Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 13
1.1. Биохимические показатели ремоделирования костной ткани 13
1.1.1 .Метаболизм костной ткани и выбор наиболее эффективных критериев его оценки 14
1.1.2. Основные маркёры ремоделирования костной ткани у здоровых людей 15
1.1.3. Соматотропный гормон и его роль в метаболизме костной ткани.
1.1.4. Определение щелочной фосфатазы в исследованиях образования кости .
1.1.5.Влияние содержания кальция в организме на метаболизм костной ткани.
1.1.6. Участие маркера адаптации в формировании и уп минерализации костной ткани.
1.2. Индексы метаболизма костной ткани при травме.
1.3. Состояние костного метаболизма при переломе длинных трубчатых костей в условиях остеопороза. -,,
1.4. Использование костной денситометрии для ранней диагностики остеопений . ,7
1.5. Общие сведения о применении биоинертных и биоактивных материалов в травматологии и ортопедии. 40
1.5.1 .Взаимодействие биоактивных имплантатов с костной тканью. 42
1.6. Заключение
Глава 2. Материалы и методы исследований
Глава 3. Результаты собственных исследований 57
3.1. Показатели биохимических маркеров костного метаболизма и гормонального статуса в периферической крови здоровых людей. 57
3.2. Показатели ремоделирования кости и гормонального статуса в периферической крови в начальный период биоактивного остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей 61
3.3. Связь показателей ремоделирования кости и гормонального статуса в начальный период биоактивного остеосинтеза с инструментальными и клиническими данными 67
3.4. Дистантные показатели репаративнои регенерации костной ткани в динамике биоактивного остеосинтеза 67
3.5. Дистантные показатели репаративнои регенерации костной ткани в первые два месяца биоактивного остеосинтеза 71
3.6. Дистантные показатели ремоделирования кости, гормонального статуса и инструментальные данные в начальный период биоинертного остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей 72
3.7. Дистантные показатели репаративнои регенерации костной ткани в динамике биоинертного остеосинтеза 75
3.8. Дистантные показатели репаративнои регенерации костной ткани в первые два месяца биоинертного остеосинтеза 77
3.9. Содержание неорганического фосфора в периферической крови в начальный период и в динамике остеосинтеза при переломах длинных трубчатых костей 79
Обсуждение полученных результатов 84
Выводы 103
Список используемой литературы
- Определение щелочной фосфатазы в исследованиях образования кости
- Использование костной денситометрии для ранней диагностики остеопений
- Связь показателей ремоделирования кости и гормонального статуса в начальный период биоактивного остеосинтеза с инструментальными и клиническими данными
- Дистантные показатели ремоделирования кости, гормонального статуса и инструментальные данные в начальный период биоинертного остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей
Введение к работе
Актуальность темы. В структуре первичной инвалидности последствия травм опорно-двигательной системы занимают третье место [Гайдуков В.М., 1995; Корнилов Н.В. и др., 2002] и достигают 30-43,4% общей инвалидности от травм [Акопян А.С. и др., 1999; Троценко В.В., 2003]. Снижение этого показателя представляется актуальной социальной проблемой.
В настоящее время улучшение результатов лечения при переломах костей и снижение инвалидизации достигается, преимущественно, за счет использования новых технологий. Однако, процент осложнений и неудовлетворительных результатов проведенного остеосинтеза остается на постоянно высоком уровне и достигает 37 % [Распопова Е.А., Коломиец А.А., 1997; Швед СИ. и др., 1997; Шевцов В.И. и др., 2000].
Внимание исследователей привлекает возможность
усовершенствования метода чрескостного остеосинтеза посредством активного воздействия на формирование костной ткани и её минерализации [Болотов Д.Д., Куфтырев Л.М., 2003]. Недавно представлены доказательства позитивного влияния имплантатов с биоактивным (кальцийфосфатным) покрытием на локальные регуляторные механизмы, способствующие оптимальной биомеханике аппаратов внешней фиксации [Карлов А.В., 2003]. При этом экспериментальные результаты применения имплантатов с кальцийфосфатным покрытием свидетельствуют о возможности системной минерализации костной ткани [Карлов А.В., Хлусов И.А., 2003], подразумевающей участие дистантных регуляторных систем.
