CC BY
89
© С. Б. Павлов
УДК 616. 71-007. 234-008. 9-092. 9: 577. 175. 4 С. Б. Павлов
УЧАСТИЕ ПАРАТИРЕОИДНОГО ГОРМОНА И КАЛЬЦИТОНИНА В РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЕГО НАРУШЕНИЙ Харьковская медицинская академия последипломного образования
(г. Харьков)
Публикация является фрагментом научно-исследовательской работы Харьковской медицинской академии последипломного образования «Роль межклеточных медиаторов в патогенезе развития остеопороза», № гос. регистрации 011111003589.
Вступление. Результатом нарушения обмена ткани кости является остеопороз. Это многофакторное заболевание, имеющее различные пусковые механизмы, различные особенности запуска патологического процесса в соединительной ткани, приводящего к снижению минеральной плотности кости. В отличие от факторов, приводящих к манифестации заболевания, инициальные механизмы процесса изучены слабо [4, 7, 12, 13]. Это связано с тем, что патологический процесс развивается скрыто, и, как правило, пациенты узнают о заболевании только после низкоэнергетических переломов. Поэтому представляется актуальным изучение начальных стадий патогенеза на моделях, отражающих реакцию на различные провоцирующие факторы, которые отличаются по механизму действия и интенсивности. Например, представляются эффективными модели, в которых для запуска патологического процесса используется физиологический стресс (иммобилизация) и воспаление, химический (гормональный) стресс.
В качестве биохимического критерия патологического процесса целесообразно в данном случае использовать уровни гормонов, отражающих регуляцию обменных процессов в кости, значимость которых хорошо известна, таких, как паратиреоидный гормон (ПТГ) и кальцитонин.
ПТГ регулирует содержание кальция и фосфора в организме, сопрягая процессы перераспределения этих ионов между кровью, костной тканью, почками и кишечником. Действие ПТГ в организме заключается в повышении концентрации кальция в плазме крови и снижении содержания кальция в костях [10, 11, 14]. ПТГ оказывает ингибирующее воздействие на формирование костной ткани. Он оказывает влияние на остеобласты таким образом, что они вызывают активизацию остеокластов. Остеокласты же усиливают осуществление резорбции кости [10, 11]. При избыточном синтезе ПТГ развиваются остеопороз и гиперкальциемия.
Свое влияние ПТГ осуществляет в две фазы. В быструю фазу происходит выход кальция и фосфатов из костной ткани, а в медленную - активация
имеющихся и пролиферация новых остеокластов и резорбция костной ткани [6, 8, 14].
Функциональным антагонистом ПТГ является кальцитонин. Кальцитонин снижает уровень кальция в крови и увеличивает его в костной ткани. Им угнетается резорбция кости путем ингибирования активности и количества остеокластов, на которых найдены рецепторы к кальцитонину. Кроме того, кальцитонин стимулирует образование и активность остеобластов [5, 6, 9, 15].
Цель исследования. Определение характера участия ПТГ и кальцитонина в механизмах развития нарушений обмена костной ткани на экспериментальных моделях, различных по механизмам запуска нарушений метаболизма костной ткани.
Объект и методы исследования. Исследование проведено на 105 белых нелинейных крысах самках с массой тела 240 + 30 г Животные были разделены на 5 групп: 1) контрольная (К) -интактные животные (20 крыс), 2) с моделью глю-кокортикоидного остеопороза (ГКО) (25 крыс), 3) с моделью почечной недостаточности (ПН) (20 крыс),
4) с сочетанием почечной недостаточности и глю-кокортикоидного остеопороза (ПН+ГКО) (20 крыс),
5) с иммобилизационным стрессом и воспалением (ИС+В) (20 крыс). Манипуляции проводили в соответствии с принципами Европейской конвенции о защите позвоночных животных (Страсбург, 1986) и «Общими принципами экспериментов на животных», одобренными I Национальным конгрессом по биоэтике (Киев, 2001) [2].
