Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

РОЛЬ ГОРМОНОВ И ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ В РЕПАРАТИВНОМ КОСТЕОБРАЗОВАНИИ

Хвостова С.А., Свешников К.А.
У больных остеопорозом и с переломами в возрасте 60-75 лет определяли концентрацию гормонов стресс-группы и регулирующих репаративное костеобразование, а также циклических нуклеотидов. Для оценки функционального состояния костной ткани в процессе лечения контролировали плотность минеральных веществ (МП) у концов костных фрагментов и в регенерате на костных денситометрах фирм "Норлэнд" и «GE/Lunar» (США). Изучение гормонального фона в организме позволяет контролировать состояние отдельных звеньев репаративного процесса, подтверждает обоснованность заключений, проводимых по результатам денситометрических и радионуклидных исследований.

Травма является мощным стресс-фактором, который вызывает изменения не только в системе гипоталамус-гипофиз-надпочечники, но и в других органах и тканях. Так, описан "диабетогенный" эффект травмы и изменения в желудочно-кишечном тракте. Изучение гормональной регуляции пролиферации, дифференцировки клеток костной ткани, минерализации основного вещества при переломах является актуальной и малоизученной проблемой. Выяснение взаимодействия гормонов с рецепторами клеток, изменения под их влиянием концентрации циклических нуклеотидов в клетках стало возможным благодаря методу радиоиммунологического анализа. Исследования в этом направлениии несомненно будут способствовать расшифровке молекулярного механизма действия гормонов [1]. В частности, целесообразно изучение циклических нуклеотидов, обладающих уникальной способностью передавать гормональную информацию клеткам и регулировать множество биохимических процессов, а также оценка количества белка - остеокальцина, продуцируемого остеобластами [3].

Материал и методы

Наши наблюдения проведены на 160 больных с закрытыми поперечными, косыми и винтообразными переломами костей голени у лиц в возрасте 65-75 лет. Концентрацию гормонов (АКТГ, кортизола, альдостерона, паратирина, соматотропина, кальцитонина) определяли методом радиоиммунологического анализа с использованием наборов фирмы «CIS» (Франция), а циклических нуклеотидов - радиоконкурентным методом с наборами фирмы «Amersham» (Англия). Подсчет активности и распечатка результатов осуществлялись на бета- и гамма-счетчиках фирмы «TracorEuropa» (Голландия).

Для суждения о механизмах изменений функций определяли концентрацию инсулина, гастрина, остеокальцина и ангиотензина–2 с помощью радиоиммунологических наборов ”Elsa osteo” и “Ren-СТ2” (Франция).

В качестве инструмента вычислений использован пакет статистического анализа и встроенные формулы расчетов компьютерной программы Microsoft ® Excell (2007).

Результаты исследований

Наиболее срочным ответом организма на травму конечностей было увеличение концентрации АКТГ, стимулирующего продукцию гормонов надпочечников (табл. 1). Вследствие этого существенно увеличивалось содержание альдостерона и кортизола. С 28-го дня концентрация этих гормонов начинала уменьшаться (табл. 2).

Таблица 1. Концентрация АКТГ, кортизола и альдостерона в процессе лечения переломов у больных остеопорозом по Г.А. Илизарову (M±m)

Гормоны

Норма

После перелома

На 7-й день лечения

АКТГ (пг/мл)

31,1±1,24

241,3*±12,3

132,4*±2,24

Кортизол (нг/мл)

167,0±5,70

238,4*±14,2

196,2*±3,12

Альдостерон пг/мл

62,1±2,84

132,6±9,7

96,7*±1,23

Повышение концентрации альдостерона приводило к развитию асептической воспалительной реакции. При этом вследствие усиления выведения калия из организма увеличивалась гидрофильность тканей и повышался тонус мышц. Проявлением этого эффекта являлась отечность стопы и голени.

В процессе реабилитации у испытуемых существенно изменялось функциональное состояние паращитовидных желез, о чем мы судили по концентрации паратиреоидного гормона (табл. 2). Наибольшая концентрация его в процессе удлинения была на 7-й день, но достаточно большие показатели в течение 8-ми недель и только после окончания лечения отмечено существенное снижение. Усиливала действие этого гормона повышенная концентрация цАМФ в крови. На начальном этапе действия паратирина, как и других белково-пептидных гормонов, принимают участие специфические рецепторы плазматической мембраны клеток-мишеней - ферменты аденилатциклаза и протеинкиназа, расщепляющая белки. Вот почему в первые две недели в регенерате было небольшое количество минералов, а к 21-му дню у концов фрагментов была выражена деминерализация.

Таблица 2. Концентрация гормонов, регулирующих костеобразование, а также соматотропина при удлинении голени на двух уровнях у лиц с ахондроплазией (M±m)

Гормоны

Норма

При переломе

В процессе лечения

недели

 

После выписки

1

2

4

8

2

6

ПТ нг/мл

0,75±0,08

2,9*±0,27

10,8*

9,0*

5,7*

5,0*

2,8

1,5

КТ пг/мл

103±8,4

105±12,4

135

214*

183*

162*

132

129

СТ нг/мл

1,4±0,15

1,7±0,18

3,0*

9,0*

7,3*

5,5*

3,1*

2,7

Примечание: знаком * обозначены данные, статистически достоверно (Р< 0,05) отличающиеся от соответствующих величин в норме. ПТ – паратгормон, КТ – кальцитонин, СТ – соматотропин.

В силу резорбции гидроксиапатита повышалось содержание кальция в крови и уменьшалась величина калия. Наряду с растворением костного минерала у концов отломков происходила резорбция и органического матрикса, состоящего главным образом из коллагеновых волокон и гликозаминогликанов. В результате этих процессов с первых же дней после остеотомии на свободных от минералов поверхностях наблюдалось увеличение накопления остеотропных соединений -пирофосфата, дифосфаната [3].

Наиболее высокая концентрация кальцитонина наблюдалась на 2-4 неделях после перелома (табл. 2). Он угнетает резорбцию кальция из костей и усиливает отложение в них минерализованного кальция, тормозит всасывание Са++ и фосфатов из кишечника, а также увеличение экскреции кальция почками. Действие кальцитонина на обмен кальция обусловлено снижением проницаемости мембран клеток для Са++. Усиление отложения нерастворимых солей кальция в остеоцитах тесно связано с влиянием на его обмен витамина Д[1,25(ОН)2Д3]. Кальцитонин совместно с этим витамином стимулирует процесс минерализации костной ткани, а паратиреоидный гормон, наоборот, мобилизует выведение кальция и фосфора из глубоких слоев кости.

 Убыль минеральных веществ у концов костных фрагментов мы определяли с помощью костного денситометра (ошибка измерения ±2%). Деминерализация констатировалась уже на 7-й день после остеотомии. При оценке минеральной плотности по рентгенограммам (визуально) ошибка составляет 30-50%, поэтому визуальная деминерализация видна только на 10-14 дни.

Повышенная концентрация кальцитонина создавала условия для начала интенсивного формирования органической основы регенерата. Кальцитонин тормозил также и активность остеокластов, рассасывающих кость. Поэтому ослаблялась деминерализация костных фрагментов.

В процессе лечения длительное время была повышена концентрация гормона передней доли гипофиза - соматотропина, стимулирующего анаболические процессы. Наибольшая продукция гормона приходилась на 14-28-й дни. Соматотропин стимулирует синтез инсулиноподобного фактора роста, усиливающего биосинтез матрикса, обмен веществ в кости и мышцах; увеличивает их массу, оказывает влияние на минеральный обмен, активирует процесс минерализации регенерата. У концов костных фрагментов при этом уменьшалась остеопения.

Под влиянием одновременного действия соматотропина и паратирина активируется пролиферация костномозговых элементов, в том числе и остеогенных, превращение клеток-предшественников в остеобласты, усиливается биосинтетическая активность для образования костной ткани.

 О начале костеобразования мы судили по отношению концентрации циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) к гуанозинмонофосфату (цГМФ) [рис. 1]. Эти нуклеотиды - коферменты многих ферментных реакций, структурные единицы нуклеиновых кислот. Они оказывают влияние на фермент фосфорилирования белков – протеинкиназу. За счет этой реакции вызывают химическую модификацию других ферментов, которые изменяют свою активность и, соответственно, обменные процессы внутри клетки. В первые дни после остеотомии существенно возрастала концентрация цАМФ, что отражало напряжение адренергических механизмов и являлось одной из первых ответных реакций на стресс. Под влиянием этого нуклеотида лимитировалось и ингибировалось деление клеток, а также клональная пролиферация, замедлялось прохождение клеток через фазу митоза.

В период образования органического матрикса цАМФ осуществлял положительную регулирующую роль в пролиферативном ответе стволовых клеток-предшественников костного мозга. При исследовании с меченым серным коллоидом обнаружено повышение его функционального состояния в условиях чрескостного остеосинтеза [6].

Можно предположить, что в период образования регенерата факторы микроокружения стволовых кроветворных клеток костного мозга реализуют свое действие через индукцию синтеза цГМФ, который в свою очередь изменяет межклеточные контакты в дифференцирующихся тканях остеогенного аппарата. После операции на клетки воздействует целый ряд гормонов. Значительное увеличение паратирина в начальном периоде после операции, кальцитонина и цГМФ на более поздних этапах согласуется с мнением Rasmussen и соавт. [5] о том, что происходит активация мезенхимальных клеток, усиление пролиферации клеток костного мозга и резорбции костной ткани.

Рис. 1. Активность клеточной пролиферации (по отношению цАМФ/цГМФ) при лечении переломов у больных остеопорозом и других заболеваниях

Примечание: заштрихован предел колебаний в норме.

Значительный уровень цГМФ стимулирует освобождение химических медиаторов: лизосомальных энзимов и гистамина [4]. Установлено, что вещества, способствующие росту и ускоряющие клеточную пролиферацию (инсулин, соматомедин), оказывают влияние на интраклеточный уровень цГМФ.

В процессе лечения происходили изменения функций и эндокринных желез желудочно-кишечного тракта. Наибольшее снижение деятельности инсулярного аппарата поджелудочной железы отмечено на 5– 9-й дни (рис. 2). Первоначальное ослабление функции поджелудочной железы ведет к снижению интенсивности углеводного и жирового обменов. Уменьшается биосинтез жирных кислот из глюкозы и усиливается образование кетоновых тел в печени (соматотропин оказывает противоположное действие). При снижении содержания глюкокортикоидов концентрация инсулина возрастала, особенно отчетливо на 14-й день.

 

Рис. 2. Концентрация гастрина и инсулина при лечении переломов конечностей у больных остеопорозом

Примечание: заштрихован предел колебаний в норме для гастрина и инсулина

Изменялась эвакуаторная функция желудка. При поступлении пищи первоначально включаются условно-рефлекторные механизмы секреции. Вскоре наслаивается нейрогуморальная фаза, в которой ведущую роль играет гастрин. По нашим наблюдениям концентрация гастрина уменьшалась на 3-14 дни и одновременно ослаблялась эвакуаторная функция желудка (рис. 2). При последующем повышении содержания гастрина (с 21-го дня) увеличивалась частота и сила сокращений мышц желудка, скорость прохождения перистальтической волны, повышался тонус кардиального сфинктера желудка.

Обсуждение результатов

Существенное значение имеет стимуляция паратирином образования в почках активного метаболита витамина Д - 1,25-диоксихолекальциферола (витамин Д3), который существенно увеличивает всасывание кальция из кишечника и отложение его в костях. Абсорбцию кальция в кишечнике уменьшает кортизол. При недостаточности витамина Д3 развиваются проявления остеопороза, боли в мышцах, парестезии. Имеет значение не только концентрация этого витамина в крови, но и непосредственно в кости. Для компенсации этого состояния в организме стимулируется деятельность паращитовидных желез, увеличивается уровень иммунореактивного паратирина, ускоряющего деминерализацию и, следовательно, увеличивается содержание остеокальцина в сыворотке (одного из белков костной ткани), который освобождается из кости в силу ухода из нее кальция [3].

Таким образом, в процессе лечения переломов у больных остеопорозом изменяются не только обменные процессы и состояние кровообращения, но и изменяется гормональный фон, что может отразиться на психофизиологическом состоянии организма.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1 . Кожемякин Л.А. // Циклические нуклеотиды: Сб. науч. тр. М., Наука. 1979. С. 92.

2. Свешников А.А. // Пат. физиол. 1984. № 3. С. 53.

3. Свешников А.А. // Гений ортопедии. 1999. № 1. С. 48.

4. Федоров Н.А. Биологическое и клиническое значение циклических нуклеотидов. М.: Медицина. 1979. 280 с.

5. Rasmussen H. // Science. 1970. V. 170. P. 404.

6. Sveshnikov А. А. // Radiol. Diagn. (Веrl.). 1985. Bd 26. S. 407.


Библиографическая ссылка

Хвостова С.А., Свешников К.А. РОЛЬ ГОРМОНОВ И ЭНДОКРИННЫХ ЖЕЛЕЗ В РЕПАРАТИВНОМ КОСТЕОБРАЗОВАНИИ // Современные проблемы науки и образования. – 2008. – № 2.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=690 (дата обращения: 27.07.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074