Научные основы профилактики остеопороза в детском, подростковом и юношеском возрасте на популяционном уровне

При анализе рентгенограмм грудного и/или поясничного отделов позвоночника детей со сколиотической деформацией от 20° до 157° установлено, что в группе девочек (средний возраст 12,6 ± 2,6 лет) 70 детей имели верхне-грудную и грудную основную дугу, 101 ребенок - грудо-поясничную и поясничную основные дуги. Среди мальчиков (средний возраст 11,8 ± 2,9 лет) 32 ребенка имели верхне-грудную и грудную основную дугу, 21ребенок - грудо-поясничную и поясничную основные дуги.

Проведенное исследование денситометрических показателей в основной группе показало, что снижение МПКТ по Z-критерию ? - 2,0 SD и более выявляется в 54,0% (121 ребенок) (рис. 5, А). При детальном анализе выяснилось, что среди детей с деформациями позвоночника достаточно высокий процент (19,6%) детей, имеющих снижение МПКТ только по поясничному отделу позвоночника (по программе L1-L4 позвонки) (рис. 5, Б).

Снижение МПКТ по Z-критерию в пределах от - 3,41 SD до - 2,0 SD в 54,0% случаев носит системный характер, из них 29,4% случаев в пределах до ? - 2,0 SD (остеопения) и в 24,6% случаев при Z-критерии ? -2,5 SD и более (остеопороз).

А)

Б)

Рис. 5. Частота остеопороза и остеопении у детей обоего пола со сколиотической деформацией позвоночника вне зависимости от степени деформации позвоночника (%).

Из 165 обследованных со снижением МПКТ них 26,7% составили мальчики (44 из 53 обследованных) и 73,3% девочки (121 из 171 обследованных). Таким образом, частота снижения МПКТ у девочек и девочек со сколиотической деформацией позвоночника более 20 ° статистически не отличалась и составила 83,0% т и 70,0%%, соответственно.

При сравнении показателей МПКТ в двух группах детей, имеющих верхнее-грудную или грудную основную дугу (1 группа) и детей, имеющих грудо-поясничную или поясничную основную дугу (II группа), было показано, что наиболее часто снижение МПКТ зарегистрировано во II группе. Корреляционный анализ позволил доказать, что степень деформации не имеет прямой зависимости от степени снижения МПКТ, не смотря на то, что с увеличением степени деформации увеличивается частота снижения МПКТ. При анализе показателей МПКТ с учетом величины основной дуги было выявлено, что у детей обоего пола с увеличением степени деформации происходит увеличение частоты снижения МПКТ (рис. 6).

Установлено, что с увеличением возраста в группе детей со сколиотической деформацией позвоночника увеличивается процент детей, имеющих снижение МПКТ. В отличии от группы детей, не имеющих деформации позвоночника, при ее наличии частота снижения МПКТ в разных возрастных группах возрастает, что позволяет рассматривать их как группу риска ОП.

А) ДЕВОЧКИ

Б) МАЛЬЧИКИ

Рис. 6. Частота снижения МПКТ у детей в зависимости от степени сколиотической деформации позвоночника.

Проведенное скрининговое обследование 166 детей обоего пола в возрасте от 6 до 15 лет (средний возраст - 8,9 ± 3,1 лет) с компрессионными переломами тел позвонков установило, что в 75,3% случаев возникает на фоне снижения показателей МПКТ (рис. 7, А), причем, 16,9% случаев на фоне системного остеопороза и 17,5% - на фоне остеопении позвоночника (рис. 7, Б).

Снижение минеральной плотности костной ткани по Z-критерию ? -2,0 SD и более по всем регионам скелета регистрируется в 43,9% случаев (73 человека), причем у юношей изменения МПКТ встречаются чаще, чем у девушек в 1,8 раза (28,3% и 15,7%, соответственно).

Рис. 7 . Частота остеопороза и остеопении у детей с компрессионными переломами тел позвонков (%).

Установлено, что компрессионные переломы тел позвонков наиболее часто регистрируются в возрастной период 6-9 лет (50,6%), в 2,0 раза меньше - в 10-12 лет и 13-14 лет (27,7% и 21,7%, соответственно). При сравнении частоты компрессионных переломов тел позвонков установлено, что переломы на фоне нормальных значений МПКТ в 2,7 раза чаще возникают у девочек, чем у мальчиков (18,0% против 6,6%, соответственно) (рис. 8).

остеопороз перелом минерализация костный

Рис. 8. Снижение МПКТ у детей обоего пола с компрессионными переломами тел позвонков.

В четвертой главе представлены результаты изучения «Биохимических изменений костной ткани в норме и при остеопорозе». Анализ результатов исследований показателей кальций-фосфорного обмена и маркеров ремоделирования костной ткани у здоровых детей разного возраста показал, что все изученные находятся в пределах нормальных референтных значений. Отмечено, что в группе детей 11-14 лет имеет место достоверное снижение уровня общего и ионизированного кальция в сыворотке крови (р < 0,05), по сравнению с детьми более младшего возраста. Содержание ЩФ в сыворотке крови в группах 11-14 и 15-17 лет снижено (р < 0,03; р < 0,05) по сравнению с 6-7 летними обследованными. Подобное снижение с возрастом отмечено и по содержанию ДПир в моче (р < 0,01; р < 0,05) (табл. 2).

Установлено, что в возрастной период у здоровых детей 11-14 лет в сыворотке крови в 1,5 раза выше концентрация ОКЦ , чем в других возрастных группах (р < 0,05). Кроме этого, отмечено, что в возрастной период 15-17 лет в группе здоровых обследованных снижена концентрация ПТГ и увеличено содержание КТ в сыворотке крови (р < 0,03) по сравнению с другими возрастными группами (табл. 2).

