CC BY
27
Диагностическая ценность фосфора является более высокой для выявления нарушений обмена неорганического фосфора в организме при одновременном определении его содержания в сыворотке крови и моче.
Таким образом, полученные результаты исследования системы скелетного гомеостаза юношей призывного возраста Курганской области свидетельствуют о том, что в возрасте 18-20 лет возникает состояние повышенного обмена кальция и фосфора на фоне увеличения концентрации паратиреоидного гормона. Немаловажным является и возрастной период формирования «пика» костной массы - 21-25 лет.
Проведенное исследование позволило сформулировать рекомендации по включению в порядок прохождения медицинского осмотра и обследования призывников:
1) определение кальция в сыворотке крови и моче;
2) исследование минеральной плотности костной ткани поясничного отдела позвоночника и проксимального отдела бедренных костей.
Список литературы
1 Кишкун А.А., Назаренко Г.И. Клиническая оценка результа-
тов лабораторных исследований. М.: Изд-во «Медицина», 2006 С. 544.
2 Возрастные изменения минеральной плотности костей
скелета / В.И. Шевцов, А.А. Свешников, Е.Н. Овчинников и др. // Гзний ортопедии. 2004. № 1. С. 24-34.
УДК [544.543.2:577.217.3] - 092.9 Л.А. Ваганова
РНЦ «ВТО» им. акад. Г.А. Илизарова Минздравсоцразвития России, г. Курган
АКТИВИЗАЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА КОСТНОЙ ТКАНИ АМИНОКИСЛОТНЫМИ КОМПЛЕКСАМИ КАЛЬЦИЯ
Аннотация. В эксперименте на крысах исследована возможность применения аминокислотных комплексов кальция в качестве препарата для направленной транспортировки кальция в костную ткань. Сравнительная оценка эффективности применения хлорида и глицината кальция показала более высокую биодоступность последнего.
Ключевые слова: костная ткань, соли кальция, биодоступность, метаболизм, остеопороз, эксперимент.
Vaganov L.A.
Russian Ilizarov Scientific Center for Restorative Traumatology and Orthopedics, Kurgan
BONE METABOLISM ACTIVATION BY CALCIUM COMPLEXES
Annotation. The experiment on rats investigates a possibility of application of amino acid complexes with calcium as a medication for the directed calcium transportation to bone tissues. The comparative efficiency appraisal of chloride and calcium glycinate application showed higher bioavailability of the latter.
Keywords: bone tissue, calcium salts, bioavailability, metabolism, osteoporosis, experiment.
Поиск новых лекарственных средств, действие которых заключается в направленной транспортировке препарата к органу-мишени, привел к заинтересованности научного мира аминокислотными комплексами биогенных металлов [3; 7; 13]. Данные соединения обеспечивают лучшую ассимиляцию элемента, чем при введении его в рацион в неорганической или какой-либо другой форме. Всасывание препаратов на основе аминокислотных комплексов протекает быстрее и более избирательно, а положительный терапевтический эффект достигается при значительно меньших перорально вводимых дозах вещества [11]. В этом научном направлении успешно развивается разработка лекарственных веществ. Аминоацильные комплексы кальция входят в состав некоторых биологически активных препаратов («Пектибон», «Остеоформ»), однако введение в аминокислотный состав различными типами химической связи атомов остеотропных элементов и их биологическая активность исследованы недостаточно. При этом существенно, что их успешное использование связано с обеспечением постепенного поступления в организм ионов кальция в оптимальных дозах и исключение возможной токсичности, проявляющейся при повышенных концентрациях [8; 16]. Результаты последних исследований в области минерального питания [7; 4] доказывают, что природные микроэлементы, в отличие от неорганических, способны решить многие проблемы и принести большую пользу здоровью. Предварительные исследования, проведенные в работе [9], показывают, что при введении в организм аминоациловых комплексов, полученных из костной ткани сельскохозяйственных животных, ускоряется процесс минерализации кости при переломе, а также улучшается общее состояние лабораторных животных. Механизм адресной доставки ионов кальция в костную ткань является актуальной и нерешенной задачей. Решением этой проблемы может стать получение и изучение комплексных соединений Са2+ и органических лигандов, в частности аминокислот. В связи с этим возникает необходимость проведения исследований по установлению механизма действия данных соединений.
