наши наблюдения показали, что у женщин в возрасте 50-60 лет в случаях уменьшения синтеза половых гормонов, возникали более глубокие изменения, чем в предыдущие и последующие годы.
Нарушения синтеза гормонов в яичниках сопровождаются колебаниями функционального состояния нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и других систем организма. [71-74], что особенно важно учитывать при лечении больных после травм.
Есть наблюдения [75-77], в которых установлено, что при сохраненном менструальным цикле увеличение уровня ФСГ на 18-й день цикла и следующее за ним увеличение уровня лютеинизирующего гормона (ЛГ) на 2-5-е дни усиливало выработку эстрогенов. Обычно один фолликул становится доминантным и увеличивает выработку эстрогенов, которые по механизму отрицательной обратной связи подавляют секрецию ФСГ. Концентрация эстрогенов в крови может соответствовать размеру доминантного фолликула. Как только концентрация ЛГ достигает максимума, концентрация эстрогенов начинает снижаться [78-81]. Поскольку кость принято считать третьим органом–мишенью для эстрадиола [82-85], менопауза расценивается причиной возрастного снижения минералов.
По результатам исследований [86-89], до 50 лет колебания МПК и концентрации эстрадиола остаются в пределах нормы (на 12-й день цикла составляет 218,4 ± 21,36 пг/мл, Т-критерий в L2-L4 равен -1,0 SD, в шейках бедренных костей -0,2SD). Предменопаузные колебания концентрации эстрадиола отражаются на МПК в первую очередь в позвоночнике (Т-критерий -1,5SD). К 56-60 годам при низкой концентрации эстрогенов активность остеобластов уменьшается, замедляется образование кости, усиливается резорбция и деминерализация [90, 91]. Подобные изменения проявляются в шейках бедренных костей остепенией – Т-критерий -1,3SD.
В пожилом возрасте у 75-летних женщин скорость потери костной массы в периферическом и осевом скелете оказывается примерно одинаковой, из чего следует, что быстрая потеря костного вещества в первые годы постменопаузы со временем замедляется. Наши данные подтверждают исследования других авторов [92]. В ряде работ указывается суммарная величина минералов в позвоночнике, при которой впервые (пороговое значение) происходят переломы: у женщин они равны 17,610 г, МПК – 0,936 г/см2 [93]. Для Т-критерия уменьшение на одно стандартное отклонение от нормы повышает риск возникновения перелома в 2-3 раза [94].
Исследованиями [24, 59] показано, что в возрасте 80 лет Т-критерий в позвоночнике составлял величину -2,6SD при МПК 0,995 г/см2.
Поэтому у многих женщин имелся значительный риск возникновения перелома. Точное значение пороговой величины МПК в участках костной ткани, наиболее подверженных переломам, целесообразно определять у женщин после 45 лет. В 65 лет 50-84 % женщин имели МПК в позвоночнике ниже нормы, а в 85 лет – факти-
чески все.
Изученные особенности механической прочности трабекулярной кости тела позвонка характеризуют динамику снижения жесткости в различных возрастных периодах: 80 лет в 4 раза, а позвонка в целом – 2,6 раза. Соответственно хрупкие переломы у женщин в возрасте 51-60 лет чаще всего возникают (главным образом клиновидные переломы) в позвоночнике [95]. Подобное свидетельствует о возможности использования МПК как непрямого показателя изменения компрессионной прочности [96].
По результатам исследований [97-99], в возрасте 60 лет снижение МПК в первом позвонке составляет – 16-18 %, 66-70 лет – 21-22 %, в 76-80 лет – 23-24 % (данные достоверно отличны, p < 0,05), относительно возраста сформированной пиковой костной массы (21-25 лет)). Аналогичные изменения минералов происходят и во втором-четвертом позвонках, где возникает основное число переломов в соответствии с наибольшей нагрузкой, которой подвергается поясничный отдел позвоночника.
Характерная динамика изменений показателей МПК позвоночника состоит в том, что у молодых людей трабекулярная ткань несет 50 % нагрузки. У стариков эта величина снижается до 30 %. По данным отечественных авторов, прочность позвонков у здоровых людей довольно сильно (на 50-60 %) зависит от минеральной плотности трабекул [97]. В условиях уменьшенной массы трабекулярной кости прочностные характеристики определяются целостностью компактного слоя, окружающего тело позвонка. Полноценная компактная кость увеличивает жесткость в 4 раза [93].
Механическая прочность костной ткани зависит не только от суммарной массы минералов. Значительная роль отводится сохраненной микроархитектонике. Факторами риска переломов, не связанными с МПК, являются: пожилой возраст, отягощенная наследственность, чрезмерная подверженность падениям и анамнез перенесенных переломов в возрасте старше 40 лет [95].