Таблица 2

Показатели кальций-фосфорного обмена и маркеров ремоделирования костной ткани у обследованных разного возраста

В настоящей работе изучены возрастные особенности ПГ матрикса костной ткани в детском, подростковом и юношеском возрасте. Установлено, что с увеличением возраста снижается количество ПГ, выделяемых из костной ткани диссоциативным экстрагированием (4М гуанидин-хлорид), а увеличивается количество ПГ, тесно связанных с коллагеновым матриксом (рис. 9). Эти возрастные изменения общего количества ПГ вполне можно объяснить увеличением с возрастом минерализованной части костного матрикса. Одновременно происходит качественное изменение ПГ: среди ГАГ увеличивается относительное содержание КС на фоне относительного снижения ХС-АС (рис. 9, Б). Все эти изменения обуславливают достоверное увеличение с возрастом содержания С-ГАГ за счет относительного повышения количества высокосульфатированных ГАГ таких, как КС и ДС (или ХС-В) (рис. 9, А).

Рис. 9. Возрастные изменений содержания ПГ/ГАГ в костной ткани в норме.

Обозначения: ПГ - % протеогликанов, экстрагируемых 4 М солянокислым гуанидином;

ХС и КС - % от общего количества ГАГ; С-ГАГ - содержание преимущественно

ХС-АС на мг сухого вещества; УК и галактоза - выражено в ммг/мг сухого вещества.

Методом электрофореза показано, что с возрастом в костной ткани увеличивается количество ПГ, имеющих цепи ДС и ГС. На картине электрофореза ПГ костной ткани 20-летних обследованных зарегистрировано деление всех ГАГ на ХС-АС, ХС-В, а также ярко выраженная полоса КС.

Таким образом, с возрастом происходят не только количественные изменения ПГ внеклеточного матрикса костной ткани, но качественные. По нашему мнению изменение ПГ в костной ткани в разные возрастные периоды имеет прямое отношение к развитию предрасположенности остеопении в детском, подростковом и юношеском возрасте, так как нормальная структура костной ткани обеспечивается целым спектром белковых молекул, в том числе и ПГ, структурная полноценность которых зависит от размеров белкового кора и количественно-качественного состава, химической модификации их углеводной составляющей и цепей ГАГ.

Анализ результатов исследований позволил установить, что у 6 из 67 (9,0%) здоровых детей 7-10-летнего возраста и у 3 из 18 (16,7%) детей 14-17 лет выявлена гипокальциемия (от 2,06 до 2,21 ммоль/л), однако, при расчете средних значений в этих возрастных группах эти результаты не нашли своего отражения. Выраженной гипокальциемии (менее 2,0 ммоль/л) ни у одного ребенка выявлено не было. Установленная гипокальциемия в группе здоровых детей 11-14 лет вероятнее всего является следствием повышенных затрат организма на минерализацию костной ткани при усиленных темпах роста скелета и периода пубертата.

В определенной мере уровень экскреции кальция и фосфора с мочой косвенно позволяют судить о состоянии их всасывания в кишечнике. Известно, что в процессе интенсивного роста и высоких темпов обновления костной ткани происходят определенные изменения в кристаллах гидроксиаппатита, участвующего в минерализации белкового органического костного матрикса. В случае повышенного освобождения катиона из гидроксиаппатита и увеличения его в русле, усиливается его экскреция с мочой. По нашим данным, только у детей 11-17 лет имеет место некоторая тенденция к увеличению кальция в моче при относительно низком его содержании в сыворотке крови у детей в этой группе. Все эти результаты согласуются с мнением многих авторов, что у детей именно в период активного ростового скачка активно протекают обменные процессы в костной ткани по сравнению с другими возрастными группами.

Изученные биохимические показатели закономерно изменяются в разные возрастные периоды, что согласуются с наличием определенных периодов роста скелета и накопления костной массы. В процессе возрастной динамики изменений изучавшихся показателей выявлены определенные сдвиги (чаще - относительные, в ряде случаев - достоверные), которые совпадали с критическими периодами детства. Во всех возрастных группах детей отмечается относительная стабильность ионного минерального гомеостаза, что обеспечивается механизмами экстра- и интрацеллюлярного перераспределения катионов, гормональной регуляцией ионного гомеостаза ПТГ и КТ, а так же экскреторной функцией почек. Последнее подтверждается полученными данными по уровню кальция и фосфора в моче. Несмотря на то, что в возрастные периоды 11-14 лет констатируется вполне достоверная умеренная гипокальциемия, этот факт лишь свидетельствует о высокой потребности в этом катионе в костной ткани в процессе ее минерализации в основной период линейного роста скелета.

С увеличением возраста у здоровых детей происходит изменение двух основных кальций-регулирующих гормонов, направленных на максимальное поддержание необходимого уровня кальция, потребность в котором у детей возрастает в период пубертата, основного ростового скачка и в постпубертатный период. Можно предположить, что у здоровых детей в возрастной группе 11-14 лет на фоне низких показателей ПТГ при достаточно сниженной концентрации кальция в крови (2,12±0,02 ммоль/л, табл. 1) имеет место недостаточная ответная реакция ПТГ в ответ на гипокальциемию.

Выявленный в нашем исследовании повышенный уровень ОКЦ у детей 11-14-летнего возраста совпадает с периодом активного ростового скачка и свидетельствует об усилении образования неколлагеновой части белкового костного матрикса и ее минерализации, благодаря высокой аффинности ОКЦ к гидроксиапатиту кальция.

Таким образом, анализ биохимических показателей у здоровых детей показал, что при нормальных значениях МПКТ имеет место вполне определенная сбалансированность важнейших составляющих костного ремоделирования - остеосинтеза и резорбции - с относительным превалированием процессов формирования костной ткани.

С целью изучения механизмов снижения минеральной плотности костной ткани нами исследованы биохимические показатели в зависимости от степени изменения МПКТ в возрастной группе 11-17 лет. Установлено, что содержание кальция в сыворотке крови составляет в группе с остеопенией и остеопорозом находится на нижней границе нормы, установленной для этой возрастной группы. Внутригрупповой анализ позволил выявить, что 5 (20,8%) детей с остеопенией и 3 (17,4%) детей с остеопорозом имели некоторое увеличение содержания общего кальция в сыворотке крови выше 2,5 ммоль/л. Отмечено, что 4 (16,7%) детей с остеопенией и 2 (11,8%) имели содержание кальция в сыворотке крови ниже 2,1 ммоль/л.

