О в озможной связи развития остеопении с биохимическими и генетическими маркёрами костного метаболизма у спортсменов после интенсивной физической нагрузки.
Часть 2

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицина


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

О ВОЗМОЖНОЙ СВЯЗИ РАЗВИТИЯ ОСТЕОПЕНИИ С БИОХИМИЧЕСКИМИ И ГЕНЕТИЧЕСКИМИ МАРКЁРАМИ КОСТНОГО МЕТАБОЛИЗМА
У СПОРТСМЕНОВ ПОСЛЕ ИНТЕНСИВНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ. ЧАСТЬ 2
В. С. ОГАНОВ 1, О. Л. ВИНОГРАДОВА 1, Н С. ДУДОВ 2, В. С. БАРАНОВ 3, А. С. МИНЕНКОВ 4, А. В. БАКУЛИН 1, В. Е. НОВИКОВ 1, О. Е. КАБИЦКАЯ 1, М. В. МОСКАЛЕНКО 3,
А. С. ГЛОТОВ 3, О. С. ГЛОТОВ 3, Д. В. ПОПОВ 1
1 ГНЦ РФ ИМБП РАН, Москва, 2 ООО «НЦ ЭФИС», Москва, 3 ГУ НИИАиГ им. Д. О. Отта РАМН, СПб., 4 ВНИИФК, Москва
До и после интенсивных силовых тренировок (9 недель) по трём различным протоколам у 22 спортсменов-любителей изучали: изменения биохимических маркёров костного ремоделирования, его нейроэндокринную регуляцию, костную массу до и после тренировочного цикла (ТЦ) и через 8 месяцев после ТЦ, а также их возможную ассоциацию с полиморфизмом генов, кодирующих коллаген 1а1 (Соїіаі), и рецепторы витамина D (УКО) и кальцитонина (CALCR).
Установлено, что длительная интенсивная физическая нагрузка сопряжена со значительной активацией процессов резорбции костной ткани в сочетании с сохранением высокого уровня синтетических процессов. Несмотря на это, даже через 8 месяцев после завершения тренировок в данной когорте не возникает ситуации, которую можно было бы квалифицировать как остеопороз, но индивидуально выявляется тенденция к остеопении. Последняя, как показывают результаты генетического анализа, ассоциирована с полиморфизмом генов предрасположенности (генотипом ТТ гена УОК, функционально ослабленным s аллелем гена Соїіаі).
ВВЕДЕНИЕ
В настоящей работе, которая является продолжением ранее опубликованной, представлены результаты по группам обследуемых, как они описаны в разделе «Объекты и методы исследований», а также, более подробно (по группам обследуемых) и индивидуально, результаты медико-генетических исследований.
Общей целью работы является изучение закономерностей адаптации костного метаболизма, его нейроэндокринной регуляции у спортсменов под влиянием систематических физических нагрузок, а также возможной ассоциации стресс-индуцированных реакций костной ткани с полиморфизмом генов костного метаболизма.
ЗАДА ЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Изучение динамики изменений костной массы в процессе ТЦ и в отдалённые сроки после него.
Анализ изменений костной массы и биохимических маркёров ремоделирования и их возможной сопряжённости с аллельными вариантами генов, кодирующих костные белки.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объекты и режим тренировок
Испытуемые спортсмены-любители (п=22) тренировали скоростно-силовые возможности мышц-разгибателей ног при работе на велоэргометре (модифицированный эргометр Мопагк, Швеция) в течение 9 недель 2 раза в неделю.
Тренировка на эксцентрическом велоэргометре состояла из периодов интенсивной работы (примерно 60% от максимальной алактатной мощности (МАМ)) с частотой педалирования 70 об/мин, длительностью около 60 с (до отказа), разделенных 10-минутными периодами отдыха. Количество рабочих периодов в одном тренировочном занятии — 5−7. Группа В Э (n=8) тренировалась на велоэргометре в эксцентрическом режиме, группа ВК (n=8) — по тому же протоколу, но в концентрическом режиме.
Спортсмены группы НЭ (n=6) тренировали мышцы-разгибатели ног при работе на тренажере «жим ногами» сидя. Каждое тренировочное занятие состояло из шести рабочих периодов с интервалами отдыха 10 мин. В ходе каждого периода испытуемые выполняли 10−12 циклических движений (сгибание-разгибание ног). Разгибание ног совершалось без внешней нагрузки, а сгибание — медленно (в течение 2−3 с) под нагрузкой, равной 120−130% максимальной произвольной силы (МПС).