Для оценки системного костного метаболизма проводят измерение в крови активности щелочной фосфатазы и ее костного изофермента, остеокальцина, уровней кальция и фосфора и, в последние годы, С-концевых телопептидов коллагена I типа (CrossLaps) [Риггз Б.Л., Мелтон Л.Дж., 2000; Реутов А.И. и др., 2006; Pi YZ. е.а., 2006]. Тем не менее, дистантные биохимические маркеры образования и резорбции кости используются, в основном, в качестве прогностических критериев остеопороза и риска его развития [Душенкова Т.А., 2005; Momohara S., Okamoto Н. et al., 2005; Pi YZ., Wu XP. et al., 2006]. В меньшей степени известно их значение, а также значение индикаторов реакции стресс
(соматотропный гормон, кортизол), для оценки качества репаративного остеогенеза при остеосинтезе [Свешников А.А. и др., 2001,2002; Болотов Д.Д., Куфтырёв Л.М.,2003; Реутов А.И., Осипенко А.В. и др., 2006].
Цель исследования: выявить в периферической крови людей оптимальные молекулярные маркеры ремоделирования и репаративной регенерации кости, предикторы системного метаболизма костной ткани в норме и при накостном остеосинтезе длинных трубчатых костей биоактивными либо биоинертными пластинами.
Задачи исследования:
-
Оценить половые и возрастные различия в уровне маркеров остеогенеза (кальций, остеокальцин, CrossLaps и щелочная фосфатаза) и гормонального статуса (соматотропный гормон, кортизол) в периферической крови здоровых людей и при травме, связанной с переломом длинных трубчатых костей.
-
Изучить молекулярные механизмы влияния пластин с биоактивным (кальцийфосфатным) покрытием на системный метаболизм костной ткани при накостном остеосинтезе переломов длинных трубчатых костей.
-
Определить механизмы влияния биоинертных пластин на системный метаболизм костной ткани при накостном остеосинтезе переломов длинных трубчатых костей.
-
Выявить клиническую значимость изучаемых маркеров остеогенеза и гормонального статуса при накостном остеосинтезе.
Научная новизна:
В работе получены оригинальные данные о том, что молекулярным выражением более активного (по сравнению с мужчинами) физиологического ремоделирования костной ткани, обусловленного возрастными и адаптивными перестройками в организме здоровых женщин, являются уровни остеокальцина, CrossLaps и щелочной фосфатазы в периферической крови. В то же время посттравматическая реакция крови протекает однотипно у мужчин и женщин и не зависит от возраста пациентов.
Впервые изучена взаимосвязь гормональных и молекулярных маркеров репаративной регенерации костной ткани в начальный период (1-10 дни после операции) и в динамике биоактивного (с кальцийфосфатными покрытиями) и биоинертного накостного остеосинтеза при переломах длинных трубчатых костей. При этом репаративная регенерация костной ткани в динамике (1-6 мес) биоактивного накостного остеосинтеза сопровождается изменением скоростей биохимических процессов: усилением анаболических процессов (повышение содержания СТГ, падение концентрации кортизола), увеличением в периферической крови маркеров костеобразования (ОК, кальций), снижением показателей резорбции костной ткани (CL) и воспаления (общая фракция щелочной фосфатазы). При этом скорости изменений кальция, ОК и кортизола в периферической крови достигают статистических различий с соответствующими индивидуальными показателями у пациентов в начальный период восстановления после операции остеосинтеза.
В целом, при одинаковом возрасте пациентов признаки ремоделирования костной ткани в динамике биоинертного остеосинтеза выражены слабее, чем при использовании биоактивных имплантатов. В сравнении с биоактивными пластинами, биоинертный вариант накостного остеосинтеза сопровождается достоверным, прогрессивным накоплением в крови маркера резорбции кости (CL) и одновременным снижением концентрации кальция. При этом различия в уровне кальция при различных вариантах остеосинтеза становятся статистически значимыми.
