Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности содержания и обмена коллагена и глюкозаминогликанов в костной и хрящевой тканях при старении

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Особенности содержания и обмена коллагена и глюкозаминогликанов в костной и хрящевой тканях при старении"

ь г; ¿1

УКРАИНСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ■ГЕРОНТОЛОГИИ МЭ УКРАИНЫ

На правах рукописи-

БИТНЕР МАРИЯ КОНСТАНТИНОВНА

ОСОБЕННОСТИ СОДЕРЖАНИЯ И ОБМЕНА КОЛЛАГЕНА И ГЛИКОЗАМИНОГЛИКАНОВ В КОСТНОЙ И ХРЯЩЕВОЙ ТКАНЯХ ПРИ СТАРЕНИИ

ОЗ. 00. 04 - Биохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Киев - 1992

Работа выполнена в Украинском НИИ геронтологии ЫЗ Украины

Научные руководители :

доктор медицинских наук профессор Слуцкий Л. И.

доктор медицинских наук профессор Подрушняк Е. П.

Официальные оппоненты : доктор медицинских наук

Мхитарян Л. С.

доктор биологических наук Магомедов А. М. .

Ведущая организация -, Харьковский НИИ ортопедии и травматологии им. М. И. Ситенко

Защита состоится " " 1992 г. в часов на заседании

специализированного совета Д. 001.28.01 при Украинском институте геронтологии МЗ Украины ( 252114, г.Киев, ул.Вышгородская, 67 ). .

С диссертацией можно ознакомиться■в библиотеке .Украинского института геронтологии МЗ Украины.

Автореферат разослан " " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Р. И. Потапенко

Общая характеристика работы Актуальность темы. Последние десятилетия нынешнего столетия ознаменованы значительным увеличением числа людей пожилого и старческого возраста. Изменения в демографической структуре населения экономически развитых стран ставят перед обществом ряд проблем не только экономического, но и медико-биологического и социального плана.

С увеличением продолжительности жизни в структуре заболеваемости возрос удельный вес заболеваний опорно-двигательного аппарата. Наиболее распространенными формами системного поражения костной и хрящевой тканей являются остеопороз и остеохондроз позвоночника. ■ Частота выявления этих заболеваний у людей пожилого и старческого возраста достигает 80 - 92 %, что представляет большую медико-социальную проблему: (Подрушняк Е. П.,1982) Так, по данным Owen R. А. (1980) в США остеопороз проявляется симптоматически у 4 млн пожилых людей и служит предпосылкой возникновения 700 тысяч случаев переломов ежегодно, для лечения которых расходуется 1 млрд долларов.

В возрасте старше 65 лет у 30 % • женщин возникают переломы позвоночника. (Lutwak L. et al.,1963; Seeman E. ,Riggs В. ,1985) Количество переломов бедра удваивается каждые 5 лет после 60-летнего возраста ; к 90 годам у 30 % женщин наблюдается эта патология, а 15 7, погибает на протяжении ближайших шести месяцев после перелома. Не менее острой является проблема широкой распространенности остеохондроза позвоночника среди населения. В последнее время наблюдаются "омолаживание" этого заболевания и связанная с ним потеря трудоспособности значительным числом людей, начиная со среднего возраста. (Grane J. et al. ,1983; Broos Р. et al. ,1987)

В связи с этим в клинической практике весьма часто возникает необходимость в ранней дийгностике дистрофически-деструктивных изменений опорных тканей (до клинических проявлений), разработке мероприятий по профилактике этих состояний, подборе рациональных лечебных комплексов с учетом возраста пациентов, степени выраженности остеопороза (остеохондроза) и контроле за эффективностью их применения.

Решение этой проблемы осложняется тем, что остеопороти-ческие изменения костной ткани выявляются клиницистами на поздних этапах развития заболевания, когда уже происходит еначитель-

ная резорбция кости, нередко требующая хирургического вмешательства. Все выше изложенное в полной мере относится и к проблеме развития остеохондроза.

В клинической практике остеопороз и остеохондроз диагностируются, как правило, рентгенологически. Однако, изучение механизмов развития 'дистрофически-деструктивных изменений, определение интенсивности процесса и контроль за эффективностью лечения не могут проводиться без биохимических исследований. Вместе с тем клиническая биохимия.в травматологии и ортопедии ограничивается преимущественно определением кальция и щелочной фосфатазы в сыворотке крови (Герасимов A.M., Бурцева JL Н. , 1986) и, несмотря на то, что в развитии остеопороза признана ведущая роль органического матрикса (Слуцкий ЛИ. ,1986), профилактика и лечение чаще направлены на восстановление минерального компонента, а применение препаратов, используемых для этой цели , не приносит желаемых результатов.

В литературе довольно подробно освещены вопросы, имеющие отношение к патологическим изменениям внеклеточного матрикса костной и хрящевой тканей,а, работ посвященных изучению возрастных изменений недостаточно. Сравнительно небольшое количество работ посвящено изучению коллагена опорных тканей (особенно ми-/ нерализованных) в онтогенезе. Нет однозначных данных о изменении-содержания коллагена костной и хрящевой тканей с возрастом. Ряд авторов указывает на накопление коллагена в различных тканях . скелета с возрастом. (Слуцкий Л К, 1969; Пуриньш И. Ж. ,1978; Ghosh ' P. et al. ,1977) Поданным других авторов (Dickson I.R. ,1967; David R. et al. ,1988; Oxlund H. et al. ,1988) содержание коллагена в некоторых тканях (позвоночный диск, губчатая кость) снижается.

