Гіпокінезія - фактор ризику остеопорозу.

ВСТУП
Механічна стимуляція кісткової тканини і фізичні навантаження на скелетні м'язи, в тому числі обумовлені земної гравітацією, є одним з основних факторів, що визначають напрямок, характер і швидкість функціональної адаптації кістково-м'язової системи ссавців в процесі філо-і онтогенезу.
Стало безперечним уявлення про те, що гіпокінезія або дефіцит рухів, рухової активності супроводжується розвитком в організмі людини явищ, несприятливих для його здоров'я (детренованість серцево-судинної системи, надлишок ваги і атеросклероз, атрофія скелетної мускулатури і остеопенії і т. п.). Однак до порівняно недавнього часу не проводилося систематичного і цілеспрямованого вивчення цих явищ і їх потенційної небезпеки для організму здорової людини. І, як це не дивно, такі дослідження були стимулювати не клінічною практикою, а отримали розвиток в рамках космічної медицини і гравітаційної фізіологіі.Ето стає зрозумілим, якщо врахувати, що той стан, який ми називаємо гіпокінезією, і яке в своєму крайньому прояві асоціюється з тривалим постільним режимом (клиностатическом гіпокінезія), супроводжується кількома фізичними ефектами: зміною вектора земної сили ваги щодо вертикальної осі тіла і відповідно зниженням вагового навантаження на опорно-руховий апарат і внутрішні органи, зменшенням рухів, в основному у великих суглобах, і, нарешті, зниженням динамічної силового навантаження на елементи скелета, звичайної для нормально функціонуючих скелетних м'язів в умовах земної сили тяжіння (локомоції, підтримання вертикальної пози). Все це створює в сукупності дефіцит механічного навантаження, що добре імітує ситуацію, що виникає в космічному польоті. Використовується з цією метою останнім часом постільний режим з відхиленням головного кінця ліжка на 5 - 7о нижче горизонту, так звана антіортостатіческая гіпокінезія, доповнює модель фізіологічних ефектів мікрогравітації істотним для космічного польоту явищем - перерозподілом рідких середовищ організму в краніальному напрямку.
Дослідження здорового людини і стан його окремих фізіологічних систем в умовах клиностатическом гіпокінезії, розпочаті в 60 - 70-х роках, і антіортостатіческой гіпокінезії - в останні десятиліття, виявилися дуже актуальними сьогодні, коли проблема гіпокінезії придбала багатовимірність і може розглядатися в кількох різних аспектах. Пропонується розрізняти кілька видів або варіантів станів гіпокінезії.
По-перше, можна вважати, що гіпокінезія (гіподинамія) сьогодні представляється екологічним або екосоціальної чинником - неминучим супутником науково-технічного прогресу, який супроводжується значним зниженням (по А. Б. Бергу, майже на два порядки за останні 100 років) [3] частки фізичної праці в матеріальному виробництві.
По-друге, цілком ймовірно, в різних країнах і видах діяльності це відбувається нерівномірно, але для певних категорій занять гіпокінезія є професійною. По-третє, в індивідуальному плані гіпокінезія може бути стилем життя і далеко не завжди для людей зазначених вище категорій.
Четвертий вид гіпокінезії, назвемо її вимушеної, це давно і добре відомий прийом (постільний режим) у лікуванні чи полегшення лікувальних процедур при багатьох важких захворюваннях. Вплив постільного режиму в клініці на кісткову тканину було відзначено давно, і цей ефект був кваліфікований як "іммобілізаційний остеопороз" [8]. І, нарешті, предмет нашого обговорення - експериментальна гіпокінезія, тобто дослідження реакцій здорової людини в штучних умовах постільного режиму, які і були ініційовані завданнями космічної медицини і гравітаційної фізіології.
Для систематичного вивчення реакцій кісткової тканини в умовах експериментальної гіпокінезії досить сприятливими виявилися розвиток і впровадження в клінічну практику в останні 20 років радіаційно-фізичних методів неінвазивної діагностики і вимірювання кісткової маси за допомогою кількісної остеоденситометрія [13]. Ця обставина забезпечило дослідження в даній області коректної метрологічної базою, що, власне, і визначило їх статус як наукових досліджень.