Несмотря на то, что уровень ПТГ во всех исследуемых группах не выходил за пределы референтной нормы установлено, что показатели ПТГ в группе детей с остеопенией статистически достоверно отличаются от аналогичного показателя у здоровых детей. Так, уровень ПТГ в этой группе был в 1,6 раза ниже, чем у здоровых (7,11 ± 0,98 пмоль/л против 11,9 ± 2,02 пмоль/л; р < 0,05). Аналогичная тенденция снижения ПТГ отмечена и в группе детей с остеопорозом, однако, эти отличия статистически не значимы (табл. 3). Мы предполагаем, что снижение содержание ПТГ в крови связано с гиповитаминозом D. Недостаток этого витамина приводит к гипокальциемии, снижению секреции ПТГ, что в конечном итоге и определяет порочный круг развития остеопенических состояний у детей.

Таким образом, развитие остеопении и ОП в детском возрасте происходит не только на фоне явлений изменений кальций-фосфорного обмена, но и тесно взаимосвязано с гормональными сдвигами, преимущественно сопровождающиеся изменением кальций-регулирующих гормонов, которые не смотря на достаточно нормальные референтные значения в той или иной мере имеют различия в зависимости от показателей МПКТ.

Таблица 3

Показатели кальций-фосфорного обмена и маркеров ремоделирования костной ткани у обследованных в зависимости от показателей МПКТ

Примечание: 1 - здоровые Z-критерий > - 2,0 SD; 2 - остеопения Z-критерий ? - 2,0 SD; 3 - остеопороз Z-критерий ? - 2,5 SD.

В пятой главе представлены результаты «Распространенности остеопении и остеопороза в районах с разным уровнем техногенного загрязнения окружающей среды». Показатели техногенного загрязнения территорий школ в г. Новосибирске изучались в семи из десяти административных районах. Фактические уровни техногенной нагрузки по районам г. Новосибирска определялись по содержанию техногенных ингредиентов в снежном покрове, почве и по объему выбросов в атмосферу из различных источников загрязнения в соответствии с условиями их рассеивания. Для этого на территории школ города было выбрано 60 точек (школьных территорий), разноудаленных от основных источников техногенного загрязнения.

В соответствии с целью исследования анализ полученных данных проводился по следующим ингредиентам: взвешенные вещества в снежном покрове; также содержание отдельных ингредиентов (ртуть, цинк, кадмий, свинец, медь, нерадиоактивные - уран, цезий- 137, радий - 226, торий - 232, калий - 40). Все показатели приведены в удельных величинах (содержание на единицу площади объема и веса изучаемой пробы).

Минимальные уровни загрязнения снежного покрова зарегистрированы преимущественно на территории школ Кировского и Ленинского районов: взвешенными веществами (2,57 - 7,76 г/м² или 0,02 - 0,047 г/л); цинком по величине выпадений (58 - 78 мкг/м²) и по концентрации в снеговой воде (0,5 - 0,6 мкг/л); ртутью по величине выпадений (0,007 г/м²); кадмием по величине выпадений (27,5 - 65,0 мкг/м²), а по концентрации в снеговой воде (0,5 - 0,6 мкг/л); свинцом по величине выпадений (20,0 - 28,4 мкг/м²) и по концентрации в снеговой воде (0,2 мкг/л); медью по величине выпадений (60,0 - 85,2 мкг/м²) и по концентрации в снеговой воде (0,6 мкг/л); ураном - по величине выпадений (0,00009 - 0,00020 мг/м²) и по концентрации в снеговой воде (0,0033 - 0,0060 мг/л).

Максимальные уровни загрязнения снежного покрова взвешенными веществами зарегистрированы на территории школ Заельцовского и Калининского районов (27,86 - 74,84 г/м² или 0,167 - 0,544 г/л); ртутью на территории школ Калининского и Центрального районов (выпадение на единицу площади 0,018 - 0,217 мг/м²; концентрация в снеговой воде 0,0002- 0,0012 мг/л ); выпадений цинка на единицу площади (191,4 - 1050 мкг/м²) зарегистрированы чаще всего на территории школ Дзержинского, Калининского и Октябрьского районов, а концентрации цинка в снеговой воде (0,6 - 7,0 мкг/л) зарегистрированы чаще всего на территории школ Калининского, Октябрьского и Первомайского районов.

Максимальные выпадения кадмия на единицу площади (96,18 - 600,0 мкг/м²) зарегистрированы чаще всего на территории школ Заельцовского и реже Кировского районов, а высокие концентрации кадмия в снеговой воде (0,5 - 5,0 мкг/л) зарегистрированы на территории школ Октябрьского и Первомайского районов Новосибирска; максимальные концентрации свинца в снеговой воде (10,0 - 15,0 мкг/л) зарегистрированы на территории школ чаще Октябрьского и реже Ленинского и Кировского районов; максимальные загрязнения снежного покрова медью по величине выпадений (60,0 - 85,2 мкг/м²) и по концентрации в снеговой воде (0,6 мкг/л) зарегистрированы чаще на территории школ Ленинского и реже Кировского и Октябрьского районов.

Интегральная система оценок включала следующие показатели: 1) размах, характеризующий диапазон установленных величин; 2) характеристику нормальности распределения - совпадение между собой величин медианы, средней арифметической и моды, свидетельствующих о нормальном распределении установленных значений; 3) характеристику рассевания по ошибке средней и дисперсии. Перечисленные положения определены в «Руководстве по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89».

Анализ распределения техногенных ингредиентов, таблицы загрязняющих веществ и некоторые обобщенные закономерности техногенного загрязнения окружающей среды легли в основу картографического изображения территории школ г. Новосибирска. Интегральная оценка изучаемых техногенных факторов позволила ранжировать районы, в зависимости от степени техногенного риска. Было сделано заключение, что минимальные уровни загрязнения окружающей среды имеют место в Ленинском и Кировском районах, а максимальные - в Центральном, Калининском и Октябрьском районах г. Новосибирска. На основе этого все обследованные дети были разделены на группы проживания и обучения на территориях низкого, среднего и минимального риска.