В связи с тем, что в метаболизме костной и хрящевой тканей, коллаген служит главным органическим субстратом, изучение содержания его метаболитов и активности коллагенолитических ферментов в биологических жидкостях является весьма актуальным. Это позволит более глубоко осмыслить процессы, происходящие во внеклеточ-. ном матриксе костной и хрящевой тканей и определить их роль в развитии дистрофически-деструктивных изменений данных тканей при старении человека. Кроме .того, знание возрастных особенностей обмена коллагена при наличии остеопороза и остеохондроза позволит использовать биохимические тесты для диагностики и контроля

за лечением.

Формирование волокон коллагена происходит под влиянием компонентов основного вещества соединительной ткани - гликозаминог-ликанов, их протеогликанов и гликопротеинов. (Heinegard D., Sommarin Y. ,1987). Эти соединения имеют большое физиологическое значение, принимая участие в защитной и механической функциях, в 'регуляции водного и электролитного обменов, в процессах нормальной и патологической кальцификации, морфогенезе и стабилизации структуры коллагеновых волокон. (Mathews, 1955)

Цель работы. Изучить содержание и особенности метаболизма коллагена и гликозаминогликанов в костной и хрящевой тканях при старении и их значимость в развитии остеопороза и остеохондроза; определить биохимические критерии диагностики и контроля за эффективностью применяемых лечебных комплексов при этих состояниях.

Задачи работы. В соответствии с целью настоящей работы поставлены следующие задачи :

1. Изучить количественное содержание и особенности метаболизма коллагена и гликоконьюгатов в костной и хрящевой тканях животных различного возраста.

2. Определить значимость изменений метаболизма коллагена и гликозаминогликанов при старении в развитии дистрофически-деструктивных изменений костной и хрящевой тканей в эксперименте.

3. Изучить количественное содержание коллагена и гликоконьюгатов в костной ткани тел позвонков и хрящевой ткани позвоночных дисков у людей различного возраста; установить зависимость этих показателей от пола и степени выраженности остеопороза и остеохондроза.

4. Изучить возрастные особенности содержания метаболитов коллагена,гликозаминогликанов и активности некоторых ферментов в биологических жидкостях, а также установить связь данных показателей со степенью выраженности остеопороза и остеохондроза у людей старшие возрастных групп.

5. Установить сеязь между количественными изменениями коллагена и гликоконьргр.тое в костной и хрящевой тканях, содержанием их метаболитов и активностью ряда ферментов в биологических жидкостях при различной степени выраженности остеопороза и остеохондроза.

У -2.9

6. Определить основные критерии для клинико-лабораторной характеристики состояния обмена коллагена и гликозаминогликанов при развитии дистрофически-деструктивных изменений, а также использование данных критериев для ранней диагностики этих изменений и оценки эффективности проведенных лечебно-профилактических мероприятий.

Научная новизна. По данным биохимических исследований крови и мочи установлено фазовое течение остеопороза; определены временные различия начального этапа выраженного катаболизма коллагена как предпосылки развития остеопороза в зависимости от половой принадлежности. Предложены биохимические тесты для определения интенсивности катаболизма коллагена при развитии остеопороза (белковосвяаанный гидроксипролин сыворотки крови) и деструкции белково-полисахаридных комплексов при развитии остеохондроза (активность катепсина Э). Определение пептидносвязанного гид-роксипролина сьторотки кроеи можно рекомендовать в качестве одного из показателей биологического возраста.

Показана взаимосвязь между количественными изменениями коллагена и гликоконьюгатов в костной и хрящэвой тканях, содержанием их метаболитов и активностью коллагенолитических ферментов и катепсина И в крови у людей при развитии остеопороза и остеохондроза в различные возрастные периоды.

Дано биохимическое обоснование целесообразности использования лечебных комплексов, содержащих биологически активные вещества, как регуляторов обмена коллагена костной ткани при старении и остеопорозе.

Теоретическая значимость работы. Полученные в эксперименте данные позволяют проследить этапность возникновения деструктивных изменений в костной и хрящевой тканях с возрастом; установить видовые различия особенностей содержания и обмена коллагена и гликозаминогликанов у человека и животных при старении. Результаты клинико-экспериментальных исследований метаболизма коллагена и гликозаминогликанов вносят определенный вклад в развитие представлений о биохимических механизмах возрастных изменений костной и хрящевой тканей и их значимости в развитии остеопороза и остеохондроза.

Практическая значимость работы. Данные о содержании метаболитов коллагена в сыворотке крови и моче позволяют выявить ранние изменения обмена коллагена как.предпосылки к развитию остео-

пороза, а также позволяют прогнозировать частоту возможного повышения катаболизма коллагена в различные возрастные периоды и при развитии дистрофически-деструктивных изменений костной и хрящевой тканей. Установленное фазовое течение остеопороза показывает необходимость проведения профилактических мероприятий в среднем возрасте для женщин и в пожилом возрасте для мужчин, а также осуществления биохимических исследований перед началом лечения для установления фазы обмена коллагена и в соответствии с этим выбора наиболее рационального лечебного комплекса.

