Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Глава 14. ОСТЕОПОРОЗ: ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ
По данным ВОЗ остеопороз представляет крупную для решения в здравоохранении задачу, так как уменьшение минеральной плотности костей (МПК) ниже пороговых возрастных значений приводит к значительному числу переломов. Политику и задачи изучения этиологии, патогенеза и профилактики этого заболевания определяет директива ВОЗ, принятая в 1980 году и названная «Интегрированная программа по профилактике и контролю за неинфекционными заболеваниями». Один из разделов ее – «Интерхелс» посвящен изучению переломов шейки бедренной кости и известен под названием «Медос». В соответствии с ним каждый визит к врачу здорового человека должен сопровождаться измерением АД, массы тела или концентрации холестерина в крови. Мероприятия по профилактике остеопороза должны каждодневно выполнять ревматологи, хирурги-ортопеды, геронтологи, гастроэнтерологи и гинекологи.
Остеопороз – самая частая патология скелета у женщин. От него страдают 80 % – пожилых женщин. Но в связи с увеличением продолжительности жизни, существенные изменения МПК могут быть отмечены в ряде стран и у мужчин. В США, например, остеопороз – самое распространенное системное заболевание костей. Больше всего переломов бывает в возрастной группе 85 лет и старше.
Этиология. В настоящее время все больше внимания уделяется выявлению низкой минеральной плотности (остеопении) у детей. Одна из причин ее – недостаточное употребление кальция матерью во время беременности, а также детьми после рождения, что создает основу для развития остеопороза в возрасте до 30 лет. Одной из самых распространенных причин остеопороза является дефицит эстрогенов в силу очень частых нарушений менструального цикла у молодых женщин.
Болезнь развивается в результате естественного старения, воздействия физических (вибрация, работа в литейных цехах) и эмоциональных нагрузок, травм, а также заболеваний, ведущих к остеопении. Дефицит эстрогенов снижает интенсивность костеобразования и ускоряет резорбцию кости.
Развитию остеопороза способствуют:
1) половая принадлежность (женский или мужской пол) – бесспорный генетический фактор;
2) расовая принадлежность (белая, желтая или черная раса);
3) масса тела менее 55 кг;
4) «хрупкое» телосложение при росте ниже 157 см, особенно у изящных женщин со светлой кожей;
5) склонность к низкой МПК в скелете у всех членов семьи;
6) наличие низкоэнергетических остеопоротических переломов у родителей (генетические факторы);
7) недостаточное и длительное (более 10 лет) употребление кальция, иногда в течение всей жизни (при непереносимости молока и молочных продуктов);
8) малый ассортимент употребляемых продуктов;
9) содержание в пище повышенного количества животных белков;
10) бездетность или рождение всего 1–2 детей;
11) рождение более 3-х детей;
12) длительная лактация;
13) недостаток солнечного света и поэтому малое образование витамина D в коже;
14) малая физическая активность;
15) интенсивные занятия спортом и длительный эмоциональный стресс;
16) экзаменационный стресс, чаще у студенток;
17) уменьшение с возрастом массы мышц в силу потери воды и изменение их структуры;
18) нарушение структуры трабекул и их разрушение в результате уменьшения функции остеобластов;
19) повышение активности остеокластов при уменьшении концентрации эстрогенов;
20) замедленное превращения в почках 25-гидроксихолекальциферола, ведущее к уменьшению абсорбции кальция в кишечнике;
21) нарушение реабсорбции кальция в почечных канальцах;
22) повышенная концентрация паратиреоидного гормона;
23) низкая концентрация остеокальцина в крови, указывающая на сниженную активность остеобластов;
24) заболевания головного мозга;
25) иммобилизация продолжительностью более месяца;
26) менархе после 15 лет;
27) аменорея у спортсменок;
28) аменорея при стрессе;
29) рано (40–45 лет) наступившая менопауза, в частности, при курении;
30) длительный анамнез курения;
31) перелом шейки бедра или позвонков у матери;
32) ранее перенесенный перелом позвонка или проксимальной трети бедренной кости независимо от возраста;
33) возраст старше 65 лет.
К развитию остеопороза приводит ряд заболеваний и оперативных вмешательств:
1) дисфункция яичников (олиго- или аменорея, ановуляции);
2) овариэктомия в молодом возрасте;
3) низкая минеральная плотность и переломы у матери;
4) гипофункция яичек;
5) гиперпаратиреоидизм;
6) остеомаляция, как синдром остеопороза;
7) синдром Иценко-Кушинга;
8) синдром раздавливания (травматический токсикоз);
9) наличие предыдущих переломов, возникших при минимальной травме, особенно позвоночника, костей таза, ребер, проксимальной трети бедренной кости;
10) анкилозирующий спондилит с длительностью заболевания свыше 5 лет;
11) анорексия нервно-психическая;
12) заболевания желудочно-кишечного тракта с пониженным всасыванием в связи с малой концентрацией витамина D3, синтезируемого в почках;
13) резекция желудка – состояние через 10 лет после операции;
14) изменение гепатобилиарной функции;
15) нарушение функционального состояния почек;
16) гиперкальциурия (за 24 часа выводится 4 мг/кг кальция) с или без камней в почках;
17) хроническая почечная недостаточность;
18) почечная остеодистрофия;
19) лечение ревматических артритов кортикостероидами (минимальная доза, ведущая к потере минералов, – 10–15 мг в сутки, поэтому нужны перерывы или вводят метотрексат);
20) диабет с изменениями костей;
21) антиконвульсантная терапия дилактином или фенобарбиталом более 5 лет;
22) длительное применение глюкортикоидов в терапевтических дозах;
23) ревматоидный артрит;
24) анкилозирующий спондилит;
25) применение гепарина;
26) заместительная терапия щитовидной железы длительностью свыше 10 лет;
27) мало выраженный незавершенный остеогенез;
28) длительное применение тетрациклинов;
29) алкоголизм.
