stringtranslate.com

Резорбция костной ткани

Резорбция костей — это резорбция костной ткани , то есть процесс, при котором остеокласты разрушают ткань костей [1] и высвобождают минералы , что приводит к переносу кальция из костной ткани в кровь . [2]

Остеокласты — это многоядерные клетки , содержащие многочисленные митохондрии и лизосомы . Это клетки, ответственные за резорбцию кости. Остеобласты обычно присутствуют на внешнем слое кости, сразу под надкостницей . Присоединение остеокласта к остеону начинает процесс. Затем остеокласт вызывает сворачивание своей клеточной мембраны и секретирует коллагеназу и другие ферменты, важные для процесса резорбции. Высокие уровни кальция , магния , фосфата и продуктов коллагена будут высвобождаться во внеклеточную жидкость, когда остеокласты туннелируют в минерализованную кость. Остеокласты играют важную роль в разрушении тканей, обнаруженном при псориатическом артрите и ревматологических заболеваниях. [3]

Человеческое тело находится в постоянном состоянии ремоделирования костей . [4] Ремоделирование костей — это процесс, который поддерживает прочность костей и ионный гомеостаз путем замены отдельных частей старой кости вновь синтезированными пакетами белкового матрикса. [5] Кость резорбируется остеокластами и откладывается остеобластами в процессе, называемом окостенением . [6] Активность остеоцитов играет ключевую роль в этом процессе. Состояния, которые приводят к уменьшению массы костей, могут быть вызваны либо увеличением резорбции, либо уменьшением окостенения. В детстве формирование костей превышает резорбцию. По мере старения резорбция превышает формирование. [5]

Скорость резорбции костей намного выше у женщин старшего возраста в период постменопаузы из-за дефицита эстрогена, связанного с менопаузой . [7] Обычные методы лечения включают препараты, которые увеличивают минеральную плотность костей. Бисфосфонаты , ингибиторы RANKL , SERM — селективные модуляторы эстрогеновых рецепторов , заместительная гормональная терапия и кальцитонин — вот некоторые из распространенных методов лечения. [8] Упражнения с легкими весовыми нагрузками, как правило, устраняют негативные последствия резорбции костей. [9]

Регулирование

Резорбция костей сильно стимулируется или подавляется сигналами из других частей тела в зависимости от потребности в кальции.

Кальций-чувствительные мембранные рецепторы в паращитовидной железе контролируют уровень кальция во внеклеточной жидкости. Низкий уровень кальция стимулирует высвобождение паратиреоидного гормона (ПТГ) из главных клеток паращитовидной железы . [4] Помимо его воздействия на почки и кишечник, ПТГ увеличивает количество и активность остеокластов. Увеличение активности уже существующих остеокластов является начальным эффектом ПТГ и начинается через несколько минут и увеличивается в течение нескольких часов. [4] Продолжающееся повышение уровня ПТГ увеличивает обилие остеокластов. Это приводит к большей резорбции ионов кальция и фосфата. [4]

С другой стороны, высокий уровень кальция в крови приводит к снижению высвобождения ПТГ из паращитовидной железы, что снижает количество и активность остеокластов, что приводит к снижению резорбции костей. Витамин D увеличивает всасывание кальция и фосфата в кишечном тракте, что приводит к повышению уровня кальция в плазме [4] и, таким образом, снижению резорбции костей.

Кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол) — активная форма витамина D3 . [ 10] Он выполняет многочисленные функции, связанные с уровнем кальция в крови. Недавние исследования показывают, что кальцитриол приводит к снижению образования остеокластов и резорбции костей. [11] [12] Из этого следует, что увеличение потребления витамина D3 должно приводить к снижению резорбции костей — было показано, что пероральный прием витамина D не линейно коррелирует с повышением уровня кальцифедиола в сыворотке [13] , предшественника кальцитриола.

Кальцитонин — гормон, секретируемый щитовидной железой человека. Кальцитонин снижает активность остеокластов и уменьшает образование новых остеокластов, что приводит к снижению резорбции. [4] Кальцитонин оказывает большее влияние на маленьких детей, чем на взрослых, и играет меньшую роль в ремоделировании костей, чем ПТГ. [4]

В некоторых случаях, когда резорбция кости опережает окостенение, кость разрушается гораздо быстрее, чем может обновиться. Кость становится более пористой и хрупкой, подвергая людей риску переломов. В зависимости от того, в какой части тела происходит резорбция кости, могут возникнуть дополнительные проблемы, такие как потеря зубов. Это может быть вызвано такими состояниями, как гиперпаратиреоз и гиповитаминоз D или даже снижением гормональной выработки у пожилых людей. Некоторые заболевания с симптомами снижения плотности костей — остеопороз и рахит .