Цель исследования - изучить влияние глицината кальция и смеси аминокислотных комплексов кальция на биохимические показатели метаболизма костной ткани в процессе заживления экспериментального перелома большеберцовой кости у крыс.
Эксперимент проведен на 48 взрослых самцах крыс линии Wistar с массой тела 300±50 г. Согласно экспериментальным условиям животные были разделены на четыре группы, каждой из которых в стерильных условиях под общим наркозом осуществляли
моделирование перелома большеберцовой кости. Перелом фиксировали аппаратом внешней фиксации оригинальной конструкции [12] с помощью 4-х металлических спиц, введенных в кость с двух сторон от перелома. Спицы обматывали проволокой, для прочности фиксировали термореактивной акриловой пластмассой (рисунок 1).
а) внешний вид модели; б) рентгеновский снимок модели
Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной модели
В течение эксперимента крысы содержались на обедненном кальцием и белками рационе. Первая группа (n=9) служила контролем, животным 2-й, 3-й (по n=9) и 4-й (n=12) групп дополнительно ежесуточно перо-рально вводился раствор хлорида кальция, глицина-та кальция (по 10 мг Са2+ на крысу в сутки) и смеси аминоацильных комплексов кальция (50 мг Са2+ на крысу в сутки) соответственно [14]. В состав смеси комплексов кальция (Са^х)2) входили в равных молярных соотношениях аминокислоты: глицин, лизин, метионин, фенилаланин, аргинин, лейцин, изолейцин и пролин. Для сравнительной характеристики приведены биохимические показатели группы интактных животных (норма, n=7).
При биохимическом исследовании в сыворотке крови экспериментальных животных оценивали общее содержание кальция, неорганического фосфата, активность щелочной (ЩФ) и тартрат-резистентной кислой (трКФ) фосфатаз. В бедренных костях крыс в месте перелома определяли содержание кальция, фосфата и коллагена по оксипролину (ОП). Определение активности ферментов трКФ и ЩФ, а также содержания электролитов осуществляли наборами реагентов фирмы «Витал Диагностик» (Россия) на биохимических анализаторах StatFax 1904 Plus (США) и Hitachi 902 (Швейцария). Содержание коллагена в костной ткани определяли по реакции с реактивом Эрлиха [10].
Из эксперимента крыс выводили декапитацией на 7, 14 и 28 сутки. Все манипуляции с животными проводили в соответствии с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.1977 № 755) и с одобрения этического комитета ФГБУ «РНЦ "ВТО" им. акад. Г.А. Илизарова». Оценку достоверности различий производили с использованием методов непараметрической статистики (критерий Манна-Уит-ни). Статистически значимыми считали различия при
р<0,05. Статистическую обработку результатов осуществляли в макросе программы «MicrosoftExcel» «Attestat» Версия 1.0 [1; 2].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При биохимическом исследовании сыворотки крови и образцов костной ткани экспериментальных животных получили следующие данные.
ТрКФ - один из 6 изоферментов кислой фосфата-зы - находится в большом количестве в остеокластах. Активность трКФ в сыворотке крови возрастает при состояниях, характеризующихся усилением процесса резорбции кости, поэтому данный показатель используют для определения выраженности резорб-тивных процессов в скелете [5]. Содержание маркера костной резорбции во всех экспериментальных группах находится в пределах нормы (рисунок 2). В ходе эксперимента статистически значимых различий в группах не наблюдается.
Процесс заживления перелома сопровождается, как правило, повышением уровня костеобразующего фермента ЩФ. Введение в пищевой рацион хлорида кальция существенно не влияет на показатели активности данного фермента (в сравнении с контролем). Постепенное статистически значимое возрастание активности ЩФ в сыворотке крови крыс 3-й и 4-й групп относительно контрольной свидетельствует об интенсивных процессах костеобразования(рисунок 3).
Рисунок 2 - Активность трКФ в сыворотке крови экспериментальных крыс
В рисунках 2-8 *р< 0,05 по сравнению с контрольной группой животных.
Рисунок 3 - Активность ЩФ в сыворотке крови экспериментальных крыс
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5
99
Согласно литературным данным [6] в период травматического воспаления гиперемия в области перелома обуславливает рассасывание кости на концах отломков с переносом кальция в окружающие ткани. Максимальное содержание кальция в сыворотке крови фиксируется на 14 сутки (рисунок 4).