Результаты исследований биохимических маркёров ремоделирования кости представлены в статье в предыдущем номере журнала. Исследование этих параметров во время реабилитации (март 2006 г.) не выполняли.
Остеоденситометрия
Использовали современную технологию двухэнергетической рентгеновской гамма-абсорбциометрии (dualenergy X-ray absorptiometry — DXA). Результатом измерения являются проекционная минеральная плотность костного вещества (МПК, г/см2) и содержание костных минералов (СКМ, г). Компьютерные программы DXA позволяют проводить измерения во всех участках скелета, и, кроме того,
Таблица 1
Сопоставление результатов анализа генотипирования индивидуумов по генам Со11а1, VDR и CALCR с динамикой минеральной плотности в поясничном отделе позвоночника (Ц-Ь4)
измерять селективно массу кости, жировую массу (ЖМ) и массу остальных тканей («тощую массу», ТМ) во всем теле (программа WB).
Обследование проводили на рентгеновском дихроматическом денситометре QDR-1000/W (HOLOGIC, США), в положении лёжа по стандартной методике. В статье представляются результаты измерений в поясничных позвонках L1-L4 и субрегиональных исследований состава тела (ноги). Продолжительность исследования составила 30 мин. Суммарная лучевая нагрузка — до 0,01 мЗв. Точность измерения: ±0,5% - ±1% по локальным программам (поясничные позвонки) и ±1,5% - ±2% по составу тела. Остеоденси-тометрию проводили до и после ТЦ, а также через 8 месяцев после его завершения.
Метод генотипирования
Полиморфизм генов костного метаболизма (генов рецепторов витамина D — VDR и кальцитонина — CALCR и гена коллагена 1 типа — Со11а1) изучали с помощью стандартных молекулярно-генетических методов, таких как выделе-
Таблица 2
Изменения содержания продуктов деградации коллагена и глюкокортикоидов в крови спортсменов после тренировочного цикла
№ P-Cross Laps (0,0−0,58 нг/мл) Кортизол (150−770 нмоль/л)
Май 2005 Июль 2005 д Май 2005 Июль 2005 д
ВЭ-2 0,12 0,81 0,69 173 403 230
ВЭ-4 0,22 0,65 0,43 260 228 -32
НЭ-5 0,31 0,79 0,48 477 349 -128
ВК-5 0,27 0,89 0,62 385 695 310
Таблица 3
Изменения маркёров костеобразования в крови спортсменов после тренировочного цикла
№ Остеокальцин (11−43 нг/мл) РШР проколлаген (22−87 нг/мл)
Май 2005 Июль 2005 д Май 2005 Июль 2005 д
ВЭ-2 28,1 41,0 12,9 120,2 78,4 -41,8
ВЭ-4 29,2 31,0 1,8 90,7 78,5 -12,2
НЭ-5 43,7 43,1 -0,6 163,7 158,4 -5,3
ВК-5 45,8 57,0 11,2 195,2 172,8 -22,4
Таблица 4
Изменения концентраций паратгормона (РТН) и соматотропина (СТГ) в крови спортсменов после тренировочного цикла
№ РТН (8−74 нг/мл) СТГ (0,06−10 нг/мл)
Май 2005 Июль 2005 д Май 2005 Июль 2005 д
ВЭ-2 17,5 23,8 6,3 0,092
ВЭ-4 30,2 32,6 2,4 0,060 0,070 0,010
НЭ-5 15,6 25,6 10,0 0,024 0,645 0,621
ВК -5 19,1 43,2 24,1 0,002 0,010 0,008
ние ДНК из ядер лимфоцитов крови, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) молекулы ДНК (TaqI полиморфизм для гена VDR, Sp1 полиморфизм для гена Со11а1 и А1и1 полиморфизм для гена CALCR). Для статистической обработки полученных данных использовали статпакет программы Statistica 6, где «генетический риск» потери костной массы равнялся сумме вычисленных коэффициентов соотношения шансов (OR) каждого проанализированного гена в отдельности.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Данные денситометрии
Судя по результатам стресс-индуцированных изменений костного ремоделирования (биохимические маркёры резорбции и формирования костной ткани) [1], можно было бы ожидать проявления изменений костной массы (вполне вероятно, региональной, локальной) при повторном аналогичном обследовании через 8 месяцев.
