Костно-мышечная система

Физиология костно-мышечной системы

Костно-мышечная система защищает жизненно важные органы и отвечает за движения тела. Подвижность костно-мышечной системы зависит от взаимодействия между скелетными мышцами, приводящими в движение прикрепленные к ним кости в области суставов. Суставы соединяют две или более костей и создают скользящие поверхности, по которым могут двигаться кости. Мышечную функцию контролируют произвольные и непроизвольные импульсы, идущие из двигательной области коры головного мозга в ЦНС. Спинномозговые рефлексы регулируют мышечный тонус на том уровне, где из спинного мозга выходят нервные окончания.

Скелет состоит из различных костей и суставов, которые обеспечивают максимальную подвижность при сохранении равновесия.

Существует два типа костей:

• кортикальная компактная кость (80%) — плотная кость, оказывающая сопротивление вращательным силам, является главным компонентом трубчатых костей;

• губчатая кость (20%) оказывает сопротивление сжимающим силам и расположена на конце трубчатых костей. Позвоночник в основном состоит из губчатых костей.

Существует два типа суставов:

• синовиальный (истинный) сустав (например, коленный) позволяет совершать экстенсивные движения. Его стабильность поддерживают связки и мышцы, которые через него проходят;

• сустав, состоящий из волокнистого хряща (например, крестцово-подвздошный), обладает стабильностью, но ограничивает движения скелета.

ПАТОФИЗИОЛОГИЯ И ЗАБОЛЕВАНИЯ КОСТНО-МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Остеопороз

Остеопороз — истончение нормальной кости с возрастом. Это заболевание также может развиться в молодом возрасте из-за нарушения функции яичников, возникшего естественным или хирургическим путем, из-за лекарств (например, глюкокортикостероидов) либо быть следствием образа жизни (курение, алкоголь). Остеопороз часто выявляют у женщин и приводит к переломам предплечья, тазобедренного сустава и позвоночника. Возросшее число заболевших и умерших из-за остеопороза в Европе и Северной Америке отражает растущее число стареющего населения.

Заболевания костей

• Могут вызывать переломы и боль
• Остеопороз характеризуется изменением в количестве костной ткани
• Остеомаляция характеризуется нехваткой минералов
• Болезнь Педжета характеризуется образованием аномальных костей

Рис. 15.1 Остеопороз. (а) Микроснимок биоптата подвздошной кости, помещенного в смолу. Видны нормальные кортикальные и губчатые кости, обработанные методом серебрения, при котором кость, содержащая кальций, чернеет, (б) Микроснимок кости больного остеопорозом. При сравнении с микроснимком (а), который показывает костную массу здорового пациента того же возраста, видно, что кортикальная зона уже, а губчатая тоньше и отличается меньшей массой (предоставлено Alan Stevens, Jim Lowe).

Лучший способ установить риск перелома — определить плотность костей

При остеопорозе качество кости остается нормальным, но количество костной ткани уменьшается (рис. 15.1). Баланс между образованием (функция остеобластов) и резорбцией кости (функция остеокластов) влияет на увеличение или уменьшение массы костной ткани с течением времени. Массу костной ткани определяют совокупным эффектом этих одновременно идущих процессов. Она увеличивается от рождения до 30 лет у мужчин и у женщин (рис. 15.2), а затем медленно уменьшается, причем у женщин в период менопаузы это уменьшение происходит быстрее.

Как образование, так и резорбцию костной ткани можно установить с помощью гистоморфологического анализа биопсии костей или определить напрямую, используя маркеры образования и резорбции костей. Обычно отслеживают концентрацию Са2+ в сыворотке и гормон, регулирующий Са2+.

Остеомаляция и рахит

Остеомаляция — сравнительно редкое состояние костей, при котором в матрице новой кости уменьшается минерализация (рис. 15.3). У детей такая нехватка кальция может привести к нарушениям роста, деформациям и рахиту. Взрослые страдают от боли, проксимальной миопатии или переломов с незначительными повреждениями.

Рис. 15.3 Остеомаляция. Микроснимок отростка подвздошной кости, помещенного в акриловую смолу без предварительной декальцификации, взятый у пациента с остеомаляцией. Хорошо виден широкий участок лишенного минералов остеоида (красный цвет) и центральный участок кости, насыщенный минералами (черный цвет). Этот макет выполнен с помощью техники серебрения Kossa (предоставлено Alan Stevens, Jim Lowe).

Остеомаляция (размягчение костей) в основном возникает из-за недостатка витамина D. К биохимическим показателям относят нехватку кальция, вторичное увеличение концентрации паратиреоидного гормона и низкую концентрацию в плазме 25-гидроксивитамина D3. Также встречаются и другие, менее распространенные наследственные типы остеомаляции.

Основной источник витамина D — кожа, где он образуется благодаря фотохимической реакции. Витамин D также содержится в пище, особенно в молоке. Люди, не имеющие возможности загорать из-за климата, а также нуждающиеся в долгосрочном уходе в старости и не выходящие из-за этого на улицу, подвержены риску дефицита витамина D.

Болезнь Педжета

Рис. 15.4 Болезнь Педжета. Микроснимок фрагмента кости, помещенного в смолу, взят у пациента с активной болезнью Педжета. Наблюдается неконтролируемое рассасывание остеокластов (Ос) кости, а остеобласты (ОЬ) пытаются заполнить возникающие пустоты (предоставлено Alan Stevens, Jim Lowe).

Болезнь Педжета — состояние костей, при котором наблюдаются боль, скелетные деформации, неврологические осложнения или переломы. Это заболевание встречается в различных странах: оно распространено в Центральной Европе, Великобритании и Северной Ирландии, Австралии, Новой Зеландии и США, реже — в Африке, на Среднем и Дальнем Востоке и в Скандинавии.

При этой патологии присутствуют чрезмерная резорбция и образование костей (рис. 15.4). Заболевание проходит три фазы: остеолитическую, остеобластическую и бессимптомную. У одного пациента в одно и то же время могут наблюдаться все три фазы. Включения различных тел на гистопатологии позволяют сделать выводы о возможных вирусных причинах этой болезни.

Остеоартрит

Остеоартрит — самое распространенное заболевание суставов. Оно характеризуется утратой соединительных хрящей, деформацией и гипертрофией костей, склерозом субхрящевой кости и костной кистой. Возможные причины остеоартрита:

• чрезмерная нагрузка на суставы;

• наличие анормального хряща или кости.

Самый характерный признак остеоартрита — прогрессирующая утрата хряща. Ранние биохимические изменения при остеоартрите включают: (1) уменьшение содержания в хряще гликозаминогликана (с низким содержанием хондроитинсульфата, кератана сульфата и гиалуроновой кислоты); (2) увеличение количества энзимов, которые разрушают хрящ (металлопротеиназы матрикса); (3) увеличение содержания воды в суставе. Возросшая активность энзимов-металлопротеиназ частично отвечает за разрушение протеогликана и коллагена. В начале хондроциты стимулируются для увеличения числа хондролитов, а также синтезируют цитокины, например интерлейкин-1 и фактор некроза опухоли а. Естественно образующиеся протеины подавляют катаболические энзимы. Эти патофизиологические изменения вызывают локальную боль, которая сначала проходит, если снять с сустава нагрузку, но затем возвращается при малейшей нагрузке или движении. Характерная для воспалительного артрита неподвижность суставов минимальна и быстро проходит.

Ревматоидный артрит

Ревматоидный артрит — хроническое воспалительное заболевание, которое приводит к боли, опуханию и разрушению суставов. Им болеет 1% всего взрослого населения Земли. Развитие болезни приводит к разрушению суставов, деформации и значительной утрате трудоспособности.

Ревматоидный артрит — это хроническое воспаление синовиальной оболочки, которая выстилает сустав. Синовиальная оболочка воспалена, в поверхностном слое скапливаются полиморфноядерные лейкоциты, а под синовиальным слоем и глубоко в синовиальных тканях — одноядерные клетки (CD4+ Т-лимфоциты и плазмоциты). В дальнейшем наступает массивная синовиальная гипертрофия, которая сопровождается инвазией воспалительными и фибробластоподобными клетками. Сосудисто-волокнистая ткань (паннус) поражает и разрушает кость и хрящ. Медиаторы воспаления способствуют воспалению синовиальной оболочки, разрушению хряща и эрозии кости. В ревматоидном суставе образуются провоспалительные цитокины, включая ФНО-0С, IL-1, гранулоцитарно-макрофагальные колониестимулирующие факторы, IL-6 и другие хемокины. Кроме того, присутствуют противовоспалительные цитокины IL-4 и IL-10, которые могут подавлять воспалительные состояния. ФНО-a оказывает прямое воздействие на синовит, остеокласты и хондроциты. Знание этой особенности позволило разработать специальную биологическую терапию, которая учитывает действие этих цитокинов (см. далее).

Ревматоидный артрит имеет отношение к множеству клинических синдромов, не связанных с соединительной тканью, включая васкулит, подкожные узлы, интерстициальный пневмосклероз, перикардит, повторяющийся мононеврит (васкулит периферических нервов), синдром Шегрена (воспаление слюнных и слезных желез), синдром Фелти (спленомегалия и лейкопения) и воспаления глаз.

Подагра и другие виды кристаллического артрита

Подагра — это общее заболевание, которое характеризуется отложением в тканях кристаллов солей мочевой кислоты

Подагра поражает преимущественно мужчин в возрасте 30-40 лет, но также встречается и у женщин в постклимактерическом периоде. Клинические проявления включают воспалительный артрит (острая подагра), хронические воспаления хряща и околосуставных тканей, камни мочевой кислоты в почках (мочекаменная болезнь) и реже — подагрическую нефропатию. Гиперурикемия встречается часто, но обычно ее не лечат, если только она не связана с симптомами и признаками.

Образование и выделение мочевой кислоты обычно направлено на то, чтобы держать уровень ее концентрации в тканях ниже той отметки, при которой она преобразуется в кристаллические формы (рис. 15.5, 15.6). На синтез мочевой кислоты и ее выделение через почки могут оказывать влияние генетические факторы и окружающая среда. Гиперурикемия связана с ожирением, сахарным диабетом, гипертензией и почечной недостаточностью и с применением тиазидиновых диуретиков и салицилатов в малых дозах.

