Дослідження механізмів деструкції кісткової тканини під впливом модельованої мікрогравітації

 

Актуальність теми. Адаптація організму до умов існування – одна з фундаментальних рис живих організмів, що відрізняє їх від об’єктів неживої природи (Меерсон Ф.З., 1981, 1993; Hochachka e.a., 1999). Будь-які зміни середовища існування викликають перебудову фізіологічних процесів, що зберігає життєздатність організмів навіть в екстремальних умовах.

Широко відомі і добре вивчені структуроутворюючі властивості адаптації. Так, перехід частини хрящових риб з насиченої солями морської води до прісної води річок стимулював розвиток кісткового скелету. Вихід живих істот з моря на сушу ініціював розвиток легеневого дихання і кінцівок опорного типу. Навіть відносно короткочасний відпочинок людини в горах викликає адаптивну перебудову діяльності кісткового мозку – підвищення кількості еритроцитів та концентрації гемоглобіну в крові (Сиротинін М.М., 1958). В усіх цих випадках адаптація виконує нову структуроутворюючу та активно функціонуючу субстанцію. Такий тип пристосування в літературі прийнято позначати терміном “продуктивна адаптація”.

Менш відомі редуктивні можливості адаптації. Вони викликають ефекти, спрямовані на спрощення або навіть усунення існуючих утворень та їх фізіологічних функцій. Так, позбавлені світла троглобіонти (печерні форми життя) втрачають органи зору. Позбавлені змоги літати острівні птахи зони сильних мусонів втрачають пір’я на крилах. Вторинно морські ссавці, що повернулися від наземного способу життя до океану – втрачають опорні кінцівки. Певні види риб в полярних водах повністю втрачають гемоглобін крові. Це відбувається тому, що при низьких температурах істотно збільшується розчинність кисню в плазмі крові. Киснева ємність плазми стає достатньою для забезпечення тканин киснем при повній відсутності гемоглобіну та червонокрівців. Такі реакції пристосування в літературі позначають терміном “редуктивна адаптація”. Цей варіант адаптації чітко визначено у класичному постулаті видатного біолога минулого – Ернеста Геккеля (Геккель Э., 1909). Він наголошував, що орган, який не використовується – поступово редукується. Перетворення життєво важливого для птахів літального грудного червоного м’язу на білий м’яз наземного птаха – домашньої курки – один з прикладів редукційних тенденцій адаптації. 

Науково-технічна революція останніх століть надала людству можливість широкого використання енергії органічних сполук та корисних копалин. Потреба у тяжкій м’язовій праці задля харчування майже зникла. За даними академіка Берга, протягом останніх ста років доля м’язових зусиль людини на виробництві скоротилася з 94% до 1%, тобто зменшилася майже у 100 разів (Оганов В.С., 1998). У результаті виникла ситуація, що може вплинути на майбутнє. Адаптація серцево-судинної та опорно-рухової системи до нового “цивілізованого” способу життя принесла з собою певні проблеми. Вони пов’язані з негативними змінами загального стану здоров’я мешканців промислово-розвинутих країн. Проте, якщо фізіологія серцево-судинної системи, або фізіологія системи крові завжди були в центрі уваги дослідників, то кістковою тканиною (КТ) займалися переважно ортопеди та травматологи, яких цікавила не стільки фізіологія кістки, скільки позитивний результат нормалізації стану опорно-рухової системи після травми. 

“Кісткова тканина – “terra incognita” для більшості спеціалістів, як науковців, так і лікарів, що працюють в різних галузях медицини, - писав видатний фізіолог В.Фролькіс. - Кісткова тканина виявилася функціонально активною сполучною тканиною, зміни в якій поступово виникають навіть у здорової людини” (Фролькис В.В., 1998). Активне довголіття людини неможливе без збереження нормального стану фізіологічної системи сполучної тканини (Богомолець О.О., 1969). 

Численними дослідженнями показано, що недостатнє функціональне навантаження ініціює процес редуктивної адаптації кісток кінцівок та хребта (Григорьев А.И. и др., 1994; Оганов В.С., 2003, Моруков Б.В. и др., 2005), а першим проявом такої адаптації, є зменшення кількості структуроутворюючих одиниць кісткової тканини - остеонів та розвиток стану остеопенії (Риггз Б.Л. и др., 2000; Дурнова Г.Н. и др., 2005). Вікові зміни стану КТ також починаються з розвитку остеопенії.

Яскравим прикладом адаптаційної етиології остеопенії стали наслідки освоєння людиною космічного простору. Встановлено, що зменшення впливу сили гравітації на організм космонавта під час перебування на орбіті, особливо в умовах тривалого польоту, викликає відчутні зміни стану багатьох структур організму, в тому числі ЦНС, ВНС, серцево-судинної та опорно-рухової системи. Відсутність навантаження на кістяк ініціює адаптивну редукцію м’язів та кісток, втрату організмом кальцію, порушення біомеханічних властивостей, біохімічних показників метаболізму кісткової тканини, низку супутніх явищ (Газенко О.Г. и др., 1987).

Комплекс цих змін стану КТ дещо подібний до початкових стадій проявів остеопорозу. В останні десятиріччя ця форма клінічної патології набула надзвичайного поширення серед населення багатьох цивілізованих суспільств. За даними медичної статистики, станом на 2004 рік вона становить близько 10% у структурі загальної захворюваності. Не зважаючи на значні успіхи у створенні лікарських засобів, остеопороз залишається основною причиною більшої частини переломів кісток, тимчасової або постійної втрати працездатності та інвалідизації населення. Якщо у минулі часи така патологія була типова лише для старших вікових груп населення, то зараз вона вражає і молодь. Більшість дослідників пов’язують це з дефіцитом навантаження та малорухомим способом життя сучасної молоді, що підтверджують наведені нижче власні дослідження (Поворознюк В.В и др., 2000; Подрушняк Е.П., 1997).

Як земні, так і космічні проблеми збереження здоров’я людини, потребують ретельних досліджень процесів адаптації КТ до дефіциту навантажень. Такі відомості можуть допомогти у пошуках і розробці нових технологій попередження змін фізіологічного стану кісткової тканини, викликаних малорухомим способом життя людини цивілізованого суспільства. 

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційної роботи є частиною науково-дослідної роботи “Дослідження