Внедрение результатов исследования в практику. Данные биохимического исследования- крови и мочи пациентов различных возрастных групп с остеопорозом и остеохондрозом используются для проведения дифференциальной диагностики и контроля за эффективностью лечения в отделении клинической физиологии и патологии опорно-двигательного аппарата НИИ геронтологии МЗ Украины. Предложенные биохимические тесты определения уровня обмена коллагена при развитии остеопороза использованы при изучении влияния сильного электрического поля и высокой температуры окружающей среды на состояние опорно-двигательного аппарата рабочих КрАЗа и эффективности применения биологически-активного продукта питания "Космол" в данных условиях.

Апробация работы. Основные положения работы доложены на конференциях молодых ученых (Киев, 1983; 1987; 1388); областной конференции "Стресс и патология опорно-двигательного аппарата" (Харьков, 1989); научной конференции института геронтологии (Ки-ев-,1990); 4 сьезде ортопедов-травматологов (Одесса, 1990); научно-практической конференции по проблемам профилактиют и лечения остеохондроза (Черкассы, 1991).

На защиту выносятся следующие положения. :

- развитие деструктивных процессов в костной ткани тел поз-еонков и хрящевой ткани позвоночных дисков сопровождается количественным изменением содержания коллагена и гликоконьюгатов ;

- старение костной и хрящевой тканей человека сопровождается снижением биосинтеза и увеличением катаболизма коллагена;

- показателем уровня биосинтеза коллагена является пептид-носвязашшй гидроксипролпн;

- содержание белковосвяэанного пздроксипролина в сыворотке крови отражает интенсивность катаболизма коллагена;

- изменение обмена коллагена кап предпосылка развития

•> *

А.

- 6 -

остеопороза носит фазовый характер;

- нарушение обмена коллагена у мужнин и женщин происходит в различные возрастные периоды;

- при развитии остеохондроза происходит повышенная деструкция белково-полисахаридных комплексов;

_ перед началом лечения при остеопорозе следует определить фазу обмена коллагена;

- применение биологически активного продукта питания "Космол" в составе лечебного комплекса оказывает стимулирующее влияние на -биосинтез коллагена и ингибирует его интенсивную деструкцию при развитии остеопороза.

Обьеем и структура диссертации. Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста и состоит из введения, шести глав, заключения, выводов и списка литературы, содержащего 62 работы отечественных и 163 работы иностранных авторов. Работа иллюстрирована 22 таблицами.

Материал и методы исследования. Изучение особенностей обмена коллагена и гликозаминогликанов проводилось при обследовании 186 людей старше 45 лет в зависимости от возраста, пола и степени вьгоаженности остеопороза и остеохондроза. Контрольную группу составили 14 практически здоровых людей в Еозрасте 20 -30 лет без остеопороза и остеохондроза.

Количественные изменения коллагена и гликоконьвгатов в костной ткани тел позвонков и хрящевой ткани позвоночных дисков изучали на 100 образцах секционного материала, забранного при вскрытии людей, погибших по причинам, не связанным, с заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Также исключалась патология со стороны внутренних органов, к^к и при отборе пациентов в клинику. *

Экспериментальный раздел работы, проведен на 30 взрослых ( 1-1,2 года) и 30 старых (4,5 - 6 лет) кроликах породы "шиншилла".

Содержание коллагена в тканях определяли по гидроксипроли-ну (Steqemam Н. в модификации Перфилова В. П. и др. (1974); фракции гидроксипролина выделяли по Stegemann Н. (1967),гидроксипролин в них определяли по Frey S.(1965) в модификации Перфилова а а и др. (1974)¡содержание гидроксипролина в моче определяли по Методу Оурцевой Л. Н. (1971); пролина в крови и моче по методу Goodwin'J. (1972); активность катепсина В1 в крови и ткани по методу

Burleigh M. (1974) ; активность коллагеназы в крови и ткани по методу Lindy S. (1973); активность катепсина D в крови и ткани по методу Bazin S.(1976); суммарных гликоконьюгатов в ткани с определением гексозаминов по методу Elson L. .Morgan W. (1933) в модификации Boas N.(1953); гликозаминогликанов сыворотки крови по методу Карякиной Е. .Косягина Д: (1982) ; активность щелочной фосфа-тазы по методу Chromi V. (1978).

Результаты исследования обработаны с использованием классического метода статистической обработки по Стьюденту, с помощью которого получали средние значения и доверительные интервалы.

Достоверность различий определяли по непараметрическому критерию Вилкоксона-Манна-Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Развитие остеопороза и остеохондроза является полифакторным процессом, который находится под влиянием как эндогенных так и экзогенных факторов, что осложняет возможность дифференцировать возрастные и патологические изменения костной и хрящевой тканей. Хотя старение и патологические процессы во многом проявляются сходными изменениями внеклеточного матрикса опорных тканей, тем не менее они различны по своей природе, поэтому их разграничение имеет не только теоретическое, но и практическое значение.

Определенный интерес представляет изучение количественного содержания и метаболизма ряда компонентов органического матрикса костной и хрящевой тканей у животных с более короткой продолжительностью жизни, чем у человека, и сопоставление этих данных с изменениями у людей при развитии остеопороза и остеохондроза на поздних этапах онтогенеза.