№ Генотип по генам: Динамика минеральной плотности поясничного отдела позвоночника L1-L4 (г/см2)
Со11а1 VDR CALCR Май 2005 д Июль 2005 д Март 2006
ВЭ-группа
1 SS тт тс 1,030 0,004 1,034
2 ss тт тс 0,768 0,004 0,772 0,016 0,788
3 SS тт тс 1,083 0,031 1,114 -0,011 1,103
4 SS тт тс 0,975 0,014 0,989 -0,028 0,961
5 SS тс тт 1,233 -0,002 1,230
6 SS тс сс 0,956 0,015 0,971 0,036 1,007
7 SS тс тт 1,278 0,008 1,286 -0,011 1,275
8 SS й тт 1,064 0,006 1,070
НЭ-группа
1 SS ті тт 1,243 -0,033 1,210 0,007 1,217
2 SS ті тт 1,063 0,003 1,066 -0,019 1,047
3 SS тт тт 1,198 -0,002 1,196 0,006 1,202
4 SS тт тт 1,171 -0,011 1,160 0,041 1,201
5 SS тт тс 0,916 — -0,025 0,891
6 SS ті тт 1,182 0,002 1,184 0,012 1,196
ВК-группа
1 SS ті тт 1,070 -0,022 1,048
2 Ss ті тс 0,969 0,011 0,980
3 Ss тт тт 1,108 -0,004 1,104
4 Ss тт тс 1,220 -0,010 1,210
5 Ss тт тт 1,319 0,032 1,351 -0,041 1,310
6 SS тт тс 1,088 -0,007 1,081
7 SS ті тс 1,316 -0,020 1,296 0,005 1,301
8 SS ті тт 1,012 0,003 1,015
Однако, как показали результаты денситометрии в этот период (13 человек из 22), лишь у отдельных спортсменов выявлены небольшие (не превышающие ошибки метода) отрицательные тенденции в значениях МПК (табл. 1). Результат можно объяснить тем, что: физические нагрузки в ТЦ для данной группы спортсменов-любителей не были чрезмерны либо настолько длительны, чтобы привести к явной остеопении- процессы резорбции, хотя и не компенсировались возрастанием активности метаболитов, стимулирующих анаболические процессы в костной ткани, однако не перешли границу необратимости- возможно, длительность постэксперимен-тального наблюдения для выявления истинных эффектов ТЦ в отношении величины костной массы была недостаточной.
Наибольший интерес для задач темы в целом могли бы представлять результаты регионального состава тела — тощая и жировая масса нижних конечностей. Результаты таких измерений выявили статистически достоверное увеличение ТМ в группе ВЭ, аналогичные тенденции в других группах и статистически недостоверную тенденцию к снижению жировой массы ног. Последнее может свидетельствовать о том, что, по крайней мере, в группе ВЭ режим тренировок был достаточно интенсивным, чтобы вызвать приращение мышечной массы, в частности, бедренной группы мышц.
Вместе с тем высокая индивидуальная вариабельность изменений позволяет предполагать, что помимо генетической предетерминированности здесь могут играть роль различия в характере и интенсивности тренировок в разных подгруппах всей наблюдаемой когорты.
Анализ ассоциации генотипов по генам VDR, Со11а1 и CALCR с показателями костного метаболизма
Для того чтобы персонифицировать анализ совместных изменений МПК, биохимических маркёров ремоделирования кости и генетических маркёров костного метаболизма, необходимо напомнить некоторые известные, хотя и несколько противоречивые, данные об ассоциации полиморфизма того или иного гена с предрасположенностью к остеопорозу.
Для гена коллагена Со11а1, представленного генотипами SS, ss и Ss, сравнение наличия мутантного аллеля s у женщин в постменопаузе, не принимающих гормонозаместительную терапию (ГЗТ), и прошедших курс ГЗТ, привело к выводу о наличии четкой ассоциации s-аллеля со скоростью снижения МПК (до 2% в год) [2]. Отсюда в свое время были сделаны рекомендации Минздраву Великобритании: у женщин, вступивших в менопаузу, проводить наряду с остеоденсито-метрией генотипирование на носительство мутантного аллеля s, чтобы своевременно принять профилактические меры.
Ассоциация полиморфизма гена VDR с процессом ремоделирования костной ткани хорошо установлена [3]. При этом генотип ТТ TaqI полиморфизма по гену VDR ассоциирован с наиболее низкими значениями МПК. В то же время у индивидуумов с ТТ генотипом и с низкой МПК были выявлены значимо более высокие уровни маркёров костного обмена [4, 5]. В большинстве предыдущих исследований, проведённых в европейских популяциях, лица с генотипом
tt по гену VDR имели большую потерю костной массы по сравнению с носителями TT и Tt генотипов [6].