Некоторые люди, которые испытывают повышенную резорбцию костей и пониженное формирование костей, являются астронавтами . Из-за условий нахождения в условиях невесомости астронавтам не нужно так сильно нагружать свою опорно-двигательную систему, как на Земле . Окостенение уменьшается из-за отсутствия нагрузки, в то время как резорбция увеличивается, что приводит к общему снижению плотности костей. [14]

Алкоголизм

Влияние алкоголя на минеральную плотность костей (МПКТ) хорошо известно и изучено на животных и людях. Длительное воздействие этанола прямым и косвенным путем увеличивает риск переломов за счет снижения минеральной плотности костей и развития остеопороза. Косвенные эффекты чрезмерного употребления алкоголя проявляются через гормон роста, половые стероиды и окислительный стресс.

Гормон роста является важным регулятором роста и ремоделирования костей у взрослых и действует через инсулиноподобный фактор роста I ( IGF1 ), стимулируя остеобластическую дифференциацию. [15] Хронический алкоголизм снижает уровень IGF1, что подавляет способность GH увеличивать минеральную плотность костей. [15]

Увеличение потребления алкоголя связано со снижением уровня тестостерона и эстрадиола в сыворотке, что в свою очередь приводит к активации белка RANK (рецептора TNF), который способствует образованию остеокластов. [16] Окислительный стресс возникает, когда этанол вызывает экспрессию NOX , что приводит к образованию ROS в остеобластах, что в конечном итоге может привести к старению клеток. [17] Прямые эффекты хронического алкоголизма очевидны в остеобластах, остеокластах и ​​остеоцитах. Этанол подавляет активность и дифференциацию остеобластов.

В то же время он оказывает прямое влияние на активность остеокластов. Это приводит к увеличению скорости резорбции костей и снижению минеральной плотности костей из-за увеличения количества ямок и областей ямок в кости. [18] [19] [20] Исследования показали, что жизнеспособные остеоциты (другой тип костных клеток) могут предотвращать остеокластогенез, тогда как апоптотические остеоциты имеют тенденцию вызывать стимуляцию остеокластов. Стимуляция апоптоза остеоцитов под воздействием алкоголя может объяснить снижение минеральной плотности костей у хронических пьющих. [20] [6]

Клиническое значение

Резорбция костной ткани является неотъемлемой частью как физиологических, так и патологических процессов. [21]

Патологическая резорбция кости может быть ограниченной (локальной), которая вызвана местным воспалением, [22] например, травмой или инфекцией, одновременно активируются местные факторы резорбции, включая факторы роста, цитокины, простагландины и т. д. Такая резорбция кости может наблюдаться также у пациентов со многими метаболическими заболеваниями скелета, особенно остеопенией и остеопорозом, эндокринными заболеваниями , ревматическими расстройствами и другими случаями, а также у пациентов с генетическими нарушениями.

Физиологическая резорбция кости является неотъемлемой частью функционирования кости, в то время как кость постоянно растет благодаря двум процессам — разрушению и образованию костной ткани. [23] Локально это может проявляться при прорезывании зубов, когда перемещение зубного фолликула сопровождается активной резорбцией костной ткани челюсти. Резорбция старой кости и образование новой сбалансированы в хорошо развитом скелете. Однако с возрастом резорбция начинает играть большую роль в процессах ремоделирования. Стоматология рассматривает резорбцию как растворение или разрушение структуры зуба. Это может быть воспаление и потеря дентина или цемента.