Проведенные нами экспериментальные исследования на кроликах показали, что старение опорных тканей сопровождается снижением содержания в них коллагена. При этом количественные изменения нарастали в ряду : компактная костная ткань бедра ( 2,89+0,182,13+0,08 г/100 г) - губчатая костная ткань тела позвонка ( 3,79+0,16 - 2,89+0,11 г/100 г) - хрящевая ткань позвоночного диска ( 6,70+0,19 - 5,23+0,13 г/100 г ) у.взрослых и старых животных соответственно.

Содержание гликоконьюгатов в компактной кости бедра старых

3 - У

животных ( 0,26+0,01 г/100 г ) не изменялось по отношению к взрослым кроликам ( 0,28+0,01 г/100 г ), но значительно снижалось в губчатой кости тела позвонка ( от 0,33+0,01 г/100 г у взрослых до 0,28+0,01 г/100 г у старых животных ) й хрящевой ткани позвоного диска (5,05+0,23 - 4,13+0,17 г/100 г у взрослых и старых кроликов соответственно ), обнаруживая взаимосвязь с изменением количества коллагена в этих же тканях.

В крови старых кроликов снижалось содержание пептидносвя-занного гидроксипролина, характеризующего активность биосинтеза коллагена, от 2,18+0,14 мг/л до 1,29+0,10 мг/л соответственно у молодых и старых животных. При этом деструкция коллагена, по данным содержания белковосвязанного гидроксипролина в сыворотке крови, при старении животных изменялась незначительно ( от 10,84+0,79 мг/л у взрослых до 13,44+1,24 мг/л у старых животных). Активность коллагенолитических ферментов в крови и тканях изменялась неоднозначно : активность коллагеназы в крови старых животных ( 2,13+0,25 мг/л за 20 ч ) была значительно ниже, чем у взрослых ( 3,32+0,22 мг/л за 20 ч). Вместе с тем в ткани бедренной кости активность фермента с возрастом не изменялась, а в ткани позвоночных дисков несколько снижалась ( от 3,57 + 0,24 мг/100 г ¿а 20 ч у взрослых до 2,95+0,26 мг/100 г 8а 20 ч у старых животных ). Активность катепсина В1 в крови и бедренной кости с возрастом не не изменялась, но повышалась в ткани позвоночного диска ( от 4,84+0,42 мг/100 г за 20 ч у взрослых до. 6,82+0,55 мг/100 г за 20 ч у старых животных ).Также выявлено снижение активности щелочной фосфатазы в крови старых кроликов ( 0,84+0,06 ммоль/л. ч ) относительно взрослых животных (0,60+0,07 ммоль/л. ч ), что является одним из показателей снижения остеоб-ластической активности.

Повышение активности катепсина Б в крови старых животных ( 0,36+0,02 - 0,44+0,02 мг/л за 20 ч у молодых и старых кроликов соответственно ) свидетельствует об активной деструкции белково-полисахаридных комплексов в тканях. Увеличение активности этого фермента, выявленное в ткани позвоночных дисков старых кроликов (от 1,01+0,03 мг за 20 ч у взрослых до 1,40+0,05 мг в& 20 ч у старых животных ), согласуется со снижением содержания глико-коньюгатов в данной ткани. В диафизе бедренной кости активность катепсина Р изменялась незначительно, что соответствовало отсутствию количественных изменений гликоконьюгатов у старых жи-

вотных.

Таким образом, полученные нами данные об изменении активности коллагенолитических ферментов и щелочной фосфатазы в сыворотке крови и тканях опорно-двигательного аппарата, а также содержание метаболитов коллагена в крови, позволяют рассматривать количественные изменения коллагена в костной ткани как результат снижения биосинтеза у старых животных. В ткани позвоночных дисков старых кроликов имеет место повышение активности коллагенолитических ферментов и катепсина Б, в связи с чем количественные изменения коллагена и гликоконьюгатов рассматриваются как результат увеличения катаболизма на фоне сниженного биосинтеза.

При исследовании костной ткани тел позвонков и хрящевой ткани позвоночных дисков людей нами выявлена взаимосвязь количественных изменений коллагена и гликоконьюгатов как с возрастом, так и с развитием дистрофически-деструктивных изменений. Количественное снижение содержания гидроксипролина в компактной и губчатой кости тела позвонка наблюдалось уже в среднем возрасте. Содержание гликоконьюгатов снижалось на более поздних этапах онтогенеза ( пожилой и старческий возраст). ( Таблица 1 ) В процессе старения выраженные количественные изменения претерпевает и хрящевая ткань позвоночных дисков.- При этом изменение содержания коллагена в пульпозном ядре носит ступенчатый характер, снижаясь в среднем и старческом возрасте; в фиброзном кольце количество данного белка снижается более равномерно на протяжении поздних этапов онтогенеза.

Содержание гликоконьюгатов как в пульпозном ядре, так и в фиброзном кольце с возрастом неуклонно снижалось, причем, начиная со среднего возраста, изменения были значимы по сравнению с каждой предыдущей возрастной группой.