При анализе полиморфизма рецептора кальцитонина у носителей ТТ генотипа по гену CALCR выявлены наиболее низкие значения МПК [7], а генотип ТС является про-тективным высоким потерям МПК [8].
Главными задачами исследования были: 1) установить, как сказываются чрезмерные физические нагрузки на метаболизм костной ткани (по биохимическим индикаторам костного ремоделирования) — 2) не приводят ли они к состояниям, граничащим с ситуацией «спортивного остеопороза», и 3) в какой степени они сопряжены с тем или иным полиморфизмом генов, кодирующих костные белки.
Одним из основных критериев служили изменения костной массы, которые, как было сказано выше, представлялись маловероятными после 9-недельного ТЦ. Поэтому через 8 месяцев после завершения ТЦ была проведена дополнительная остеоденситометрия. Однако определенные тенденции можно увидеть в персонифицированных результатах по сопряженности данных остеоденситометрии, динамики биохимических маркёров ремоделирования и генотипирования спортсменов по генам костного метаболизма (табл. 2−4).
Так, у спортсмена ВЭ-2, несмотря на отсутствие отрицательного тренда МПК на третьей точке сканирования, низкая костная масса до ТЦ и через 8 месяцев после отчетливо сопряжена с носительством генотипа ss по гену Co11a1. Это совпадает с приведенными выше литературными данными и может объяснить почти 10-кратное по сравнению с популяционным увеличение индивидуального риска ОП. У этого же спортсмена отмечено почти 7-кратное увеличение концентрации продуктов распада коллагена (табл. 2), которое заметно снизилось через 8 месяцев после ТЦ, сохраняя 5-кратное увеличение по сравнению со значением показателя до ТЦ. С этим согласуется более чем 2-кратный прирост концентрации кортизола после ТЦ (табл. 2), но имеющий тенденцию к снижению на 3-й точке. В противоречии с этими данными находятся результаты измерения динамики маркёров костеобразования — остеокальцина и PINP и противоположная направленность их изменений (табл. 3).
В то же время снижение МПК у спортсмена ВЭ-4 на 3-й точке сканирования ассоциируется с наличием генотипа ТТ по гену VDR (табл. 1). Возможно, это сопряжено в большей степени со значительным снижением (почти в 1,5 раза) синтетических процессов в кости (по концентрации PINP) (табл. 3) сразу после ТЦ и возрастанием (почти в 63 раза) концентрации продуктов деградации коллагена (табл. 2), хотя находится в противоречии с некоторым повышением активности остеокальцина и снижением концентрации кортизола (табл. 3 и табл. 2 соответственно).
У спортсмена НЭ-5 относительно низкая исходная МПК и некоторая тенденция к ее снижению через 8 месяцев после ТЦ также ассоциируется с наличием аллельного варианта ТТ по гену VDR (табл. 2). У него же сразу после ТЦ отмечено более чем 2-кратное увеличение продуктов распада коллагена (табл. 2). Однако это плохо согласуется с отсутствием
изменений синтетических процессов в кости (по маркёрам «остеокальцин» и PINP) (табл. 3), заметным снижением концентрации кортизола (табл. 2) и, напротив, с некоторым повышением концентрации РТН (табл. 4). Возможно, противоречие связано с параллельным и заметным увеличением содержания СТГ в крови (табл. 4).
Тенденция к снижению МПК у спортсмена ВК-5 может быть ассоциирована с наличием ТТ генотипа по гену VDR (табл. 1). Вместе с тем исходно высокое значение МПК у спортсмена ВК-5 противоречит имеющимся данным относительно сопряженности ТТ генотипа с низкой МПК. Тенденция к снижению МПК у этого спортсмена могла быть также связана с наличием мутантного аллеля s в гене Co11a1 (табл. 1). Эта тенденция согласуется с 3-кратным увеличением содержания продуктов деградации коллагена сразу после ТЦ и повышением концентрации кортизола (почти в 2 раза) при заметном возрастании концентрации рТН. При этом маркёры синтетических процессов в кости обнаруживают небольшие, но противоположно направленные изменения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Как было показано ранее, наименьшая величина исходной МПК и наибольшая скорость потери костной массы у космонавтов отчетливо ассоциированы с носительством гомозиготного варианта ТТ гена VDR и функционально ослабленного аллеля s гена Co11a1 [9]. Объяснение может лежать в различиях во взаимодействии и взаимовлиянии биохимических посредников ремоделирования и индукторов и субстратов нейроэндокринной регуляции баланса анаболических и катаболических процессов в кости в этих двух взаимно противоположных по общим условиям и по направленности изменений величины внешнего механического поля ситуациях.