ки после операции достоверно происходит более интенсивное накопление остеотропного элемента в сравнении с контролем в тех экспериментальных группах, в рацион которых дополнительно вводились глицинат кальция и смесь аминоатов кальция (рисунок 6).
Рисунок 5 - Содержание фосфата в сыворотке крови крыс
Рисунок 4 - Уровень кальция в сыворотке крови крыс
В первых двух случаях эти процессы связаны с лизисом костной ткани в месте перелома, с высвобождением Са2+ в кровоток (регистрируется на 7 и 14 сутки после операции), что подтверждается падением уровня костного кальция (рисунок 6). В третьей группе снижение концентрации сывороточного Са2+ на 14-е сутки может свидетельствовать об окончании деструктивных процессов в месте срастания перелома, тогда как в 4-й группе из-за более высокого содержания иона в составе комплекса данное снижение уже не регистрируется. Повышенное поступление кальция из ЖКТ в составе смеси аминоатов достоверно не повышает содержание его несвязанной формы в сыворотке крови (в сравнении с контролем), но в то же время способствует более интенсивному накоплению его в костной ткани. Процессы рассасывания костных отломков прекращаются после уменьшения гиперемии, и на 28-е сутки происходит нормализация уровня ионизированного кальция во всех экспериментальных группах.
Известно, что через несколько дней после травмы содержание фосфатов в зоне перелома увеличивается [6]. Однако в нашей работе не обнаружено статистически значимого повышения концентрации неорганического фосфата в послеоперационный период (рисунок 5).
Во 2-й и 3-й опытных группах регистрируется достоверное снижение мольной концентрации фосфата (в сравнении с группой № 1). Данное явление связано, скорее всего, с участием неорганической формы иона в образовании минеральной компоненты кости в процессе сращения перелома, так называемое перераспределение фосфата в организме. Введение в состав препарата ряда незаменимых аминокислот препятствует резкому падению уровня фосфат-иона. Наименьшие колебания концентрации регистрируются в 1-й и 4-й группах.
Сравнительная характеристика уровня костного кальция в месте перелома показывает, что на 28 сут-
Рисунок 6 - Содержание кальция в костной ткани крыс в месте перелома
Причем более высокая концентрация вводимого элемента незначительно сказалась на динамике прироста костной массы (вполне возможно проявление так называемого эффекта хронической адаптации). Достоверное возрастание уровня кальция на 28 сутки после начала эксперимента в костной ткани 3-й группы составило16,4%, а в 4-й - 20,6% в сравнении с показателями контрольной группы. При анализе усва-иваемости хлорида и глицината кальция отметим статистически значимый прирост последнего на 2,5% относительно первого, что не согласуется с данными [17], согласно которым глицинат кальция усваивается в 1,5-2 раза эффективнее, чем другие соли кальция. Однако подчеркнем, что в работе Неапеу и соавторов сравнительная характеристика биодоступности хлористого кальция не приводилась. Следует отметить, что динамика накопления кальция носит одинаковый характер для первых трех экспериментальных групп с падением содержания минерала на 7-е сутки после операции, что связано, как упоминалось выше, с лизисом костной ткани в посттравматический период и постепенным накоплением Са2+ в процессе срастания костных отломков, которое наблюдается на следующих этапах эксперимента. Тогда как в 4-й группе с пер-
вых недель регистрируется прирост содержания кальция в большеберцовых костях.Таким образом, дополнительное введение незаменимых аминокислот в составе комплекса приводит к ускорению процессов костного формирования и приросту содержания кальция в месте перелома уже на 7-е сутки после травмы.
Статистически значимых различий в содержании фосфата в костной ткани контрольной и экспериментальных групп, в рацион которых входили кальциевые добавки, не регистрируется(рисунок 7).
Рисунок 7 - Содержание фосфата в костной ткани
Для отражения изменений обмена костной ткани важно исследовать не только минеральную, но и органическую составляющую. При изучении органической составляющей следует отметить, что к концу эксперимента достоверно возрастает содержание ОП в 3-й и 4-й группах на фоне его падения в контрольной группе (рисунок 8).