Роль курения и алкоголизма у мужчин доказана на следующем наблюдении: частота остеопороза в 60–69 лет у курящих нетучных лиц увеличивается в 2 раза, после 70 лет – в 4. У пьющих, но некурящих, соответственно 3–11 раз. У курящих и пьющих в этих же возрастных группах – в 6 и 70 раз.
Постменопаузная потеря кости зависит помимо эстрогенов и от уменьшения превращения андрогенов крови в эстрадиол и вторичного гиперпаратиреоидизма.
Мужчины страдают от остеопороза в 6 раз реже, чем женщины. Он встречается у них реже потому, что уровень тестостерона снижается медленнее, чем эстрогенов у женщин. Кроме этого, МПК в меньшей мере зависит от тестостерона, чем от эстрогенов у женщин. У мужчин больше масса скелета и толще кости. Они во всех возрастных группах больше употребляют кальция. Имеют значение и половые различия в уровне кальцитонина и паратиреоидного гормона.
Патогенез. При инволюционном остеопорозе различают два синдрома: постменопаузный и сенильный. В 65 лет у половины женщин остеопороз протекает асимптоматично, а 26 % страдают от болей в позвоночнике и искривлений его из-за потери массы кости. У некоторых женщин он встречается еще раньше – в 50–60 лет и проявляется переломами позвоночника по типу раздавливания с большой деформацией и болью. Происходят переломы ребер.
Эстрогены оказывают на кость, как прямое действие – через специфические эстрогенные рецепторы, так и опосредованное – путем изменения синтеза стимуляторов и блокаторов процессов ремоделирования костной ткани. Прямое влияние доказано в 1988 году, когда в остеобластоподобных клетках (ЭР) были обнаружены эстрогенные рецепторы [191, 218]. Они есть и на остеокластах, остеобластах и остеоцитах и костных эндотелиальных клетках. Существуют два их типа (? и ?). Открытие ЭР-? пролило свет на понимание прямого влияния эстрогенов и селективных модуляторов эстрогенных рецепторов (тамоксифена, ралоксифена) на костные клетки. ЭР-? играют сушественную роль в этиологии остеопороза [298]. Число ЭР в репродуктивных органах больше, чем на костных клетках. Влияние эстрогенов зависит от числа и типа ЭР на клетках.
Клеточная и молекулярная модели функции рецепторных образований в тканях-мишенях включают ряд процессов:
1) свободную диффузию стероидов через клеточную мембрану;
2) связь с цитоплазматическим рецептором;
3) проникновение образовавшегося комплекса стероид-рецептор в ядро;
4) связывание его с хроматином;
5) деградацию (инактивацию).
Регуляция концентрации свободных стероидов в крови и цитоплазме органов-мишеней осуществляется с участием сывороточного белка.
Молекулярные механизмы действия на кость представляются следующим образом: эстрогены воздействуют на рецепторы костной ткани посредством регуляции транскрипции специфических генов-мишеней. Это включает регуляторную транскрипцию протеинов и цитокиноподобных факторов, которые влияют на аутокринные, паракринные и/или эндокринные механизмы. Указанные протеины и цитокины оказывают воздействие в клетках-мишенях или соседних клетках, которые содержат специфические ядерные рецепторы для эстрогенов. Гормонально-рецепторный комплекс связывается как димер со специфическим акцептором, который обозначается как эстроген-отвечающий элемент. Взаимодействие с ним гормонально-рецепторного комплекса приводит к стимуляции транскрипции гена мишени [53].
Непрямое влияние зстрогенов на остеокласты может осуществляться посредством модуляции переноса сигнала от остеобластов к клеткам-предшественникам остеокластов. Предшественники остеобластов продуцируют несколько цитокинов. Происходит это потому, что некоторые из них стимулируют, а другие ингибируют активность остеокластов. Недостаток эстрогенов способствует снижению секреции кальцитонина и повышению чувствительности кости к резорбтивному действию паратиреоидного гормона. Пик цитоплазматических эстрогенных рецепторов отмечается с середины поздней фолликулярной фазы, а падение – к началу лютеиновой. Имеются рецепторы и к андрогенам. Они могут связываться с эстрогенными рецепторами. После наступления менопаузы вначале возникает дефицит прогестерона, затем эстрогенов и только через 3–5 лет после наступления менопаузы прекращается синтез андрогенов. Эстрогены в это время образуются в надпочечниках за счет превращения предшественников андрогенов. Концентрация эстриола и эстрона несколько выше, чем у женщин такого же возраста, но без выраженного остеопороза. Этому способствует более высокий уровень андростендиона в крови. Степень превращения его в эстрон возрастает. Эстрон и эстриол образуются при метаболизме бета-эстрадиола.
При старении уменьшается в основном остеобластическая функция при сохранении или небольшом уменьшении процессов резорбции. Отмечается параллелизм между уменьшением концентрации половых гормонов и изменениями МПК.
