6. Изменения в костной ткани в условиях физической нагрузки

За последнее десятилетие значительно возросло количество людей, которые занимаются по различным программам двигательной активности с целью улучшения или поддержания своего здоровья. Однако регулярные занятия физическими упражнениями могут оказывать отрицательное влияние на гуморальную регуляцию. Наиболее показательный пример такой ситуации – аменорея и другие нарушения менструального цикла, обусловленные физической нагрузкой. Результатом нарушений менструального цикла становится снижение секреции эстрогенов. Это оказывает заметное влияние на процессы ремоделирования кости так, что резорбция (разрушение) начинает преобладать над формированием костной ткани, результатом чего становится существенное снижение ее массы.

6.1. Гуморальная регуляция перестройки костной ткани

Кости выполняют две основные функции: а) поддержание определенной структуры тела; б) депо кальция для обеспечения всех физиологических процессов. Внутреннее губчатое (трабекулярное) вещество кости окружает более плотный кортикальный слой. Губчатое вещество содержит костный мозг. При разрушении костной ткани из костного матрикса высвобождается кальций, фрагменты коллагена и ростовые факторы.

Скелет млекопитающих растет и перестраивается на протяжении всей жизни. Рост костей конечностей в длину в детском и юношеском возрасте происходит в так называемых эпифизарных (расположенных в суставных концах кости) пластинках. Эти пластинки исчезают, когда рост кости в длину прекращается. Скорость роста в эпифизарных пластинках и кости в целом контролируется СТГ-ИФР-I (системой соматотропного гормона – соматомедина С). Линейный рост костей в зоне роста начинается при рождении и практически прекращается после завершения полового созревания.

Формирование и перестройка кости является результатом процессов резорбции и образования костной ткани, происходящих под влиянием ряда факторов, включая гуморальные вещества, двигательную активность. Все процессы костной ткани происходят в ее клетках - остеобластах и остеокластах. Остеокласты - гигантские многоядерные клетки позвоночных животных, появляющиеся в местах рассасывания костных структур. Функция их заключается в удалении продуктов распада кости и лизисе минерализованных структур. В сочетании с остеобластами, остеокласты контролируют количество костной ткани (остеобласты создают новую костную ткань, а остеокласты разрушают старую). Остеобласты - молодые остеобразующие клетки костей, которые синтезируют межклеточное вещество - матрикс. По мере накопления межклеточного вещества остеобласты замуровываются в нём и становятся остеоцитами. Формирование кости в значительной степени зависит от направленности векторов физической нагрузки, которая определяется характером мышечных сокращений. Перестройка кости представляет собой совершенно иной гомеостатический процесс по сравнению с ростом и формированием, хотя происходит она при участии тех же клеток костной ткани. Перестройка позволяет реорганизовать скелет без изменения костной массы и, следовательно, служит для обеспечения прочности кости и поддержания метаболического баланса, особенно, кальция и фосфора.

Во время перестройки скорость резорбции или разрушения кости равна скорости образования новой костной ткани. В отличие от этого, рост и формирование новой кости происходит вследствие линейного удлинения в зоне роста за счет деления хондроцитов (зрелые клетки хрящевой ткани) и роста на боковых поверхностях в области диафиза за счет деления остебластов надкостницы. Надкостница (периост) - соединительнотканная пленка, окружающая кость снаружи. В период с 10 до 18 лет происходит активный линейный рост и формирование скелета. В этом возрасте отмечается наиболее выраженный ответ под влиянием физической нагрузки, проявляющийся в изменении минеральной плотности кости.

Перестройка или ремоделирование костной ткани представляет собой постоянный процесс, который определяет метаболические потребности скелета. Полная замена костной ткани происходит в течение каждых 10 лет, при этом наиболее активно обменные процессы протекают в богатых губчатым веществом участках позвонков грудного и поясничного отделов, а также некоторых участках бедренной кости. Перестройку костной ткани регулируют многочисленные ростовые факторы и цитокины, каждый из которых вносит свой вклад в сопряжение процессов резорбции и образования.

Направленность перестройки регулируется с помощью гормонов – паратгормона, эстрогенов, тироксина, СТГ, ИФР-I. Основная масса ИФР-I в костной ткани формируется на локальном уровне в остеобластах. Уровень ИФР-I в крови и костной ткани в значительной степени зависит от особенностей диеты и двигательной активности. Задержка роста – одно из основных проявлений недостаточной энергетической ценности рациона питания у детей – взаимосвязана с существенным снижением уровня ИФР-I в крови, несмотря на повышенный уровень секреции гормона роста. Точно так у лиц зрелого возраста при недостатке потребления белковой пищи наблюдается снижение содержания ИФР-I в сыворотке крови. При остеопорозе наблюдается выраженное снижение уровня ИФР-I в крови. Этот пептид – также важный медиатор ответа скелетной системы на стресс при травме.

Контрольные вопросы:

1. Чем отличается перестройка от роста и формирования костной ткани?

2. Основные функции кости.

3. Гуморальная регуляция перестройки костной ткани.

4. От чего зависит уровень ИФР-I?