Добавил:
kiopkiopkiop18@yandex.ru Вовсе не секретарь, но почту проверяю Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

3 курс / Патологическая физиология / Общие_закономерности_костной_атрофии_при_отсутствии_весового_нагружения

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
24.03.2024
Размер:
686.3 Кб
Скачать

УДК 629.78:612.014.477-064:616.71

Г. П. С т у n а 1:< о в, В. С. К аз ей к и н, А. И. В о л о ж и н

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ КОСТНОй АТРОФИИ ПРИ ОТСУТСТВИИ

ВЕСОВОГО НАГРУЖЕНИЯ СКЕЛЕТА

В проблеме костная системаневе­

самость одним из основных вопросов

является определение скорости и ди­

намики развития остеопораза в раз­ личных отделах скелета в зависимо­ сти от продолжительности космическо­

го полета. L(ля изучения этого вопроса предпринималось исследование балан­ са минеральных солей у космонавтов

в космических полетах [1-2] и у ря­

да лиц в наземных модельных услови­

ях с использованием постельного ре­

жима [3-7]. Параллельна проводи­

ли оценку содержания минеральных

веществ в некоторых костях скелета

(пяточной кости, головках лучевой и

локтевой костей), доступных для об­

следования с применением рентгеноло­

гической фотоденситометрии [8-11] и прямой фотонной абсорбциометрии

[ 12-14]. В последнее время для этих

целей разработан метод компьютор·

ной томографии [ 15-17]. Особое мес· то в данной проблеме занимает оценка

СОСТОЯНИЯ КОСТНЫХ структур ПОЗВОНОЧ· ника человека, поскольку именно поз·

воночник может быть подвержен рис·

ку травмирования при воздействии ..

ударных перегрузок приземления спу- ·

екаемого аппарата. Данных по .этому

вопросу в литературе нет.

36

Целью настоящего исследования

явилась оценка степени выраженности

атрофических изменений в различных

отделах скелета человека на основе

построения внутривидовой (для чело­

веческой популяции) и' межвидовой мо­

делей костной атрофии при отсутствии

весового нагружения кости с учетом

физиологических показателей, опреде­

ляющих скорость рассасывания кост­

ного вещества.

Методика

Вработе использовали результаты, по-

лученные

ранее

в

исследованиях

аутопсий­

ного

костного

материала (позвонки, пяточ­

ная

кость)

от

120 мужчин в возрасте 20-

50 лет, погибших

скоропостижно

от причин,

не влияющих на состояние костной системы;

костного материала (бедренная кость) от 64 крыс, перенесших 19-22-суточные косми­ ческие полеты на борту искусс11венных спут­

ников

Земли

«Космос-615»,

«Космос-782»,

«Космос-936» и

«Космос-1129»,

и аналогич­

ного

материала

от 8 собак, перенесших 90-

и345-суточный эксперименты с ликвидацией

функции опоры бедра

путем

ампутации

голе­

ни на уровне нижней

трети.

В работе

иссле­

довали следующие показатели: плотность

структурной композиции кости по объемному содержанию минерального компонента (ми­

неральная насыщенность в граммах на 1 см3 ),

степень минерализации костного вещества по

массовому соотношению минералов в сухой обезжиренной кости (зольность, в процен­

тах), концентрацию химических элементов в

минеральном

компоненте

-

Са,

Р, Na, К

(в г, мг на

100 г золы),

а

также

механиче-

г /1

16

14

12

10

8

6

4

2

OL_L_~~~~~J_J--L-L-L~

г 5

50

45

1,()

35

30

25

20

15

10

5

2

Рис. 1. Потери организмом кальция как функ­

ция времени (Р=0,95).

А -постельный режим до 12 нед (1) и космический

полет (2); Б- постельный режим до 28 нед.

ские свойства - nредел прочности, модуль

упругости, удельную энергию упругого де­

формирования (в кгс на 1 см2 ). На сегмен­

тах позвоночника человека - Т11- L3 до­

полнительно определяли динамическую проч­

ность при длительности ударного импульса

50-70 мс. Кроме того, использовали резуль­ таты рентгенологического обследования по­ звоночника у 8 неврологических больных, на­

ходившихся в течение нескольких месяцев

или лет на постельном режиме. Приведеи­

ные в настоящей работе данные частично

были опубликованы ранее [18-20].

Из литературных источников были ис-

пользованы материалы об изменении каль­

циевого

баланса

при постельном

режиме у

90 добровольцев

[21]

и 9 астронавтов в ус­

ловиях

длительных

полетов [22],

а также

данные о содержании минеральных веществ.

в некоторых костях скелета [23].