В исследованиях in vivo или vitro установлен механизм потери костного вещества при дефиците эстрогенов. У оварэктомированных мышей обнаружено достоверное повышение числа остеокластов на поверхности трабекулярной костной ткани и в местах костной резорбции. При назначении этим животным эстрогенов отмечено уменьшение роста остеокластов за счет торможения интерлейкина-1 (ИЛ-1) и ОНФ [95]. Увеличение концентрации антител к ИЛ-1 предупреждало рост числа остеокластов, но затормозить потерю костной массы не удалось. Активные стимуляторы остеокластогенеза (ИЛ-1, ОНФ и ИЛ-6) вызывают и костную резорбцию. Поэтому полагают, что эстрогены оказывают влияние на костные клетки посредством изменения синтеза и секреции цитокинов [95].
В очищенных культурах остеокластов человека эстрогены снижали резорбцию и секрецию лизосомных протеиназ, усиливали синтез и секрецию коллагена первого типа и дифференциацию клеток с активностью клеточной шелочной фосфатазы [95], оказывали также прямое влияние на почки, усиливая реабсорбцию кальция из канальцевой жидкости. Они влияют на В-лимфопоэз в костном мозге и на различные варианты генных рецепторов к витамину D [95].
Эстрогены – ведущие регуляторы костной резорбции. Они предотвращают ее путем подавления активности остеокластов главным образом в стадии ранней дифференцировки [53]. Они регулируют активность генов цитокинов и факторов роста. Выявлено несколько изоформ трансформирующего фактора роста (ТФР-?) и показано, что они специфически стимулируются в остеобластах эстрогенами. Эффект защиты кости создается как эстрогенами, так и антиэстрогенами. Наряду с эстрогенами остеобласты стимулируют ?-трансформируюший фактор, кальцитриол (1,25(ОН)D3), простагландин Е2, инсулиноподобный фактор роста, паратиреоидный гормон и гормон роста [95]. В 1993 году исключительное внимание было обращено на роль половых гормонов в репаративном костеобразовании. Этому предшествовали три сообщения на конференции в Гонконге, а также решение американской ортопедической Академии о выделении на изучение этого вопроса 650 млн. долларов. В связи с этим хотелось бы обратить внимание на то, что нами роль половых гормонов в репаративном костеобразовании изучается с 1983 года и к 1986 году был уже изучен гормональный фон у 536 больных после травм и при удлинении конечности [70].
Андрогены играют существенную роль в костном метаболизме как у женщин, так и у мужчин. Наряду с взаимодействием с эстрогенными рецепторами они увеличивают силу и прочность скелетных мышц. К остеобласт-ингибируюшим факторам относятся глюкокортикоиды. На остеобластах находятся цитоплазматические рецепторы к ним, опосредующие прямое действие глюкортикоидов на кость. В итоге замедляется протеиновый и коллагеновый синтез, снижается синтез РНК [53].
Паратиреоидный гормон (ПТГ) регулирует уровни кальция и фосфора в крови за счет освобождения их из костной ткани, стимуляции реабсорбции кальция и подавления фосфора из гломерулярного фильтрата, а также усиления синтеза в почках кальцитриола. Благодаря ему увеличивается абсорбция кальция и фосфора из кишечника [53].
Кальцитонин – антагонист ПТГ – тормозит остеокластическую костную резорбцию.
Витамин D3 (кальцитриол – 1,25(ОН)2D3) образуется в организме после ряда превращений экзогенного витамина D, поступающего либо с пищей, а также синтезируется в коже под влиянием ультрафиолетовых лучей из провитамина D. В эпителии проксимальных почечных канальцев из них под влиянием ПТГ, эстрогенов, СТГ, пролактина, инсулина, кальцитонина образуются два активных метаболита. Они, вместе с ПТГ, усиливают костную резорбцию, увеличивают реабсорбцию кальция в дистальных почечных канальцах. Один из них – кальцитриол стимулирует абсорбцию кальция и фосфора в кишечнике и доставку их к органам и тканям, активацию костного обмена и усиление экскреции кальция с мочой. Второй –
24R,25(ОН)2D3 после доставки кальция к участкам оссификации контролирует образование и минерализацию костного матрикса [53].
Кальцитриол контролирует количество выделяемого остеокальцина – неколлагенового белка, который наиболее широко представлен в костном матриксе. Основная физиологическая роль остеокальцина состоит в регуляции минерализации матрикса. При первичном остеопорозе уровень его может быть как нормальным, так и несколько повышенным. Повышенная концентрация бывает у лиц с высоким уровнем костного обмена. Повышенный уровень декарбоксилированного остеокальцина может сигнализировать об увеличении риска переломов бедра при сенильном остеопорозе [174].
В отсутствии кальцитриола синтез остеокальцина снижен. Поэтому кальцитриол при длительном применении действует благоприятно на синтез этого белка.
Инсулин – стимулирует синтез костного матрикса за счет влияния на дифференцировку остеобластов и увеличение количества коллагенпродуцирующих клеток. Он необходим для минерализации костей и образования хряща. Помимо прямого стимулирующего влияния на костную ткань, увеличивает продукцию ИРФ-1 печенью [53].
Простагландины [Е2 (ПГЕ2)] усиливают резорбцию кости при иммобилизации и воспалении.