Проведенный анализ показал, что остеопения среди жителей детского и подросткового возраста в Центральном и Железнодорожном районах города Новосибирска составляет 9,7% и 11,2%, соответственно. В этих же районах достаточно высокий процент детей, имеющих остеопороз: в Центральном районе 3,0% и в Железнодорожном районе - 2,4%. Остеопения среди жителей детского и подросткового возраста в Кировском и Ленинском районах города регистрировалась в 4,8% и 4,2%, соответственно, остеопороз - в 0,9% и 0,2%, соответственно. Следует отметить, что показатели заболеваемости остеопорозом и остеопенией в двух районах, где отмечена минимальная техногенная нагрузка, а именно на территории школ Кировского и Ленинского районов, достоверно отличается (р < 0,01), и были в 1,7-2,0 раза ниже, чем в районах неблагополучных по уровню загрязнения окружающей среды.

Частота остеопении у мальчиков обоих районов города наиболее часто отмечена в 11-12 лет, причем, у детей Центрального района этот показатель в 1,3-1,8 раза (р < 0,001). У девочек отмечены аналогичные результаты: чаще остеопения наблюдается в 12-14 лет, причем в 14 лет в 2 раза чаще. Частота остеопороза у мальчиков Ленинского района была наиболее высокой в возрасте 11-12 лет, а в Центральном - в 15 лет. У девочек остеопороз регистрируется чаще в Центральном районе у детей 13-летнего возраста. Наиболее часто снижение МПКТ регистрируется у детей 11-12 лет, проживающих в районе с более высоким уровнем загрязнения окружающей среды факторами техногенной природы.

Установлено, что максимальная скорость роста у мальчиков наблюдается дважды: в 9-10 лет и 12-14 лет (Баранов А.А., 2000). В нашем исследовании эта закономерность лучше прослеживалась у детей Ленинского района. В Центральном районе оба ростовых скачка происходили на один год позднее, причем в 15-летнем возрасте вместо увеличения ростовых показателей отмечено их снижение. Приросты показателей массы тела у мальчиков сравниваемых районов отличались только в 14-15-летнем возрасте. Отмечено, что прирост массы тела у жителей Центрального района в этой возрастной группе на 8,7% ниже, чем в Ленинском (p < 0,05).

В отличие от мальчиков, основной прирост росто-весовых показателей у девочек должен быть один раз в 11-13 лет (Баранов А.А., 2000). Эта закономерность прослеживается у детей Ленинского района. Как показало исследование, в Ленинском районе максимальный прирост роста у девочек отмечен с 11 до 14 лет. Ежегодные темпы увеличения роста в этот возрастной период составляют 4,4%, 5,2% и 6,7% соответственно в 12, 13 и 14 лет.

По нашим данным, в Центральном районе у девочек максимальное ежегодное увеличение роста установить не представилось возможным, так как прирост этих значений происходит равномерно и растянут во времени с 10 до 14 лет, однако, более всего увеличивается ежегодный показатель роста в два возрастных периода - с 10 до 11 лет и с 15 до 16 лет.

Приросты показателей массы тела у девочек сравниваемых районов так же отличались. Увеличение массы тела у жителей обоих районов отличалось неравномерной динамикой. Установлено, что основной прирост массы тела у девушек Центрального района происходит в 13-14 лет, а в Ленинском - на два года раньше, а именно, в 12-10 лет (p < 0,05).

Одним из интегральных показателей биологического развития человека, свидетельствующий об определенном созревании гипоталамо-гипофизарной системы, является половое созревание, которое имеет прямую связь со степенью дифференцировки других органов. В нашем исследовании нами проведен анализ полового созревания у девушек, проживающих в двух сравниваемых районах. Возраст начала появления менструального цикла (менархе) у девочек в обеих районах колебался от 9 до 15 лет. При сравнении среднего возраста появления менархе у девочек двух изучаемых районов г. Новосибирска установлено, что эти значения не отличаются (12,2±1,1лет - в Ленинском районе и 12,8±0,9 лет - в Центральном районе). Обращает на себя внимание тот факт, что среди девочек Центрального района (с высоким уровнем техногенной нагрузки) частота лиц с ранним началом полового созревания несколько выше, чем в Ленинском (в 11-летнем возрасте менархе имеет место у 13,6 % девочек Центрального и 5,9% девочек Ленинского районов). В обоих районах среди девушек до 13 лет 53,1% обследованных имеют нарушения менструального цикла, причем, чаще у жителей Центрального района в возрасте 11 лет. В обоих районах города отмечено наличие достаточно высокого количества обследованных как с ранним началом полового созревания, так и с задержкой полового развития. Однако, у девушек Центрального района (район с высоким уровнем техногенной нагрузки) эти изменения распространены в большей степени и чаще в сочетании с отклонениями менструального цикла.

Подтверждением этому являются особенности, выявленные у обследованных Центрального района: более низкие темпы увеличения росто-весовых показателей у мальчиков; неравномерное увеличение роста с образованием второго (физиологически несвойственного) ростового скачка у девочек; смещение основных максимальных росто-весовых прибавок на более ранний у девочек (10-11 лет) и более поздний (14-15 лет) у мальчиков.

Половозрастные особенности массы тела у детей, проживающих в разных районах, так же имеют отличия как у мальчиков, так и у девочек. Известно, что, начиная 10-летнего возраста весовые показатели у девочек до 13 лет должны опережать таковые у мальчиков. В нашем исследовании установлено, что у 10-13-летних девочек и мальчиков, проживающих в обоих районах, весовые показатели уравнивались, а после 13 лет опережали у девочек, что является одним из признаков полового диморфизма.

Таким образом, нарушения половозрастных закономерностей роста и развития скелета у детей, проживающих в районах с разным уровнем техногенной нагрузки, имеет различия. Так, в более благоприятном по уровню техногенной нагрузки (Ленинском районе) наблюдается сглаживание половых различий по всем параметрам, изучаемым в настоящей работе, в то время как в менее благоприятном районе, а именно, в Центральном районе - более выраженными отклонениями в развитии, проявляющиеся атипичностью росто-весовых и нормативов половозрастных параметров. Это заключение находит свое подтверждение не только в популяционной выборке, но и при индивидуальной оценке. Как отставание, так и ускорение физического развития в детском и подростковом возрасте может являться результатом неблагоприятного влияния загрязнений окружающей среды на организм.