Экспериментальный глюкокортикоидный остеопороз воссоздавали путем введения 0,375 мл дек-саметазона фосфата внутримышечно дважды в неделю в течение месяца по видоизмененной нами методике создания модели глюкокортикоидного остеопороза [3]. Экспериментальное нарушение ремоделирования костной ткани вследствие почечной недостаточности осуществляли путем однократного внутримышечного введения 50 % раствора глицерина по 2,5 мл каждому животному [1]. Группа с сочетанным воздействием почечной недостаточности и глюкокортикоидного остеопороза подвергалась вначале инъекции 50 % раствора глицерина и спустя 1 месяц после этого - введению дексаметазо-на фосфата в течение месяца. Иммобилизационный стресс воссоздавали высаживанием животных в
Таблица
Уровень гормонов у крыс с разными моделями нарушений костной ткани
Группы ПЇГ Кальцитонин
К 7. 845 ± 1. Q25 8. 8Q7 ± Q. 84б
ГКО 4. 484 ± Q. б78 Ю. 782 ± 1. 443
ПН 11. 278 ± 3. 119 9. 182 ± Q. 5Q6
ПН+ГКО 14. 15Э ± 7. 5Q8* 8.383 ±1.Q25*
ИС+В 5. 424 ± 1. 819** 13. 93Q ± 1. 955**
Примечание: * - в сравнении с ГКО; ** - в сравнении с ПН+ГКО.
тесные пеналы на 4 ч ежедневно в течение месяца по методике И. А. Коломейцевой (1988) с изменениями. Модель хронического воспаления производили 10 инъекциями по 0,5 мл желчи крупного рогатого скота и свиней внутрибрюшинно в проекции печени ежедневно. Воспаление начинали вызывать через месяц от начала создания иммобилизацион-ного стресса.
Определение уровней ПТГ и кальцитонина в крови осуществляли после окончания моделирования нарушений костной ткани иммуноферментным методом с помощью наборов фирмы РЯС (США).
Статистическую обработку результатов исследований проводили с помощью пакета программ Statistica 6. 0.
Результаты исследований и их обсуждение. При исследовании уровней гормонов в крови крыс экспериментальных групп оказалось, что содержание ПТГ при глюкокортикоидном остеопорозе составило 4,484 пг/мл, при почечной недостаточности - 11,278 пг/мл, при сочетании почечной недостаточности и глюкокортикоидного остеопороза -14,150 пг/мл, при иммобилизационном стрессе и воспалении - 5,424 пг/мл (табл.).
Уровни ПТГ у крыс экспериментальных групп не отличались от уровня данного гормона у крыс
контрольной группы - 7,845 пг/мл. При сравнении уровней ПТГ в экспериментальных группах между собой достоверные различия выявлены между группами с глюкокортикоидным остеопорозом и сочетанием почечной недостаточности и глюкокортикоидного остеопороза. В последней группе он был выше (р<0. 05) (табл.).
На рис. 1 представлен разброс значений уровня ПТГ у животных каждой группы.
Содержание кальцитонина в крови у крыс с экспериментальным глюкокортикоидным остеопорозом составило 10,782 пг/мл, у крыс с почечной недостаточностью - 9,182 пг/мл, у крыс с сочетанием почечной недостаточности и глюкокортикоидного остеопороза - 8,383 пг/мл, у крыс с иммобилизационным стрессом и воспалением -13,930 пг/мл. В данном случае отличий в содержании гормона у крыс экспериментальных групп и контроле (8,807 пг/мл) не обнаружилось. Сравнение групп между собой по данному параметру показало, что у крыс с иммобилизационным стрессом уровень кальцитонина выше, чем у животных с сочетанием почечной недостаточности и глюкокортикоидного остеопороза (р<0. 05) (табл.).
На рис. 2 представлен разброс значений уровня кальцитонина у животных каждой группы.
По уровню ПТГ группы оказалось возможным ранжировать в возрастающий ряд. Значения концентрации гормона в группе с глюкокортикоидным остеопорозом были самыми низкими. Более высокими были значения уровня гормона у крыс контрольной группы, еще выше - в группе с сочетанием иммобилизационного стресса и воспаления, а в группах с почечной недостаточностью и сочетанием почечной недостаточности с глюкокортикоидным остеопрозом соответственно были еще более высокие значения.
По возрастанию уровня кальцитонина порядок значений был обратным.
Categ. Box & Whisker Plot: ПТГ
Рис. 1. Содержание ПТГ (пг/мл) в крови крыс с разными моделями нарушений метаболизма костной ткани.
