CC BY
22
оригинальные статьи Журнал фундаментальной медицины и биологии
УДК 611-018.4+616.71:616.15
И.И. Кузнецов, Л.И. Чистолинова, В.Н. Макарова, А.В. Шестаков, И.А. Коломоец
ОСТЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ДЛИННЫХ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ ПРИ ТРАВМАТИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ В УСЛОВИЯХ УМЕРЕННОЙ ГИПЕРГОМОЦИСТЕИНЕМИИ (ПИЛОТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
Кафедра судебной медицины, ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России, г. Ростов-на-Дону.
Настоящее пилотное исследование было проведено на белых беспородных крысах-самцах с целью изучения особенностей показателей остеометрии в условиях травматической болезни на фоне умеренной ги-пергомоцистеинемии. Исследованием установлено, что повышенный уровень гомоцистеина в плазме крови угнетает рост длинных трубчатых костей.
Ключевые слова: остеогенез, гипергомоцистеинемия, дисфункция эндотелия, травма.
I.I. Kuznetsov, L.I. Chistolinova, V.N. Makarova, A.V. Shestakov, I.A. Kolomoets
OSTEOMETRIC INDICATORS OF LONG TUBULAR BONES IN TRAUMATIC DISEASE UNDER MODERATE HYPERHOMOCYSTEINEMIA (PILOT STUDY)
Department of Forensic Medicine. The Rostov State medical University, The city of Rostov-on-Don.
This pilot study was conducted on white outbred male rats with the aim of study features indicators osteometry in conditions of traumatic disease against the background of moderate hyperhomocysteinemia. The study found that elevated of level of homocysteine in the blood plasma inhibits the growth of long tubular bones. Keywords: osteogenesis, hyperhomocysteinemia, endothelial dysfunction, injury.
Журнал фундаментальной медицины и биологии
оригинальные статьи
Актуальность
Костная система характеризуется выраженной пластичностью и обладает чувствительной реакцией через обменные процессы на воздействие эндогенных и экзогенных факторов. Гипергомо-цистеинемия (ГГЦ) — это патологическое состояние, являющееся результатом взаимодействия, как врожденных генетических факторов, так и факторов внешней среды. ГГЦ на сегодняшний день считается одним из независимых факторов риска тромботических осложнений. Однако в научной литературе встречаются работы о том, что ГГЦ может быть одной из причин, влияющих на рост и формообразование костей скелета [1-3]. Гомоцистеин, L-2-амино-4-меркаптомасляная кислота (ГЦ) - небелковая сульфгидрильная аминокислота с формулой ШСН2СН2СН^Н2)СООН, возникающая в ходе метаболизма при образовании незаменимой аминокислоты метионина. ГЦ - это аминокислота, являющаяся гомологом аминокислоты цистеина и отличается от нее на одну метиленовую группу(-СН2-). Внутриклеточный обмен ГЦ осуществляется энзиматическими путями, которые зависят от витаминов в качестве кофакторов или косубстра-тов. ГЦ биосинтезируется из метионина, удалением терминальной метильной группы. Гомоцистеин метаболизируется двумя путями: за счет переноса сульфатной группы, происходящего в присутствии пиридоксина (витамина В6), или реметилирования, осуществляемого в присутствии цианокобалами-на (витамина В12) и фолиевой кислоты [4,5,10]. Из гомоцистеина в дальнейшем может образовываться другая аминокислота, цистеин, не входящая в число незаменимых аминокислот. Избыток гомоцистеина, также может быть конвертирован обратно в метио-нин. Общий уровень содержания ГЦ в плазме крови повышается с возрастом. До периода полового созревания концентрация гомоцистеина у мальчиков и девочек примерно одинаковы (около 5 мкмоль/л). В период полового созревания она повышается до 6-7 мкмоль/л, в детородном возрасте составляет 10-11 мкмоль/л и является более низким у женщин, чем у мужчин, и увеличивается после наступления менопаузы [6,7]. Нормальным содержанием гомо-цистеина считается концентрация 5-15 мкмоль/л у мужчин и 5-12 мкмоль/л у женщин. Постепенное нарастание уровня гомоцистеина с возрастом объясняют снижением функции почек, а более высокое содержание у мужчин — большей мышечной массой [8, 28].
Легкой степенью гипергомоцистеинемии считается концентрация ГЦ в крови 15-30 мкмоль/л, средней степенью - 31-100 мкмоль/л, а тяжелой более 100 мкмоль/л.