У цій статті наводяться деякі літературні дані та огляд результатів досліджень лабораторії за останні 15 років, присвячених вивченню впливу гіпокінезії на стан кісткової тканини здорової людини. Результати досліджень в умовах гіпокінезії зіставляються з ефектами мікрогравітації в космічному польоті [2, 6] як ситуації максимального дефіциту механічного навантаження за визначенням. Однак, необхідно пам'ятати, що космонавти в процесі польоту регулярно виконують спеціальні фізичні вправи. Це є однією зі складових системи профілактичних заходів (СПМ), спрямованих на попередження адаптації організму людини до умов гравітації, але не завжди досягають цієї мети у повному обсязі [1,9].
ПЕРЕДІСТОРІЯ
Перші спроби кількісної оцінки ефектів гіпокінезії в кістковій тканині здорової людини відносяться до кінця 40-х років. І вже тоді вони були ініційовані підготовкою до очікуваних польотів людини в космос. До початку 80-х років у цих дослідженнях основним критерієм для оцінки ефектів гіпокінезії служили дані, що характеризують зміни кісткового метаболізму (баланс кальцію, вміст у крові та сечі мінералів, мінерало-тропних гормонів і медіаторів синтезу або розпаду колагену). Вибір критеріїв був вимушено обмежений, оскільки використання рентгенографічних методів для денситометрії страждає значною похибкою, а кількісні методи визначення кісткової маси увійшли в практику лише з початку 80-х років.
Обсяг статті не дозволяє докладно розглянути історію вивчення впливу гіпокінезії на кісткову тканину людини і тварин. Такі дані періоду 70 - 80-х років наведені в деяких експериментальних та оглядових роботах і монографіях [1, 3, 9].
Найбільш значущими результатами цих досліджень були наступні: 1) гіпокінезія супроводжується надмірним виведенням чи негативним балансом кальцію, величина якого порівнянна з такою у космонавтів [1]; 2) величина втрат кальцію має вельми значні міжіндивідуальні відмінності і 3) профілактичні заходи (фізичні вправи, фармпрепарати класу біофосфонатов) в змозі знизити втрати кальцію в умовах гіпокінезії, які тим не менш зберігають значну індивідуальну варіабельність. Ці дані, підтверджуючи лише гіпомінералізацію кісток, залишають багато питань щодо змін до самої кісткової тканини (топографія, вираженість, оборотність і т. п.), які дозволяються лише за допомогою кількісної остеоденситометрія. Такі дані частково розглянуті в роботі [б].
Об'єкти і методи досліджень. Наведено літературні дані та результати власних досліджень за участю добровольців (чоловіків і жінок) в умовах гіпокінезії (клиностатическом - КГ і анти-ортостатичної - АНОГ) тривалістю 30 - 370 діб.
У більшості з описаних нижче експериментів, як правило, лише частина добровольців перебувала в умовах так званої "чистої" гіпокінезії, тобто без застосування профілактичних заходів (контрольна група). Решта виконували той чи інший вид профілактичних заходів (фізичні вправи, прийом лікарських препаратів, харчові добавки) або їх комплекс (СПМ) на всьому протязі експерименту, або на його окремих етапах. Для вивчення змін кісткової тканини в наших дослідженнях, як і в розглянутих літературних джерелах, використовували сучасні методи кількісної остеоденситометрія [13]: кількісна комп'ютерна томографія-ККТ, радіонуклідна моно-і двохфотонним гамма-абсорбціометрія - МФА, ДФА і двохенергетична рентгенівська абсорбціометрія - ДРА ( в англійській транскрипції - DEZA). Використана конкретна апаратура: для ККТ - КВАДО-1 ("Дженерал електрик", США); для ДФА - DBD-2600 ("Норланд", США) і для DEXA - QDR-1000/W (Hologic, США). Більш докладно принципи неінвазивної кількісної остеоденситометрія описані в статті А. В. Бакуліна та А. С. Рахманова в цьому випуску журналу.
У дослідженнях з використанням ККТ вимірювали мінеральну щільність кісткової тканини (МПК, г/см3) центральної (губчастої) структури тіл хребців з використанням спеціального калібрувального фантома [12].