Остеопороз у детей. Ювенильный остеопороз встречается в возрасте от 1,5 до 21 года, но чаще всего в 10–11 лет. Характеризуется генерализованным уменьшением МПК. Иногда его клинические проявления заметны при рождении или возникают в раннем детстве, перед или после пубертата [28]. Проявляется болями в спине, голенях и стопах, затрудняющими ходьбу [53]. Может быть у молодых людей при ускоренном росте. В основе патогенеза лежит снижение образования матрикса кости и дисбаланс между минерализацией и резорбцией [28]. Большое значение придается дефициту кальцитриола (1,25(ОН)2D3). Имеет значение ослабление механической нагрузки и напряжения на кости. При осмотре наблюдается кифоз, либо кифосколиоз в грудном отделе позвоночника, «куриная» деформация грудной клетки, характерны компрессионные переломы тел позвонков и костей конечностей. При исследовании гормонов и биохимических проб изменений не выявляется. Прогноз благоприятен, но развившиеся деформации необратимы.
Остеопороз у детей и юношей исследовался в трех аспектах: клинико-генетическом, биохимическом и морфологическом. Полученные данные свидетельствуют о генетической природе патологии, нарушении регуляторных механизмов синтеза на уровне сигнальных молекул и рецепторного аппарата. Воздействие возможно на уровне клеточной и молекулярной инженерии [19].
При обследовании большой группы (3000) подростков и молодых мужчин (14–24 лет) с патологией позвоночника остеопенический синдром, как самостоятельная нозологическая группа, был выявлен в 14 % случаев. У остальных пациентов он входил в симптомокомплекс сколиоза (45 %), остеохондроза (32 %) и юношеского кифоза (17 %) [27].
Дегенеративно-дистрофическим заболеваниям костей у детей предшествует ранняя стадия заболевания – стадия остеопении. Наиболее часто поражаются кости позвоночника. Минеральная плотность обычно снижена на 17–23 % [37]. При решении вопроса о наличии патологии следует опираться на результаты динамических исследований в одном и том же месте, а не в одноименной симметричной кости [1]. В стадии фрагментации отмечено некоторое повышение минерализации, а при склерозе – повышение от 98 до 132 % [37].
В патогенезе постменопаузного остеопороза ведущим пусковым фактором является дефицит эстрогенов, вызывающий резкое ускорение обмена веществ и усиление потери костной массы. Начальная МПК и скорость потери минералов являются детерминантами для риска развития остеопороза [95].
Заместительная гормональная терапия (ЗГТ), как правило, оказывает выраженный антирезорбтивный эффект, так как у остеобластов есть эстрогенные рецепторы. Дефицит эстрогенов способствует продукции остеобластами фактора, стимулирующего активность остеокластов и их дифференцировку, что обусловливает повышенную резорбцию кости. Имеет значение снижение абсорбции кальция в кишечнике и вторично обусловленный дефицит витамина D [50].
Переломы проксимальной трети бедренной кости возникают у лиц пожилого возраста в 87 % случаев в результате падений на бок (на область большого вертела) и спину с высоты роста (86 %) при медленном темпе ходьбы. Падение со стула или кровати дают 8 % переломов. У 20 % пострадавших были переломы и других локализаций. Причины падений – сердечно-сосудистые (вертебральная и церебральная недостаточность), нервно-мышечные, опорно-двигательные, обусловленные нарушением зрения и случайные (запнулся, подскользнулся). Имеет значение дезинтегрированность движений. Для того чтобы говорить о последнем проводили опрос по психологическому тесту (ММST) и изучали нарушения равновесия. Среди лиц с церебральной патологией выявлены изменения адаптационной реакции и сниженный мышечный паттерн – тонуса и силы мышц, вследствие чего уменьшается их механическое воздействие на кость. Для начала процесса резорбции имеют значение особенности динамических нагрузок и характер деформации кости. Кристаллы минералов кости, функционирующее как пьезоэлектрические датчики, преобразующие механическое воздействие в электрические сигналы, меньше генерируют энергии и этим уменьшают стимуляцию образования кости. Вот почему скорость потери кости при иммобилизации и невесомости в 5?20 раз больше, чем при других причинах деминерализации. Реакция проявляется потерей минералов в осевом скелете, которая в 10 раз больше, чем в добавочном. Поэтому наблюдается диспропорциональная убыль их в костях, на которые падает нагрузка тела.
В результате уменьшения двигательной активности ослабляется прямое нервное влияние на кость, изменяется диаметр кровеносных сосудов и скорость тока крови в них, нарушается проницаемость сосудов и развивается фиброз тканей. При продолжительной иммобилизации в плазме уменьшается концентрация соматотропина, кальцитонина, глюкагона, катехоламинов, тиреостимулирующего гормона и паратирина [125]. Описан высокомолекулярный белок со специфической митогенной активностью к кости и хрящу. Высказано суждение о возможной его роли в потере кости при иммобилизации. Влияние измененной (уменьшенной) механической нагрузки на скелет может быть существенным дополнительным фактором, влияющим, в первую очередь, на обменные процессы. Они ускоряются в 2 раза. Об этом свидетельствуют биохимические маркеры костного обмена. Принимают участие также гормоны, цитокины, факторы роста. В пище недостает кальция. Ускоряется обмен пирофосфата, увеличивается содержание паратирина, кальцитонина, ослабляется активность L-гидролаз. Снижение уровня остеокальцина (в 2,5 раза) указывает на угнетение процессов костеобразования. Об усилении костной резорбции (в 1,5 раза) свидетельствует экскреция оксипролина с мочой и гиперкальциурия.
При ослаблении силы давления мышц на кость в компактном веществе, например, в проксимальной трети большеберцовой кости на месте прикрепления к ней мышц, также может наблюдаться потеря минеральных веществ, аналогичная в трабекулярной кости (1–1,3 % за неделю), в то время как в диафизе деминерализация составляет всего лишь 0,2 %. Восстановление МПК в компактном веществе происходит в 5–10 раз дольше, чем в процессе деминерализации.