Гипергомоцистеинемия приводит к повреждению эндотелиальных клеток кровеносных сосудов. В 1969 впервые МсСи11у предположил существование патогенетической связи между гипергомоцистеине-мией и атерогенезом [9]. «Окислительный стресс», вызванный высоким уровнем гомоцистеина, усиливает агрегацию тромбоцитов и активирует коагуля-ционный каскад.
Наиболее часто встречающимися причинами ГГЦ являются витаминодефицитные состояния, связанные с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, сопровождающиеся синдромом мальабсорбции; избыток в пище метионина, употребление большого количества алкоголя, кофе, курение [11]; лекарства, взаимодействующие с обменом ГЦ; почечная недостаточность, заболевания щитовидной железы, сахарный диабет, псориаз лейкозы [12,13]; сидячий и малоподвижный образ жизни.
Наследственные аномалии ферментов, участвующих в метаболизме метионина — одна из важных причин возникновения ГГЦ.
В настоящее время идентифицированы мутант-ные гены всех частых наследственных и многих ненаследственных (мультифакториальных) заболеваний, в возникновении которых повинны как неблагоприятные варианты генов (аллели), так и провоцирующие (повреждающие) факторы внешней среды [14,15].
Стойкая умеренная гипергомоцистеинемия возникает при снижении (на 50 %) активности фермента метилентетрагидрофолат-редуктазы (МТГФР) -основного фермента, обеспечивающего превращение фолиевой кислоты в ее активную форму. Генетический дефект, также приводящий к состоянию гипергомоцистеинемии, это мутация гена цистатионин-®-синтазы (ЦБС). Наследственные дефекты реметилирования являются причиной от 5 до 10% случаев острой гипергомоцистеинемии [16].
Известно, что травма и оперативное вмешательство приводят к сдвигу системы гемостаза в сторону гиперкоагуляции. В то же время, особенности морфологии органов и тканей, в частности, при травматическом воздействии или при развитии травматической болезни, не освещены в полном объеме. Например, имеются данные о том, что повышение уровня гомоцистеина, с одной стороны, является фактором риска атеросклероза [17], с другой - ассоциируется со снижением минеральной плотности костной ткани (МПКТ) [18]. Это позволяет предположить, что они имеют общую патогенетическую основу [19, 20]. Это предположение нашло подтверждение в экспериментальных и клинических исследованиях. Установлено, что костная и сосудистая ткани имеют ряд общих морфологических и молекулярных свойств [21, 22, 23, 28].
В последние годы получены данные, свидетельствующие, что остеопороз и атеросклеротическое поражение сосудов - взаимосвязанные патологические процессы [24, 25, 28]. У женщин с остеопоре-тическими переломами отмечено нарастание частоты кальцификации аорты, выраженность которой коррелирует со снижением минеральной плотности костной ткани (МПКТ) [26, 27, 28]. Тем не менее, в доступной нам научной литературе отсутствуют систематизированные сведения о влияние гипергомо-цистеинемии на рост, строение и формообразование костей скелета в различные возрастные периоды при травме опорно-двигательного аппарата.
Научная гипотеза. Нами выдвинута гипотеза, что ГГЦ опосредованно, через дисфункцию эндотелия сосудов микроциркуляторного русла влияет на рост, строение и формообразование костей скелета
оригинальные статьи
Журнал фундаментальной медицины и биологии
в различные возрастные периоды, в том числе и при травме опорно-двигательного аппарата.
Цель исследования. Изучить особенности роста, строения и формообразования костей скелета при травме опорно-двигательного аппарата в условиях ГГЦ.
Материалы и методы
База исследования - кафедра судебной медицины ГБОУ ВПО РостГМУ Минздрава России. Эксперимент был поставлен на 24 беспородных половозрелых крысах-самцах массой 120-150г при соблюдении правил содержания животных в виварии. Все животные были рандомизированы в одну из экспериментальных групп. I группу составили контрольные (интактные) животные. II группу — животные с формированным переломом костей правой голени. III группу — животные которым для увеличения концентрации гомоцистеина (ГЦ) в плазме крови ежедневно внутрижелудочно при помощи зонда вводили метионин в течение всего срока эксперимента в концентрации 2,4 г/кг. IV группа была представлена животными, которым в течение всего срока эксперимента вводили метионин и был сформирован перелом костей правой голени. По окончании срока (1 мес.) животных под наркозом, при соблюдении правил содержания в виварии, выводили из эксперимента. Методом остеометрии изучали такие показатели длинной трубчатой кости как длину плечевой кости, передне-задний размер проксимального эпифиза плечевой кости, боковой размер проксимального эпифиза плечевой кости, передне-задний размер середины диафиза плечевой кости. Полученные результаты подвергались статистической обработки с определением среднего значения и ошибки среднего, достоверность различий в случае нормального распределения оценивали с использованием t-критерия Стьюдента (p<0,05).