В то же время, высокий уровень кальция в периферической крови является благоприятным предиктором (прогностическим признаком) успешного исхода, как в начальный период, так и в динамике накостного остеосинтеза.
Практическая значимость:
Полученные в работе данные позволяют улучшить диагностику и прогнозирование клинических результатов лечения пациентов с травматологической патологией имплантатами с кальцийфосфатным покрытием. Впервые доказано, что чем выше у пациента концентрация кальция в крови в начальный (1-10 дни после операции) период и в динамике остеосинтеза, тем лучше
системный метаболизм костной ткани, тем меньше сроки заживления перелома. Чем позже происходит сращение перелома длинных трубчатых костей, тем хуже состояние системного метаболизма и меньше концентрация кальция в периферической крови.
Материалы работы используются в практике лечебно-профилактических учреждений травматолого-ортопедического профиля, включая ЦМСЧ-81 (г.Северск).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Тесная связь дистантных молекулярных маркеров
остеогенеза (остеокальцин, CrossLaps и щелочная фосфатаза) с
возрастными и адаптивными (гормон роста, кортизол)
перестройками свидетельствует в пользу более активного (по
сравнению с мужчинами) ремоделирования костной ткани в
организме здоровых женщин. В период посттравматического
стресса половые и возрастные различия в уровне дистантных
маркеров стираются.
2. При переломах длинных трубчатых костей биоактивные (с
кальцийфосфатным покрытием) имплантаты оказывают системное
регулирующее влияние на метаболизм костной ткани, связанное с
увеличением депо кальция в организме. В динамике биоинертного
накостного остеосинтеза в периферической крови наблюдается
прогрессивное накопление маркера резорбции кости (Cross Laps) и
одновременное снижение концентрации кальция, достигающее
статистических различий с биоактивным вариантом остеосинтеза.
В то же время, высокое содержание кальция в сыворотке крови (в
пределах референтных значений), как в момент операции, так и в
динамике репаративной регенерации, является важнейшим
предиктором успешного остеосинтеза.
Апробация материалов диссертации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на II всероссийской научно-практической конференции «Многопрофильная больница: проблемы и решения» (Ленинск-Кузнецкий, 2006); на III всероссийском симпозиуме с международным участием «Актуальные вопросы тканевой и клеточной трансплантологии» (Москва, 2007); на Всероссийской научно-практической конференции «Клиника, диагностика и лечение больных с
врожденными аномалиями развития» (Курган, 2007); на II Всероссийской научно-практической конференции «Политравма: диагностика, лечение и профилактика осложнений» (Ленинск-Кузнецкий, 2007); на Всероссийской научно-практической конференции «Клеточные и нанотехнологии в биологии и медицине» (Курган, 2007); на научно-практической конференции «Актуальные вопросы лучевой, функциональной и лабораторной диагностики» (Северск, 2007); на третьей научно- образовательной конференции травматологов и ортопедов Федерального медико-биологического агентства «Современные проблемы травматологии и ортопедии » (Дубна, 2007); на Мировом конгрессе по внешней фиксации (Каир, 2007); на 10-м Международном симпозиуме "Биоматериалы: основы и клинические приложения" (Эссен, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, включая одну статью в рецензируемом журнале.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на
125 страницах машинописного текста, состоит из введения,
четырёх глав, выводов и библиографического списка, включающего 199 источников, из них 113 отечественных и 86 иностранных. Диссертация иллюстрирована 30 таблицами и 10 рисунками.
Определение щелочной фосфатазы в исследованиях образования кости
Таким образом, анализируя данные разных справочников, становится очевидна необходимость выявления средних значений и отклонений от нормы для нашего региона, для собственной лаборатории.
В качестве маркёра резорбции кости в настоящее время используют количественное определение в человеческой сыворотке С-концевых телопептидов, образующихся при деградации коллагена 1-го типа [116; 156].
P-CrossLaps сыворотки крови - продукт деградации коллагена I типа, который составляет более 90% органического матрикса кости. В норме малые фрагменты коллагена, образующиеся при его деградации, поступают в кровь и выводятся почками с мочой. Их концентрация носит циркадный ритм: максимальные значения наблюдаются в полночь [133; 134].