Результаты и их обсуждение

Исследование кальциевого баланса

в условиях весовой разгрузки скелета

имеет целью определение суммарной

потери кальция и эквивалентной поте-· ри костной массы за тот или иной пе­ риод. Путем интегрирования заимство­

ванных из литературы показателей

кальциевого баланса (Jt V(t)dt, где.

о

t - продолжительность воздействую­

щего фактора, сут, V(t)- отрицатель­

ный баланс кальция, мг/сут) была по-.

строена зависимость суммарных потерь

организмом кальция от длительности

постельного режима и космического:

полета (рис. 1). Из рис. 1 видно, ито·

потери кальция индивидуально широ­

ко варьируют. В условиях космическо­

го полета они находятся практически

впределах доверительного интервала

вариабельности для условий постель­

ного режима. Этот факт позволяет рас­

сматривать постельный режим как

вполне адекватную модель невесомо­

сти применительно к костной системе.

При длительности постельного ре­ жима до 9 мес потери кальция состав­

ляют до 40 г, т. е. около 4 % от его

суммарного количества в скелете. Та­

кие потери не представляют угрозы

для организма, если они обусловлены

равномерным рассасыванием костного

вещества всего скелета, но вызывают

серьезную опасность при развитии вы­

раженного локального остеопороза. В

целях выяснения этого вопроса в экс­

периментах на животных мы произво­

дили исследование плотности костной

структуры в различных участках кос-

37

то, т. е. стабилизируется

Mt- О C'IOO Ф tQt-

~IO Ю с-i'Ю cti cticri

tQ

t-0'>

tQ

оо

м-

r-

o

00

о

 

 

 

tQф t- 00

ти. Установлено, что у крыс под влия

нием невесомости развивается остеопо

роз преимущественно в эпифизах бед

ренной кости, т. е. областях, представ· ленных губчатым веществом. Потер!

массы минерального вещества в этш

областях достигали 18-21 %, при этоN не было выявлено очевидных призна·

ков остеопораза в компактном вещест·

ве диафиза (24]. У собак в результате

3-месячной ликвидации опорной функ·

ции задней конечности атрофия губча­ тых структур в диетальной эпиметафи·

зарной зоне достигала в среднем 33 %,

практически не изменяясь в дальнеЙ' шем. В зоне же диафиза за 3 мес раз·

вивались лишь начальные признакn

остеопороза. Приведеиные факты со·

ответствуют данным литературы о том,

что и у человека при быстро развиваю· щемся патологическом остеопоразе губ·,

чатых костей атрофические измененияi

компактной массы возникают со зна.:

чительной задержкой - лишь после тоi

го, как выраженность атрофии (напри.оj

мер, в позвоночнике) выходит на rша-;

(25]. !

В костях, не испытывающих весова•

го нагружения тела в условиях кос мического полета и постельного режи

ма, остеопороз не развивается даже

губчатых структурах (например, в го,

лавках лучевой и локтевой костей·

[ 14].

Следовательно, отрицательный кал

циевый балаiJс при весовой разгрузк

в начальные ~е сроки практически обу:

словлен рассасыванием вещества гу ;

чатых структур осевого скелета. Пр,

этом скорость рассасывания в разлит(

ных отделах может быть неодинакd

вой.

Известно, что выраженность атроф ..··

ческих изменений пяточной кости п~"·

постельном режиме находится в пр,

мой зависимостr: от экскреции ок~.·..

пролина с мочои (24], отражающеJ

интенсивность физиологической пере·

стройки (обновления) кости. ·

Исходя из предпосылки о взаимо­

связи указанных процессов, нами про­

ведена оценка выраженности атрофии.

губчатых структур осевого скелета на

основании данных о массе губчатого

вещества, содержании кальция и ско­

рости физиологической перестройки.

Для этого были использованы матерИ·

алы, приведеиные экспертами Между­

народного комитета по радиозащите

(23] и результаты исследования каль·

~8

циевого баланса у !JU лиц, находивших­

ся на строгом постельном режиме, нз

них 12- в течение 20 нед [21]. Средние потери кальция за это вре­

мя составили 23 г. При использовании

первичных материалов было сделано

два допуiЦения: 1) ввиду отсутствия

данных о количестве губчатого веiЦе­ ства в диетальной и проксимальной

эпиметафизарных областях бедренной

кости было принято равное его содер­

жание в каждой области; 2) за ско­

рость обновления губчатой ткани в

большеберцовой, малоберцовой и ко­

стях стопы был принят средний по­

казатель обновления для аналогичных

структур бедренной кости. Результаты

анализа приведены в табл. 1. Допол­

нительно произведено определение nрямым методом обiЦего количества кальция в телах позвонков T1-L5 3

мужчин, имеюiЦих средние антропомет­

рические показатели. Полученные ре­

зультаты хорошо согласуются с дан­

ными, приведеиными в табл. 1.