У дослідженнях методами ДФА і DEXA при скануванні всього тіла вимірювали МПК (г/см2) і зміст кісткових мінералів (СКМ, г) - тільки методом DEXA - в окремих регіонах скелета (череп, руки, ребра, грудний і поперековий сегменти хребта, кістки тазу , ноги) - регіональний аналіз. За іншими програмами з великим дозволом - локальний аналіз - вимірювали ті ж параметри в поперековому сегменті хребта (LI - L4) і проксимальному відділі стегнової кістки з виборчою оцінкою МПК в окремих зонах (шийка, великий рожен, межвертельного область, трикутник Варда).
РЕЗУЛЬТАТИ
В умовах постільного режиму, як і слід було очікувати, відзначені закономірні зміни МПК, причому їх топографія, вираженість і (іноді) спрямованість у різних сегментах скелета істотно пов'язані з їх положенням у векторі гравітації і дуже подібні з топографією змін МПК, які спостерігаються після космічних польотів [б]. Розглянемо топографію змін у напрямку, протилежному вектору гравітації на Землі.
У нижніх сегментах скелета (п'яткова, великогомілкова, стегнова кістки і кістки тазу) закономірно зниження МПК. Величина середньомісячної швидкості "втрати" мінералів у п'яткової кістки коливається в різних експериментах (30 - 180 діб.) У межах 2,8 - 5 відсотків в залежності від віку обстежуваних і при загальному умови, що вони не використовують будь-які було профілактичні засоби ("чиста" гіпокінезія) [6, 9]. Як показано раніше [9], в космічному польоті ця величина, як мінімум, в 2 рази менше, ніж дозволяє розглядати цей факт як захисний ефект виконуються на борту космічних кораблів фізичних вправ. Виразність зниження МПК не залежить від тривалості експерименту. Зміни мають значні міжіндивідуальні відмінності.
Дані про зміни мінеральної щільності діафізів большебер-цовой і стегнової кісток нечисленні. У здорових осіб (у віці 25 - 44 років) в умовах постільного режиму (120 діб,-5o) вивчали методом МФА мінеральну щільність сумарно великої та малої гомілкових кісток на межі середньої та дистальної третини гомілки. Встановлено достовірне зниження МПК в одного з трьох добровольців в умовах "чистої" гіпокінезії (контроль) на 8 відсотків і у 5 з 12 обстежуваних інших груп на 4,2 - 5,4 відсотка. Середньогрупові значення величини і швидкості зміни МПК, практично не відрізняючись від вихідних величин, мали тенденцію до зниження у добровольців другої і третьої груп, які в якості профілактичних заходів виконували відповідно фізичні вправи або брали фармпрепарати, і протилежну тенденцію - у обстежуваних четвертої групи, які суміщають обидва виду профілактичних заходів [б].
В іншому експерименті з АНОГ (-5o) тривалістю 370 діб випробувачі однієї групи (А, 4 чол.) виконували фізичні вправи і брали ксидіфон протягом усього періоду постільного режиму, а добровольці іншої групи ( Б, 5 чоловік) виконували фізичні вправи, починаючи з 121-х діб і до кінця постільного режиму. Тут монофотонная денситометрія великогомілкової кістки в групі А (постійно тренуються) виявила зниження МПК в середньому на 10 відсотків у трьох з чотирьох обстежених. У групі Б ("відставлена" профілактика) випадки зниження мінеральної щільності великогомілкової кістки (на 5-12 відсотків) відзначалися в різні терміни експерименту у всіх обстежених. За среднегрупповие значенням змін відмінностей у змінах не виявлено [б].
Отримані в тому ж експерименті дані за допомогою ДФА не виявили до кінця постільного режиму значних відхилень у мінеральної щільності кортикальної кістки діафіза стегна. Навпаки, в проксимальному епіфізі стегна, і зокрема, в шийці стегна і трикутнику Варда (з переважно губчастої структурою кістки) у обстежених обох груп виявлено зниження МПК за час експерименту. В окремих індивідів незалежно від схеми застосування профілактичних заходів зниження МПК було значним (на 18 і 21 відсоток). У цілому ж среднегрупповие значення втрати мінералів у проксимальному епіфізі стегна статистично не розрізнялися. Відзначено різниця лише в динаміці процесу. До кінця експерименту в групі Б з "відставленої" тренуванням виявлена ??тенденція до стабілізації втрат кісткової маси в шийці стегнової кістки на рівні 90 відсотків від вихідних значень [б].
