I. Морфология и физиология костной ткани. Костная ткань состоит из трех компонентов: клеток, органического матрикса и минеральных веществ. На долю клеток приходится всего около 3% объема костной ткани.
А. Остеобласты происходят из мезенхимных клеток-предшественников. Остеобласты образуют сплошной клеточный пласт на поверхности образующейся кости. Основная функция остеобластов — синтез белков органического матрикса, в частности — коллагена, остеокальцина и остеопонтина. Впоследствии в органическом матриксе откладываются минеральные вещества. Остеобласты содержат щелочную фосфатазу, несут рецепторы ПТГ и 1,25(OH)2D3 и способны к пролиферации. Остеобласты, окруженные минерализованным органическим матриксом, превращаются в остеоциты.
Б. Остеоциты — это зрелые, непролиферирующие клетки. Остеоциты располагаются в полостях между слоями новообразованной кости.
В. Остеокласты — крупные многоядерные клетки, образующиеся путем слияния гемопоэтических стволовых клеток моноцитарно-макрофагального ростка. Главная функция остеокластов — резорбция костной ткани.
Г. Органический матрикс включает коллагеновые волокна и другие белки, синтезируемые остеобластами, а также белки, поступающие из крови. Главный компонент органического матрикса — коллаген типа I (90—95% массы всех органических веществ костной ткани).
Д. Минеральные вещества кости представлены главным образом кристаллами гидроксиапатита [Ca10(PO4)6OH2] и аморфным фосфатом кальция [Ca3(PO4)2]. Минеральные вещества нековалентно связаны с белками органического матрикса. Ориентация кристаллов гидроксиапатита определяется в первую очередь ориентацией коллагеновых волокон матрикса.
II. Причины метаболических болезней костей. В костной ткани постоянно идут процессы образования и резорбции. В норме они уравновешены. Если преобладает резорбция, возникает остеопения (уменьшение массы кости). Форма, размеры, химический состав и прочность кости зависят от множества факторов — как местных, так и гуморальных. Все эти факторы регулируют функции остеобластов и остеокластов. Поэтому в конечном счете метаболические болезни костей — это всегда результат нарушений образования или резорбции костной ткани. Возможные причины этих нарушений:
А. Дефицит минеральных веществ в пище, нарушение их всасывания в кишечнике либо нарушение их захвата костной тканью.
Б. Дефицит или нарушения метаболизма витамина D.
В. Избыточная секреция ПТГ, T4 или кортизола.
Г. Действие лекарственных средств, в том числе гормонов.
Д. Длительная обездвиженность либо недостаточная физическая активность, замедляющие образование костной ткани.
Е. Возрастное угнетение функции остеобластов.
Ж. Врожденные нарушения синтеза коллагена.
III. Принципы диагностики
А. Лабораторная диагностика
1. Исследование крови. Для определения сывороточных концентраций общего кальция, свободного (ионизированного) кальция, фосфата и других неорганических веществ кровь берут утром натощак, поскольку прием пищи влияет на эти показатели. Для оценки функции паращитовидных желез измеряют концентрацию ПТГ1—84 в сыворотке.
2. Исследование мочи
а. Экскреция кальция. При определении содержания кальция в суточной моче никаких ограничений в диете не требуется. Экскреция считается пониженной, если содержание кальция в суточной моче 0,1 ммоль/кг. Полноту сбора мочи оценивают по содержанию креатинина. Внимание: тиазидные диуретики уменьшают суточную экскрецию кальция на 24—40%, а фуросемид может усиливать экскрецию кальция.
б. Канальцевая реабсорбция фосфата. Этот показатель отражает полноту реабсорбции фосфата. Для определения концентраций фосфата и креатинина мочу собирают утром натощак, через 2 ч после приема жидкости. Кровь для определения концентраций фосфата и креатинина в сыворотке берут через 1 ч после приема жидкости. Канальцевую реабсорбцию фосфата рассчитывают по формуле: [1 – (концентрация фосфата в моче/концентрация фосфата в сыворотке):(концентрация креатинина в моче/концентрация креатинина в сыворотке)] ´ 100%.