В качестве меры костной атрофии

может быть использована величина

убыли кальция из конкретной кости,

nоскольку, как показали результаты

вышеописанных экспериментов с кры­

сами и собаками, степень минерализа­

ции костного веiЦества и соотношение

в нем кальция и фосфора, если и из­

меняются, то незначительно, и для ре­

шения поставленной задачи этими из­

менениями можно пренебречь.

Вычисление скорости атрофии кост­

ной ткани (Vx;) в обiЦем виде можно nредставить следуюiЦим образом:

где i= 1, 2, 3... - индекс кости (обоз­

начает номер, под каким стоит дан­

ная кость в табл. 1); m4 - суммарная nотеря кальция за исследуемый пери­ од (в г); V;- скорость физиологиче­

ской перестройки (в % в год); '2:.mзi­

суммарная масса обновленного каль­

ция (г/год); mli- масса губчатого ве­

щества кости (в г); а- содержание в ней кальция (в %) .

Расчетная скорость атрофии костей

таза и стопы хорошо согласуется с данными прямого или инструменталь­

ного определения скорости разрежения

структуры подвздошной [26] и пяточ­

ной костей при постельном режиме

[6-7, 21]. Так, в указанных работах на основании исследования 34 образ-

%

32[

28

24

20

12

8

8

б в ю 12 '" ta го 22 r

Рис. 2. Зависимость выраженности атрофии губчатых структур осевого склета от потерь

организмом кальция.-

Сплошные линии - расчетные результаты. пуиктир­

ныеданные, полученные в результате исследова­

ний. 1 - nозвоночник, 2~ 8 - кости таза, крестец; 4 - проксимальный эпифиз бедренной кос-ги, 5, б, 7 -

большая и малая берцовые кости, кости стопы, 8 -

дистальный эпифиз бедреююй кости. 2, а- rюд­

вздошная кость [26]. 5, а- пяточная кость [6, 21].

цов биопсийнога материала подвздош­ ной кости от 27 человек скорость атро­

фии составляла в среднем около 6 % в

месяц, а в пяточной кости у разных

лиц колебалась от О до 8,4 %, состав­ ляла в среднем около 4 % в месяц.

Зависимость скорости атрофии от­

дельных губчатых костных структур в

период активного развития остеопоро­

за от суммарной потери организмом

кальция может быть представлена графически (рис. 2). Как видно на

рис. 2, расчетные и экспериментальные показатели атрофии структур пяточ­

ной кости хорошо согласуются. Дан­

ные рис. 2 объясняют результаты ра­

нее выполненного исследования по вы­ явлению рентгенологических призна­

ков остеопораза в подвздошной кости

и проксимальном эпифизе бедра [27).

В этой работе остеопороз диагностиро­

вался при потерях кальция от 15 до

36 г, что, согласно приведеиной зави­ симости, соответствует костной атро­

фии в исследованных областях при­

мерно 18-40 % (для средней исход­ ной плотности костной структуры). Та­

кой уровень костной атрофии, по-ви­

димому, действительно может диагно­

стироваться рентгенологически как

остеоnороз данной кости, поскольку

суммарная толщина трабекулярных

структур здесь невелика. Например, в

подвздошной кости она составляет

10-15 мм [23].

Высокая расчетная скорость атро­

фии в позвоночнике выдвигает необхо­

димость рассмотрения двух взаимосвя-

39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2

Показатели минеральной фазы губчатой кости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минераль-

 

Содержание элементов, на 1 00 г золы

Биологи-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование

 

3

 

Золь·

кальций, г

 

фосфор, г

1 натрий,

 

 

 

вид

 

 

 

 

 

 

ческий

кости

щенность

ность, %

 

 

 

 

 

калий,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г/см

 

 

 

 

 

 

м г

 

м г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Человек

Тело позвонка

0,218±0,003

 

46,0±0,20

42,70±0,33

14,30±0,09

601,0±6,8

64,2±2,0

 

Собака

дистальный эпи-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метафиз. б~д-

0,253±0,009

 

59,48±0,62

41,13±1,30

14,68±0,51

516,0±42,2

_44,9±12,4

 

 

 

ренной кости

 

 

Крыса

Головка бедреи·

0,600±0,011

 

60,0±0,60

43,5±0,81

17,2±0,37

380,0±9,6

40,0±4,1

 

 

 

ной кости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

занных вопросов: о пределах уменьше­

ния костной массы и о возможности

рентгенодиагностики остеопороза.