В шестой главе представлены результаты экспериментальной части работы «Клинико-гигиенической оценки влияния токсического фактора окружающей среды на возникновение и прогрессирование остеопороза при хроническом воздействии». Установлено, что у крыс линии Wistar (контрольная группа) и крыс линии OXYS, начиная с 2-мес. возраста, происходит постепенное увеличение МПКТ всего скелета, позвоночника и конечностей. Достоверные различия МПКТ у крыс обеих линий обнаружены по всем отделам скелета в возрастные периоды с 4 до 12 мес. (р < 0,001; р < 0,01) (рис. 10). Пик формирования костной массы у животных контрольной группы происходит в возрасте 6-8 мес. Темпы прироста МПКТ у крыс контрольной группы за период 2-12 мес. составляют: по всему скелету - 46,0%, по позвоночнику - 48,6%, по задней конечности - 53,3%, по передней конечности - 53,1%. Максимальные темпы прироста МПКТ у крыс Wistar зарегистрированы в период 2-4 мес. (табл. 4).

Рис. 10. Минеральная плотность костной ткани крыс разного возраста.

МПКТ выражена в г/см². Сплошная линия - крысы Wistar, пунктирная линия - крысы OXYS.

* р < 0,001;** р < 0,01 по сравнению с крысами Wistar соответствующего возраста.

По сравнению с контрольными животными у крыс линии OXYS максимальный прирост МПКТ приходится на возраст 4-6 мес. Темпы прироста МПКТ у крыс линии OXYS за период 2-12 мес. составляют: по всему скелету - 35,9%, по позвоночнику - 47,8%, по задней конечности - 56,7%, по передней конечности - 55,3% (табл. 4). Однако, несмотря на отсутствие различий в темпах прироста МПКТ за весь период 2-12 мес. у крыс разных линий, МПКТ крыс линии OXYS не достигает значений МПКТ крыс Wistar соответствующего возраста. Обращает на себя внимание тот факт, что в 6-8 мес. у крыс обеих линий показатели МПКТ выходят на определенное плато, к 12 мес. темпы прироста МПКТ снижаются по всем исследуемым (рис. 10).

Денситометрические различия МПКТ у крыс линий OXYS и Wistar отмечены в 4-месячном возрасте. Более выраженная степень снижения МПКТ у крыс линии OXYS и пик костной массы у крыс линии Wistar зарегистрированы в 6-8 мес.

Таблица 4

Темпы прироста МПКТ у крыс линий Wistar и OXYS разного возраста

Примечание. Темпы прирост выражены в % от предыдущего возрастного периода.

Морфологическое исследование тел позвонков и задних конечностей крыс линии Wistar 6-мес. показано, что исследуемые костные структуры представлены наличием кортикального отдела и костных трабекул, представленных ровными краями медуллярной поверхности. Кортикальный слой достаточной ширины, представлен компактной костью. Гаверсова система кортикального отдела состоит из упорядоченного набора остеонов, сосуды которых повторяют ход внутренней стенки каналов, диаметр которых уменьшается по направлению к периосту. ОЦ равномерно расположены равномерно и ориентированы параллельно друг другу, линиям склеивания и сосудистым каналам, окруженных трабекулами. Матрикс окрашивается оксифильно. Губчатая кость позвонков представлена широкими анастомозирующими костными балками, между некоторыми из которых расположен миелоидный костный мозг. Поверхности некоторых балок окружены цепочками ОБ. Наличие цепочек ОБ вокруг балок и тонкой полоски остеоида, единичные лакуны резорбции на поверхности периоста кортикального отдела костной ткани свидетельствует о наличии физиологической перестройки костных балок.

Морфологические исследования костной ткани крыс линии OXYS 6 мес. показало, что кортикальный слой бедренной кости неравномерно истончен, с признаками декомпактизации и формированием губчатой структуры. Эти изменения локализуются преимущественно со стороны эндоста, тогда как периостальные структуры сохраняют свое строение. Обращает на себя внимание большое количество полостей остеоцитарной резорбции костной ткани. Пролиферации эндостальных клеток не наблюдается. Костная ткань тел позвонков представлена узкими, неравномерными поперечного размера костными трабекулами с нерегулярным расположением остеоцитов и линий склеивания. В некоторых костных балках видны запустевающие костные лакуны и полное отсутствие признаков остеогенеза, а именно отсутствие остеобластической реакции и формирования остеоида. Гаушиптовы лакуны с ОК располагаются на костных балках. Кроме того, вокруг остеоцитов отмечены расширенные лакуны. Костно-мозговые полости заполнены жировым костным мозгом.

Для объективизации полученных морфологических данных был применен метод гистоморфометрии. При исследовании объема губчатой кости зарегистрировано уменьшение этого показателя у крыс линии OXYS 6 мес. по сравнению с контрольной группой, наиболее заметное в телах позвонков (45,11,9 % по сравнению с 72,3 7,9 %, р < 0,05) и менее выраженное в трубчатых костях (55,14,8 % по сравнению с 78,9 9,3 %, р < 0,05).

Потеря костной плотности и снижение объема губчатой кости сопровождается постепенным снижением ширины трабекул и уменьшением ширины кортикального слоя. Ширина кортикального слоя тел позвонков крыс линии OXYS 6 мес. составляла 89,312,5 мкм по сравнению с показателями у крыс контрольной группы 108,96,5 мкм (р < 0, 05), в бедренной кости - 112,518,2 мкм по сравнению с показателями у крыс контрольной группы 136,714,0 мкм, соответственно (р < 0,03). Изменения кортикальной костной ткани сопровождались не только уменьшением поперечного размер кортикального слоя, но также увеличением диаметра гаверсовых каналов у крыс линии OXYS 6 мес. Параллельно с тем, что происходит изменение кортикальной кости и костных балок, у крыс OXYS отмечено уменьшение толщины остеоида (2,70,6 мкм по сравнению с 5,11,3 мкм в контрольной группе, р < 0,01) в телах позвонков и тенденция к снижению в бедренной кости (1,40,9 мкм по сравнению с 0,90,4 мкм в контрольной группе, р > 0,05). Количество ОК на мм² и показатель эрозированной поверхности, характеризующий отношение протяженности трабекулярной поверхности, занятой лакунами, ко всей трабекулярной поверхности, не имел статистически достоверных отличий у крыс обеих линий как в телах позвонков, так и бедренной кости. Установлено снижение количества ОБ у крыс линии OXYS 4 мес. по сравнению с контрольной группой (р < 0,03).