Число переломов проксимальной трети бедренной кости прямо связано с изменением потребления как кальция, так и белка, и указывает на важную роль кислотно-щелочного равновесия. Экскреция кальция повышена при употреблении в пищу сильнокислых продуктов, увеличения потребления натрия, хотя кость идеально поддерживает кислотно-щелочное равновесие, так как содержит достаточное количество щелочи и буферного вещества. Большое потребление белка увеличивает эндогенное образование кислоты и приводит к повышению потери кальция в почках в результате отрицательного баланса. Ацидоз комбинируется с повышенным уровнем паратирина, что стимулирует резорбцию.
Постменопаузный остеопороз (ОП) развивается в течение
15–20 лет в силу снижения активности остеобластов. Для данного, а также гипогонадного ОП, характерны преимущественно потеря трабекулярной костной ткани: трабекулы теряют структуру, ослабляется прочность костей в частности, тел позвонков, ребер, лучевой кости в «типичном месте» (остеопороз 1-го типа).
Сенильный (старческий) синдром встречается после 70 лет. Обусловлен он не только дефицитом половых стероидов и кальцитонина, но и отрицательным кальциевым балансом. Проявляется в снижении активности остеобластов и ослаблении синтеза витамина D, что приводит к уменьшению абсорбции кальция в кишечнике и вторичному гиперпаратиреоидизму и повышенной резорбции костной ткани. Для старческого ОП характерно преобладание поражения кортикальной костной ткани (ОП 2-го типа). Клинически это проявляется более частыми переломами трубчатых костей и шейки бедренной кости, но нередки и множественные клиновидные переломы позвонков. Переломы шейки происходят в результате падения и хрупкости кости.
Сенильный и постменопаузный остеопороз являются наиболее распространенными формами метаболических остеопатий и составляют до 85 % вариантов остеопороза.
При морфологических исследованиях показано, что в 80–90 лет суммарная потеря костной массы у женщин в вертикальной и горизонтальной плоскостях составляет соответственно 51 и 64 %, у мужчин – 38 и 29 %. Средняя ширина трабекул в вертикальной плоскости у женщин меньше на 26 %, у мужчин – на 20 %. В горизонтальной – у женщин уменьшалась на 20 %, у мужчин – не изменялась. Суммарное число у женщин убывает только в вертикальной плоскости. Возрастная потеря кости в центре тела позвонка у женщин составляет 60 %, у мужчин – 45 %. Резорбция трубчатых костей начинается со стороны внутренней (эндостальной) поверхности [203]. К более ранней деминерализации приводит беременность и длительная лактация.
Избыточная или недостаточная секреция большинства гормонов в любом возрасте ведет к развитию ОП [50]. Например, избыток глюкортикоидов подавляет костеобразование, снижается всасывание кальция в кишечнике и повышается его экскреция почками, что приводит к вторичному гиперпаратиреозу и повышенной костной резорбции. Механизм развития ОП при гипогонадизме у женщин в репродуктивном возрасте аналогичный с постменопаузным. Снижение андрогенной функции у мужчин ведет к сниженному костеобразованию и развитию ОП с низким костным обменом.
Любые заболевания желудка, кишечника, печени, поджелудочной железы сопровождаются нарушением всасывания и обмена витамина D и его метаболитов, а также мальабсорбцией кальция. Печень обладает большими резервными возможностями, поэтому нарушения костного метаболизма встречаются редко.
Локальный остеопороз обусловлен перераспределением нагрузки в этом месте. Атрофия альвеолярных отростков челюсти может служить дополнительным диагностическим признаком остеопороза. У тех, кто перенес перелом Коллиса, наблюдается генерализованная остеопения за исключением бедренной кости.
Прямым определением кальция и фосфата в кости в эксперименте и посредством остеоденситометрии в клинике установлено, что во время консолидации перелома и после ортопедических вмешательств скелет в целом теряет 10?15 % минеральной массы [11]. Остеопороз после скелетной травмы и других причин (гипокинезия, пониженная гравитация) имеет общие черты: потеря минерала происходит преимущественно за счет аморфного кальция фосфата и сопровождается нарушением кислотно-щелочного баланса, избирательным остеолизом – снижением общего содержания неколлагеновых белков с изменением соотношения между протеогликанами и сиалопротеидами. Мобилизация в начальной фазе депонированных в костной ткани монокинов углубляет нарушение скелетного гомеостаза. Потеря минерала при посттравматическом остеопорозе происходит при высоком уровне кальцитонина, поэтому нецелесообразно применение его препаратов.
Есть мнение [13], что при остеопорозе разрушаются костные балочки, а если уменьшается минеральная плотность, то это состояние эти авторы называют остеомаляцией. Выраженные формы остеомаляции встречаются в пожилом возрасте. Остеопороз и остеомаляция обычно сочетаются, но преобладает что-то одно.
Прочность кости зависит от МПК и строения матрикса. МПК у человека с достаточной степенью точности (воспроизводимость результата ±2 %) может быть измерена методом абсорбциометрии. МПК – наиболее существенный критерий для предсказания
переломов.
Потеря массы костной и мышечной тканей происходит однонаправленно. Подтверждением этому служит параллелизм между весом длинной мышцы спины и сухим весом третьего поясничного позвонка.