Рассматривая первый вопрос, целе­

сообразно оценить межвидовые преде­

лы костной атрофии д.ля выявления

обшебиологических закономерностей

этого процесса. По нашим данным, у

собак губчатая ткань диетальной эпи­ метафизарной области бедра, лишен­ ного функции опоры, потеряла до мо­

мента стабилизации в среднем 35 %

своей массы с индивидуальными коле­

баниями от 24 до 46 %. В аналогич­

ной модели у крыс средние потери

массы губчатого вешества составляли

34 %. У человека в подвздошной кости

атрофия стабилизировалась на уров­

не потерь за 25 нед в среднем 35 %

массы со значительной индивидуаль­

ной вариабельностью [26]. В пяточ·

ной кости у человека потери также широко варьировали, превышая 40 %

[21), хотя доказательств того, что эта

цифра характеризует предел атрофии

для указанной кости, в литературе нет.

Поскольку в условиях нормальной

жизнедеятельности человека пяточная

кость, в от.личие от других костей осе­

вого скелета, выполняет роль мошного

демпфера [28] и ее структурная орга­

низация адаптирована к этим услови­

ям, можно ожидать, что при весовой

разгрузке выраженность атрофии ее_ структур будет несколько большей, не­ жели в других отделах. Тем не менее

суммарная оценка приведеиных дан­

ных дает основание считать, что пре­

дел потерь губчатой костной массы

при весовой разгрузке скелета состав­

ляет в среднем около 35 % и регули­

руется генетическими механизмами.

Поскольку точные методы оценки

плотности костной структуры позво­

ночника в настояшее время только

разрабатываются [29, 30], встает воп­

рос о возможности использования

обычной рентгенографии для диагно­

стики остеопораза позвонков при вы­

раженности разрежения их структуры

в 35%.

Результаты наших исследований

свидетельствуют о том, что плотность

структурной композиции в телах поз­

вонков, оцениваемая по показателю

минеральной насышенности, колеблет­ ся у здоровых людей в возрасте 2050 лет в широких пределах (от 0,135

до 0,310 г/см3 ). Поэтому даже выра­

женная атрофия у лиц с высокой ми­ неральной насышенностью мож;ет не

привести к разрежению структуры до

уровня, характеризуюшего нижний

предел индивидуальной вариабельно­ сти, и следовательно, не может быть

диагностирована рентгенологически

как остеопороз. Не случайно из 6 об­

следованных нами неврологических

больных, Находившихея на постельном режиме до 18 мес, только у 3 при рент­ генологическом обследовании был вы­ явлен остеонороз позвоночника. Тем не менее факт рентгенодиагностики

остеопораза в указанные сроки под­

тверждает высокую скорость атрофи­

ческих изменений в позвоночнике.

Таким образом, результаты собст­

венных исследований и данные .лите­ ратуры подтверждают обоснованность

предложенной модели атрофических

изменений губчатых структур осевого скелета при его весовой разгрузке. По­

лучено хорошее совпадение расчетных

иустановленных специальными иссле·

дованиями показателей потерь костной

массы в пяточной и подвздошной ко­

стях, проксимальном метаэпифизе бед­ ра и позвоночника. Данные представ­ ленной модели свидетельствуют о том,

что наиболее быстрое рассасывание

кости происходит в позвоночнике, ко­

торый, кроме того, содержит основную

часть губчатого вешества всего осево­

го скелета. Следовательно, отрица-

40

кгсjсн2

о

Е 1·/Оз

 

!fгсjсн2

 

1·105

 

Рис. 3. Зависимость механических свойств губ­ чатых структур от их минеральной насыщен­

ности.

Треугольники - позвонки человека, квадраты - ди­ стальный эпиметафиз бедренной кости собак, кру­

жочкиголовка бедренной кости крыс (среднегруп­ повые данные). По оси абсциссминеральная насы­ щенность; по оси ординатпредел прочности (G),

модуль упругости (Е), энергия уnругого демпфиро­

вания (а).

Заштрихованные символыостсопорозные кости, симv

волы с точкой в центрекостные структуры после

периода реадаптацин.

тельный кальциевый баланс обуслов­

ливается в значительной мере атро­ фическими изменениями именно в поз­

воночнике. И не случайно, что у 30 об­ следуемых лиц при 30-суточном по­ стельном режиме не было выявлено отрицательного кальциевого баланса,

поскольку им разрешалось сидеть

[32].

Учитывая, что процессы атрофци губ­

чатых структур прекращаются ·в отно­

сительно ранние сроки (в основном до 1 года), продолжающийся после это­

го периода отрицательный кальцие­

вый баланс [33], по-видимому, обус­

ловлен рассасыванием компактного

вещества.