Рисунок 8 - Содержание ОП в костной ткани крыс
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Обобщая полученные в ходе эксперимента данные, следует отметить, что введение в пищевой рацион крыс аминоацильных комплексов кальция:
1) достоверно повышает в сыворотке крови активность костеобразующего фермента щелочной фос-фатазы;
2) способствует постепенному накоплению кальция в месте консолидации костных отломков;
3) увеличивает содержание оксипролина в костной ткани.
Однако исследований, направленных на изучение механизма поглощения аминоацильных комплексов кальция на данный момент недостаточно. Поэтому пока не представляется возможным сделать одно-
значное заключение о более высокой эффективности применения аминокислот в качестве транспортеров для переноса кальция в костную ткань. Исходя из полученных данных, можно предположить, что более высокая степень усвоения вводимого иона металла может быть достигнута не столько за счет особенностей строения аминоатов кальция, а сколько из-за дополнительного введения в состав молекулы жизненно необходимых организму аминокислот, участвующих в формировании структурных компонентов костной ткани.
Список литературы
1 Гайдышев И.П. Решение научных и инженерных задач
средствами Excel, VBA и С/С++. СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 512 с.
2 Гланц С. Медико-биологическая статистика / пер. с англ.
М.: Практика, 1999. 460 с.
3 Голубовская Э.В. Синтез и физико-химические характери-
стики комплексных соединений палладия (II) с аминоук-сусной кислотой: автореф. ... канд. хим. наук. Красноярск, 2009. 21 с.
4 Григорьева А.С. Оптимизация фармакотерапевтической
активности биометаллов при комплексообразовании с НПВС // Микроэлементы в медицине. 2001. № 2 (1). С. 1Z-22.
5 Ермакова И.П., Пронченко И.А. Современные биохимичес-
кие маркеры в диагностике остеопороза // Остеопороз и остеопатии. 1998. № 1. С.44-47.
6 Каплан A.B. Повреждения костей и суставов. М.: Медици-
на, 19Z9. 586 с. Z Кебец Н.М. Синтез смешаннолигандных комплексов
металлов с витаминами и аминокислотами и изучение их биологических свойств на животных: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. М., 2006. 35 с.
8 Крисс E.E., Волченскова А.С., Григорьева А.С. Координаци-
онные соединения металлов в медицине. Киев, 1986. 216 с.
9 Лунева С.Н. Биохимические изменения в тканях суставов
при дегенеративно-дистрофических заболеваниях и способы их направленной биологической коррекции: дис. ... д-ра биол. наук. Курган, 2003. 293 с.
10 Меньшиков В.В., Делекторская Л.Н., Золотницкая Р.П. и
др. Лабораторные методы исследования в клинике: справочник. М.: Медицина, 198Z. С. 322-323.
11 Метельский С.Т. Транспортные процессы и мембранное
пищеварение в слизистой оболочке тонкой кишки. Электрофизиологическая модель. М.: Анахарсис, 200Z. 2Z1 с.
12 Ирьянов Ю.М., Дюрягина О.В., Ирьянова Т.Ю., Накоскин А.Н.
Методика моделирования стандартного перелома кости и операции чрезкостного остеосинтеза у крыс // Морфологические ведомости. 2010. № 1. С. 132-134.
13 Огородникова Н.П. Химическое взаимодействие метал-
лов - меди, железа и марганца с a и ß -аминокислотами в водных и органических средах: автореф. дис. ... канд. хим. наук. Ростов-н/Д., 2010. 24 с.
14 Пат. 2029536 Российская Федерация, МПК51 А61К31/198.
Способ получения хелатного аминоацильного комплекса кальция / Накоскин А.Н., Лунева С.Н., Стогов М.В. №0142137/15; заявл. 13.10.10; опубл. 2Z.03.12, Бюл. № 9. 1 с.
15 Петросян А.Б. Ясность и неразбериха - смысловая
форма хелатов // Птица и птицепродукты. 2010. № 4. С. 52-54.
16 Яцимирский К.Б. Константы устойчивости комплексов
металлов с биолигандами. Справочник. Киев: Наукова думка, 19Z9. 228 c. 1Z Heaney R.P., Recker R.R., Weaver C.M. Absorbability of calcium sources: the limited role of solubility // Calcif. Tissue Int. 1990. № 46. Р. 300-304.
СЕРИЯ «ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ», ВЫПУСК б
101