По данным исследований в Европе, Центральной Америке, Африке, США, России в возрасте 20–25 лет существует баланс между образованием кости и резорбцией ее. К 30-ти годам он становится неустойчивым, а в 35–40 – отрицательным. Убыль минералов за год составляет 1 %. Возрастная потеря происходит у всех, но скорость разная. У мужчин она начинается на 10 лет позже (при больших индивидуальных различиях).
Величина потери минералов в позвоночнике за первые три года постменопаузы – 3–5 % ежегодно. Это в два раза больше, чем в компактной кости. У женщин в 40–50 лет потеря суммарной массы кости составляет 2,5 %, в 50–60 лет – 7,8 %, в 61–70 лет несколько замедляется – 6,4 %; в 71–80 лет – 7,8 %, то есть вновь ускоряется.
Для количественной оценки сдвигов МПК в отдельных костях, а также выяснения роли диеты и кальция у 423 женщин 60–80 лет (средний возраст 70 ± 5 лет) изучали степень изменения МПК в диафизе лучевой кости, позвоночнике и проксимальном диафизе бедренной кости (шейка, пространство Варда). В позвоночнике МПК оказалась сниженной на 20–25 %, а в пространстве Варда – на 35 %. У мужчин после 50 лет потеря минералов в два раза меньше, чем у женщин. Убыль минералов уменьшается при богатой диете и потреблении кальция в количестве 1000–1200 мг/день. Ускоряется потеря при снижении потребления кальция ниже 400 мг в день. Обнаружена и тенденция к уменьшению белковой массы кости (об этом судят по снижению величины калия). Особенно она заметна у женщин. У них, в соответствии с меньшей массой мышц (на 22 % по сравнению с мужчинами), меньше костная масса и за период 36–70 лет теряется 24 % минералов, а общая масса скелета в течение 10 лет после менопаузы уменьшается на 30 %. Длина тела (рост) становится меньше за каждые 10 лет на 3 см. У 50 % женщин старше 65 лет прочность костей ниже порога из-за убыли минералов.
С целью изучения влияния менопаузы на изменение МПК 113 женщин в возрасте 20–89 лет были разбиты на три группы:
1) 20–44 года;
2) 49–59 лет;
3) 60–89 лет.
Менопауза у них наступила в 49,5 ± 2,7 года. МПК уменьшалась в основном в позвоночнике, пяточной кости и в меньшей мере в диафизе лучевой. В диафизе бедренной кости МПК была снижена после 70 лет, что приводило к возникновению переломов [298]. Cкорость потери кости в костях предплечья в 46–54 года составляет 1,6 % за год. В течение 1–2 лет раннего постменопаузного периода увеличивалась до 2 %, в последующие 4 года составляла 1,5 %. Эти сведения указывают на то, что уменьшение эстрогенов ведет к потере и кортикальной кости концевого скелета.
В предменопаузном периоде у женщин (46–49 лет) в средней фаланге второго пальца (преимущественно кортикальная кость) потеря минералов составляет 1,4 % за год, в постменопаузном периоде: 50–57 лет – 3,5 % и в 58–73 лет – 0,8 %. Возрастная потеря кости обусловлена остеокластической резорбцией.
Средняя величина потери кальция (он составляет 38 % от суммарного количества минералов в скелете) в возрасте 30–50 лет равна 3,8 г/год, после 55 лет – 7,8 г/год. В 80 лет суммарная потеря у женщин составляет 250 г (28 % от содержания в возрасте 30 лет). У негров (мужчин и женщин) кальция, фосфора, натрия, хлора, калия больше на 8 %, чем у белых людей аналогичного возраста.
Наиболее полные справочные таблицы о МПК в костях верхней и нижней конечностей в возрасте 3-90 лет у практически здоровых людей составлены А.А. Свешниковым во ФГУ РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизарова под названием «Россия, Урал 1, САА»,
(САА – руководитель проекта Свешников А.А.) [65]. В процессе изучения изменения МПК при лечении переломов и удлинении конечностей в условиях чрескостного остеосинтеза внесен существенный вклад в некоторые аспекты патогенеза остеопороза. Такие наблюдения проводятся уже в течение 33 лет.
МПК при переломах на почве остеопороза. При переломах позвоночника количество минералов ниже возрастной нормы на 10-15 %, в проксимальном отделе бедренной кости – на 25–30 %. Суммарная величина минералов в скелете при этих переломах снижена на 33 %, а при переломах шейки бедренной кости – на 45 %. Обусловленная постменопаузой потеря минералов к этому времени составляла 20 %. Остальные 13–25 % были причиной низкой исходной [242, 319] массы. Вот почему по абсолютному значению МПК можно предсказывать риск большинства переломов за исключением костей черепа, кисти и стопы. Плотность минералов намного более точный показатель, чем данные рентгенографии [15]. Большинство переломов наблюдается там, где тонкий кортикальный слой и на трабекулярную кость приходится при опоре значительная часть нагрузки. Это тела позвонков, проксимальная треть бедренной и плечевой костей, дистальный метафиз лучевой кости (у лучезапястного сустава). Осевой скелет содержит много клеток красного костного мозга и костные клетки-предшественники. Здесь лучше кровообращение, в 10 раз больше метаболическая активность. Поэтому эти кости реагируют быстрее и потеря МПК значительнее.
Факторами риска переломов, не связанными с минеральной плотностью, являются пожилой возраст, отягощенная наследственность, чремерная подверженность падениям и анамнез перенесенных переломов в возрасте старше 40 лет. Риск серьезно возрастает при потере массы кости на 20 %. Возникают они чаще всего от незначительных механических воздействий (хрупкие переломы).