Заканчивая рассмотрение представ­

ленной внутривидовой модели, необхо­ димо отметить, что условия весовой

разгрузки при постельном режиме рав­

нозначны для всех отделов осевого ске­

лета. Пассивный тонус мышц практи­

чески не увеличивает уровень собст­

венного внутреннего напряжения в

позвоночнике [34]. Это обстоятельство

является дополнительным обосновани­ ем выбора как рассмотренной модели, так и межвидовой модели костной ат­ рофии, которая также позволяет оце­

нить скорость рассасывании различных

костных структур, к тому же в сопо­

ставлении с механическими свойства­

ми кости человека и различных живот­

ных. Поскольку эти свойства опреде­

ляются состоянием минеральной фазы костных структур [28, 36], было про­

ведено сравнение ее показателей у жи­ вотных и человека. Данные, приведеи­ ные в табл. 2, свидетельствуют о су­

щественных межвидовых различиях по­

казателей минеральной насыщенности

исследованных структур, при менее

выраженной разнице в степени их ми­

нерализации и концентрации основных

элементов (кальция и фосфора), вхо­

дящих в состав кристаJlЛических и

аморфных веществ.

Необходимо отметить, что степень

минерализации и количественные ха­

рактеристики минерального состава

учитываются в интегральном показа~

теле минеральной насыщенности, ко­

торый, кроме того, отражает компакт­

ность композиции трабекулярных структур. Не случайно, что динамиче­

ская прочность позвоночника челове­

ка, исследованная нами на сегментах

при импульсе 50-70 мс, статическая

прочность позвонков, а также стати­

ческая прочность губчатых структур у

собак (дистальная эпиметафизарная зона бедренной кости) и у крыс (го­ ловка бедренной кости) связаны экс­

поненциальными зависимостями с их

минеральной насыщенностью.

Аналогичную по характеру связь с

минеральной насыщенностью имеют

также величины модуля упругости и

энергии упругого деформирования.

В обобщенном виде зависимость ста­

тических механических свойств от ми­ неральной насыщенности представлена

на рис. 3. Как видно на рис. 3, приве­

деиные функции имеют универсальный

характер в межвидовом аспекте,- как

для нормальной, так и для остеопораз­ ной губчатой структуры. Иначе гово­

ря, плотность структурной композиции

губчатой кости является основным по­

казателем, определяющим ее механи­

ческие свойства. Экспоненциальный ха­

рактер приведеиных зависимостей ука­

зывает на существенное изменение по­

казателей механических свойств при

относительно небольших колебаниях

минеральiюй насыщенности. Так, за

счет разрежения на 5-20 % структу­

ры в 19-суточных космических поле­ тах прочность головок бедренных ко­

стей у крыс понижалась на 20-40 %.

41

·n (Чд,)

!1

e11 ё·к·к

+0,2

 

 

 

 

 

14

 

 

 

/0/

 

 

 

 

 

%

 

Б

 

 

 

 

 

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

-0,4

 

1

..:

1210

 

 

 

 

 

-0,6

 

 

/

 

у=О,128х-~2З

-о. 8

 

 

8

 

 

 

2=0,989

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

-1,0

 

 

4

 

 

 

'

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

 

110 130 150 170 190 210 uнile~<c Jffi

Рис. 4. Межвидовые показатели биологических параметров у человека (Ч), собаки (С), крысы (К).

ч

с

ч

от интенсивности метаболизма:

темные

кру-

А. Логарифмы отношений (С;

К;

К в зависимости

жочки ~ зольность, концентрация

кальция, фосфора,

калия, натрия; треугольник -

основной

об~

мен; квадратминеральная насыщенность; ромбинтенсивность метаболизма; светлыепредел

прочности; треугольникмодуль Юнга, квадратудельная энергия упругого деформирования.

Б. Скорость атрофии костных структур (в %) в зависимости от относительного индекса основной

обмен (00) f минеральная насыщенность (МН).

Треугольникчеловек, темный и светлый квадратысобака, кружоккрыса.

ау собак в 90-суточном модельном а с развитием остеопораза снижение

эксперименте прочность губчатой тка­

прочности губчатых структур практи­

ни диетальной эпиметафизарной

зоны

чески всецело зависит от его выражен­

этих же костей снижалась более

чем

ности.

 

 

 

на 60 % (разрежение 33 %) .

