КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕОРИИ МЕХАНОСТАТА. ЧАСТЬ II. СТАБИЛЬНОСТЬ МЕХАНО-МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ СРЕДЫ СКЕЛЕТА И ГОМЕОСТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КАЛЬЦИЯ ОРГАНИЗМА

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель - на основании собственных данных и анализа литературы определить биологическую целесообразность взаимодействия адаптивных механизмов, контролирующих деформируемость костных структур и пропускную способность лакунарно-канальцевой системы, и на этой основе охарактеризовать систему механизмов стабилизации гомеостатических параметров кальция в организме. Результаты. Показано наличие двух групп механизмов реструктуризации костного матрикса. Механизмы первой группы обеспечивают медленную (недели, месяцы, годы) подстройку деформируемости костных структур к пределам физиологических порогов. Механизмы второй группы обеспечивают быстрые (минуты и часы) изменения пропускной способности лакунарно-канальцевой системы. Эта система адаптивных механизмов функционирует сопряженно с иерархически организованной системой обмена кальция. Ее первый уровень - прямой обмен Са2+ между межклеточной жидкостью кости и кровотоком: а) парацеллюлярное поступление Са2+ в костную среду из кровотока соответственно градиенту концентраций; б) трансцеллюлярное энергозависимое поступление Са2+ в кровоток из межклеточной жидкости кости. Второй иерархический уровень - остеоцитарное ремоделирование с фазой резорбции перилакунанного матрикса остеоцитами и фазой его отложения. Третий иерархический уровень - остеокластно-остеобластное ремоделирование: фаза резорбции и фаза отложения костной ткани.

Об авторах

А. С. Аврунин

ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: a_avrunin@mail.ru
Россия

Л. К. Паршин

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Email: kafedra@ksm.spbstu.ru
Россия

Б. Е. Мельников

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Email: melnikovboris@mail.ru
Россия

Список литературы

  1. Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Иоффе И.Д., Емельянов В.Г. Колебания массы минерального матрикса скелета. Гений Ортопедии. 2001; (1): 60-62.
  2. Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Иоффе И.Д., Емельянов В.Г. Перестройка минерального матрикса костной ткани. Морфология. 2001; (2):37-40.
  3. Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Иоффе И.Д., Корнилов Н.Н. Формирование и перестройка минерального матрикса костной ткани. Остеопороз и остеопатии. 2000; (3):2-4.
  4. Аврунин А.С., Корнилов Н.В., Суханов А.В., Емельянов В.Г. Формирование остеопоротических сдвигов в структуре костной ткани (костные органы, структура костной ткани и ее ремоделирование, концепция патогенеза остеопороза, его диагностики и лечения). СПб.: Ольга; 1998. 68 с.
  5. Аврунин А.С. Минимально необходимое количество исследований ПМПКТ методом ДЭРА при индивидуальной диагностике остеопороза и мониторинге состояния скелета по дистальному отделу предплечья (предварительные рекомендации). Ортопедия, травматология и протезирование. 2009; (1):49-56.
  6. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Климов А.В. Старение костной ткани. Теоретическое обоснование новых путей оптимизации процесса механотрансдукции. Морфология. 2005; (5):19-28.
  7. Аврунин А.С., Тихилов Р.М. Остеоцитарное ремоделирование костной ткани: история вопроса, морфологические маркеры. Морфология. 2011; (1):86-94
  8. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. Динамическая оценка остеоцитарного ремоделирования костной ткани при использовании неинвазивного метода. Морфология. 2009; (2):66-73.
  9. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Емельянов В.Г. Неинвазивный клинический метод оценки остеоцитарного ремоделирования. Новый возможности двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии. Ортопедия, травматология и протезирование. 2008; 2:67-74.
  10. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Емельянов В.Г. Оценивает ли двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия параметры физиологического обмена минерального матрикса? Гений ортопедии. 2008; (1):41-49.
  11. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Емельянов В.Г. Позволяет ли метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии выявить быстрые колебания проекционной минеральной плотности костной ткани в поясничном отделе позвоночника? Вестник травматологии и ортопедии им. Н. Н. Приорова. 2008; (3):47-52.
  12. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. Медицинские и околомедицинские причины высокого внимания общества к проблеме потери костной массы. Анализ динамики и структуры публикаций по остеопорозу. Гений ортопедии. 2009; (3):59-66.
  13. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Паршин Л.К., Мельников Б.Е. Критический анализ теории механостата. Часть I. Механизмы реорганизации архитектуры скелета. Травматология и ортопедия России. 2012; (2):105-116.
  14. Аврунин А.С., Шубняков И.И. Иерархия структурно-функциональной организации скелета. Остеопатия как система диагностики и лечения. Международная конференция. СПб; 2007. C. 29-34.
  15. Анохин П.К. Теория функциональных систем. Успехи физиол. наук. 1970; 1:19-54.
  16. Берталанфи Л. Общая теория систем - критический обзор. В кн.: Садовский В.Н., Юдин Э.Г. ред. Исследования по общей теории систем. М., 1969. 518 с.
  17. Корнилов Н.В., Аврунин А.С., Синюкова И.В., Каземирский В.Е. Биоритмы обменных процессов в костной ткани и диагностическая ценность двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 1999; (4):52-56.
  18. Крыжановский Г.Н. Биологические ритмы и закон структурно-функциональной дискретности биологических процессов. В кн.: Биологические ритмы в механизмах компенсации нарушенных функций. М.: 1973. с. 20-34.
  19. Крыжановский Г.Н. Расстройство нервной регуляции. В кн.: Патология нервной регуляции функций. М.: 1987. с. 5-42.
  20. Меерсон Ф.З. Адаптация, стресс, профилактика. М.: Наука; 1981. 278 с.
  21. Меерсон Ф.З. Адаптационная медицина: механизмы и защитные эффекты адаптации. М.: Hypoxia medical ltd; 1993. 331 c.