Сравнительный анализ количественной динамики коллагена и гликоконьюгатов в костной ткани мужчин и женщин показал, что во всех возрастных группах содержание коллагена не зависело от пола. Что касается гликоконьюгатов, то количественные различия были выявлены в кортикальной кости тела позвонка мужчин (0,29+ 0,02 г/100 г ткани ) и женшин ( 0,20+0,02 г/100 г ткани ) пожилого возраста. В остальных возрастных группах количественное преобладание гликоконьюгатов у мужчин было незначительным.^

Выраженных изменений содержания коллагена в пульповном ядре на поздних этапах онтогенеза ни у мужчин, ни у женщин не выявлено.

Таблица 1

Содержание гидроксипролина и гликокон-ысгатов в костной тканн тел позвонков и хрящевом ткани позвоночных дисков человека в различны.:- созреет ни-:- периоды

Показа- Ткань Возраст. годы

тели 25-44 45-5-3 60-74 75-вЭ

кость 4.09+0,55 3, 0.3+0,12 2,97+0,11 2,8210,13

губчатая Р1 < 0,05 Рг < 0.05 Рз < 0,05

ГИДРО-

ксн- кость 5,47+0.74 4,02+0.20 4,11+0,19 4,0310.16

пролин. кортикальная ГЧ < 0.05 Рг < 0,05 Рз < 0,05

пульпозное 4,0210,21 2,82+0,20 3,0310,15 2,5910,13

ядро Р1 < 0,05 Рг < 0.05 Рз < 0.05

г/100 г

фиброзное »>,3610. 19 5,35+0,18 4,64+0,23 3,8010,16

кольцо Р1 < 0,05 Рг < 0,05 Рз < 0.05

кость 0.3810,01 0.4010,02 0,25+0,01 0,23+0,03

губчатая Рг < 0,05 Рз < 0,05

Глико-

конъю- кость 0,41+0,02 0.46+0,02 0,29+0,01 0,25+0,01

гаты. кортикальная Рг < 0,05 Рз < 0,05

Р* < 0,05 Рг. < 0,05

Ре < 0,05

пульпозное 5,2310,21 4,4210,16 3.84+0,16 3,2510,13

ЯД 1 Р1 < 0,05 Рг < 0.05 Рз ' 0,05

Р» < 0,05 РГ. < 0.05

Ре .< 0,05

г/100 г

Фиброзное 4,07+0,16 3,79+0.13 3,26+0,12 2,75+0,10

кольцо Рг < 0,05 Рз < 0,05

Р4 0,05 РГ. 0.05

Ре < 0,05

Прии«ч*ни«1 Р1 < 0,05 - достоверность различий между группами 25-44

и 45-59 лет;

Рг -< 0,05 - достоверность различии между группами 26-44 и 60-74 лет;

Р.э <■ 0,05 - достоверность разяичин между группами 2Ь-44 и 75-вУ лет;

Р4 <'0.05 - достоверность различий между группами 45-5У и 60-74 лет;

■ Рь < 0,06 - достоверность различий между группами 45-59 и 76-89 лет;

IV '< 0,05 - достоверность различии между группами 60-74 и 7?-8£« лет.

-и -

В то же время в фиброзном кольце количественные изменения коллагена наблюдаются во всех возрастных группах. При этом у женщин значительное снижение содержания коллагена происходит уже в среднем возрасте, а в последующие возрастные периоды различий в динамике' этого процесса у мужчин и женщин не прослеживается. Содержание гликоконьюгатов в ткани позвоночных дисков и у мужчин и у женшин с возрастом неуклонно снижается, причем в пульпозном ядре значительное преобладание этого показателя выявляется у мужчин среднего возраста, а в фиброзном кольце у мужчин старческого возраста, в сравнении с женщинами.

Судя по снижению содержания коллагена и гликоконьюгатов наиболее грубые деструктивные изменения при старении и развитии остеохондроза наступают в фиброзном кольце. При этом деструктив-, ный процесс более выражен у женщин среднего и старческого возраста по сравнению с мужчинами этих же возрастных групп.

Развитие остеопороза сопровождается значительным снижением содержания коллагена в губчатой кости людей среднего возраста. При этом содержание гликоконьюгатов не изменяется. В пожилом возрасте и коллаген , и гликоконьюгаты значимо снижаются только при выраженном и резко выраженном остеопорозе. В старости количественные изменения вышеназванных компонентов органического' матрикса не коррелируют с развитием остеопороза. ( Таблица 2 )

В кортикальной кости количественные изменения коллагена согласуются как с возрастом, так и с выраженностью остеопороза Наиболее значимые количественные изменения гликоконьюгатов наблюдались между группами среднего и пожилого- возраста. В пределах этих возрастных групп содержание гликоконьюгатов в значительной степени коррелирует с развитием остеопороза.

При развитии остеохондроза содержание коллагена в пульпозном ядре согласуется с развитием деструктивных изменений и в ■меньшей степени зависит от возраста Причем, снижение этого показателя наблюдается в группах с выраженным и резко выраженным остеохондрозом. ( Таблица 3 ) Содержание коллагена в фиброзном кольце позвоночного диска имеет тенденцию к снижению с возрастом и при развитии резко выраженного остеохондроза .