 

Рассматривая данные табл. 2, необ­

Полу'!енные данные о снижении

ходимо отметить,

кто приведеиные в

прочности губчатых структур у чере­

ней показатели состояния

минераль­

пах в космическом полете

[ 19] и поз­

ной фазы кости отражают и скорость

вонков у человека при постельном ре­

физиологической

перестройки

кости,

жиме [37] независимо от состояния ми­

во всяком случае

внутри

биологиче­

неральной насыщенности,

нуждаются

ского вида. При большой скорости пе­

в дополнительном рассмотрении. В те­

рестройки часть новообразованного ве­

чение 20-40 сут постельного режима

щества не достигает высокой

степени

учеловека концентрация кальция в минерализации; размеры кристаллов

минеральном компоненте позвонков

снижалась без очевидных признаков развития в них остеопороза. Этот факт указывает, во-первых, на то, что убы­ вающий из кости в относительно ран­

ние сроки ее весовой разгрузки каль­

ций является преимущественно не структурным, а метаболическим, на­

ходящимся в гидратном слое кристал­

лов открытой для обмена поверхности

кости. Во-вторых, убыль даже такого кальция, по-видимому, ослабляет силь­

ные водородные и ионные связи меж­

ду макромолекулой коллагена и кри­

сталлом, что приводит к снижению же­

сткости композiJта коллагенкри­

сталл, а следовательно, и механиче­

ских свойств кости. Теоретическое обоснование возможности таких про­ цессов приведено в работах [38, 39]. Однако их значение для механических

свойств, по-видимому, может прояв­

ляться лишь в начальных периодах,

гидроксиапатита при этом не успева­

ют достичь предельных значений, что

обусловливает типичные для этих тем­

пов перестройки количественные пока­

затели элементарного состава (каль­ ций, фосфор, натрий, калий). И нао­ борот, при малой скорости перестрой­

ки _минерализация достигает высqких

значений, и элементарный состав име­

ет иные количественные показатели.

Обосновывая подход к построению

межвидовой модели костной атрофии,

необходимо указать на установлен­

ную нами зависимость ее относитель- ,

ной скорости (у, в процентах) от плот­ ности структуры (х, в граммах на 1 см3 ). Связь этих величин носит об­

ратный характер: для крыс у=55,39- -72,61 х с коэффициентом корреляции

(r), равным -0,678, для собак у=

=22,04-42,25 х при r=-847. Такая

связь может отражать соотношение

42

плотности структуры и скорости физи­

сом, характеризующимся

величиной,

ологической перестройки, учитывая в

обратной произведению

минеральной

то же время степень минерализации

насыщенности на основной обмен.

костного вещества и элементарный со­

У крыс минеральная

насыщенность

став минерального

компонента.

 

диетальнога эпифиза и головки бедрен­

Таким образом,

исследованные

по­

ной кости, а также скорость рассасы­

казатели состояния минеральной фазы

вания костного вещества в этих отде­

кости определяют как ее механические

лах были примерно одинаковыми. По­

свойства, так и выраженность атрофи­

этому учитывали средние

показатели

ческих изменений в отсутствие весово­

для указанных отделов кости (соответ­

го нагружения. Кроме того, последнее

ствешю 0,600 г/см3 и 17,8 % в месяц).

связано с интенсивностью метаболиче­

У собак минеральная

насыщенность

ских процессов в организме. Это дает

костного вещества диетальной эпиме­

основание учитывать указанные пока­

тафизарной зоны составляла 0,253 г/см3

затели в одной

межвидовой

системе

при скорости

атрофии

11 % в месяц,

анализа [43].

 

 

 

 

а головки бедренной кости- 0,372 г/см3

Межвидовые

отношения

усреднен­

при 6,2 %, т. е. изучаемые показатели

ных биологических параметров иссле­

существенно

отличались

и

поэтому

довали с дополнительным использова­

учитывались

раздельно.

 

Построенная

нием справочных материалов по вели­

таким образом зависимость (рис. 4, Б),

чине основного обмена [44] в зависи­

включающая

в

себя соответствующие

мости от отношений интенсивности ме­

среднемесячные

показатели

атрофии

таболизма (рис. 4, А). Из рисунка вид­

губчатых структур у крыс, собак и в

но, что логарифмы отношений величин

пяточной кости человека, приобретает

минерализации

костного вещества

и

линейный характер без

предваритель­

минерального состава находятся прак­

тически на нулевом уровне (для упро­

щения обозначены одним символом),

а отношения показателей механических

свойств существенно различаются. Ме­

диану угла, образованную этими дву­

мя. группами показателей, представля­

ют логарифмы ... отношений минераль­

ной насыщенности интенсивности мета­ болизма и основного обмена.