Коллаген составляет приблизительно 90% органического матрикса кости. Коллагеновый состав кости фактически представлен только коллагеном I типа. В костном коллагене I типа среди гликозилированных аминокислотных остатков преобладают производные моносахаридов [129; 143; 183; 189]. Синтез коллагена I типа в отсутствие синтеза коллагена III типа является отличительной способностью остеобластов. Костный коллаген характеризуется уникальными внутримолекулярными и межмолекулярными соединениями между остатками лизина, которые образуют метаболически стабильные пиридинолин и деоксипиридинолин [142]. Пиридинолины, особенно деоксипиридинолин, являются специфическими продуктами деградации костной ткани, которые постоянно обеспечивают наилучшие биохимические параметры костной резорбции.
При физиологически или патологически увеличенной костной резорбции (например, в пожилом возрасте или в результате остеопороза) скорость деградации коллагена I типа возрастает, и соответственно, увеличивается содержание его фрагментов в сыворотке. Входящая в состав С-терминальных телопептидов, альфа-аспарагиновая кислота конвертируется в бета-форму (Ь-СТх) [127].
Данные изомеризованные телопептиды являются специфичными продуктами деградации коллагена 1 типа, уровень которых возрастает у пациентов с повышенной костной резорбцией. Они специфичны только для костной ткани. Их определение в крови имеет важное преимущество -они не подвергаются дальнейшему катаболизму [29].
Следует учитывать, что различные клинические ситуации, затрагивающие уровень костной резорбции (состояние гиперпаратиреоидизма, гипертиреоидизма), могут влиять на результаты исследования. У пациентов со сниженной функцией почек содержание [3-CrossLaps в сыворотке крови возрастает вследствие снижения экскреции.
Крайне мало в литературе сведений по исследованиям этого маркёра, поэтому данные о значениях нормы очень отрывочны, а его диагностическая ценность в настоящее время остаётся малоизученной [64]. В ряде работ отражены изменения уровня содержания CrossLaps при остеопорозе [116; 156]. Но, нет работ, описывающих изменения содержания этого гормона в динамике накостного остеосинтеза, и тем более — в динамике биоактивного накостного остеосинтеза.
Значительную ценность для изучения факторов, регулирующих синтез органической матрицы, и гомеостаз минеральных веществ, представляет исследование уровня соматотропного гормона.
Многочисленные исследования показали, что гормон роста (соматотропный гормон) является важнейшим регулятором процессов роста, он дает широкий спектр физиологических эффектов в организме, затрагивающих различные стороны белкового, жирового и углеводного обмена [3; 17]. В частности, он оказывает влияние на рост тканей и метаболизм, выраженное действие на рост костей [49; 94; 120].
Гормон роста — представитель семейства белков, которое включает в себя пролактин и плацентарный лактоген [173]. Человеческий гормон роста представляет собой одноцепочечный пептид, состоящий из 191 аминокислоты, имеющий два дисульфидных мостика и весом 22кДа, производимый и накапливающийся в специфических клетках (соматотрофах) передней доли гипофиза [80]. Гормон роста секретируется гипофизом в кровь в пульсирующем режиме под контролем гипоталомических соматостатина и ГР — рилизинг фактора (GHRF) [3; 17; 115; 164]. Исследования показали, что время и частота выброса гормона роста регулируется соматостатином, а амплитуда выброса - GHRF. Таким образом, для нормальной секреции гормона роста необходимо координированное выделение GHRF и соматостатина [3; 167; 193]. Продукция гормона роста увеличивается во время глубокого сна, после мышечных упражнений и т.д. и секретируется эпизодически каждые 20 -30 минут [94].
Наиболее отчетливый эффект СТГ — стимуляция роста хряща — связан с повышенным поглощением S04 и включением его в хондроитинсульфат, с повышенным поглощением аминокислот и включением их в белок и, наконец, с увеличением числа митозов и делением клеток [88]. Клеточный механизм действия гормона роста на хрящевую ткань связан с эффектами соматомедина [17; 61; 80; 147; 182; 191].