Как можно видеть, результаты генетических исследований спортсменов в отдельных (индивидуальных) случаях дают вполне совпадающие и объяснимые результаты с биохимическими показателями ремоделирования костной ткани, хотя не всегда согласующиеся с данными расчетов генетического риска, что вполне объяснимо малой выборкой. При этом как положительный факт можно отметить, что даже через 8 месяцев после завершения тренировочного цикла не возникает ситуация, которая, по данным остеоден-ситометрии, могла бы квалифицироваться как остеопороз.
Однако предстоит понять, почему в данном случае длительная физическая нагрузка, сопровождающаяся значительной активацией резорбции, что также наблюдается в отдельных случаях и у космонавтов [10], не привела к значимой остеопении. В целом же выяснение генетических механизмов и факторов, влияющих на остеогенез и костную массу, требует дальнейшего исследования, что сыграет в будущем свою роль в понимании патофизиологических процессов, ведущих к снижению МПК и переломам. Несомненно, что генная сеть метаболизма костной ткани отнюдь не исчерпывается генами Co11a1, VDR и CALCR, в которых обнаружен функционально значимый полиморфизм. Не вызывает
сомнений также и то, что изучение молекулярных и физиологических механизмов действия других возможных генов-кандидатов, наряду с изученными нами генами, позволит существенно приблизиться к пониманию геномики нормального и патологического остеогенеза. Такие исследования могут иметь решающее значение для прогноза развития темпов потери костной массы, выбора оптимальной терапии и профилактики.
Работа выполнена частично при поддержке гранта РФФИ № 05−04−49 362а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Оганов В. С., Виноградова О. Л., Дудов Н. С., Баранов В. С., МиненковА. С., Бакулин А. В., Новиков В. Е., Ка-бицкая О. Е., Москаленко М. В., Глотов А. С., Глотов О. С., Попов д. В. О возможной связи проявлений остеопении с биохимическми и генотипическими маркерами костного метаболизма у спортсменов после интенсивной физической нагрузки. Часть I., 2008 г.
2. MacDonald H. M., McGuigan F. A., New S. A., et al. COLjA1 Spl polymorphism predicts perimenopausal and early postmenopausal spinal bone loss // J. Bone Miner. Res. 2001. V. 16. N. 9. P. 1634−1641.
3. Morrison N. F., Qi J. C., Tokita A., Kelly P. J. Prediction bone density from vitamin D receptor alleles // Nature. 1994. V. 367. P. 284−287.
4. Langdahl B. L., Gravholt C. H., Brixen K., Eriksen E. F. Polymorphisms in the vitamin D receptor gene and bone mass. bone turnover and osteoporotic fractures // Eur. J. Clin. Invest. 2000. V. 30. N. 7. P. 608−617.
5. Weel A. E. A. M., Colin E. M., et al. Vitamin D receptor alleles are associated with the rate of bone turnover only in women with low bone mineral density // Bone. 1998. V. 23. N. 5. Suppl. S372
6. Zmuda J. M., Cauley.A., Danielson M. E., et al. Vitamin D receptor gene polymorphisms, bone turnover, and rates of bone loss in older African-American women // J. Bone Miner. Res. 1997. V. 12. N. 9. P. 1446−1452
7. Masi L. Becherini L., Colli E., et al. Polymorphisms of the calcitonin receptor gene are associated with bone mineral density in postmenopausal Italian women // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1988. V. 248. N1. P. 190−195.
8. Taboulet J., Frenkian M., Frendo J. L., et al. Calcitonin receptor polymorphism is associated with a decreased fracture risk in post-menopausal women // Hum. Mol. Genet. 1998. V. 7. N. 13. P. 2129−2133.
9. Оганов В. С., Баранов В. С., Асеев М. В. и др. Полиморфизм генов костного метаболизма и возможность прогноза остеопении в невесомости. Предварительное сообщение // Косм. биол. и авиаком. мед. Материалы XIII конф. М.: 2006. С. 224−225.
10. Оганов В. С. Костная система, невесомость и остеопороз. М.: Слово, 2003. 260 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой