Введение к работе
Актуальность темы. Остеопороз — системное метаболическое заболевание скелета, приводящее к снижению костной массы, нарушению микроархитектоники костной ткани и повышению риска переломов. На фоне постарения населения развитых стран и увеличения доли пожилых людей заболеваемость растет, а неполноценное питание, гиподинамия и неблагоприятная экологическая обстановка способствуют омоложению остеопороза. В основе его патогенеза лежит нарушение ремоделирования костной ткани, обеспечивающее механическую прочность костной ткани постепенным замещением старой кости новой. Для прогноза развития остеопороза принципиальны две детерминанты: пик костной массы и скорость последующего её снижения. Формирование адекватного пика костной массы рассматривается ВОЗ как наиболее эффективный путь профилактики остеопороза (WHO Geneva, 1999).
Оценка эффективности лечения остеопороза, основанного на длительном приёме препаратов, затруднена различиями в генетически детерминированных особенностях его развития, качестве жизни и приверженности пациентов к терапии. Структурно-функциональные изменения костной ткани при старении аналогичны тем, что происходят на ранних стадиях остеопороза, лежат в основе его патогенеза, но не всегда приводят к развитию заболевания. Запускающие патологический процесс механизмы остаются не ясными в связи с невозможностью исследовать ранние бессимптомные стадии. Создание биологических моделей заболеваний – один из подходов к выяснению их патогенеза и к разработке новых способов лечения (Duque G., Troen B.R., 2008).
На момент планирования настоящей работы существовали аргументы в пользу того, что моделью остеопороза может служить линия преждевременно стареющих крыс OXYS, у которых признаки заболевания присутствуют в молодом возрасте и классифицировались как проявления сенильного остеопороза. Основанием такой трактовки послужили более низкая, чем у крыс Вистар, минеральная плотность костной ткани, её структурные особенности (Фаламеева О.В. и др., 2006) и высокая активность катепсина К (Венедиктова А.А. и др., 2009). На развитие остеопороза указывали и нарушения минерализации, однако содержание Са в кости (Колосова Н.Г. и др., 2002) и крови (Venediktova А.А. и др., 2009) крыс OXYS в период активного роста оказались повышенными. Вопрос о возрасте манифестации остеопороза у крыс OXYS, знание которого важно для понимания его патогенеза, оставался открытым. По одним данным снижение минеральной плотности костной ткани развивается к возрасту 6 мес. (Фаламеева О.В. и др., 2006), по другим – она снижена уже в 2 мес. на фоне изменений межклеточного матрикса кости (Ершов К.И. и др., 2009).
Необходимый критерий адекватности модели тому или иному заболеванию – возможность влиять на его течение методами стандартной терапии (Reinwald S., Burr D., 2008). С этих позиций крысы OXYS ранее не исследовались. В лечении и профилактике остеопороза широко используют препараты антирезорбтивного действия, прежде всего бисфосфонаты, арсенал которых пополняется. Их применяют как монопрепараты и в комплексе с анаболиками. Наиболее изученный среди них – алендронат натрия (АЛН). Пример новых разработок – синтезированная в РХТУ им. Менделеева (Офицеров Е.Н. и др., 2010) глюкозаминовая соль алендроновой кислоты (ГАСАК). Глюкозамин способствует восстановлению эластичности связок и укрепляет межпозвоночные диски (Dahmer S., Schiller R.M., 2008), но крайне неустойчив. По замыслу авторов, устойчивый комплекс глюкозамина с алендроновой кислотой сможет повышать минеральную плотность костной ткани и позитивно влиять на связочно-хрящевой аппарат. Дополнение этого соединения дигидрокверцетином (ДГК) – флавоноидом растительного происхождения, предположительно, может повысить эффективность лечения благодаря его антиоксидантным свойствам (Vladimirov Y.A. et al., 2009) и доказанной в опытах in vitro способности активизировать синтез коллагена I типа – важного компонента костной ткани (Тараховский Ю.С. и др., 2007).
Максимально полная характеристика линии крыс OXYS как модели остеопороза имеет как фундаментальное, так и прикладное значение: выяснение патогенеза заболевания, анализ генетически детерминированных особенностей его развития у крыс OXYS и доказательство возможности объективной оценки эффективности терапевтических воздействий – актуальные задачи современной медико-биологической науки.
Цель работы: изучить патогенетические особенности развития остеопороза у крыс OXYS и возможность его коррекции алендронатом натрия как препаратом стандартной терапии и новым соединением из группы бисфосфонатов – глюкозаминовой солью алендроновой кислоты – монопрепаратом и в комплексе с дигидрокверцетином.
