ГНЦ РФ Институт медико-биологических проблем РАН
В.С.Оганов
Благодарности:
В.Е.Новиков, О.Е.Кабицкая, А.В.Бакулин, Л.М.Мурашко, В.В.Богомолов, J.Sibonga (USA)
XXI съезд Физиологического общества им. И.П.Павлова, Калуга, 2010, 19-25 сентября
ФИЗИОЛОГИЯ КОСТНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА
Эффекты невесомости
Введение
1. Костная система человека содержит 206 костей (костных органов) разных размеров и структуры и 144 сустава. Является уникальным образованием как проявление высших технологий живых систем:
а) костная ткань экономично объединяет в одной структуре несколько функций – опорная, защитная, метаболическая;
б) различают компактную кость, минерализованную на 80% и выполняющую опорную функцию, и трабекулярную – минерализованную на 15-20% и более активную в метаболизме;
в) обладает способностью к постоянному самообновлению (ремоделированию), что позволяет динамично изменять её структурно-функциональную организацию сообразно меняющимся механическим требованиям – функциональная адаптация;
г) в процессе биологической эволюции в поле Земной гравитации приобрела высокую чувствительность к механическим стимулам и потому возможная потеря костной массы (КМ) в невесомости предопределена эволюционно;
д) потеря КМ в длительном космическом полёте – потенциальная опасность развития остеопороза, что, как известно, сопровождается повышением риска перелома костей.
2.Обследование космонавтов до и после полётов проводится с использованием современной неинвазивной технологии – двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (dualenergy X-ray absorptiometry, DXA), позволяющей с высокой точностью измерять количество костной массы (КМ) во всём скелете и разных его сегментах: минеральную плотность костей (МПК, г/см2) и содержание костных минералов (СКМ, г).
3.Впервые в космической медицине установлена динамика потерь и восстановления костной массы у космонавтов после полётов длительностью 6-7 мес. (3 космонавта
– до года и более).
Хэм, Кормак, 1983
По оси абсцисс: величина деформации 1000 микрострейн = 0,1% относительной деформации
Адаптировано по: Jee Frost, 1964
1 – компьютер; 2 – детектор рентгеновского излучения; 3 – подвижный стол; 4 – коллиматор; 5 – внутренняя калибровочная
система; 6 – рентгеновская трубка; 7 – механизм двухкоординатного сканирования
по данным остеоденситометрии
_________________________________________
Т-критерий: в значениях SD или %% от величины пика костной массы (в молодом возрасте)
___________________________________________________
Снижение минеральной плотности:
в пределах 1SD |
- |
норма |
|
в пределах 1SD - 2,5SD |
- остеопения |
||
ниже 2,5SD |
- |
остеопороз |
|
ниже 2,5SD , |
- |
выраженный |
|
остеопороз, |
|
|
|
осложненное, как минимум,
одним переломом
[J.Kanis et al., 1994]
ЗАВИСИМОСТЬ ИЗМЕНЕНИЯ КОСТНОЙ
МАССЫ
в различных сегментах скелета
от их положения в векторе гравитации при 1g
Данные ISS
10 |
|
|
|
|
n=31 |
|
|
|
|
|
|
||
8 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
+10%– |
|
-5%– |
-2%– |
+1%– |
+4%– |
+7%– |
|
|
+13% |
|||||
|
-2% |
+1% |
+4% |
+7% |
+10% |
|
|
|
|||||
|
|
|
||||
Skull |
4 |
1 |
9 |
9 |
6 |
2 |
14 |
|
|
|
|
n=31 |
|
12 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
+2%– |
|
-23%– |
-18%– -13%– -8%– |
-3%– |
|||
|
+7% |
|||||
|
-18% |
-13% |
-8% |
-3% |
+2% |
|
|
|
|||||
Pelvis |
6 |
13 |
8 |
1 |
1 |
2 |
12 |
|
n=31 |
|
|
|
|
15 |
|
n=28 |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
<-20% -20%– -16%– -12%– -8%– |
-4%– |
0 |
<-13% -13%– -10%– -7%– |
-4%– |
-1%– |
|||||||
|
|
||||||||||||
|
0% |
|
+2% |
||||||||||
|
|
-16% |
-12% |
-8% |
-4% |
|
|
-10% |
-7% |
-4% |
-1% |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Pr.femur |
1 |
3 |
1 |
9 |
12 |
5 |
Lumbar spine |
1 |
2 |
6 |
12 |
5 |
2 |