При изучении компонентов органического матрикса костной ткани выявлено, что содержание УК и С-ГАГ ПГ тел позвонков крыс линии OXYS в 2-месячном возрасте снижено в 3,5 раза и 5,4 раза соответственно по сравнению с крысами Wistar (p<0,05; p<0,01). К 6-месячному возрасту количество УК в телах позвонков у крыс OXYS увеличено в 1,3 раза, С-ГАГ - снижено 1,2 раза по сравнению с крысами Wistar (p<0,05). В возрасте 12 мес. содержание С-ГАГ в органическом матриксе костной ткани тел позвонков снижено в 1,6 раза по сравнению с крысами Wistar (p<0,05). Содержание белка в органическом матриксе костной ткани у крыс обеих линий в 2-месячном возрасте не отличается. В 6- и 12-месячном возрасте содержание белка у крыс OXYS снижено в 2,3 раза и 3,3 раза соответственно по сравнению с крысами Wistar (p<0,05; p<0,01).

После обработки растворов ПГ хондроитиназой АС с последующим электрофорезом образцов в геле агарозы выявили наличие ХС-АС во всех исследуемых образцах костной ткани у крыс обоих линий во все исследуемые возрастные периоды. После обработки ПГ хондроитиназой ABC обнаружен КС в телах позвонках у крыс линий OXYS и Wistar в возрасте 12 месяцев. При последовательной обработке исходных растворов ПГ хондроитиназой АС и АВС на электрофореграмме обнаружен ДС у крыс обеих линий в возрасте 2 месяцев. ДС исчезает из костной ткани у крыс Wistar после 6 мес. исчезает, а у крыс OXYS ДС присутствует в ПГ тел позвонков в 6- и 12 месяцев.

С помощью спектрофлюориметрического метода было показано, что в костной ткани у крыс линии OXYS 3 мес. активность катепсина К, основного фермента ОК, в 2,2 раза выше, чем в костной ткани у крыс Wistar соответствующего возраста. С возрастом активность фермента в костной ткани у крыс OXYS снижается, а у крыс линии Wistar, наоборот, повышается. Активность матриксных металлопротеаз (ММР) в костной ткани у крыс линий OXYS и Wistar имеет различия только в 3-месячном возрасте. Так, активность ММР у крыс OXYS в костной ткани в 3,3 раза ниже, чем у крыс Wistar соответствующего возраста. Известно, что наличие большого количества ХС в ПГ костного матрикса способствует активации основных катаболических ферментов, таких как металлопротеазы, катепсин К. Катепсин К способен расщеплять многие белки, такие как эластин, желатин, остеопонтин, остеонектин, белковый кор агрекана. Такими же функциями наделены и ММР. Увеличение активности катепсина К и ММР с возрастом в костной ткани крыс OXYS согласуется с увеличением количества С-ГАГ, ХС и ДС, а у крыс линии Wistar с возрастом снижается количество С-ГАГ, соответственно и активность ферментов снижается.

Методом рентгенфлуоресцентного анализа выявлено, что в костной ткани 2-месячных крыс OXYS снижено содержание кальция, фосфора, свинца, цинка, меди и стронция по сравнению с крысами Wistar того же возраста (p<0,01). В дальнейшем, к возрасту 6 и 12 месяцев у крыс OXYS содержание кальция, цинка, меди и свинца в костной ткани так же ниже, чем у крыс линии Wistar соответствующего возраста (p<0,01), содержание же фосфора и стронция не изменяется. Соотношение кальций/фосфор у крыс OXYS и Wistar в 2 и 6 мес. не изменяется, в возрасте 12 мес. у крыс OXYS соотношение кальций/фосфор ниже, чем соответствующий показатель контрольных (p<0,01). Снижение в костной ткани крыс OXYS как кальция, так и фосфора по сравнению с крысами контрольной группы сопровождается достаточно выраженным увеличением кальция в сыворотке крови (р < 0,01).

Крыс линии OXYS и Wistar использовали в хроническом санитарно-гигиеническом эксперименте для установления патогенетических механизмов влияния остеотропного фактора окружающей среды на костную ткань при наличии генетической предрасположенности к развитию остеопороза. В качестве остеотропного вещества использовали водный раствор дибутилдитиофосфорнокислого натрия (ДБФКН).

В динамике эксперимента ни у крыс линии OXYS, ни у крыс линии Wistar через 1 и 2 мес. не зарегистрировано статистически значимых различий МПКТ в группах контрольных животных и при введении ДБФКН. Отмечено, что у крыс линии OXYS имеет место некоторая тенденция по снижению темпов прироста МПКТ. Через 4 мес. эксперимента у крыс линии OXYS достоверные различия МПКТ обнаружены по всем отделам скелета (р < 0,001; р < 0,05) (рис. 11).

Несмотря на отсутствие различий в средних значениях МПКТ у крыс Wistar контрольной и опытной групп, установлено, что у животных из опытной группы линии Wistar имеет место достоверное снижение темпов прироста МПКТ по сравнению с контролем. Такие изменения показаны для всех исследуемых регионов скелета, но в большей степени они выражены по скелету в целом и костной ткани конечностей.

Рис. 11. Темпы прироста МПКТ у крыс линии OXYS и Wistar через 4 мес. после введения ДБФКН.

* p<0,01; ** p<0,05 по сравнению с крысами Wistar соответствующего возраста.

Гистологическое исследование костной ткани позволило проанализировать механизмы развития ОП при влиянии техногенных факторов внешней среды. В препаратах костной ткани у крыс OXYS через 4 мес. после введения ДБФКН обращает на себя внимание системное разряжение костной ткани и расширение костно-мозгового пространства, наиболее заметное в телах позвонков. Наблюдается истончение балок, на некоторых участках - длинные поля прерванной трабекулярной сети. Базофильные линии в трабекулах неровные, различной ширины, местами неотчетливы, заметны пустые лакуны остеоцитов. Кортикальный слой местами истончен с сохранением компактности, местами - достаточно широкий, но с расширенными гаверсовыми каналами неправильной формы, так называемая декомпактизация, что придает компактной кости губчатый вид. На костных балках одновременно выявлено увеличение протяженности эрозированных поверхностей. Отчетливо видны процессы периостеоцитарной резорбции костного вещества.