Categ. Box & Whisker Plot: К-тонин
Рис. 2. Содержание кальцитонина (пг/мл) в крови крыс с разными моделями нарушений метаболизма костной ткани.
Глюкокортикоиды оказывают катаболический эффект на белковый обмен, вызывая распад белков. В костной ткани замедляются процессы синтеза коллагена и происходят процессы его деградации, что имеет своим следствием остеопороз. Это и было использовано для создания глюкокортикоид-ной модели остеопороза.
В модели с почечной недостаточностью использовали феномен развития нарушений обмена в костной ткани после нарушений водно-солевого обмена. Эти обмены взаимосвязаны посредством участия в них ряда катионов и анионов, например кальция, калия, хлора и т. д. Также общими для этих двух видов обмена являются механизмы регуляции с помощью паратиреоидного гормона и кальцито-нина, а также витамина Д.
Модель нарушений в костной ткани, возникающих вследствие сочетания обеих вышеуказанных явлений - почечной недостаточности и глюкокор-тикоидного остеопороза, предполагала усиленное и более глубокое патологическое воздействие на костную ткань и, соответственно, нарушения механизмов гомеостаза одновременно с двух позиций, что вело к более быстрому срыву механизмов адаптации.
Модель сочетания иммобилизационного стресса с воспалением предполагала более легкую степень нагрузки на адаптационные механизмы организма, но, по сути, являлась воспроизведением ситуации с воздействием эндогенных глюкокорти-коидов на костную ткань.
Самый высокий уровень ПТГ в группе крыс с сочетанием почечной недостаточности и глюкокор-тикоидного остеопороза, возможно, свидетель-ствовует об усиленном разрушении костной ткани, резорбции и активизации остеокластов.
Самый низкий уровень ПТГ в группе с глюкокортикоидным остеопорозом может говорить об истощении адаптационных механизмов и резервов адаптации. Самый высокий уровень кальцито-нина в данной группе, вероятно, свидетельствует об особом характере нарушений при воздействии
глюкокортикоидов экзогенного происхождения. Самый низкий уровень кальцитонина в группе с сочетанием почечной недостаточности и глюкокортикоидов может быть признаком того, что процесс инициируется иными механизмами, отличными от таковых в группах с более высоким уровнем гормона.
Соответственно, можно говорить о выявленной корреляционнной связи роста уровня ПТГ в ряду использованных моделей с функционированием патогенетических механизмов нарушений обмена костной ткани. Аналогичная, но обратная по знаку, корреляционная связь была выявлена и с уровнем кальцитонина в экспериментальных группах. Модели располагались почти в том же порядке, соответственно, выявляя обратную связь с ростом значений кальцитонина.
Таким образом, получившаяся последовательность моделей отражает значение гормонального фактора в патогенетических механизмах развития нарушений метаболизма костной ткани. При этом для моделей сочетания иммобилизационного стресса с воспалением, почечной недостаточности и сочетания почечной недостаточности с воздействием глюкокортикоидов гормональный фактор был более значимым в механизмах развития нарушений в костной ткани на данном этапе. Для модели с глюкокортикоидным остеопорозом на передний план уже выступили другие факторы.
Выводы. Установлено, что значимость гормонального фактора в процессах развития нарушений костной ткани зависит от механизмов действия повреждающего фактора. Наибольшее влияние он оказывает в моделях с глюкокортикоидной составляющей. Модели с менее выраженными отклонениями значений уровня гормонов от контрольного имеют более выраженный воспалительный компонент.
Перспективы дальнейших исследований. В
дальнейшем планируется исследование взаимодействия гормонов и цитокинов в патогенетических механизмах развития остеопороза.
Литература
Метиларгинины у крыс в глицериновой модели острой почечной недостаточности / М. А. Гилинский, Р. И. Айзман, Г. А. Корощенко [и др.] // Бюллетень СО РАМН. - 2Q1Q. - T. 3Q, № 4. - C. 82-8б.
Общие этические принципы экспериментов на животных: материалы I Национального конгресса по биоэтике. - К. : НАНУ, 2QQ1. - 16с.