В присутствии гормона роста костная органная культура увеличивает продукцию соматомедина [Patel Y.C., 1992]. Рядом исследователей были воспроизведены явные ростовые эффекты, включая увеличение длины и массы тела, вводя соматомедин человека карликовым мышам с недостаточностью гормона роста [92; 168; 169; 183; 198].
Использование костной денситометрии для ранней диагностики остеопений
При этом половые различия были зафиксированы только для среднего содержания кальция и щелочной фосфатазы, повышенного у мужчин соответственно на 4% и 19%.
Средние значения отражают количественную информацию о состоянии организма. Для определения качественных (функциональных) различий системного костного метаболизма у мужчин и женщин были использованы возможности корреляционного анализа.
В группе здоровых мужчин были обнаружены 5 корреляций, из которых 3 обратных и 2 прямых (табл.9, рис.2). Прямо коррелировали уровень СТГ с уровнем ОК (г = 0,43; р 0,048), а также возраст с уровнем кортизола (г = 0,47; р 0,03). Уровень СТГ обратно коррелировал с возрастом мужчин (г = - 0,659; р 0,0008) и уровнем кортизола (г = -0,702; р 0,0003). Была обнаружена также обратная корреляция между концентрациями кальция и ОК (г = -0,517; р 0,01).
Постепенное нарастание содержания кортизола и уменьшение содержания СТГ в периферической крови здоровых мужчин в динамике старения свидетельствует в пользу преобладания катаболических процессов и/или развития реакции стресс, которые могут приводить к перестройке костного метаболизма.
У женщин, помимо однотипного с мужчинами снижения уровня СТГ, возрастные изменения были связаны, прежде всего, с ростом индексов ремоделирования костной ткани (табл.10), зафиксированных по увеличению концентраций OK, CrossLaps и ЩФ.
В группе здоровых женщин, по сравнению с мужчинами, возрастало общее число взаимосвязей параметров с 5 до 10 за счет прямых корреляций, в том числе между дистантными маркерами остеогенеза (табл.10, рис.3). При этом уровень кальция в периферической крови находился в обратной зависимости от содержания ЩФ и в прямой - от концентрации СТГ. Сопряжение концентраций OK и CL на 63 % свидетельствует в пользу активного (по сравнению с мужчинами) ремоделирования костной ткани, обусловленного возрастными (OK, CL и ЩФ) и адаптивными перестройками, протекающими в организме женщин.
Несмотря на отличия костного метаболизма у здоровых мужчин и женщин, среднестатистические значения дистантных маркеров остеогенеза не выходили на пределы референтных значений. Кроме того, вследствие развития послеоперационного стресса (см. 3.2), различия исследуемых показателей практически нивелировались. В связи с этим мы посчитали возможным, для проведения дальнейшего статистического анализа, объединить индексы, тестируемые у здоровых мужчин и женщин, в одну группу (табл. 11). Таблица 10
Примечание - п - число обследованных лиц 3.2. Показатели ремоделирования кости и гормонального статуса в периферической крови в начальный период биоактивного остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей
В начальный (1-10 дни после операции) период биоактивного остеосинтеза переломов бедра или голени было обследовано 26 женщин и 31 мужчин. Как следует из табл. 12-13, среднестатистические значения исследуемых показателей ремоделирования кости и гормонального статуса при переломах бедра или голени достоверно не отличались (табл.12,13).
Исключением является уровень ОК в периферической крови мужчин, статистически значимо превышающий (на 25 %, р 0,025) соответствующий показатель у женщин. При этом средний возраст у здоровых лиц (табл.8) и травмированных пациентов обоего пола (табл.14) оказался одинаковым, что позволило не рассматривать его влияние на тестируемые маркеры. Более того, после травмы и операции корреляционные связи биохимических маркеров с возрастом пациентов не обнаруживались (рис.4).