Результаты исследования
В ходе проведенного исследования были установлены: Длина плечевой кости: В I группе составила 23,08 ± 0,40 мм, во II- 24,09 ± 0,23 мм, в III -23,07 + 0,27 мм, в IV группе — 23,36 + 0,22 мм. Передне-задний размер проксимального эпифиза плечевой кости: В I группе составил 5,17 + 0,17 мм; во II — 5,26 ± 0,13 мм; в III — 5,09 ± 0,12 мм; в IV — 5,15 + 0,08 мм. Боковой размер проксималь-
ного эпифиза плечевой кости: в I группе показатель был равен - 5,17 +0,11 мм, во II группе - 5,25 ± 0,13 мм, в III - 5,08 ±0,12 мм, в IV - 5,14 ± 0,7 мм. Показатели передне-заднего размера середины диафиза плечевой кости был равен в I группе - 1,85 ± 0,1мм, II - 1,95 ±0,06 мм, III - 1,86 ± 0,4 мм, IV- 1,89 ±0,4мм. Статистически значимые различия остеометрических показателей были получены лишь для животных II экспериментальной группы. Это группа с формированным переломом, содержащаяся на обычной диете. В результате перелома костей голени, двигательная нагрузка перераспределилась в большей степени на передние конечности, что объясняет усиление ростовых показателей плечевой кости. В аналогичной ситуации, но с применением перорального введения метионина (IV группа), такая тенденция отсутствует. При этом определение концентрации гомоцистеина в плазме крови лабораторных животных показало, что в IV группе концентрация ГЦ существенно превышала как уровень контрольной группы (I), так и других экспериментальных групп: группы с переломом голени (II) и группы крыс, находящихся на метиониновой диете (III). Это состояние может быть расценено, как умеренная гипергомоцистеинемия. Дополнительно стоит сказать, что значения уровня ГЦ по литературным данным у человека и у экспериментальных животных сопоставимы между собой, что не исключает использование предложенной экспериментальной модели для изучения особенностей формирования костей в условиях ГГЦ.
Выводы
1. Проведенное исследование позволило выяснить, что травма на фоне нормального уровня гомо-цистеина вызывает незначительные увеличение его концентрации в плазме крови, а переломы костей на фоне повышенного (за счет метиониновой диеты) уровня гомоцистеина способствуют резкому повышению концентрации гомоцистеина в плазме крови опытных животных.
2. Полученные данные об особенностях морфогенеза костей под воздействием гипергомоцисте-инемии в сочетании с переломами позволяют утверждать, что длительное повышенное содержание гомоцистеина в плазме крови оказывает угнетающее влияние на рост, строение и формообразование длинных трубчатых костей.
ЛИТЕРАТУРА
1. 0yen J., Svingen G.F., Gjesdal C.G. [et al.] Plasma dimethylglycine, nicotine exposure and risk of low bone mineral density and hip fracture: the Hordaland Health Study// Osteoporos Int. - 2015 May. №26(5). P. 1573-1583.
2. Ebesunun M.O., Umahoin K.O., Alonge T.O., Adebusoye L.A. Plasma homocysteine, B vitamins and bone mineral density in osteoporosis: a possible risk for bone fracture// Afr J Med Med Sci. - 2014 Mar. №43(1). P. 41-47.
3. Enneman A.W., Swart K.M., Zillikens M.C. [et al.] The association between plasma homocysteine levels and bone quality and bone mineral density parameters in older persons// Bone. - 2014 Jun. №63. P. 141-146.
4. Miao C.Y., Villeneuve N., Brunel-Jacquemin C. [et al.] Chronic mild hyperhomocysteinemia induces aortic endothelial dysfunction but does not elevate arterial pressure in rats// J Vasc Res. - 2005 Mar-Apr. №42(2). P. 148-156.
5. Cheng D.M., Jiang Y.G., Huang C.Y. [et al.] Polymorphism of MTHFR C677T, serum vitamin levels and cognition in subjects with hyperhomocysteinemia in China// Nutr Neurosci. - 2010 Aug. №13(4). P. 175-182.
6. Albert M. A. Inflammatory biomarkers, race/ethnicity and cardiovascular disease// Nutr Rev. - 2007 Dec. №65(12 Pt 2). P. 234-238.