  22. Ньюман У., Ньюман М. Минеральный обмен кости. М.: Иностранная литература; 1961. 270 с.
  23. Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. М.: Медгиз; 1960. 176 с.
  24. Степанова С.И. Биоритмологические аспекты проблемы адаптации. М.: Наука; 1986. 239 с.
  25. Эшби У.Р. Конструкция мозга. М.: Мир; 1962. 398 с.
  26. Ajubi N.E., Klein-Nulend J., Nijweide P.J., Vrijheid-Lammers T., Alblas M.J., Burger E.H. Pulsating fluid flow increases prostaglandin production by cultured chicken osteocytes - a cytoskeleton-dependent process. Biochem Biophys Res Commun. 1996; 225(1):62-68.
  27. Akhter M.P., Cullen D.M., Gong G., Recker R.R. Bone biomechanical properties in prostaglandin EPX and EP2 knockout mice. Bone. 2001; 29(2):121-125.
  28. Amprino R., Engstrom A. Studies on X-ray absorption and diffraction of bone tissue. Acta Anatomica. 1952; XV, Fasc. /: 1-22.
  29. Baud C.A. Submicroscopic structure and functional aspects of the osteocyte. Clin. Orthop. Relat. Res. 1968; 56:227-236.
  30. Baud C.A., Auil E. Osteocyte differential count in normal human alveolar bone. Acta Anat (Basel). 1971; 78(3):321-327.
  31. Baud, C.A. Morphologie et structure inframicroscopique des osteocytes. Acta anat. 1962; 51(3):209-225.
  32. Belanger L.F., Robichon J. Parathormone-induced osteolysis in dogs. A Microradiographic and alpharadiographic survey. J Bone Joint Surg. Am. 1964; 46:1008-1012.
  33. Borle A.B., Nichols N., Nichols G. Metabolic studies of bone in vitro I. Normal bone. J. Biol. Chem. 1960; 235:1206-1210.
  34. Borle A.B., Nichols N., Nichols G. Metabolic studies of bone in vitro. II. The metabolic patterns of accretion and resorption. J. Biol. Chem. 1960; 235:1211-1214.
  35. Brighton C.T., Fisher J.R., Levine S.E., Corsetti J.R., Reilly T., Landsman A.S., Williams J.L., Thibault L.E. The biochemical pathway mediating the proliferative response of bone cells to a mechanical stimulus. J. Bone Joint Surg. Am. 1996; 78(9):1337-1347.
  36. Brighton C.T., Strafford B., Gross S.B., Leatherwood D.F., Williams J.L., Pollack S.R. The proliferative and synthetic response of isolated calvarial bone cells of rats to cyclic biaxial mechanical strain. J Bone Joint Surg. Am. 1991; 73(3):320-331.
  37. Burr D.B., Martin R.B. Errors in bone remodeling: toward a unified theory of metabolic bone disease. Am J. Anat. 1989; 186(2):186-216.
  38. Dempster, D.W. Ремоделирование кости. В кн.: Риггз Б.Л., Мелтон III Л.Д. ред. Остеопороз. СПб., 2000. с. 85-108. Dempster, D.W. Remodelirovaniye kosti [Bone remodeling]. V kn.: Riggz B.L., Melton III L.D. red. Osteoporoz. SPb., 2000. s. 85-108.
  39. Ejersted C., Andreassen T.T., Hauge E.M., Melsen F., Oxlund H., Parathyroid hormone (1-34) increases vertebral bone mass, compressive strength, and quality in old rats bone. Bone. 1995; 17(6):507-511.
  40. Feng J.Q., Ward L.M., Shiguang Liu, Yongbo Lu, Yixia Xie, Baozhi Yuan, Xijie Yu, Rauch F., Davis S.I., Shubin Zhang, Rios H., Drezner M.K., Quarles L.D., Bonewald L.F., White K.E. Loss of DMP1 causes rickets and osteomalacia and identifies a role for osteocytes in mineral metabolism. Nature Genetics. 2006; 38(11):1310-1315.
  41. Feng J.Q., Ye L., Schiavi S. Do osteocytes contribute to phosphate homeostasis? Curr Opin Nephrol Hypertens. 2009; 18(4):285-291.
  42. Frost H.M. In vivo osteocyte death. J. Bone Joint Surg. Am. 1960. 42-A:138-143.
  43. Frost H.M. Mathematical elements of lamellar bone remodeling. Charlesc Thomas, Publisher. Springfield, Ilinois; 1964.
  44. Frost H.M. Micropetrosis. J. Bone Joint Surg. Am. 1960; 42-A:144-150.
  45. Frost H.M. Muscle, bone, and the Utah paradigm: A1999 overview. Med. Sci Sports Exerc. 2000; 32(5):911-917.
  46. Frost H.M. Seeking genetic causes of "osteoporosis": insights of the Utah paradigm of skeletal physiology. Bone. 2001; 29(5):407-412.
  47. Heller-Steinberg M. Ground substance, bone salts, and cellular activity in bone formation and destruction. Am. J. Anat. 1951; 89(3):347-379.
  48. Imai K., Neuman M.W., Kawase T., Saito S. Calcium in osteoblast-enriched bone cells. Bone. 1992; 13(3):217-223.