Костная ткань — это динамическая система с активным метаболизмом. [24] Ремоделирование костной ткани или ремоделирование костей — это последовательная цепочка удаления старого костного матрикса и замены его новым. [25] Эти процессы заставляют скелет ребенка расти и расширяться, при этом для детского возраста характерен рост костной ткани, а не ее рассасывание.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кость+Резорбция в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)
  2. ^ Teitelbaum SL (сентябрь 2000 г.). «Резорбция костей остеокластами». Science . 289 (5484): 1504–1508. Bibcode :2000Sci...289.1504T. doi :10.1126/science.289.5484.1504. PMID  10968780.
  3. ^ Mensah KA, Schwarz EM, Ritchlin CT (август 2008 г.). «Измененное ремоделирование костей при псориатическом артрите». Current Rheumatology Reports . 10 (4): 311–317. doi :10.1007/s11926-008-0050-5. PMC 2656567. PMID 18662512  . 
  4. ^ abcdefg Hall JE, Guyton AC (2011). Учебник медицинской физиологии Guyton and Hall (12-е изд.). Филадельфия, Пенсильвания: Saunders, Elsevier. ISBN 978-1-4160-4574-8.
  5. ^ ab Clarke B (ноябрь 2008 г.). «Нормальная анатомия и физиология костей». Клинический журнал Американского общества нефрологии . 3 (Приложение 3): S131–S139. doi :10.2215/CJN.04151206. PMC 3152283. PMID  18988698 . 
  6. ^ ab Maurel DB, Jaffre C, Rochefort GY, Aveline PC, Boisseau N, Uzbekov R и др. (сентябрь 2011 г.). «Низкое накопление костной ткани связано с апоптозом остеоцитов при остеопении, вызванной алкоголем». Bone . 49 (3): 543–552. doi :10.1016/j.bone.2011.06.001. PMID  21689804.
  7. ^ Feng X, McDonald JM (2011-01-01). «Нарушения ремоделирования костей». Annual Review of Pathology . 6 : 121–145. doi :10.1146/annurev-pathol-011110-130203. PMC 3571087. PMID  20936937 . 
  8. ^ Рассел Г., Мюллер Г., Шипман К., Краучер П. (2001-01-01). «Клинические нарушения резорбции костей». Молекулярная основа скелетогенеза . Симпозиумы Novartis Foundation. Т. 232. С. 251–267, обсуждение 267–271. doi :10.1002/0470846658.ch17. ISBN 9780471494331. PMID  11277085. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  9. ^ Шанб АА, Юсеф ЭФ (сентябрь 2014 г.). «Влияние добавления упражнений с нагрузкой весом по сравнению с программами без нагрузки весом на медицинское лечение пожилых пациентов с остеопорозом». Журнал семейной и общественной медицины . 21 (3): 176–181. doi : 10.4103/2230-8229.142972 . PMC 4214007. PMID  25374469 . 
  10. ^ Комитет Института медицины (США) по рассмотрению рекомендуемых норм потребления витамина D и кальция в рационе, Росс AC, Тейлор CL, Яктин AL, Дель Валле HB (2011). "Обзор витамина D". В Ross AC, Taylor CL, Яктин AL, Дель Валле HB, Комитет по рассмотрению рекомендуемых норм потребления витамина D и кальция в рационе, Совет по продовольствию и питанию, Институт медицины (ред.). Рекомендуемые нормы потребления кальция и витамина D в рационе . Вашингтон (округ Колумбия): National Academies Press (США). doi : 10.17226/13050. ISBN 978-0-309-16394-1. PMID  21796828. S2CID  58721779.
  11. ^ Kikuta J, Kawamura S, Okiji F, Shirazaki M, Sakai S, Saito H, Ishii M (апрель 2013 г.). «Миграция моноцитов-предшественников остеокластов, опосредованная сфингозин-1-фосфатом, является критической точкой контроля антикостно-резорбтивного действия активного витамина D». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (17): 7009–7013. Bibcode : 2013PNAS..110.7009K. doi : 10.1073/pnas.1218799110 . PMC 3637769. PMID  23569273 . 
  12. ^ Yamamoto Y, Yoshizawa T, Fukuda T, Shirode-Fukuda Y, Yu T, Sekine K и др. (март 2013 г.). «Рецептор витамина D в остеобластах является отрицательным регулятором контроля костной массы». Эндокринология . 154 (3): 1008–1020. doi : 10.1210/en.2012-1542 . PMID  23389957.