7. Cattaneo M. Hyperhomocysteinemia, atherosclerosis and thrombosis. Thromb Haemost// 1999 Feb. №81(2). P. 165-176.
Журнал фундаментальной медицины и биологии
оригинальные статьи
8. Dayal S., Lentz S.R. Murine models of hyperhomocysteinemia and their vascular phenotypes// Arterioscler Thromb Vasc Biol. -2008 Sep. №28(9). P. 1596-1605.
9. McCully K.S. Vascular pathology of homocysteinemia: implications for the pathogenesis of arteriosclerosis// Am J Pathol. - 1969 Jul. №56(1). P. 111-128.
10. Finkelstein J.D. Methionine metabolism in mammals// J Nutr Biochem. - 1990 May. №1(5). P. 228-237.
11. Graham I.M., Daly L.E., Refsum H.M. [et al.] Plasma homocysteine as a risk factor for vascular disease// The European Concerted Action Project. JAMA. - 1997 Jun 11. №277(22). P. 1775-1781.
12. Refsum H., Ueland P.M., Nygard O., Vollset S.E. Homocysteine and cardiovascular disease// Annu. Rev. Medicine. - 1998. №49: P. 31-62.
13. Cattaneo M. Hyperhomocysteinemia, atherosclerosis and thrombosis// Thromb Haemost. - 1999 Feb. №81(2): P. 165-76.
14. Баранов В.С., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и гены "предрасположенности"// Введение в предиктивную медицину. - СПб., 2000.
15. Баранов В.С. Геномика и молекулярная медицина// Молекулярная биолог. - 2004. Т. 38. №1. С. 110-116.
16. Mudd S.H., Levy H.L., Skovby F. Disorders of transsulfuration// The metabolic and molecular bases of inherited disease. - New York: McGraw-Hill, 1995. P. 1279-1327.
17. Welch G.N., Loscalzo J. Homocystein and atherothrombosis// N Engl J Med. - 1998; №338. P. 1042-1050.
18. Browner W.S., Mallow M.R. Homocys(e)inemia and bone density in eldery women// Lancet. - 1991. №338. P 1470.
19. Parhami F., Morrow A.D., Balucan J. [et al.] Lipid oxidation products have opposite effects on calcifying vascular cell and bone cell differentiation. A possible explanation for the paradox of arterial calcification in osteoporotic patients //Arterioscler Thromb Vasc Biol. - 1997 Apr. №17(4). P. 680-687.
20. Parhami F., Garfinkel A., Demer L.L. Role of lipids in osteoporosis// Arterioscler Thromb Vasc Biol. - 2000 Nov. №20(11). P. 2346-2348.
21. Boström K., Watson K.E., Horn S. [et al.] Bone morphogenetic protein expression in human atherosclerotic lesions// J Clin Invest. - 1993 Apr. №91(4). P. 1800-1809.
22. Katsuda S., Okada Y., Minamoto T. [et al.] Collagens in human atherosclerosis. Immunohistochemical analysis using collagen type-specific antibodies// Arterioscler Thromb. - 1992 Apr. №12(4). Р. 494-502.
23. Shanahan C.M., Cary N.R., Metcalfe J.C., Weissberg P.L. High expression of genes for calcification-regulating proteins in human atherosclerotic plaques// J Clin Invest. - 1994 Jun. №93(6). Р. 2393-2402.
24. Adler Y., Fink N., Spector D. [et al.] Mitral annulus calcification-a window to diffuse atherosclerosis of the vascular system// Atherosclerosis. - 2001 Mar. №155(1). P. 1-8.
25. Laroche M., Pouilles J.M., Ribot C. [et al.] Comparison of the bone mineral content of the lower limbs in men with ischaemic atherosclerotic disease// Clin Rheumatol. - 1994 Dec. №13(4). P. 611-614.
26. Vogt M.T., San Valentin R., Forrest K.Y. [et al.] Bone mineral density and aortic calcification: the Study of Osteoporotic Fractures// J Am Geriatr Soc. - 1997 Feb. №45(2). P. 140-145.
27. Hak A.E., Pols H.A., van Hemert A.M. [et al.] Progression of aortic calcification is associated with metacarpal bone loss during menopause: a population-based longitudinal study// Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2000 Aug. №20(8). 1926-1931.
28. Березовский Д.П., Мажугин В.Ю., Фалеева Т.Г. [и др.] Уровень гомоцистеина при травме опорно-двигательного аппарата (экспериментальная модель на лабораторных животных в условиях метиониновой диеты)// Кубанский научный медицинский вестник. - 2011. № 5. С. 24-29