Морфометрические исследования объема губчатой кости у крыс данной группы показали достоверное уменьшение этого показателя как в телах позвонков, так и в бедренной кости (р < 0,05). На фоне неуклонного уменьшения костной массы происходит изменение костной структуры, сопровождающееся истончением трабекул. Трабекулы становятся более разобщенными. Повышение частоты активации единиц ремоделирования делает более уязвимыми к разрушению лакунами резорбции уже и так достаточно истонченных костных трабекул. С другой стороны, риск истончения и локальной перфорации отдельных трабекул подтверждают данные морфометрии. Так, при подсчете числа ОК на мм² среза препарата ткани тела позвонка и бедренной кости у крыс ОXYS после четырехмесячного введения ДБФКН показано их достоверное увеличение, чем в контроле (р < 0,05; р < 0,01). Кроме изменений преимущественно губчатой кости после четырехмесячного введения ДБФКН у крыс ОXYS происходит ускоренная потеря объема кортикальной кости. Повышение кортикальной порозности происходит вследствие увеличения единиц ремоделирования и приводит к образованию пустых лакун резорбции. В кортикальной кости происходят изменения, подобные тем, что имеют место в губчатой кости. Гаверсовы каналы увеличиваются в диаметре, что сопровождается неадекватной остеобластической реакцией в ответ на усиленную резорбцию костной ткани ОК. Диаметр гаверсовых каналов в телах позвонков и бедренной кости достоверно снижен по сравнению с контролем (р < 0,01; р < 0,03).

Сравнение структуры кости у крыс контрольной группы и животных, получающих ДБФКН, показало, что принципиальным изменением костной ткани при введении остеотропного вещества является отрицательный костный баланс, связанный с увеличением резорбции на эндостальной поверхности кортикального слоя. Эти изменения не компенсируются достаточным балансом костной ткани на периостальной поверхности, что в итоге и приводит к снижению толщины кортикального слоя как в телах позвонков, так и в бедренной кости (р < 0,01) по сравнению с контролем. Так, в телах позвонков крыс линии OXYS 6 месяцев эрозированная поверхность составляет 10,61,2 % и 12,2 0,9% в трубчатой кости (соответственно в группе контроля 5,80,7 % и 4,71,1 %, р < 0,05, р < 0,001).

Таким образом, изменения костной ткани у крыс OXYS, возникающие при хроническом введении ДБФКН, свидетельствует о том, при наличии генетической предрасположенности к возникновению дефицита МПКТ влияние техногенных факторов среды оказывает отрицательное влияние, изменяя нарушенный костный баланс, обусловленный снижением остеопластических потенций и вызывая активацию костной резорбции.

В седьмой главе «Обсуждение результатов» представлен анализ полученных результатов и факторов риска снижения МПКТ в детском, подростковом и юношеском возрасте.

Многофакторный дисперсионный анализ ANОVA показал, что на показатели МПКТ в модели пол, вес, рост, употребление молока, возраст начала менархе влияют росто-весовые показатели и возраст начала менархе.

Анализ отдельных факторов риска, возможно влияющих на развитие ОП, проведенное с использованием метода «случай-контроль» с определением показателя отношения шансов (OR) и его доверительных интервалов, позволило выявить факторы риска, а на основании этого выделить группы риска, принадлежность к которым определяет проведение профилактики ОП.

Среди проанализированных к достоверным факторам риска у лиц женского пола можно отнести возраст старше 14 лет - OR 3,21 [2,34; 5,23] 95% ДИ, p < 0,0000001. Среди этой группы обследованных к факторам риска относят: рост ниже 145 см и ниже - OR 2,1 [1,64; 2,71] 95% ДИ, p < 0,00001; рост выше 170 см OR 7,11 [3,14; 12,93] 95% ДИ, p < 0,0001; снижение ИМТ до 22 кг/м² и ниже увеличивает риск развития ОП до 3,75 [1,49; 4,83] 95% ДИ, p < 0,01. Начало менархе в возрасте старше 14 лет - OR 1,33 [1,04; 2,63] 95% ДИ, p < 0,0000001; регулярность менархе OR 3,21 [2,34; 5,23] 95% ДИ, p < 0,0000001. Наличие периферических переломов скелета в анамнезе OR 2,07 [1,53; 3,03] 95% ДИ, p < 0,00001; наличие переломов у родителей OR 1,51 [1,04; 2,23] 95% ДИ, p < 0,05. Отсутствие отказа от употребления молочных продуктов OR 3,21 [3,34; 8,23] 95% ДИ, p < 0,001; проживание в экологически неблагополучном районе OR 1,21 [1,28; 2,41] 95% ДИ, p < 0,01.

Нами так же был проведен анализ факторов риска для детей до 14 лет. Обнаружены ассоциации между МПКТ с возрастом (r = 0,79; р < 0,01), ростом (r = 0,49; р < 0,05), весом (r = 0,51; р < 0,03) и ИМТ (r = 0,52; р < 0,01). ИМТ ниже 22 кг/м² и ниже увеличивает риск развития ОП до 2,75 [2,49; 3,83] 95% ДИ, p < 0,05. К факторам риска ОП также можно отнести начало менархе в возрасте до 12 лет - OR 1,53 [1,64; 2,93] 95% ДИ, p < 0,001; нерегулярность менархе OR 2,21 [1,34; 3,53] 95% ДИ, p < 0,005. Наличие периферических переломов скелета в анамнезе OR 2,07 [1,53; 3,03] 95% ДИ, p < 0,00001; наличие переломов у родителей OR 2,11 [1,54; 3,03] 95% ДИ, p < 0,05. Отсутствие отказа от употребления молочных продуктов OR 1,21 [1,94; 2,23] 95% ДИ, p < 0,05; проживание в экологически неблагополучном районе OR 2,21 [1,28; 3,41] 95% ДИ, p < 0,01.