Исходя из гипотезы о том, что из­

менение биологического параметра под влиянием экстремального фактора (в данном случае отсутствие функции

опоры скелета) пропорционально ви­ довой вариабельности и обуслоВ!J!ено его действием, можно определить ско­ рость атрофии губчатой структуры у человека при известной скорости атро­

фии у собаки и крысьr. При этом то

обстоятельство, что для анализа ис­

пользовали показатели различных от­

делов скелета разнь!х биологических

видов, не имеет значения, так как сум­

ного логарифмирования величин, отло­ женных по оси абсцисс или ординат. Использованный показатель скорости атрофических изменений для пяточной

кости (3,9 %) получен по данным об­

следования 6 лиц, находившихся на

постельном режиме в течение 20 нед

[21], а средняя ее минеральная насы­

щенность, по нашим данным, состав­

ляет 0,260 г/см3. Оценивая в каждом

конкретном случае указанные данные

ииспользуя приведеиное уравнение,

можно прогнозировать индивидуаль­

ную скорость атрофии губчатых струк­

тур. Полученная таким образом сред­

немесячная ее выраженность в позво­

ночнике совпала с аналогичным пока­

зателем, полученным при использова­

нии внутривидовой модели.

Итак, полученные двумя независи­ мыми способами (на основе внутри- и межвидовой моделей) скорости атро­

фических изменений в губчатых струк­

турах осевого скелета человека хоро­

марный учет этих показателей опреде­

шо согласуются между собой и соотве­

ляет скорость атрофии конкретной губ­

ствуют данным непосредственных из­

чатой структуры.

 

 

мерений. В основу внутривидовой мо­

Поскольку

минеральная

насыщен­

дели для человеческой популяции по­

ность и основной обмен

интегрально

ложена скорость физиологической пе­

характеризуют рассматриваемые свой­

рестройки различных губчатых струк­

ства (образуют медиану угла, приве­

тур скелета, а для межвидовой моде­

деиного на рис. 4, А), но имеют разно­

ли основу составили показатели, опре­

направленное

значение для

скорости

деляющие

эту скорость:

плотность

атрофических изменений, то приобре­

структурной композиции кости и вы­

тает смысл сопоставления

ее

с индек-

раженность

метаболизма.

Не исклю-

41

чена возможность, что уровень метабо­

· 26.

Miпaire Р., Menпier Р., Edouard С. et а!.­

лических процессов определяет и са­

 

Calcif. Tiss. Res., 1974, v. 17, р. 57-73.

27.

Whedon !. D., Shorr Е.- J. clin. Invest.,

му плотность костной структуры. При­

ведеиные данные позволяют прогнози­

 

1957, v. 3б, р. 9бб-981.

28.

Янсон Х. А. Биомеханика нижней конечно­

ровать степень снижения переносимо­

 

сти человека. Рига, 1975.

 

 

сти ударных перегрузок головатаз в зависимости от длительности космиче­ ских полетов.

ЛИТЕРАТУРА

!. Whedon G. D.,

Lutwak L.,

Rambaut Р.

et al.- Aviat.

Space environm.

Med., 1976,

v. 47, р. 391-396.

2.Rambaut Р. С., Leach С. S., Whedon G. D. -

Acta astronaut., 1979, v. б, р. 1313-1322.

3. .Deitrick J. Е., Whedon G. D., Sfюrr Е.­

Am. J. Med., 1948, v. 4, р. 3-2б.

4.Whedon J. D., Deitrick J. Е., Shorr Е.­

Ibld., 1949, v. 6, р. б84-711.

5.Donaldson С. L., Hulley S. В., Vogel J. М. et а!. -Metabolism, 1970, v. 19, р. 10711084.

б-7.

Hulley S. В., Vogel J. М.,

Donaldson С. L.

 

et а!.- J. c!in. Invest., 1971,

v. 50, р. 2506-

 

2518.

 

 

 

 

8.

Mack Р. В.,

La

Chance Р.

А., Vose G. Р.

 

et

а!. - Am.

J.

Roentgenol., 19б7,

v. 100,

 

р. 503-511.

 

 

 

 

9.

Berry С. А.- Aerospace Med., 19б9,

v. 40,

 

р. 245-254.

 

 

 

 

10. Красных И. Г.- В кн.: Проблемы косми­ ческой биологии. М., 19б9, т. 13, с. 93-99.

:11. Mack Р. В., Vog·t F. В.- Am. J. Roentgenol., 1971, v. 113, р. б21-б33.

12.Cameron Т. R., Jurist J. М., Maress R. В.­

Aerospace Med., 19б9, v. 40, р. 1119-1122.

13-14. Vogel J. D., Whittle М. W.- In: Skylab Life Sciences Symposium. Proceedings. Houston, 1974, v. 1, р. 387-400.

15.Genant Н. К., Boyd D.- Invest. Radiol., 1977, v. 12, р. 545-551.