Прогнозирование тяжести течения глюкокортикоидного остеопороза (экспериментальное исследование) / А. В. Бу-фистова, С. Е. Золотухин, В. П. Коробов [и др.] // Загальна патологічна фізіологія. - 2QQ6. - № 1(2). - С. 6Q-64. Руководство по остеопорозу: [под ред. д. м. н., проф. Л. И. Беневоленской]. - М. : БИНОМ, 2QQ3. - 524с.
Belova S. V. Biological role and functional characteristics of calcitonin in human and animal organisms / S. V. Belova // Usp. Fiziol Nauk. - 2Q11. - Vol. 42(2). - P. 83-89.
Christiansen P. The skeleton in primary hyperparathyroidism: a review focusing on bone remodeling, structure, mass, and fracture / P. Christiansen // APMIS Supplementum. - 2QQ1. - Vol. (Ю2). - P. 1-52.
Lewiecki E. M. New targets for intervention in the treatment of postmenopausal osteoporosis / E. M. Lewiecki // Nat. Rev. Rheumatol. - 2Q11. - Vol. 2Q, № 7(11). - Р. 631-638.
Lips P. Vitamin D deficiency and secondary hyperparathyroidism in the elderly: consequences for bone loss and fractures and therapeutic implications / P. Lips // Endocr. Rev. - 2QQ1. - Vol. 22. - P. 477-5Q1.
Manmoun L. Bone remodeling and calcium homeostasis in patients with spinal cord injury / L. Manmoun, C. Fattal, C. Sultan // Metabolism. - 2Q11. - Vol. 6Q(12). - P. 1655-1663.
10. Marx S. J. Hyperparathyroid and hypoparathyroid disorders / S. J. Marx // N. Engl. J. Med. - 2000. - Vol. 343. - P. 1863-1875.
11. Parfitt A. M. The actions of parathyroid hormone on bone: relation to bone remodeling and turnover, calcium homeostasis, and metabolic bone disease. Part III of IV parts; PTH and osteoblasts, the relationship between bone turnover and bone loss, and the state of the bones in primary hyperparathyroidism / A. M. Parfitt // Metabolism. - 1976. - Vol. 25(9). - P. 1033-1069.
12. Rachner T. D. New Horizons in Osteoporosis / T. D. Rachner, S. Khosla, L. C. Hofbauer // Lancet. - 2011. - Vol. 9, № 377(9773). -P. 1276-1287.
13. Role of RANK ligand and denosumab, a targeted RANK ligand inhibitor, in bone health and osteoporosis: a review of preclini-cal and clinical data / D. W. Dempster, C. L. Lambing, P J. Kostenuik [et al] // Clin. Ther. - 2012. - Vol. 34(3). - P. 521-536.
14. Sylver J. Mechanisms of secondary hyperparathyroidism / J. Sylver, R. Kilav, T. Naveh-Many // Am. J. Physiol. Renal. Physiol. - 2002. - Vol. 283 (3). - P. F367-376.
15. Williams Textbook of Endocrinology, 10thed. / [Larsen P. R., Kronenberg H. M. Melmed S., Polonsky K. S.]. - Philadelphia: WB Saunders Co, 2003. - 1820 p.
УДК 616. 71-QQ7. 234-QQ8. 9-Q92. 9: 577. 175. 4
УЧАСТИЕ ПАРАТИРЕОИДНОГО ГОРМОНА И КАЛЬЦИТОНИНА В РЕГУЛЯЦИИ МЕТАБОЛИЗМА КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЕГО НАРУШЕНИЙ
Павлов С. Б.
Резюме. В статье проанализирован характер участия паратиреоидного гормона и кальцитонина в патогенетических механизмах развития нарушений костной ткани. Установлены более резкие изменения уровня паратиреоидного гормона и кальцитонина на моделях, при создании которых использовано действие глюкокортикоидов.
Ключевые слова: остеопороз, метаболизм костной ткани, паратиреоидный гормон, кальцитонин.
УДК 616. 71-QQ7. 234-QQ8. 9-Q92. 9: 577. 175. 4
УЧАСТЬ ПАРАТИРЕОЇДНОГО ГОРМОНУ ТА КАЛЬЦИТОНІНУ У РЕГУЛЯЦІЇ МЕТАБОЛІЗМУ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ ПРИ МОДЕЛЮВАННІ ЙОГО ПОРУШЕНЬ
Павлов С. Б.