В норме канальцевая реабсорбция фосфата равна 83—95%. Уменьшение канальцевой реабсорбции фосфата обусловлено повышением уровня ПТГ либо первичным дефектом реабсорбции фосфата в почечных канальцах.
в. Отношение канальцевая реабсорбция фосфата/СКФ — самый информативный показатель полноты реабсорбции фосфата и потерь фосфата с мочой, поскольку он учитывает как концентрацию фосфата в сыворотке, так и фильтрационную способность почек.
Б. Инструментальная диагностика
1. Рентгенография. На обычных рентгенограммах остеопения определяется только при потере 30—50% костной массы.
а. Позвоночник. Для выявления остеопении делают снимки грудного или поясничного отделов позвоночника в боковой проекции. Различают три степени остеопении:
1) Легкая: снижение плотности губчатого вещества (тел позвонков) при нормальной плотности компактного вещества.
2) Умеренная: вогнутость верхней и нижней поверхностей позвонков из-за истончения субхондральных зон и давления межпозвоночных дисков (рыбьи позвонки).
3) Тяжелая: множественные компрессионные переломы позвонков с клиновидной деформацией.
б. Кисть. При тяжелом гиперпаратиреозе иногда обнаруживается субпериостальная резорбция компактного вещества фаланг.
в. Другие кости. При тяжелой, длительно существующей остеомаляции наблюдаются псевдопереломы длинных костей, особенно бедренных и большеберцовых, а также костей таза и лопаток.
2. Денситометрия костей
а. В 70-х годах для оценки массы костей и содержания минеральных веществ в основном веществе кости был разработан метод изотопной абсорбциометрии. Принцип метода: исследуемый участок скелета помещают между источником гамма-частиц (131I, 153Gd) и детектором излучения, соединенным с компьютером. Часть гамма-частиц поглощается при прохождении через кость. По величине поглощения рассчитывают плотность костной ткани и содержание в ней минеральных веществ. Основной недостаток изотопной абсорбциометрии — значительная лучевая нагрузка (50—500 Зв).
б. В последнее время для диагностики остеопении чаще всего применяют двухфотонную рентгеновскую абсорбциометрию. Принцип метода тот же, но вместо излучателей гамма-частиц используется рентгеновская трубка, дающая гораздо меньшую лучевую нагрузку (< 10 Зв). Двухфотонная рентгеновская абсорбциометрия — высокочувствительный метод. Он позволяет выявить потерю всего 2—3% массы кости. В США и некоторых европейских странах двухфотонную рентгеновскую абсорбциометрию используют для массовых обследований женщин в постменопаузе для ранней диагностики остеопороза.
в. Иногда денситометрию сочетают с нейтронно-активационным анализом содержания кальция в организме.
г. В начале 90-х годов появились приборы для ультразвуковой денситометрии костей. Этот метод применяют главным образом для ранней диагностики остеопороза. Он позволяет оценивать не только плотность, но и особенности строения костной ткани. Не исключено, что в скором времени ультразвуковая денситометрия как метод для массовых обследований заменит изотопную и рентгеновскую абсорбциометрию.
д. Иногда для исследования костей используют сцинтиграфию с 99mTc, эмиссионную томографию, КТ и МРТ.
В. Биопсия костной ткани. К ней прибегают в отдельных случаях для выяснения причины остеопении и оценки эффективности лечения. Обычно биоптат берут из гребня подвздошной кости; исследовать материал должен опытный гистолог. Чтобы оценить скорость образования органического матрикса и минерализации костной ткани, используют двойную тетрациклиновую метку (тетрациклин накапливается во фронтах минерализации органического матрикса). Назначают два трехсуточных курса тетрациклина в дозе 250 мг внутрь 4 раза в сутки с интервалом в 2 нед. Затем проводят биопсию, готовят срезы нативной кости и под флюоресцентным микроскопом определяют расстояние между фронтами минерализации. Иногда вместо тетрациклина используют специальные красители для световой микроскопии.