16.Weissberger М. А., Zamenhof К. G., Aronow S.- J. Comput. Assist. Tomorg., 1978,

v. 2, р. 853-8б2.

17.Cann С. Е., Gепапt Н. К., Boyd D. Р.­

Ibld., 1979, v. 3, р. 852--853.

18.

Воложин А. И.,

Павлова

М.

П.,

Мура­

 

дов И. Ш. и др.- Пат.

физиол.,

1976,

 

N2 б, с. 34-38.

 

 

 

 

19.

Ступаков Г. П., Воложин А. И., Коржень­

 

янц В. А. и др.- Там же,

1979,

N2 6,

 

с. 9-13.

 

 

 

 

20.

Ступаков Г. П.,

Воложин

А.

И.,

Засып­

 

кин В. В. -Механика композитных мате·

 

риалов, 1980, N2

3, с. 530-537.

 

 

21.Schneider V - In: Join US-USSR Working Group on Space Biology and Medicine. Meeting 8th. Washington, 1977, р. 1б-25.

22.Rambaut Р. С., Johпston R. S - Acta astro· naut., 1979, v. б, р. 1113-1122.

23.Человек. Медико-биологические данные.

М., 1977.

24.Vogel !. М., Whittle М. W. et а!.- In: Biomedical Results fгom Skylab, NASA SP-377.

Washington, 1977, р. 183-190.

25. Krokowski Е.- Radiologe, 1969, Bd 9,

S. 138-142.

29.Bradley !. G., Huang Н. К., Ledley R. S.-

Radiology, 1978, v. 128, р. 103-107.

30.Tothill Р., Сопdоп В.- Phys. in Med. Biol., 1980, v. 25, р. 995.

31.Galwell R. А., Collins D. Н.- J. Bone J.

Surg., 19б1, v. 38, р. 346-361.

32.Branпon Е. W., Rockwood С. А., Potts Р.­

Aerospace Med., 1963, v, 39, р. 900-906.

33. Неапеу R. Р.- Am. J. Med., 1962, v. 33, р. 188-200.

34.Цивьян Я. Л., Райхинштейн В. Е. Межпо­

звонковые диски. Некоторые аспекты фи­

зиологии и биомеханики. Новосибирск, 1977.

35.Лощилов В. И.- Ортопед. травматол.,

1971, N~ 8, с. 63-б8.

36.Френкель Л. А. -В кн.: Биомеханика. Ри­ га, 1975, с. 103-10б.

~7. Ступаков Г. П., Воложин, А. И., Диден­

ко И. Е.- Бюлл. экспер. биол.,

1981, N2 5,

с. 544-546.

 

3R. Майзине Я. Б., Крауя У. Э.,

Пфафрод

Г. О.- В кн.: Всесоюзная конф. по био­

механике. 2-я. Тезисы докладов. Рига, 1979,

т. 1, с. 11-13.

39.Крауя У. Э., Курземниекс А. Н., Пфаф­ род Г. О.- Там же, с. 7-1 I.

40. Tilton F. Е.,

Degioanni !. С.,

Sпeider

V. S.- Aviat. Space environm. Med., 1980, v. 51, р. 1209-1213.

41.Michel Е. L., Rиmmel !. А., Sawiп С. F.-

Acta astronaut., 1975, v. 2, р. 351-365.

42. Michel Е. L., Rummel !. А., Sawiп С. F.

·et а!.- In: Biomedical Results from Sky· lab. Washington, 1977, р. 372-388.

43.

Тихончук В.

С.,

Галкин А. А.,

Карпов

 

В. Н.- Радиобиология, 1981, т. 21,

N2 б,

 

с. 879·-883.

 

 

 

 

44.

Бесядовекай

Р.

А., Иванов К.

В.,

Козю­

ра А. К. Справочное руководство для ра­ диобиологов. М., 1978.

Постуnила 12.01.82

GENERAL LAWS OF BONE ATROPHY IN ТНЕ ABSENCE OF SKELETAL WEIGHT LOADING

G. Р. S t u р а k о v, V. S. К а z е i k i n,

А. 1. V о 1о z h i n

The rate of atrophic changes in spongy

bones of the weightless man was estimated, using studies of human, dog and rat Ьопеs, as weH as observations of neuro1ogical patients

bed-stricken for а long time. Taking into consideration data in the Шerature on the bone status and minera1 balance in rea1 and simulated space Шghts, two mode1s were built. The models make it possiЬle to estimate osteo· porosis of spongy bones of the axial skeleton in the absence of weigbl loading. One of the modelsan intraspecies mode1 for the human populationis based on the experimental!y found rate of the physiological rearrangement

44