Перелом длинных трубчатых костей и начальные этапы операции остеосинтеза сопряжены с выраженным посттравматическим стрессом, сопровождающимся однозначным, 2-3-кратным увеличением в крови содержания кортизола (92-93% травмированных), как в группе мужчин, так и женщин (табл. 12,13,14; рис Л). Уровни других маркеров значительно варьируют относительно соответствующих величин у здоровых лиц (рис.1). За пределами + 2о от среднестатистических значений у здоровых людей, дистантные индексы костеобразования, в основном, снижаются (СТГ, ЩФ, кальций), маркеры резорбции костной ткани, напротив, возрастают (CL). При этом посттравматическая реакция протекает однотипно у мужчин и женщин.
Таким образом, в период реакции стресс половые различия в уровне дистантных маркеров стираются, что позволило объединить показатели у мужчин и женщин в одну группу (табл.15). Как следует из табл.8 и табл.15, в сравнении со здоровыми людьми, у пациентов в момент операции остеосинтеза по поводу перелома длинных трубчатых костей статистически значимо снижается уровень СТГ (до 64%) и уровень Таблица 15
В динамике репаративной регенерации костной ткани, обусловленной применением пластин с биоактивным покрытием, корреляционный анализ (табл.22, рис.6) позволил выявить взаимосвязь скоростей изменения ОК и CL, что свидетельствует о сбалансированности процессов ремоделирования костной ткани. При этом обнаружена отрицательная корреляция срока формирования костной мозоли с уровнем кальция в крови и состоянием пяточных костей.
Связь показателей ремоделирования кости и гормонального статуса в начальный период биоактивного остеосинтеза с инструментальными и клиническими данными
Поведенные исследования позволили установить, что постепенное нарастание концентрации кортизола и уменьшение содержания СТГ в периферической крови здоровых мужчин в динамике старения свидетельствует в пользу преобладания катаболических процессов и/или развития реакции стресс, которые могут приводить к перестройке костного метаболизма.
Сопряжение концентраций остеокальцина и CrossLaps на 63 % свидетельствует в пользу более активного (по сравнению с мужчинами) ремоделирования костной ткани, обусловленного возрастными (OK, CL и ЩФ) и адаптивными перестройками, протекающими в организме здоровых женщин. Тем не менее, несмотря на отличия костного метаболизма у здоровых мужчин и женщин, среднестатистические значения дистантных маркеров остеогенеза и гормонального статуса не выходили на пределы референтных значений.
Перелом длинных трубчатых костей и начальные этапы операции остеосинтеза сопряжены с выраженным посттравматическим стрессом, сопровождающимся однозначным, 2-3-кратным увеличением в крови содержания кортизола, как в группе мужчин, так и женщин. Дистантные индексы костеобразования, в основном, снижаются (СТГ, ЩФ, кальций), маркеры резорбции костной ткани, напротив, возрастают (CL). Согласно индексам периферической крови, посттравматическая реакция протекает однотипно у мужчин и женщин и не зависит от возраста пациентов. Таким образом, в период реакции стресс половые и возрастные различия в уровне дистантных маркеров стираются.
Репаративная регенерация костной ткани в динамике (1-6 мес) биоактивного накостного остеосинтеза сопровождается изменением скоростей биохимических процессов: усилением анаболических процессов (повышение содержания СТГ, падение концентрации кортизола), повышением в периферической крови пациентов маркеров костеобразования (ОК, кальций), снижением показателей резорбции костной ткани (CL) и воспаления (общая фракция щелочной фосфатазы). При этом скорости изменений кальция, ОК и кортизола в периферической крови достигают статистических различий с соответствующими индивидуальными показателями у пациентов в первые дни после операции.
Корреляционный анализ показал достоверную прямую связь уровня кальция в крови пациентов обоего пола в 1-10 дни после операции с состоянием пяточных костей в динамике как биоинертного, так и биоактивного остеосинтеза.