Задачи исследования:
1. Изучить особенности возрастных изменений метаболизма костной ткани крыс OXYS по содержанию маркеров костного ремоделирования в сыворотке крови и моче, содержанию Са, Р и Sr в костной ткани и её морфологии.
2. Изучить влияние алендроната натрия на минеральную плотность костной ткани, маркеры костного обмена и прочностные характеристики кости самцов и самок крыс OXYS.
3. Исследовать влияние глюкозаминовой соли алендроновой кислоты (ГАСАК), а также её комплекса с дигидрокверцетином (ДГК) на состояние костной ткани и маркеры костного метаболизма у крыс OXYS.
4. Сравнить эффективность алендроната натрия и монопрепарата глюкозаминовой соли алендроновой кислоты, а также её комплекса с дигидрокверцетином в коррекции остеопороза у крыс OXYS.
Научная новизна
Впервые было показано, что для ранних стадий развития остеопороза у крыс OXYS характерно повышение содержания маркеров костной резорбции: С-концевого телопептида коллагена I типа в сыворотке крови начиная с возраста трех месяцев, пиридинолинов в моче начиная с полугодовалого возраста и снижение содержания остеокальцина – маркера костеобразования – в сыворотке крови в возрасте 12 мес.
Особенностями остеопороза у крыс OXYS являются: активное участие в костной резорбции остеоцитов, а не остеокластов, как в классическом варианте и формирование низких пиковых значений костной массы с пониженным накоплением Са, Р и Sr в костной ткани в период формирования пиковых значений костной массы.
Впервые было показано, что применение алендроната натрия у крыс OXYS приводит к снижению содержания пиридинолина и дезоксипиридинолина в моче и повышает минеральную плотность костной ткани и площадь поперечного сечения кости, увеличивая прочность костной ткани.
Линия крыс OXYS была использована для исследования механизмов патогенеза раннего остеопороза и оценки эффективности терапевтических воздействий, что доказало адекватность крыс этой линии как модели данного заболевания.
Глюкозаминовая соль алендроновой кислоты в комплексе с дигидрокверцетином повышает минеральную плотность и прочность бедренной кости эффективнее, чем при приёме алендроната натрия и монопрепарата глюкозаминовой соли алендроновой кислоты.
Практическая значимость работы определяется доказательством соответствия линии крыс OXYS критериям модели раннего остеопороза, возможности её использования для исследования патогенеза этого заболевания, в том числе на ранних доклинических стадиях его развития. Показано, что крысы OXYS могут быть использованы для оценки эффективности терапевтических воздействий, направленных на лечение и профилактику снижения МПКТ и хрупкости костей, связанных с остеопорозом.
Выявленные в работе эффекты глюкозаминовой соли алендроновой кислоты и её комплекса с дигидрокверцетином на течение остеопороза у крыс OXYS и состояние костной ткани крыс Вистар позволяют рекомендовать комплексное соединение к дальнейшему исследованию с целью создания лекарственного средства для лечения остеопороза.
Положения, выносимые на защиту:
-
Развитие раннего остеопороза у крыс OXYS связано с нарушением процессов костного ремоделирования, которое приводит к формированию сниженной пиковой массы и минеральной плотности костной ткани на фоне снижения аккумуляции Са, P и Sr в костях, усиленной экскреции Са и деградации коллагена I типа, снижения маркеров остеосинтеза - остеокальцина и щелочной фосфатазы.
-
Усиление процесса резорбции матрикса костной ткани у крыс OXYS осуществляется не за счет повышенной активности остеокластов, как при сенильном остеопорозе, а активное участие в нём принимают остеоциты. При этом очаги резорбции локализуются преимущественно периканаликулярно – вокруг сосудов эндоста и периоста.
-
Алендронат натрия – стандартный для лечения остеопороза препарат – снижает выраженность проявлений этого заболевания у крыс OXYS. Комплексный препарат глюкозаминовой соли алендроновой кислоты эффективнее, чем алендронат натрия или монопрепарат глюкозаминовой соли алендроновой кислоты повышает минеральную плотность и прочность костной ткани у крыс OXYS, а у крыс Вистар способствует повышению пиковых значений костной массы в молодом возрасте.
Апробация результатов
Полученные результаты были представлены и обсуждены на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008); Четвертой Всероссийской научно-практической конференции «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов» (Новосибирск, 2009); ежегодной научной конференции «Фундаментальные науки – медицине» (Новосибирск, 2008, 2010).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов диссертации на соискание учёной степени кандидата наук.
Структура и объем работы
Диссертация включает введение, обзор литературы, описание материала и методов исследования, результатов исследования, обсуждение, выводы и список цитируемой литературы из 263 источников (15 отечественных и 248 – иностранных). Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков и 4 таблицы.