Резюме. У статті проаналізовано характер участі паратиреоїдного гормону та кальцитоніну у патогенетичних механізмах розвитку порушень кісткової тканини. Встановлено більш різкі зміни рівню паратиреоїдного гормону та кальцитоніну на моделях, при створенні яких використано дію глюкокортикоїдів.
Ключові слова: остеопороз, метаболізм кісткової тканини, паратиреоїдний гормон, кальцитонін.
UDC 616. 71-QQ7. 234-QQ8. 9-Q92. 9: 577. 175. 4
The Role of Parathyroid Hormone and Calcitonin in the Regulation of Bone Tissue Metabolism in the Modeling of its Impairment
Pavlov S. B.
Summary. Introduction. Relevant is the study of the initial stages of the pathogenesis of osteoporosis in models with damaging factors, different mechanisms of action, such as physiological stress (immobilization) and inflammation, chemical (hormonal) stress. Biochemical criteria for disease process are the levels of parathyroid hormone (PTH) and calcitonin - hormones, reflecting the regulation of metabolic processes in the bone. PTH exerts an inhibitory effect on bone formation. It has an effect on osteoblasts in a way that they cause the activation of osteoclasts. Osteoclasts also enhances the enjoyment of bone resorption. Calcitonin is a functional antagonist of PTH. It inhibits bone resorption by inhibiting the activity and the number of osteoclasts. In addition, calcitonin stimulates the formation and activity of osteoblasts.
The purpose of the study. Determining the nature of involvement of PTH and calcitonin in the mechanisms of disorders of bone turnover in experimental models, different mechanisms run disorders of bone metabolism.
Subjects and methods. The study was conducted on 1Q5 white females nonlinear rats weighing 24Q ± 3Q g. The animals were divided into 5 groups: 1) control (C) - Intact (2Q rats), 2) with a model of glucocorticoid osteoporosis (GCO) (25 rats), 3) the model of renal failure (RF) (2Q rats), 4) with a combination of kidney failure and glucocorticoid osteoporosis (RF+GCO) (2Q rats), 5) immobilization stress and inflammation (IS + I) (2Q rats).
GCO model created by the introduction of Q. 375 ml dexamethasone phosphate intramuscularly twice a week for a month. Model violations bone remodeling due to renal failure was performed by a single intramuscular injection of 5Q % glycerol solution of 2. 5 ml. Group with a combination of kidney failure and glucocorticoid osteoporosis been first injection of 5Q % solution of glycerol and 1 month - dexamethasone phosphate in a month. Immobilization stress in the animals receiving planting canisters close to 4 hours every day for a month. Model of chronic inflammation produces 1Q injections of Q. 5 ml of bile of cattle and pigs intraperitoneally daily projection of the liver. Cause inflammation begins a month from the beginning of the creation of immobilization stress.
The level of PTH and calcitonin levels were measured after the simulation of bone disorders by ELISA using DRG kit (USA).
Results and discussion. PTH levels in rats of the experimental groups did not differ from the level of the hormone in rats of the control group. When comparing the levels of PTH differences were found between groups with GCO and RF+GCO. In the latter group was higher (p <Q. Q5). Differences in the content of calcitonin in rats of experimental and control groups was not found. Comparing groups together showed that in rats with IS + I in calcitonin levels higher than that of animals with RF+GCO (p <Q. Q5).
By the level of PTH was possible to rank in ascending series: GCO<IS + I<C<RF<RF+GCO. Ascending order of the values of calcitonin was reversed.
The resulting sequence of models reflects the importance of hormonal factors in the pathogenetic mechanisms of disorders of bone metabolism. In addition, for models with IS + I, RF, RF+GCO hormones factor was more important in the mechanisms of disturbances in bone. For the model with the glucocorticoid osteoporosis to the front have already made other factors.
Conclusions. Found that the importance of hormonal factors in the development of disturbances of bone depends on the mechanisms of action of the damaging factor. It has the greatest impact in the models with the glucocorticoid component. Models with less severe disabilities values of hormone levels of control have a more pronounced inflammatory component.
Key words: osteoporosis, bone tissue metabolism, parathyroid hormone, calcitonin.
Рецензент - проф. Рибаков С. Й.
Стаття надійшла 27. 03. 2013 р.