Для проведения множественного линейного регрессионного анализа зависимости МПКТ от возможных факторов (возраст, ИМТ, возраст начала менархе, регулярность менархе, наличие переломов у обследуемых и их родителей, потребление молочных продуктов), выявленных при одномерном анализе, было получено, что представленная нами модель адекватно описывает взаимосвязь признаков (F-критерий 58,23; р = 0,00000000). Коэффициент детерминации R2 составил 0,181, то есть только 18,1% дисперсии показателя МПКТ скелета объясняется изменением представленных факторов. Такое низкое значение коэффициента детерминации свидетельствует о том, что изменчивость МПКТ на 81,9% обусловлена влиянием других, не учтенных факторов, среди которых в данной ситуации большое значение, вероятно, имеют генетические факторы.

На основании выше сказанного разработаны критерии определения риска остеопении и ОП в детском, подростковом и юношеском возрасте:

1. Малый риск: возраст для мальчиков и девочек 6-9 лет; наследственный анамнез по ОП не отягощен; нормальные росто-весовые показатели (ИМТ), отсутствие признаков дисплазии соединительной ткани, отсутствие переломов в течении жизни, отсутствие деформации позвоночника, достаточное употребление молока, отсутствие хронических заболеваний, при которых может снижаться МПКТ, проживание на территории с низким уровнем техногенной нагрузки. Рекомендации: модификация образа жизни, умеренная физическая нагрузка в виде регулярных занятий, адекватное употребление кальция (для детей 6-10 лет - 800-1200 мг/сутки), наблюдение у педиатра.

2. Средний риск: возраст 11-12 лет и 15-17 лет у лиц обоего пола; наследственный анамнез по ОП не отягощен; наличие признаков недифференцированной дисплазии соединительной ткани (1 главный и/или 1-2 второстепенных), ИМТ ниже 22 кг/м²; наличие перелома в анамнезе; суточное употребление кальция снижено, наличие хронических заболеваний, при которых повышен риск снижения МПКТ, проживание на территории с повышенным уровнем техногенной нагрузки. Рекомендации: модификация образа жизни, умеренная физическая нагрузка в виде регулярных занятий, адекватное употребление кальция и витамина D (для детей 6-10 лет норма употребления кальция 800-1200 мг/сутки), проведение остеоденситометрического исследования исходной МПКТ с динамикой через 1 год.

3. Высокий риск: наследственный анамнез по ОП отягощен, изменение антропометрических параметров ниже или выше возрастной нормы (масса, рост, ИМТ), наличие признаков недифференцированной дисплазии соединительной ткани (1-2 главных и/или 2-3 второстепенных) или дифференцированной формы дисплазии соединительной ткани; наличие 2-3 переломов в анамнезе, отказ от употребления молока, наличие факторов или хронических заболеваний, при которых повышен риск снижения МПКТ, отсутствие профилактики остеопенического синдрома, проживание на территории с высоким уровнем техногенной нагрузки. Рекомендации: модификация образа жизни, умеренная физическая нагрузка в виде регулярных занятий, адекватное употребление кальция и витамина D (для детей 6-10 лет норма употребления кальция 800-1200 мг/сутки); обязательное проведение остеоденситометрического исследования; консультация специалиста по ОП.

На основании установленных критериев риска был разработан алгоритм диагностической и лечебной тактики в зависимости от показателей МПКТ:

1. Z-критерий > - 2,0 SD, нет переломов в анамнезе, малый риск развития остеопении - динамическое наблюдение в возрастном периоде 11-12 лет и 15-17 лет; при среднем и высоком риске - динамическое наблюдение через 1 год.

2. Z-критерий ? - 2,0 SD, наличие или отсутствие переломов в анамнезе, оценить степень риска, определить уровень маркеров ремоделирования костной ткани и кальций-фосфорного обмена; исследование функции щитовидной железы; исключение заболеваний, при которых происходит изменений ремоделирования костной ткани (то есть исключить вторичные причины); исключить риск вертеброгенного перелома; назначение фармакологической терапии с учетом направленности костного и минерального обмена. Лечение остеопении под контролем биохимических маркеров в динамике через 6 мес. и динамики МПКТ через 1 год.

3. Z-критерий ? - 2,5 SD, наличие или отсутствие переломов в анамнезе, оценить риск остеопении и ОП, определить уровень маркеров ремоделирования костной ткани и кальций-фосфорного обмена; исключение заболеваний, при которых происходит изменение метаболизма костной ткани; исключить риск вертеброгенного перелома; консультации специалистов - ревматолога, эндокринолога, гинеколога - по необходимости; назначение фармакологической терапии с учетом направленности костного и минерального обмена. Лечение остеопороза под контролем биохимических маркеров в динамике через 6 мес. и динамики МПКТ через 1 год.

В заключении проведен краткий анализ полученных результатов, в нем отражены основные патогенетические механизмы развития ОП в детском, подростковом и юношеском возрасте и изложены основные направления его профилактики, направленные на сохранение и поддержание прочности скелета в период интенсивного роста ребенка и своевременное уменьшение потери массы костной ткани, которое подразумевает предупреждение переломов при уже развившейся остеопении или ОП.

ВЫВОДЫ

1. На основе клинических и экспериментальных исследований создана система профилактики ОП в детском, подростковом и юношеском возрасте на популяционном уровне с использованием скринингового остеоденситометрического обследования, основанная на комплексном учете возрастно-половых и биохимических особенностей формирования скелета, генетической детерминированности остеосинтеза и техногенных факторов риска. Доказана необходимость формирования когорт в популяциях детей и подростков по установленным количественным критериям снижения МПКТ для дифференцированной профилактики ОП в группах риска.

2. С использованием метода двухэнергетической рентгеновской остеоденситометрии получены нормативные показатели МПКТ популяции г. Новосибирска обоего пола в возрасте 6-20 лет. Накопление МПКТ в разные возрастные периоды у здоровых лиц мужского и женского пола происходит неравномерно в зависимости от области скелета. Наибольшие темпы прироста МПКТ у здоровых мальчиков и у девочек зарегистрированы в возрасте с 9 до 13 лет. Темпы прироста МПКТ за весь период от 6 до 20 лет у лиц женского пола ниже, чем у лиц мужского пола.