Медицина/ 8. Морфология

Д.мед.н. Кутя С.А.

ГУ «Крымский государственный медицинский университет имени С.И. Георгиевского»

Механизмы влияния гипергравитационного воздействия на ремоделирование костей

В основе изменений, развивающихся в костной системе при систематическом гипергравитационном воздействии, на наш взгляд, лежат два основных механизма: повышение мышечного тонуса и регионарное расстройство кровообращения. Причем, нарушение гемодинамики возникает как вследствие перемещения крови под действием инерционных сил, так и в результате изменившихся условий функциональной нагрузки на опорно-двигательный аппарат. Известно, что при воздействии гравитационных перегрузок величиной 9-10 g, мышцы туловища и конечностей находятся в состоянии напряжения [4, 5], вызывая, тем самым, повышение механической нагрузки на кости. Влияние повышенной функциональной нагрузки на внутрикостное кровообращение реализуется через упругие деформации кости, вызывающие гидродинамические эффекты [2]. Усиление гидродинамических влияний упругих деформаций приводит к перераспределительным изменениям микроциркуляции, вызывающим активизацию процессов физиологической перестройки кости [2] с преобладанием костеобразования, что мы и наблюдали во всех изучавшихся участках скелета крыс (независимо от их возраста) при малой и средней кратности действия гравитационных перегрузок. Немаловажную роль в стимуляции остеопластических процессов в скелете под действием гипергравитации играет и повышенный тонус мышц. Это связано с преобразованием усилившихся механических напряжений в локальные механические сигналы, трансформацию их в биохимические сигналы, активацию метаболических путей в пределах внешней мембраны клеток и их цитоскелета и передачу сигналов от клетки к клетке в пределах остеоцитарной сети, с последующей модуляцией активности остеобластов и остеокластов [1]. Кроме описанных механизмов, приводящих к увеличению костной массы, еще необходимо упомянуть о непосредственной чувствительности остеобластов к повышенной гравитации. Рядом исследований, проведенных in vitro, была показана активация под действием гипергравитации синтеза коллагена и высвобождение остеобластами простагландина Е₂, паракринного фактора, регулирующего их дифференцировку [7, 8].

Еще одним из механизмов изменения темпов перестройки костей, наблюдающегося при большой кратности воздействия гравитационных перегрузок, на наш взгляд, может быть развивающаяся гипоксия тканей. Ее возникновение связано как с нарушением кровообращения в костях, так и в организме в целом, что приводит к нарушению оксигенации крови с последующим усугублением гипоксии костной ткани. Известно, что гипоксия блокирует рост и дифференцировку остеобластов, а также стимулирует образование остеокластов из мононуклеарных прекурсоров [6], тем самым, тормозя костеобразование и активируя остеорезорбцию. Кроме того, стимуляции остеокластической резорбции способствует снижение синтеза оксида азота, наблюдающееся при гипоксических состояниях, который оказывает прямой ингибирующий эффект на активность остеокластов [3], что делает целесообразным использование донаторов оксида азота для профилактики развития остеопенических состояний. Изменение механического напряжения и нарастающая с увеличением кратности гипергравитационного воздействия гипоксия вызывают регуляторно-метаболические сдвиги функционирования клеток костной ткани. Это приводит к возникновению изменений ультраструктуры минерального компонента костного вещества и нарушению его взаимоотношений с органическим матриксом. Интегрально описанные явления в итоге приводят к изменениям механико-пластических свойств костей, определяющих одну из их основных функций в организме.

Литература.

1. Аврунин А.С. Старение костной ткани. Теоретическое обоснование нових путей оптимизации процесса механотрансдукции / А.С. Аврунин, Р.М. Тихилов, А.В. Климов // Морфология. – 2005. – Т. 128, №5. – 19 – 28.

2. Бруско А.Т. Функциональная перестройка костей и ее клиническое значение / А.Т. Бруско, Г.В. Гайко. – Луганск: Луганский государственный медицинский университет, – 2005. – 212 с.

3. Коломиец В.В. Оценка состояния обмена кальция и синтеза оксида азота у больных с артериальной гипертензией с остеоартрозом / В.В. Коломиец, К.Ю. Симбирцева, Д.Ю. Сцецевич // Укр. ревматол. журн. – 2006. – Т. 25, №3. – С. 57 – 61.

4. Черниговский В.Н. Гравитация и организм / В.Н. Черниговский. – М. : Наука, – 1976. – 145 с. — (Проблемы космической биологии; т. 33).

5. Шенкман Б.С. Гравитационнозависимая пластичность скелетных мышц. От морфологических феноменов – к механизмам / Б.С. Шенкман, Т.Л. Немировская, И.Н. Белозерова // Мат. XII конф. «Космическая биология и авиакосмическая медицина» (10-14 июня 2002 г.), М., 2002. – С. 359 – 360.

6. Arnett T.R. Acidosis, hypoxia and bone / T.R. Arnett // Arch. Biochem. Biophys. – 2010. – Vol. 503, Is. 1. – P. 103 – 109.

7. Hypergravity Stimulates Collagen Synthesis in Human Osteoblast-Like Cells: Evidence for the Involvement of p44/42 MAP-Kinases (ERK 1/2)1 / J. Gebken, B. Liiders, H. Notbohm [et al.] // J. Biochem. – 1999. – Vol. 126, Is. 4. – P. 676 – 682.

8. Searby N.D. Influence of increased mechanical loading by hypergravity on the microtubule cytoskeleton and prostaglandin E₂ release in primary osteoblasts / N.D. Searby, C.R. Steele, R.K. Globus // Am. J. Physiol. Cell Physiol. – 2005. – Vol. 289. – C. C148 – C158.