Первые признаки уменьшения МПК выявлены в пространстве Варда в возрасте 31-35 лет, причем значения суммарной массы и МПК были несколько ниже слева, чем справа.
В диафизе бедренной кости МПК оставалась на постоянных величинах до 50 лет. К 56-60 годам потеря минералов в правом диафизе стала интенсивней и к 75-80 годам составила слева – 13,932 ± 1,659 г., Т-показатель был равен -1,6 SD, справа – 13,902 ± 1,786 г., Т-показатель – 1,8SD.
Снижение МПК кости после 70 лет приводит к глубоким изменениям механических свойств костной ткани – уменьшается модуль упругости, предел пропорциональности и относительная упругая деформация, то есть снижается область функциональных нагрузок на кость. Существует непосредственная зависимость между модулем упругости, характеризующим жесткость кости, и пределом прочности [94]. В работах по изучению механических свойств кости установлены пороговые значения МПК, ниже которых кость не выдерживает физиологические нагрузки. Однако в указанных возрастных группах снижение модуля упругости и предела прочности не было прямо пропорциональным. Это указывает на то, что происходят и качественные изменения коллагена, костного связующего вещества – мукополисахаридов, а также структурные изменения в кости [93].
Наибольшие изменения биомеханических свойств происходили при действии силы в поперечном направлении. Они указывали на то, что кость теряет способность противостоять действию нефункциональных нагрузок (действующих не вдоль кости, а поперек ее), что может быть причиной спонтанных переломов [92]. Существует зависимость между суммарной величиной минералов и числом переломов в отдельных частях скелета. Так, например, при уменьшении суммарного количества минералов во всем скелете на 7 % отмечаются переломы лучевой кости в типичном месте, на 10 % – в позвоночнике, на 16 % – в проксимальном отделе бедренной кости. У женщин они появляются при значительно меньшем значении минералов и на 10 лет раньше [91].
По результатам изучения механических свойств костной ткани сделан вывод, что одной из причин деминерализации считают снижение двигательной активности. Изменения в мягких тканях имеют прямое отношение к тем сдвигам, которые возникают в скелете. Уменьшение давления мышц на кости ведет к снижению пьезоэлектрического потенциала, обменных процессов и деминерализации костной ткани [90].
В подтверждение данного аргумента изучены особенности накопления мышечно-жирового компонента состава тела. Масса мышц и соединительной ткани достигала максимальных значений
в 41-45 лет и практически не изменялась до 56 лет. В 56-60 лет начинает очень медленно снижаться, достоверные различия получены только в возрастной группе 76-80 лет – на 5 %. В 21-25 лет у женщин жировая ткань распределяется следующим образом: голова и шея – 5,3 %, туловище – 41,7 %, нижние конечности – 20 %, верхние – 15 %.
Максимальные значения жировой тканей отмечены в 56-60 лет. В дальнейшем ее масса начинала медленно снижаться.
Масса мягких тканей (мышцы и соединительная ткань) во всех возрастных группах составляет 76-81 % от веса тела. В 50-60 лет достоверных различий не выявлено, но тенденция уменьшения сохраняется на 2 %, в 70 лет – на 5 %. В 80 лет снижение составляет 11 %.
При старении происходит уменьшение массы мышц. Оно обусловлено уменьшением воды в мышечных клетках, определенная часть их гибнет. С возрастом увеличивается количество липидов в мышцах в среднем на 16 % [89].
Снижение массы мышц происходит более интенсивно, чем массы тела в целом. Уменьшение массы мышц нижних конечностей мы выявили в 36-40 лет. Это согласуется с результатами других исследователей установивших, что трехглавая мышца голени стареет к 40 годам, мышцы бедра – к 50 годам: уменьшается диаметр отдельных волокон. Диаметр мышечного волокна грудной мышцы в 50 лет уменьшается вдвое, в 70 лет – в 4 раза [88].
Результаты наших измерений позволили выявить минимальные изменения МПК в таких сегментах, как поясничный отдел позвоночника, ребра, проксимальная треть бедренной кости, кости таза. Первые признаки деминерализации скелета соответствующие остеопении выявляются впервые в 41-45 лет. В 50-60 лет снижение минералов у женщин происходит на фоне уменьшения концентрации эстрадиола. Наибольшее число случаев деминерализации у женщин отмечено в возрастной группе 46-70 лет. До 70 лет изменения в виде остеопении локализуются в основном в позвоночнике, после 70 лет – в проксимальном отделе бедренной кости. Встречался в основном остеопороз.