При этом, чем выше у пациента концентрация кальция в крови в посттравматический и в начальный (1-10 дни после операции) период биоактивного остеосинтеза, тем лучше системный метаболизм костной ткани, тем меньше сроки заживления перелома. Чем позже происходит сращение перелома длинных трубчатых костей, тем хуже состояние системного метаболизма и меньше концентрация кальция в периферической крови. Другими словами, применение для остеосинтеза биоактивных пластин с кальцийфосфатным покрытием дает максимальный эффект в первые месяцы после их имплантации. В последующем используются минеральные ресурсы самого организма.
В период 1-2 мес биоинертного остеосинтеза переломов при помощи пластин с металооксидным покрытием в периферической крови пациентов отмечается статистически значимый рост только остеокальцина (в среднем на 9 % по сравнению с исходным значением). Репаративная регенерация при этом протекает на фоне постепенного затухания реакции стресс либо выхода адаптационных изменений в фазу резистентности, зафиксированного по росту соотношения СТГ/кортизол в периферической крови. В целом, при одинаковом возрасте пациентов признаки ремоделирования костной ткани в динамике биоинертного остеосинтеза выражены слабее, чем при использовании биоактивных имплантатов.
Следует обратить внимание на то обстоятельство, что, в сравнении с биоактивными пластинами, биоинертный вариант накостного остеосинтеза сопровождается достоверным, прогрессивным накоплением в крови маркера резорбции кости (CL) и одновременным снижением концентрации кальция. При этом различия в уровне кальция, но не фосфора, при различных вариантах остеосинтеза становятся статистически значимыми.
Таким образом, выявлена общность связи между уровнем содержания кальция и системным состоянием костной ткани. Высокий уровень кальция в периферической крови является благоприятным прогностическим признаком, как в начальный период, так и в динамике накостного остеосинтеза. При этом кальцийфосфатное покрытие служит в качестве дополнительного источника минерала для репаративнои регенерации костной ткани.
Дистантные показатели ремоделирования кости, гормонального статуса и инструментальные данные в начальный период биоинертного остеосинтеза переломов длинных трубчатых костей
Научные разработки в сфере лабораторной диагностики имеют не только прикладное, но и важное теоретическое значение, не является исключением и травматология — ортопедия [89]. В настоящее время представляет определённый интерес выявление комплекса лабораторных исследований, позволяющих адекватно оценивать проявления дисбаланса костного ремоделирования, а также разработка достоверных методов оценки эффективности проводимого лечения методом биоактивного остеосинтеза. Показано что, используя лабораторные данные костного метаболизма, можно проследить динамику репаративного процесса после оперативного вмешательства с использованием биоактивного либо биоинертного накостного остеосинтеза. Благодаря непрерывно протекающим процессам разрушения и создания костной ткани, осуществляемыми клеточными элементами: остеобластами, остеокластами, остеоцитами, поддерживается минеральный гомеостаз. Равновесие между костеобразованием и костной резорбцией в норме постоянно, и меняется лишь в зависимости от возраста и таким образом скелетный гомеостаз обеспечивает постоянство костной массы в организме [44; 56; 68; 145].
Для оценки соотношения резорбции и остеогенеза при различной ортопедической патологии применяют исследование определенных биохимических показателей, в том числе измерение в крови активности щелочной фосфатазы и ее костного изофермента, остеокальцина, уровней кальция и фосфора и, в последние годы, С-концевых телопептидов коллагена I типа (CrossLaps) [75; 89; 116].
В качестве показателя костеобразования в настоящее время чаще всего используется измерение общей активности щелочной фосфатазы в сыворотке [59]. Несмотря на то, что щелочная фосфатаза рассматривается как маркёр остеобластов, её роль в процессах образования и минерализации кости продолжает обсуждаться. В кости щелочная фосфатаза однозначно принимает участие в минерализации [134; 133; 146; 199]. Одним из биохимических маркеров, дающих информацию о скорости ремоделирования, является остеокальцин [156; 194]. Основная часть которого откладывается во внеклеточный матрикс кости, и лишь небольшое количество затем попадает в кровь. В настоящее время имеется большое количество данных, свидетельствующих, что уровень остеокальцина является чувствительным и специфическим показателем активности остеобластов и процесса формирования новой кости.