С развитием остеохондроза выраженные количественные изменения претерпевают гликоконьюгаты. В пульпозном ядре позвоночных дисков количество гликоконьюгатов снижается как при старении , так и при развитии дистрофически-деструктивных изменений хряще-

Таблица 2

Соде ржа» »ие гидроксипропина и гпикочокьюгатов е костной ткани тел поэппикой при раэвит>»и остеопороза о различные ©озрастные перюды

По эраст t г оды Выраженность ос теопороэа ' Гидгоксипропим -, г/100 г Гликоконьюгаты, г/100 г

кость гуСчатаи кость кортикальная кость губчатая кость кортикальная

25-44 0 степень . 4,09 ± 0,12 5,47 ± 0,16 0,38 ± 0.01 0,44 ± 0,02

45-59 0 степриь ' 1 с гепень 2 степень 3,59 ± 0,23 3,04 + 0,17 Pi < 0,05 2,69 ± 0.14 ■ 4,45 ± 0,29 Р4 < 0.05 4,59 ± 0.36 3,30 ± 0,20 Рг < 0,05 0,45 ± 0,04 0,39 ± 0,03 0,38 ± 0,03 0,49 ± 0,04 0,49 ± 0,03 0,44 ± 0,03

60-74 1 степень 2 степень 3 степень 3,42 ± 0,20 2.82 ± 0.11 Pz < 0,05 2,44 ± 0,19 4,82 ± 0.47 3,95 ± 0.20 Pz, Ре < 0,05 3,24 ± 0,29 Рг < 0.05 0.38 ± 0,02 Рв < 0,05 0,23 + 0,01 Рг, Ре <■ 0,05 0.20 ± 0,02 0,36 ± 0,02 Ре < 0,05 0,26 ± 0,01 Pz, Ре < 0,05 0,27 ± 0,02

75-09 2 степень 3 степень 3,28 ± 0,14 Ре < 0,05 3,48 ± 0,12 Рт < 0.05 4,34 + 0,21 Ре < 0.05 3,62 ±20,16 Рз < 0,05 0,24 ± 0,01 Ре < 0,05 0,23 ± 0,01 0,26 ± 0,01 Ре < 0,05 0,25 ± 0,02

Примечание: Р1 - достовррк»стъ различий между группами О и 1 степеней выраженности остеопороза;

Р 2 - дос товарность различил между группами 1 и 2 степеней.оираженности остеопороза;

Рз - достоверность различий между группами 2 и 3 степеней еирмженности остеопороза;

Рч - достоверность рмзмичиИ между группами 25-44 и 45-59 лет пр» 0 степени выраженности остеопороза;

Ре - яостаосрюсть различии между группами 25-44 и 45-59 лет при О степени выраженности остеопороза;

Ре — достоверность различии между группами 45-59, 60-74 и 75-89 лет при 2 степени ' выраженности остеогюроза ;

Рт - достоверность различии между группами 60-74 и 75-89 лет при 3 сгцпени выраженности остеопороза.

Таблица 3

Содержание гидроксипролина и гликоконьюгатив о хряч/?вои ткани позвоночных дисков при развитии остеохондроза в различные еозрастньиз периоды

Зо чраст , годи Выраженность остеохондроза Гидроксипропнн , г/100 г ГmtuOKDHbKjr аты, г/100 г

пульпоэное ядро фцСрЗСЛЮГ? КОП1.ЦО пугнзгюзнае идро ровное кольца

25-44 0 степень 4.02 ± 0,21 6.38 + 0,19 5,23 + 0,21 4,07 ± 0,16

45-59 1 степе»«» 2 степень 2,93 ± 0,23' Pi < 0,05 2.65 ± 0,34 5,47 ± 0,18 Pi < 0,05 5,28 ± 0,35 4,90 ± 0,20 3.S6 ± 0,10 Рг < 0,05 4,13 + 0,18 3,52 ± 0,17 Ра < 0,05

60-74 1 степень 2 степень 3 степень 3,62 ± 0,21 2.95 + 0,18 Ра < 0,05 2,56 ± 0.22 5,14 ± 0,33 4,77 ± 0,35 3,54 ± 0,17 Рз < 0,05 4,81 ± 0,66 3,71 ± 0,19 Ра < 0,05 3,89 ± 0,21 3,25 ± 0,07 Рч < 0,05 3,19 ± 0,17 3,33 + 0,23

75-89 2 с тепень 3 степень 2,80 + 0.16 2,28 ± 0.18 Рз < 0.05 3,95 ± 0.21 Ре < 0,05 3.59 ± 0,25 3.46 ± 0,17 Ре < 0,05 2,56 ± 0,14 Рз, Ре < 0,05 2,91 ± 0.13 Ро < 0,05 2,52 ± 0,15 Ре < 0,05

Примечание: Pi — достоверность различия между группам»-» Oui степеней выраженности остеохондроза ;

Р2 — достоверность различий между группами 1 и 2 степеней в«>>1^«<>нмости осгеохондроуа;

Ро ~ достоверность различий между группами 2 и 3 степеней выраженности осгеохондрояа;

Рч - достоверность различий между группами 45-59 и 60-74 лет пр^ 1 степени выраженности остеохондроза ;

Ра - достоверчость различии между группами 45-59, 60-74 и 75-89 лет nf»i 2 степени выраженности остеохондроза ;

Рв ~ достоверность различии между г руппами 60-74 и 75-89 лет прм 3 степени выраженности остеохондроза.