  49. Jowsey J. Riggs B.I., Kelly P.J. Mineral metabolism in osteocytes. Mayo Clin. Proc. 1964; 39:480-484.
  50. Lane N.E., Yao W., Balooch M., Nalla R.K., Balooch G., Habelitz S., Kinney J.H., Bonewald L.F. Glucocorticoid-treated mice have localized changes in trabecular bone material properties and osteocyte lacunar size that are not observed in placebo-treated or estrogen-deficient mice. J. Bone Miner. Res. 2006; 21(3):466-476.
  51. Marenzana M., Shipley A.M., Squitiero P., Kunkel J.G., Rubinacci A. Bone as an ion exchange organ: Evidence for instantaneous cell-dependent calcium efflux from bone not due to resorption. Bone. 2005; 37(4):545-554.
  52. Marotti G.A, Ferretti M., Muglia M.A., Palumbo C., Palazzini S. A quantitative evaluation of osteoblast-osteocyte on growing endosteal surface of rabbit tibiae. Bone. 1992; 13(5):363-368.
  53. Martin R.B. On the significance of remodeling space and activation rate changes in bone remodeling. Bone. 1991; 12(6):391-400.
  54. Martin R.B. Toward a unifying theory of bone remodeling. Bone. 2000; 26(1):1-6.
  55. McNamara L.M., Majeska R.J., Weinbaum S., Friedrich V., Schaffler M.B. Attachment of osteocyte cell processes to the bone matrix. Anat Rec (Hoboken). 2009; 292(3):355-363.
  56. Nichols G., Rogers P. Mechanisms for the transfer of calcium into and out of the skeleton. Pediatrics 1971; 47(1). Suppl. 2:211-28.
  57. Palumbo C., Palazzini S., Zaffe D., Marotti G. Osteocyte differentiation in the tibia of newborn rabbit: an ultrastractural study of the formation of cytoplasmic processes. Acta Anat (Basel). 1990; 137(4):350-358.
  58. Parfift A.M. The actions of parathyroid hormone on bone: relation to bone remodeling and turnover, calcium homeostasis, and metabolic bone disease. Part I of IV parts: mechanisms of calcium transfer between blood and bone and their cellular basis: morphological and kinetic approaches to bone turnover. Metabolism. 1976; 25(7):809-844.
  59. Remagen W., Caesar R., Heuck F. Elektronenmikroskopische und mikroradiographische Befunde am Knochen der mit Dihydrotachysterin behandelten Rattel. Virchows Arch A Pathol Pathol Anat. 1968; 345(3):245-254.
  60. Remagen W., Hohling H.J., Hall T.A., Caesar R. Electron microscopical and microprobe observations on the cell sheath of stimulated osteocytes. Calcif Tissue Res. 1969; 4(1):60-68.
  61. Rubinacci A., Covini M., Bisogni C., Villa I., Galli M., Palumbo C., Ferretti M., Muglia M.A., Marotti G. Bone as an ion exchange system: evidence for a link between mechanotransduction and metabolic needs. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2002; 282(4):E851-644.
  62. Scarpace P.J., Neuman W.F. The blood: bone disequilibrium. II. Evidence against the active accumulation of calcium or phosphate into the bone extracellular fluid. Calcif Tissue Res. 1976;(2):151-158.
  63. Schaffler M.B., Burr D.B. Stiffness of compact bone: Effects of porosity and density. J Biomech. 1988; 21(1):13-16; Цитировано по Martin R.B. [1991].
  64. Skerry T.M., Bitensky L., Chayen J., Lanyon L.E. Loading-related reorientation of bone proteoglycan in vivo. Strain memory in bone tissue? J. Orthop. Res. 1988; 6(4):547-551.
  65. Skerry T.M., Suva L.J. Investigation of the regulation of bone mass by mechanical loading: from quantitative cytochemistry to gene array. Cell Biochem. Funct. 2003; 21(3):223-229.
  66. Tami A.E., Schaffler M.B., Knothe Tate M.L., Probing the tissue to subcellular level structure underlying bone's molecular sieving function. Biorheology. 2003;40(6):577-590.
  67. Whitfield J.F., Morley P., Willick G.E. Parathyroid hormone, its fragments and their analogs for the treatment of osteoporosis. Treat Endocrinol. 2002;1(3):175-190.
  68. Whitfield J.F. Primary cilium - is it an osteocyte's strain-sensing flowmeter? J. Cell Biochem. 2003; 89(2):233-237.
  69. Zaman G., Cheng M.Z., Jessop H.L., White R., Lanyon L.E. Mechanical strain activates estrogen response elements in bone cells. Bone. 2000; 27(2):233-239.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 82474 от 10.12.2021.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах