ВЛИЯНИЕ ГРАВИТАЦИОННОЙ РАЗГРУЗКИ И ПИЩЕВОЙ БЕЛКОВОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ НА НАКОПЛЕНИЕ КОЛЛАГЕНА И МИНЕРАЛОВ В КОСТНОМ МАТРИКСЕ ПОСЛЕ ПЕРЕЛОМА ГОЛЕНИ
PDF

Ключевые слова

коллаген
костный минерал
перелом
гравитационная разгрузка
белковая недостаточность

Как цитировать

Стогов, М. В., & Киреева, Е. А. (2020). ВЛИЯНИЕ ГРАВИТАЦИОННОЙ РАЗГРУЗКИ И ПИЩЕВОЙ БЕЛКОВОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ НА НАКОПЛЕНИЕ КОЛЛАГЕНА И МИНЕРАЛОВ В КОСТНОМ МАТРИКСЕ ПОСЛЕ ПЕРЕЛОМА ГОЛЕНИ. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова, 106(7), 843–852. https://doi.org/10.31857/S0869813920070080

Аннотация

Цель исследования – оценить влияние гравитационной разгрузки поврежденной конечности и пищевой белковой недостаточности на накопление коллагена и минералов костном матриксе после перелома голени у мышей. Исследование выполнено на 132 самцах мышей линии СВА, разделенных на две серии экспериментов. В первой серии (n = 66) в течение эксперимента мыши находились на сбалансированном по белку и углеводам рационе. Во второй серии (n = 66) мыши с месячного возраста находились на углеводном, обедненном белком изокалорийном рационе, в котором источником белка служил пшеничный глиадин. Внутри каждой серии животные были рандомизированы на 4 группы: интактные животные; животные, которым моделировали перелом костей голени; животные с гравитационной разгрузкой (ГР) задних конечностей; животные, которым после моделирования перелома выполняли ГР. В костях определяли уровень кальция, фосфата и коллагена, в сыворотке крови - активность щелочной фосфатазы. Обнаружено, что у мышей всех групп серии 2 в костях достоверно снижался уровень минералов и особенно коллагена. Наибольшее снижение уровня коллагена отмечено у животных, которым моделировали перелом костей голени на фоне ГР и неполноценного белкового питания. Репарация кости после перелома на фоне ГР при сбалансированном рационе питания не сопровождалась статистически достоверными изменениями уровня минералов и коллагена в костях изученного сегмента. Заключается, что у мышей заживление перелома костей голени на фоне ГР неполноценное белковое питание является системным фактором, способствующим существенному снижению интенсивности накопления органической компоненты костного матрикса.

https://doi.org/10.31857/S0869813920070080
PDF

Литература

Christiansen B.A., Emami A.J., Fyhrie D.P., Satkunananthan P.B., Hardisty M.R. Trabecular bone loss at a distant skeletal site following noninvasive knee injury in mice. J. Biomech. Eng. 137(1):0110051-0110056. 2015. doi: 10.1115/1.4028824

Fischer V., Haffner-Luntzer M., Amling M., Ignatius A. Calcium and vitamin D in bone fracture healing and post-traumatic bone turnover. Eur. Cell. Mater. 35:365-385. 2018. doi: 10.22203/eCM.v035a25

Osipov B., Emami A.J., Christiansen B.A. Systemic bone loss after fracture. Clin. Rev. Bone Miner. Metab. 16(4):116-130. 2018. doi: 10.1007/s12018-018-9253-0

Грубер Н.М., Валеев Е.К., Шульман А.А., Яфарова Г.Г. Патогенетические механизмы репаративного остеогенеза при сочетанной травме. Практическая медицина. (4-1):79-81. 2016. [Gruber N.M., Valeev E.K., Shulman A.A., Yafarova G.G. Pathogenetic mechanisms of reparative osteogenesis after combined trauma. Pract. med. (4-1):79-81. 2016. (In Russ)].

Резник Л.Б., Рожков К.Ю., Дзюба Г.Г., Заводиленко К.В. Особенности формирования костной мозоли на фоне контактного низкочастотного ультразвукового воздействия в клинике и эксперименте. Политравма. (2):87-92. 2018. [Reznik L.B., Rozhkov K.Yu., Dzyuba G.G., Zavodilenko K.V. Features of formation of bone callus at the background of contact low-frequency ultrasound in the clinic and in the experiment. Polytrauma. (2):87-92. 2018. (In Russ)].

Stogov M.V., Luniova S.N., Tkachuk E.A. Accumulation of calcium, phosphate, and collagen in bones and accumulation of creatine in muscles of mice with acute hepatic intoxication during shin fracture healing. Bull. Exp. Biol. Med. 149(5):575-577. 2010.

Косимов А.А., Ходжанов И.Ю., Горбач Е.Н., Силантьева Т.А., Дюрягина О.В., Борзунов Д.Ю. Морфологические особенности регенерации костной ткани при экспериментальном моделировании рефрактуры длинных трубчатых костей в периоде их роста. Гений ортопедии. 25(4):555-560. 2019. [Kosimov A.A., Khodzhanov I.Iu., Gorbach E.N., Silanteva T.A., Diuriagina O.V., Borzunov D.Yu. Morphological features of bone regeneration in simulated refracture of growing long bones. Genij Ortopedii. 25(4):555-560. 2019. (In Russ)].

Кутиков С.А., Борзунов Д.Ю., Осипова Е.В. Особенности минерализации костной ткани в зоне дефекта у пациентов c врожденным ложным суставом костей голени. Забайкальск. мед. вестник. (3):111-116. 2014. [Kutikov S.A., Borzunov D.Yu., Osipova E.V. Features bone mineral density in the deffect zone of patients with congenital pseudoarthrosis of the tibia. Transbaikalian Med. Bull. (3):111-116. 2014. (In Russ)].

van Geel T.A., Huntjens K.M., van den Bergh J.P., Dinant G.J., Geusens P.P. Timing of subsequent fractures after an initial fracture. Curr. Osteopor. Rep. 8(3):118-122. 2010. doi: 10.1007/s11914-010-0023-2

Киреева Е.А., Стогов М.В. Динамика изменения энергетических субстратов в мышцах и печени мышей после скелетной травмы на фоне гравитационной разгрузки конечности. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 102(9): 1074-1081. 2016. [Kireeva E.A, Stogov M.V. The dynamics of energy substrate changes in mice muscles and liver after skeletal injury through limb gravitation unloading. Russ. J. Physiol. 102(9):1074-1081. 2016. (In Russ)].

Goodman C.A., Hornberger T.A., Robling A.G. Bone and skeletal muscle: Key players in mechanotransduction and potential overlapping mechanisms. Bone. 80:24-36. 2015. doi: 10.1016/j.bone.2015.04.014

Hendy A.M., Spittle M., Kidgell D.J. Cross education and immobilisation: mechanisms and implications for injury rehabilitation. J. Sci. Med. Sport. 15(2):94-101. 2012. doi: 10.1016/j.jsams.2011.07.007

Кокорева И., Кореньков А., Соловьев И. Влияние препарата остеомед форте на сроки консолидации переломов костей у детей и подростков. Врач. 31(1):82-85. 2020. [Kokoreva I., Korenkov A., Solovyev I. Effect of osteomed forte on the terms of bone fracture consolidation in children and adolescents. The Doctor. 31(1):82-85. 2020. (In Russ)].

Корж Н.А., Дедух Н.В. Использование оссеин-гидроксиапатитного комплекса в лечении остеопороза и переломов (обзор литературы). Ортопедия, травматол. и протезиров. (2):120-129. 2016. [Korzh M.O., Dedukh N.V. Application of ossein-hydroxyapatite complex for osteoporosis and fracture treatment (literature review). Orthopaedics, traumatol. and prosthetics. (2):120-129. 2016. (In Russ)].

Fischer V., Haffner-Luntzer M., Prystaz K., Vom Scheidt A., Busse B., Schinke T., Amling M., Ignatius A. Calcium and vitamin-D deficiency marginally impairs fracture healing but aggravates posttraumatic bone loss in osteoporotic mice. Sci. Rep. 7(1):7223. 2017. doi: 10.1038/s41598-017-07511-2

Karpouzos A., Diamantis E., Farmaki P., Savvanis S., Troupis T. Nutritional aspects of bone health and fracture healing. J. Osteoporos. 2017:4218472. 2017. doi: 10.1155/2017/4218472

Киреева Е.А., Стогов М.В., Карасев А.Г. Лабораторные биохимические маркеры тяжести травмы в остром периоде после множественных переломов костей конечностей. Клин. лабор. диагн. 61(6):348-351. 2016. [Kireyeva E.A., Stogov M.V., Karasev A.G. The laboratory biochemical markers of severity of trauma in acute period after multiple fractures of bones of extremities. Klin. Lab. Diagn. 61(6):348-351. 2016. (In Russ)].

Аметов А.С., Смоленский А.В., Капустина Н.В., Доскина Е.В. Особенности нутрицевтивной коррекции у пациентов с переломами костей. Вопр. питания. 87(S5):69-70. 2018. [Ametov A.S., Smolenskii A.V., Kapustina N.V., Doskina E.V. Features of nutraceutical correction in patients with bone fractures. Probl. Nutrit. 87(S5):69-70. 2018. (In Russ)].

Немировская Т.Л., Шенкман Б.С., Мухина А.М., Володкович Я.Ю., Саяпина М.М., Братцева Е.В., Ларина О.М. Влияние деафферентации на размеры и миозиновый фенотип мышечных волокон при растяжении m.soleus крысы на фоне гравитационной разгрузки. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 89(3):259-270. 2003. [Nemirovskaia T.L., Shenkman B.S., Mukhina A.M., Volodkovich I.I., Saiapina M.M., Brattseva E.V., Larina O.M. Effect of deafferentation on the size and myosin phenotype of muscle fibers during stretching of rat m. soleus and gravitational unloading. Russ. J. Physiol. 89(3):259-270. 2003. (In Russ)].

Bahney C.S., Zondervan R.L., Allison P., Theologis A., Ashley J.W., Ahn J., Miclau T., Marcucio R.S., Hankenson K.D. Cellular biology of fracture healing. J. Orthop. Res. 37(1):35-50. 2019. doi: 10.1002/jor.24170

Liu J., Wang J., Guo Y. Effect of collagen peptide, alone and in combination with calcium citrate, on bone loss in tail-suspended rats. Molecules. 25(4):782. 2020. doi: 10.3390/molecules25040782

Veronese N., Reginster J.Y. The effects of calorie restriction, intermittent fasting and vegetarian diets on bone health. Aging Clin. Exp. Res. 31(6):753-758. 2019. doi: 10.1007/s40520-019-01174-x

Darling A.L., Manders R.J.F., Sahni S., Zhu K., Hewitt C.E., Prince R.L., Millward D.J., Lanham-New S.A. Dietary protein and bone health across the life-course: an updated systematic review and meta-analysis over 40 years. Osteoporos. Int. 30(4):741-761. 2019. doi: 10.1007/s00198-019-04933-8

Halling L.C., Englund U.H., Narisawa S., Millán J.L., Magnusson P. Isozyme profile and tissue-origin of alkaline phosphatases in mouse serum. Bone. 53(2):399-408. 2013. doi: 10.1016/j.bone.2012.12.048

Murshed M. Mechanism of bone mineralization. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 8(12): a031229. 2018. doi: 10.1101/cshperspect.a031229

Rosa N., Simoes R., Magalhães F.D., Marques A.T. From mechanical stimulus to bone formation: A review. Med. Eng. Phys. 37(8):719-728. 2015. doi: 10.1016/j.medengphy.2015.05.015

Crockett J.C., Rogers M.J., Coxon F.P., Hocking L.J., Helfrich M.H. Bone remodelling at a glance. J. Cell. Sci. 124(Pt 7):991-998. 2011. doi: 10.1242/jcs.063032

Очеретина Р.Ю., Мкртчан О.З., Стогов М.В. Морфометрические параметры сосудов дольки печени у мышей в восстановительном периоде после травмы голени. Морфология. 141(2):32-34. 2012. [Ocheretina R.Iu., Mkrtchan O.Z., Stogov M.V. Morphometric parameters of hepatic lobule vessels in mice during the restorative period after leg injury. Morphology. 141(2):32-34. 2012. (In Russ)].

Majidinia M., Sadeghpour A., Yousefi B. The roles of signaling pathways in bone repair and regeneration. J. Cell. Physiol. 233(4):2937-2948. 2018. doi: 10.1002/jcp.26042

Marsell R., Einhorn T.A. The biology of fracture healing. Injury. 42(6):551-555. 2011. doi: 10.1016/j.injury.2011.03.031

Dolan E., Sale C. Protein and bone health across the lifespan. Proc. Nutr. Soc. 78(1):45-55. 2019. doi: 10.1017/S0029665118001180

Roberts J.L., Drissi H. Advances and promises of nutritional influences on natural bone repair. J. Orthop. Res. 2019 Nov 15. doi: 10.1002/jor.24527