вой ткани и особенно выражено при второй и третьей степени остеохондроза. Наиболее выраженные изменения гликоконыогатов в фиброзном кольце позвоночного диска наблюдаются в среднем и старческом возрастах. У людей пожилого возраста снижение количества гликоконыогатов согласуется только с резко выраженным остеохондрозом.

Полученные данные свидетельствуют о количественных изменениях коллагена и гликоконыогатов в ткани позвоночного диска с возрастом и при развитии остеохондроза. Снижение содержания данных компонентов органического матрикса является одной из причин дегидратации пульпозного ядра и ухудшения биомеханических свойств фиброзного кольца позвоночных дисков.

Развитию дистрофически-деструктивных изменений предшествуют нарушения метаболизма структурных компонентов органического матрикса костной и внеклеточного матрикса хрящевой тканей, в том числе коллагена и гликоконыогатов.

Изменение метаболизма коллагена можно выявить по содержанию его метаболитов ( пептидно- и белковосвязанный гидроксипролин ) в сыворотке крови и моче. Определение этих показателей расширяет возможности дифференциальной диагностики, позволяет выявить изменения на начальных этапах развития остеопороза ( до клинических проявлений ), дает возможность для подбора наиболее рационального лечебного комплекса и контроля за эффективностью медикаментозного лечения.

У здоровых людей в возрасте 25 - 40 лет содержание в крови пептидносвязанного гидроксипролина ( показатель активности биосинтеза коллагена ) составляет 1,6+0,05 мг/л, белковосвязанного гидроксипролина ( показатель катаболизма коллагена ) - 6,4+0,04 мг/л.' На протяжении поздних этапов онтогенеза биосинтез коллагена постепенно снижается, достигая минимума в пожилом возрасте ( 0,91+0,04 мг/л ).■ Дальнейшее снижение биосинтеза коллагена наблюдается при прогрессивном развитии остеопороза. Катаболизм коллагена при старении изменяется волнообразно с чередованием фаз активной и замедленной его деструкции. Вероятность повышенной деструкции коллагена ( содержание белковосвязанного гидроксипролина в крови превышает 10 мг/л ) при невыраженном остеопорозе составляет 62 % у пациентов среднего возраста и 53,3 7. у пациентов пожилого возраста. При выраженном остеопорозе высокое содержание белковосвязанного гидроксипролина в крови ' обнаружено у

94,6 % лиц среднего ; 65,4 7. пошлого и 81,5 % старческого возрастов. Резко выраженный остеопороз сопровождается выраженной деструкцией коллагена в 83,2 % случаев в пожилом и 60,0 % в старческом возрастах.

Наиболее выраженные изменения обмена коллагена наблюдаются у женщин в период 5 - 6-го десятилетий. Они обусловлены, по всей видимости, изменением гормонального статуса в этот возрастной период.

Так как экскреция гидроксипролина с мочой в известной степени отражает общий уровень обмена коллагена,определенный интерес представляет динамика этого показателя. Так, в среднем возрасте экскреция гидроксипролина с мочой у мужчин ( 16,98+1,11 мг/сут ) значительно выше, чем у женщин ( 13,42+0,99 мг/сут ), что свидетельствует о более интенсивном обмене коллагена у представителей мужского пола в этом возрастном периоде. В пожилом возрасте различий не наблюдалось, а в старости вновь обнаруживается преобладание экскреции гидроксипролина у мужчин ( 13,36+1,16 мг/сут ) по сравнению с женщинами (10,07+1,07 мг/сут).

При анализе данных экскреции гидроксипролина с мочей становится очевидным, что обмен коллагена происходит наиболее интенсивно у мужчин среднего возраста. Снижение общего уровя обмена коллагена у женщин наблюдается в среднем, а у мужчин в пожилом возрастах. Некоторое увеличение показателей активности обмена коллагена у мужчин в старости' свидетельствует не столько о восстановлении этого процесса, сколько о сохранившемся изначально высоком уровне здоровья у лиц, достигших этого возраста. Таким образом, уровень обмена коллагена определяется не только возрастом, но в значительной степени зависит от половой принадлежности.

Высокая частота выявления деструкции коллагена, особенно на начальных этапах развития остеопороза, делает необходимым использование биохимических тестов для определения уровня обменных процессов костной ткани, обращая внимание при этом не только на нарушение обмена минеральных, но и органических компонентов ткани. Несомненное диагностическое значение имеет определение содержания белковосвязанного гидроксипролина в крови. Определение этого показателя перед началом лечения окажет помощь в выборе наиболее рационального лечебного комплекса и контроле ва эффективностью лечения.

Получены определенные положительные результаты при апробации лечебного комплекса с включением биологически активного продукта питания "Космол" при лечении женщин среднего и пожилого возрастов с различной степенью выраженности остеопороза. Через пол года после начала лечения в ряде обследуемых групп были получены данные о активации биосинтеза коллагена ( по содержанию пептидносвязанного гидроксипролина ) и снижению деструкции коллагена ( по данным содержания белковосвязанного гидроксипролина ).