  13. ^ Stamp TC, Haddad JG, Twigg CA (июнь 1977 г.). «Сравнение перорального 25-гидроксихолекальциферола, витамина D и ультрафиолетового света как детерминант циркулирующего 25-гидроксивитамина D». Lancet . 1 (8026): 1341–1343. doi :10.1016/s0140-6736(77)92553-3. PMID  69059. S2CID  9326591.
  14. ^ Iwamoto J, Takeda T, Sato Y (июнь 2005 г.). «Вмешательства для предотвращения потери костной массы у астронавтов во время космического полета». The Keio Journal of Medicine . 54 (2): 55–59. doi : 10.2302/kjm.54.55 . PMID  16077253.
  15. ^ ab Maddalozzo GF, Turner RT, Edwards CH, Howe KS, Widrick JJ, Rosen CJ, Iwaniec UT (сентябрь 2009 г.). «Алкоголь изменяет состав всего тела, подавляет формирование костей и увеличивает ожирение костного мозга у крыс». Osteoporosis International . 20 (9): 1529–1538. doi :10.1007/s00198-009-0836-y. PMID  19238309. S2CID  11502836.
  16. ^ Ronis MJ, Wands JR, Badger TM, de la Monte SM, Lang CH, Calissendorff J (август 2007 г.). «Нарушение эндокринной сигнализации, вызванное алкоголем». Алкоголизм: клинические и экспериментальные исследования . 31 (8): 1269–1285. doi :10.1111/j.1530-0277.2007.00436.x. PMID  17559547.
  17. ^ Chen JR, Shankar K, Nagarajan S, Badger TM, Ronis MJ (январь 2008 г.). «Защитные эффекты эстрадиола при потере костной массы, вызванной этанолом, включают ингибирование генерации активных форм кислорода в остеобластах и ​​последующую активацию внеклеточной сигнал-регулируемой киназы/трансдуктора сигнала и активатора транскрипции 3/рецептора активатора сигнального каскада ядерного фактора-kappaB». Журнал фармакологии и экспериментальной терапии . 324 (1): 50–59. doi :10.1124/jpet.107.130351. PMID  17916759. S2CID  27152788.
  18. ^ Robling AG, Bonewald LF (февраль 2020 г.). «Остеоцит: новые идеи». Annual Review of Physiology . 82 (1): 485–506. doi :10.1146/annurev-physiol-021119-034332. PMC 8274561. PMID  32040934 . 
  19. ^ Bonewald LF (февраль 2011 г.). «Удивительный остеоцит». Journal of Bone and Mineral Research . 26 (2): 229–238. doi :10.1002/jbmr.320. PMC 3179345. PMID  21254230 . 
  20. ^ ab Verborgt O, Tatton NA, Majeska RJ, Schaffler MB (май 2002 г.). «Пространственное распределение Bax и Bcl-2 в остеоцитах после усталости костей: дополнительные роли в регуляции ремоделирования костей?». Journal of Bone and Mineral Research . 17 (5): 907–914. doi :10.1359/jbmr.2002.17.5.907. hdl : 10067/1033580151162165141 . PMID  12009022. S2CID  22428635.
  21. ^ Фернандес-Тресгеррес-Эрнандес-Хиль I, Алобера-Грасия М.А., дель-Канто-Пингаррон М., Бланко-Херес Л. (март 2006 г.). «Физиологические основы костной регенерации II. Процесс ремоделирования». Medicina Oral, Patologia Oral и Cirugia Bucal . 11 (2): E151–7. ПМИД  16505794.
  22. ^ Эпсли С., Тадрос С., Фарид А., Каргилис Д., Мехта С., Раджапаксе Ч.С. (2020). «Влияние воспаления на кость». Frontiers in Physiology . 11 : 511799. doi : 10.3389/fphys.2020.511799 . PMC 7874051. PMID  33584321 . 
  23. ^ Rowe P, Koller A, Sharma S (март 2023 г.). «Физиология, ремоделирование костей». StatPearls [Интернет]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. PMID  29763038 . Получено 07.06.2023 . {{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )
  24. ^ Wawrzyniak A, Balawender K (июль 2022 г.). «Структурные и метаболические изменения в костях». Животные . 12 (15): 1946. doi : 10.3390/ani12151946 . PMC 9367262. PMID  35953935 . 
  25. ^ Линдси Р., Косман Ф. (январь 2007 г.). «Патогенез остеопороза». Лечение женщин в постменопаузе (3-е изд.). С. 323–330. doi :10.1016/B978-012369443-0/50032-6. ISBN 9780123694430Ремоделирование костей — это процесс, при котором старая кость непрерывно заменяется новой тканью.

Внешние ссылки