Результати вивчення мінеральної щільності поперекових хребців представляють досить строкату картину і звертають на себе увагу наступними особливостями.
По-перше, зміни МПК спостерігаються далеко не у всіх учасників експериментів і частота випадків змін МПК зростає із збільшенням тривалості експозиції. Після 30-денної АНОГ (-6o) зміни МПК поперекових хребців L2-L4 виявлені лише у двох з 19 добровольців (-7 відсотків, + 10 відсотків), а в інших 17 випадках вони мали лише характер тенденцій з різним знаком | 10]. Збільшення тривалості постільного режиму (клиностатическом гіпокінезія) до 120 діб супроводжувалося зниженням МПК поперекових хребців на 1,7 відсотка в місяць (метод ККТ) [12] і на 0,91 відсотка в місяць (методи ДФА і DEXA) [15]. В умовах АНОГ (-5o) такої ж тривалості ми виявили (методом ККТ) збільшення МПК хребців L2-L3 у 6 з 13 добровольців, не застосовували профілактичні заходи, і у 4 з 15 обстежених, використовували різні захисні та запобіжні процедури [б].
По-друге, зміни МПК губчастої тканини тел поперекових хребців позитивного знака, аналогічні вперше виявленим після космічних польотів [б], в модельних ситуаціях виявляються переважно при антіортостатіческой гіпокінезії (на відміну від горизонтальної). При цьому амбівалентність реакції виявляється, як правило, вибірково в губчастої тканини тіл хребців методом ККТ і рідше або в меншій мірі - в цілих хребцях методом ДФА [б].
По-третє, помітні індивідуальні відмінності у реакції кісткової тканини поперекових хребців, відзначені під час гіпокінезії до 120 діб, стають дуже істотними при збільшенні тривалості ліжкового режиму. В умовах згаданого вище експерименту з 370-добової АНОГ (-6o) достовірне зниження МПК губчастої тканини хребців зазначено методом ККТ у двох добровольців на 12 і 30 відсотків, і в 4-х осіб виявлено майже настільки ж виражене збільшення МПК - на 11 - 27 відсотків. Результати вимірювань, виконаних методом ДФА (1 раз на 2 місяці), виявили невелику тенденцію до збільшення МП поперекових хребців за час експерименту в обох групах постійно тренуються і з відставленою профілактикою. Слід зазначити, що в умовах гіпокінезії тенденція до збільшення МПК більш виражена у тих добровольців, які не користувалися засобами профілактики [б].
У сегментах скелета верхньої половини тіла в умовах антіортостаті-чеський гіпокінезії (120сут.) також, як і в космічних польотах, відзначена тенденція до збільшення вмісту мінералів, зокрема у кістках черепа [5, 15].
В одному з експериментів з 12-добової АНОГ (-5o) брали участь 8 жінок у віці 25 - 35 років, половина з яких (група А) виконувала фізичні вправи з профілактичними цілями, в той час, як в іншій групі (Б) засоби профілактики не застосовували [5].
Результати денситометрії (DEXA) в динаміці (до початку, на 60-е і 120-а доба експерименту і 60-у добу після закінчення) показали, по-перше, що втрати кісткової маси у жінок обох груп в нижніх сегментах скелета в процесі експерименту були незначні і недостовірні. По-друге, відзначені деякі відмінності в змінах стану кісток у випробовуваних двох груп. У групі Б (нетренірующіеся) виявлено: значне збільшення вмісту мінералів у кістках верхньої половини тулуба (кістки черепа) і вельми слабкі ознаки гіпомінералізаціі сегментів нижньої половини скелета. У них же виявлено зниження СКМ у кістках тазу у відновному періоді (60-а доба) до рівня нижче початкового на початку експерименту (2 двох - достовірно). А групі А (тренуються) збільшення МПК верхньої половини скелета було виражено менше (майже в 2 рази) і, разом з тим, були більш помітні (хоча також недостовірні) втрати кісткової маси в сегментах нижньої половини скелета: в шийці стегна, поперекових хребцях і М., Наука. 1994. мед. 32. докл. 1997. Під ред. Книга 1. Москва. 1996. У кн. Мат. конф. 1959. 1990. V. 33. P. 1992. V. 31. P. V. 27. V. 46. P. 1990. V. P. Res. 17. P. J. Med. 1988. V. 59.