Если принять число переломов у женщин в 40 лет за 100 %, то к 60 годам оно увеличивается в 10 раз. В 70 лет переломы Коллиса составляют 50 на 10 тысяч населения. У мужчин в этом возрасте они появляются только при воздействии сильных воздействий.
В средней полосе России средняя частота переломов шейки бедренной кости колеблется от 67–77 для женщин и 40–45 для мужчин на 10000 населения. У женщин в Тюмене частота переломов проксимального отдела – 122,5 на 100000 [3]. Здесь же у мужчин частота переломов проксимальной трети бедра составляет 78,8 на 100000, в Екатеринбурге – 78,6 на 100000.
В США ежегодно бывает 1,8 млн переломов, в том числе
185–200 тысяч в проксимальной трети бедренной кости. Смертность в течение 6 месяцев составляет 12–20 %, через год – 30–50 %. Для возраста 70–80 лет характерны также переломы большеберцовой кости и костей таза [266].
В возрасте около 90 лет риск переломов шейных позвонков и большого вертела у женщин составляет 25 %, у мужчин – 10 %. Ежегодно у женщин происходит в 4–10 раз больше переломов шейки бедренной кости, большого вертела и переломов Коллиса [203]. Переломы вертелов составляют 51,5 % от числа переломов бедренной кости. Стоимость их лечения – 3,8 млрд долларов, а с мероприятиями по реабилитации – 7 млрд. [267].
Таким образом, имеющиеся в настоящее время данные позволяют определить основные нераскрытые моменты в изучении патогенеза остеопороза. Среди практически не изученных вопросов – процессы всасывания в желудочно-кишечном тракте, роль половых гормонов в удержании минеральных веществ в скелете, изменения психологического статуса, функционального состояния почек и его влияние на обмен кальция.
Локальный остеопороз. Классическими примерами локального остеопороза является болезнь Пертеса и несовершенный остеогенез. Развитие патологии начинается с недостатка витамина D3 в кости и поэтому кальций накапливается в меньшем количестве. На этом фоне начинается несоответствие между нагрузкой и МПК. Вслед за этим возникает изменение кровообращения и появляется различие в силе мышц.
Болезнь Пертеса. В силу наибольшей нагрузки в тазобедренном суставе (по сравнению с другими) здесь довольно часто развиваются дегенеративно-дистрофические изменения. Для диагностики используют все современные методы. На костном денситометре при односторонней остеохондропатии самые ранние проявления заболевания в виде уменьшения МПК (по сравнению с возрастной нормой) мы наблюдали в середине вертлужной впадины (16 %), нижнем отделе головки бедренной кости (13 %), в зоне роста эпифиза (30 %) и верхнем отделе шейки (5 %). Менее выраженные изменения были и в других отделах данного тазобедренного сустава. При поздних проявлениях заболевания величина снижения МПК составила, соответственно, 21; 19; 39 и 11 %. Она была отчетливо снижена и в противоположном суставе. Это дало основание считать, что изменения носят системный характер по типу диспластико-дистрофического синдрома.
С помощью трехфазной динамической остеосцинтиграфии на эмиссионном компьютерном томографе, после введения меченого остеотропного соединения, у этих же больных оценивали степень нарушения кровообращения в суставе, состояние артериальных сосудов сразу после инъекции, стадию перфузии соединения в кость (1–2 мин) и степень фиксации препарата (через 3 часа). Ранняя диагностика позволяла прогнозировать тактику и объем предполагаемого оперативного лечения.
Односторонний идиопатический асептический некроз головки бедренной кости. При наличии клинических симптомов в ранние сроки заболевания очаг имеет небольшие размеры и рентгенограммы не дают еще достаточную информацию. В таких случаях нами проводились комплексные исследования как пораженного, так и контрлатерального («здорового») тазобедренных суставов.
При компьютерной томографии очаг некроза не выявлялся, но в среднем и нижнем отделах обнаружены множественные округлые мелкие кисты, залегающие как в толще, так и в субхондральном слое. Некоторые из них были окружены зоной склероза. Кистозная перестройка, как правило, предшествовала развитию очага некроза в наиболее нагружаемом отделе головки.
После эмиссионной фотонной компьютерной томографии (ЭФКТ) пораженного сустава отмечено постепенное увеличение поглощения 99mТc-технефора в верхнем и нижнем участках головки. Накопление данного препарата в передних ее отделах было минимальным и в большинстве случаев мало отличалось от соответствующих значений у здоровых лиц. Послойное изучение сустава с помощью ЭФКТ дало возможность определить истинные размеры и форму патологического очага, а также выявить наиболее жизнеспособные участки головки, что играет важную роль в предоперационном обследовании больных.
На костном денситометре в верхнем крае головки бедренной кости пораженного сустава МПК была снижена на 34 %, особенно в верхнем крае, в центре – на 15 %, у нижнего края – на 24 %.
Таким образом, с помощью костной денситометрии и обследования на ЭФКТ в раннем периоде заболевания могут быть выявлены признаки остеопении, когда на рентгенограммах они еще не видны, а имеются лишь косвенные признаки заболевания.
Несовершенный остеогенез. Это достаточно распространенная патология среди диспластических системных заболеваний скелета. Индивидуальные клинические проявления данного поражения костей не только многообразны, но и приобретают новые особенности при наступлении полового созревания: значительно уплотняется кортикальный слой, появляется большая устойчивость к статодинамическим нагрузкам.