ВЫВОДЫ

1. Количественные изменения содержания коллагена в органическом матриксе компактной кости бедра старых кроликов является результатом снижения биосинтеза, что проявляется в уменьшении концентрации пептидносвязанного гидроксипролина ' и щелочной фосфатазы в сыворотке крови.

2. Причиной структурно-функциональных изменений хрящевой ткани позвоночных дисков при старении является не только снижение биосинтеза, но и повышенный катаболизм коллагена и гликоза-миногликанов.

3. Развитие дистрофически-деструктивных изменений в костной ткали тела позвонка согласуется со снижением содержания коллагена и гликоконьюгатов у людей на поздних этапах онтогенеза.

4. В ткани позвоночных Д1 ков количественные изменения коллагена-.и гликоконьюгатов согласуются с выраженностью остеохондроза и возрастом человека.

5. Старение костной и хрящевой тканей человека сопровождается снижением биосинтеза и увеличением деструкции коллагена.

6. - Содержание пептидносвязанного гидроксипролина в крови, как критерий биосинтетической активности, является возраст-зависимым феноменом и может служить показателем биологического возраста

7. Содержание белковосвязанного гидроксипролина в крови согласуется с выраженностью остеопороза и может служить тестом для оценки интенсивности катаболизма коллагена.

8. Повышенная активность кытепеиня И в кроьи ооглаоуетол о выраженностью остеохондроза и может использоваться в качестве соответствующего теста.

Э. Изменение обмена коллагена, как предпосылка к развитию

остеохондроза, возникает у женщин в 45 - 59 лет, тогда как у . мужчин оно наступает значительно позднее ( 60 - 74 года ).

10. Развитие дистрофически-деструктивных изменений костной ткани при старении носит фазовый характер, при котором, начинал со среднего возраста, наблюдаются периоды повышенного и нормального катаболизма.

11. Апробация лечебного комплекса с включением биологически активного продукта питания "Космол" показала целесообразность применения комплексных 'методов профилактики и лечения остеопороза, -направленных на восстановление как минеральных компонентов, так и органического матрикса костной ткани.

12. Определение метаболитов коллагена в крови может быть рекомендовано в качестве теста для определения состояния обмена коллагена при подборе наиболее рационального лечебного комплекса и оценки его эффективности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Подрушняк Е. П., Орлова Е. В. , Сницарук Л. И. , Черкасов В. К , Ракита Л. Г. , Поворознюк В. В. , Битнер М. К. , Лизун О. Я , Хромяк Е. Т. , Парахина Т. В. Костно-хрящевая ткань при старении // Механизмы старения и долголетия : Материалы конференции (Сухуми, 29 - 30 сентября 1986 г.).-Тбилиси : Мещшереба .- 1986.- С. 141-143

2. Подрушняк Е. а , Орлова Е. а , Мороз Е. В., Лизун О. Н., Битнер М. К , Хромяк Е. Т. , Парахина Т. В. Клинико-рентгенологи-ческая характеристика остеопороза у людей старших возрастных групп // Тезисы и рефераты докладов 1 съезда геронтологов и гериатров Украинской ССР, Днепропетровск, 4-6 октября 1988 г. -К : Б. и. , 1988. - С. 211

3. Битнер М. К. Возрастные изменения содержания оксипролина в биологических жидкостях у людей с остеопорозом // Тезисы и рефераты докладов 5 Всесоюзного съезда геронтологов и гериатров, Тбилиси, 22 -25 ноября 1988 г. - К.: Б. и. , 1988.- Т. 1,- С. 77

4. Подрушняк Е. П., Битнер М. К Метаболиты коллагена как возможный тест для дифференциальной диагностики остеопороза на поздних этапах онтогенеза // Стресс и патология опорно-двигательного аппарата : Материалы областной конференции, 22 - 24 мая 1989 г., Харьков,- Харьков: Б. и. , 1989.- С. 146 - 147

5. Подрушняк Е. П. , Поворознюк В. В. , Черкасов а а , Орлова

Е. Е, Битнер М. К , Лизун О. Е , Никоненко П. И. Применение биологически активного продукта питания "Космол" при переломах костей у экспериментальных животных // Гериатрические средства : экспериментальный поиск и клиническое использование : Тезисы и рефераты докладов Всесоюзного симпозиума, 9-11 октября 1990 г., Г. Kile в, К.: Б. и. , 1990. - С. 137 - 138

6. Битнер М. К Особенности содержания и обмена гликоэами-ногликанов при остеохондрозе в различные возрастные периоды // Актуальные проблемы остеохондроза позвоночника : Материалы научно-практической конференции, 22 - 24 мая 1991 г. , г. Черкассы/ Ин-т геронтологии АМН СССР, Черкассы ПО "Азот". - Киев : Б. и. 1991.- С. 5

7. Bittner М. Age-peculiarities of collagen metabolism in osteoporosis // The 4-th Asia/Oceania regional congress of gerontology, Oct. 31 - Nov. 3, 1991, Yokohama : Abstracts. -Yokohama, 1991,- P. 143

8. ГЬдрушняк E. П. , Орлова E. В., Шворознюк ЕЕ, Битнер М. К., Черкасов Е Е , Лизун 0. Я Клиника, диагностика, профилактика и лечение остеопороза у людей различного возраста. - Методи-еские рекомендации. - Киев, 1992.- 21 с.