Перспективным и интенсивно изучаемым биохимическим маркером резорбции костной ткани является CrossLaps. Во время обновления костной ткани коллаген I типа, который составляет более 90% органического матрикса кости, расщепляется с образованием небольших пептидных фрагментов, попадающих в кровь. Отщепление С-телопептидов происходит на самом раннем этапе деградации коллагена, поэтому другие метаболиты коллагена не влияют на их концентрацию. Измерение [5-CrossLaps в сыворотке крови позволяет оценить темпы деградации костной ткани.
Весьма важным представляется также определение уровня кальция в сыворотке крови. Концентрация Са"+ в плазме регулируется с высокой точностью: изменение её всего на 1% приводит в действие гомеостатические механизмы, восстанавливающие равновесие [148].
В равновесных условиях количества Са2+, откладывающееся в костях и резорбирующиеся из них, эквивалентна [15]. Поэтому исследование содержания кальция дает важную и точную информацшо о метаболизме костной ткани.
Известно, что обе фазы репаративного остеогенеза контролируются компонентами системной нейрогуморальной регуляции, а именно, адаптивными и остеотропными гормонами, а также местными факторами роста. Системные и местные регуляторы репаративного процесса тесно взаимодействуют друг с другом [14]. Современные исследования позволяют утверждать, что на рост костей оказывает выраженное действие гормон роста. Эксперименты показали эффективность гормона роста при лечении плохо заживающих ран различной этиологии, переломов костей, тяжёлых ожогов [40]. Выраженная стимуляция репаративного остеогенеза, происходящая под влиянием СТГ на фоне стабильного остеогенеза, показана в работах Свешникова А. А. (2001, 2002).
В настоящее время известно, что глюкокортикоиды прямо или опосредованно регулируют практически все физиологические и биохимические процессы. В связи с этим наиболее интересным представляется влияние кортизола, как одного из важных гормонов при реакции организма на стресс [8].
Таким образом, понятно, что регуляция метаболизма костной ткани осуществляется сложным взаимодействием множества факторов, обеспечивающих строгое соответствие непрерывно протекающих процессов синтеза и резорбции. Нарушение в любом звене регуляции может сопровождаться расстройством процессов ремоделирования и прогрессирующей убылью костной массы. В последние десятилетия предложен ряд методов диагностики и прогнозирования исхода репаративного процесса костной ткани в ортопедии и травматологии, но остается актуальным поиск наиболее информативных лабораторных критериев для оценки и прогнозирования системных изменений в костной ткани при накостном остеосинтезе длинных трубчатых костей.
Несмотря на большое количество проводимых лабораторных исследований, референтные пределы ОК, ЩФ, СТГ у здоровых людей значительно варьируют (табл.7). Крайне мало в литературе сведений по уровням CrossLaps. В меньшей степени разброс "нормальных" (рекомендуемых) показателей в сыворотке крови относится к концентрации кальция, поскольку значительные изменения буферных систем и кислотно-щелочного равновесия несут грозные последствия для организма.
Исследование региональных среднестатистических уровней биохимических маркёров в периферической крови у 47 добровольцев показало их соответствие рекомендуемым диапазонам (табл.7,8).
Половые вариации маркеров крови оказались значительными только для среднего содержания кальция и щелочной фосфатазы, повышенных у мужчин. При этом корреляционный анализ позволил установить качественные (функциональные, физиологические) различия системного костного метаболизма у мужчин и женщин (табл. 10).
Коэффициент корреляции рангов Спирмена (г) позволяет установить функциональные изменения в гомеостазе, которые рано или поздно приведут к структурным нарушениям органов и тканей. Одним из показателей является количество (плотность) корреляционных связей между индексами, определяющее "жесткость" корреляционной матрицы. Чем больше взаимосвязей параметров, тем жестче система, следовательно, нарушения даже в одном звене вызовут сбой всего метаболизма. Кроме того, в подобных случаях организму труднее адаптироваться к дополнительным нагрузкам. В образных выражениях, система становится более "хрупкой", менее "пластичной". Подобные ситуации характерны для патологических состояний, например, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, онкологических заболеваний, сахарного диабета, патологии системы крови [26].