Наши наблюдения проведены у больных с несовершенным остеогенезом в возрасте 28–35 лет. Исправление деформаций нижних конечностей выполнял доктор медицинских наук С.Я.Зырянов. Деформации в большинстве случаев были типичными для данной патологии: у всех больных выявлены варусно-антикурвационные деформации бедер. Деформации голеней были на двух-трех уровнях, как правило, антикурвационно-вальгусные в верхней и средней третях, варусные и антикурвационно-варусные в нижней трети. Нередко нарушение оси сегмента дополнялось ротационным компонентом от 30 до 80°. Антикурвация голени, обусловленная тракцией мощной задней группы мышц данного сегмента, составляла 65–90°. Во всех случаях деформации нижних конечностей были двусторонними.
Накануне оперативного вмешательства МПК была снижена в костях оперируемой конечности в довольно широких пределах: на бедре на 21–62 %, в большеберцовой кости – на 24–48 %. Область обследования у всех больных включала также проксимальный и дистальный метафизы сегментов, диафизарную часть, вершину деформации и зону выполнения компактотомий или бескровной трансформации кости. Данные сопоставлялись с результатами исследований у здоровых людей аналогического возраста.
В отдельных наблюдениях для определения формы и размеров кости, а также особенностей патологической функциональной перестройки костной ткани применяли полипозиционное исследование: сканирование начинали в прямой проекции, а затем повторяли его через каждые 10° ротации конечности вокруг ее продольной оси. Получали данные о МП на поперечных срезах исследуемой области.
Таким образом, клинические наблюдения, результаты денситометрических и радиоиммунологических исследований показали, что применение чрескостного остеосинтеза по Илизарову у взрослых больных с несовершенным остеогенезом не противопоказано и обеспечивает устойчивый управляемый остеосинтез, способствуя увеличению МПК.
Адаптационный остеопороз, например, у моряков, летчиков приводит к структурным деформациям, в частности, в позвоночнике в силу местного нарушения кровообращения, перераспределения нагрузки и изменения силы мышц. Силовые нагрузки кости во время пилотажных и ударных перегрузок (прыжки с парашютом) дополняются нервно-эмоциональным фактором, поэтому происходит увеличение становой силы, правой и левой кисти, мышечной массы бедер, голеней и плеч. Увеличивалась МПК костей. В динамике изменений обнаружены две фазы – быстрая и медленная. Быстрая фаза изменения плотности отмечена на протяжении 50–100 парашютных прыжков и 50–100 часах налета на пилотаж. Медленная фаза отмечалась после нескольких сотен прыжков или
часов налета.
Наблюдали различия в изменении МПК у летчиков и парашютистов. У летчиков она нарастала, у парашютистов – снижалась. Различия обусловлены разной длительностью воздействующих перегрузок при пилотировании самолета и во время раскрытия парашюта и приземления. При длительных перегрузках позвонки подвергаются деформированию с преобладанием пластических и упругих процессов, а при ударных – наличием эффекта крупного микротрещинообразования. Поэтому есть основание считать, что длительное силовое воздействие на позвоночник при пилотажных перегрузках является триггером остеоиндуктивных процессов. Увеличение костной массы позвонков можно рассматривать как истинно адаптивную реакцию.
При ударных воздействиях у парашютистов не происходит усиление остеогенеза в силу кратковременности механического стимула (десятки миллисекунд). Существенная доля остеоиндуктивного потенциала расходуется на резорбтивные и репаративные процессы, связанные с ликвидацией микротрещин.
Среди других факторов на весовую нагрузку следует указать реакцию метафизов костей верхних конечностей. Эти отделы реагировали наращиванием костной массы. При отсутствии остеогенеза на ликвидацию микротрещин общая реакция организма способствует развитию анаболических реакций в губчатых структурах, являющихся в обычных условиях относительно слабыми биомеханическими звеньями и подвергающихся частому травмированию в быту.
После первого прыжка с парашютом отмечены сереьезные гормональные сдвиги, проявляющиеся в повышении уровня паратиреоидного гормона, кальцитонина и соматотропина, которые не приходят к норме на протяжении трех суток. У опытных спортсменов после прыжка отмечается снижение уровня кальцитонина и соматотропина, что указывает на экономизацию регуляторной напряженности гормональной системы.
Авиационный полет приводит к снижению концентрации циклических нуклеотидов, что может указывать на признаки снижения адренергических резервов. Компенсация их происходит за счет увеличения содержания кальцитонина.
При увеличении сроков спортивной подготовки и преобладании остеоиндуктивных процессов начинается фаза относительной стабилизации гормонального профиля с тенденцией к возрастанию коэффициента кальцитонин/паратирин, что в совокупности можно рассматривать как проявление анаболических реакций метаболизма кости.
Сопоставление динамики МПК костных структур и концентрации остеотропных гормонов, соответствие фазовых характеристик свидетельствует о дистантной регуляции генерализованной реакции костной системы на механический стимул. Пусковым механизмом может служить синтез в костной ткани белков, которые наряду с общей стресс-реакцией закономерно и устойчиво изменяют гормональный профиль организма и, опосредованно, – состояние костной ткани.
Таким образом, костная денситометрия способствует успешному применению метода Г.А. Илизарова. Так, состояние минерализации различных отделов сегментов нижних конечностей имеет важное значение для определения показаний и противопоказаний к выполнению остеосинтеза, особенно в сочетании с возможным прогнозом изменения МПК в процессе или к концу лечения для обеспечения устойчивого, управляемого остеосинтеза, а также профилактики рецидивов деформаций после снятия аппарата Илизарова.