Избыточное образование мочевой кислоты встречается у 10% больных подагрой. Оно может быть связано с наследственной нехваткой энзимов или пролиферативными нарушениями спинного мозга. Уменьшенное выделение мочевой кислоты через почки связано с остальными 90% случаев подагры. Уменьшенное выделение уратов через почки обусловлено хронической почечной недостаточностью, свинцовой нефропатией, кетоацидозом, гипотиреозом и несахарным диабетом.

Отложение пирофосфата дигидрата кальция и гидроокислов апатита

Отложения пирофосфата дигидрата кальция ассоциируется со множеством состояний и может привести к острому воспалению (псевдоподагра) и дегенерации суставов. Псевдоподагра — относительно распространенное заболевание, клинические проявления которого сходны с проявлениями острой подагры. Характерное острое воспаление обусловлено ответом нейтрофилов, реагирующих на кристаллы пирофосфата кальция. Терапию воспаления тканей проводят теми же препаратами, что и подагры. Отложение гидроокислов апатита может привести к острому воспалению сустава, околосуставных тканей и подкожным отложениям. Оно часто связано с остеоартритом, но роль кристаллов апатита в его патогенезе неясна.

Системная красная волчанка

Системная красная волчанка — аутоиммунное заболевание, которое поражает приблизительно 1 человека из 1000 и преобладает в основном у молодых женщин. Заболеваемость и смертность снижена во многих странах благодаря ранней диагностике и лечению. Вероятность осложнений, связанных с этим заболеванием, выше у социально необеспеченных слоев населения, а случаи заболевания чаще встречаются у лиц африканского, испанского и азиатского происхождения. СКВ характеризуется множеством клинических проявлений, включая кожные и костно-мышечные. Почечные, легочные, серозные, неврологические и психиатрические нарушения, а также ретикулоэндотелиальные патологии встречаются реже, но они потенциально более опасны. К патологическим явлениям относят воспаления, аномалии и отложения иммунных комплексов.

К иммуннологическим нарушениям относят появление антител к разнообразным собственным тканям. Часто встречаются антинуклеарные антитела, которые воздействуют на клеточные ядра. Вклад антинуклеарных антител в клиническую картину неясен, поскольку они вырабатываются при отсутствии заболевания, к тому же целевой антиген в ядрах, как правило, защищен от связывания антителами. Иммунные нарушения вызывают гиперактивность В-клеток в ответ на свои и чужеродные антитела. Триггерным механизмом может послужить реакция на инородные тела, например вирусы.

Читайте также: Лечение красной волчанки

Серонегативные спондилоартропатии

Серонегативные спондилоартропатии — группа артритов воспалительного характера. Они обладают общими клиническими признаками и в той или иной степени связаны с геном HLA-B27. Характерным заболеванием у этой группы является сакроилеит, также к этой группе относятся анкилозный спондилит, псориатический артрит, реактивный артрит, а также артрит, связанный с воспалительными заболеваниями кишечника.

Патологическая грануляционная ткань разрушает сустав, состоящий из волокнистой хрящевой ткани, и постепенно приводит к окостенению и возможному обездвиживанию. Сходный с ревматоидным артритом воспалительный процесс может начаться в периферических синовиальных суставах, характерным признаком будет также энтезит (воспаление мышечных включений в кость). К другим признакам относят воспаления глаз, кожи и иногда заболевания сердца.

ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ КОСТНО-МЫШЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

Лекарственные средства для лечения остеопороза

При лечении остеопороза в постклимактерический период используют заместительную гормональную терапию, кальцитонин, бисфосфонаты, селективные модуляторы эстрогеновых рецепторов, кальций и витамин D.

Заместительная гормональная терапия

Заместительная гормональная терапия эстрогенами в постклимактерическом периоде подавляет воздействие остеокластов на резорбцию костей. Это замедляет утрату костной массы и влияет на ее количество в первые годы после прекращения функции яичников. Эстрогены можно принимать перорально, вводить с помощью инъекций или трансдермально, поскольку они и их сложные эфиры легко проникают через кожу, клеточные мембраны и желудочно-кишечный тракт. Различные способы введения эстрогенов обусловливают разную фармакокинетику и свойства. Эстрогены для перорального применения (например, конъюгированный конский эстроген, сульфат эстрона и микронизированный эстрадиол-20β) наиболее широко применяют для лечения постклимактерического остеопороза.

Эстрогены циркулируют в крови вместе с половыми гормонами, связывая глобулин и альбумин. Подобно другим стероидным гормонам, эстрогены действуют в клеточных ядрах. Эстрогены пассивно проникают через клеточную мембрану и соединяются с ядерными рецепторами эстрогенов, находящихся в восприимчивых к эстрогену тканях. Вслед за активацией рецепторы эстрогена соединяются со специфическими последовательностями ДНК, что приводит к транскрипции смежных генов. Существует по крайней мере два типа рецепторов эстрогена: а и β. Известно, что эстроген соединяется с а-рецепторами и образует эстороген-рецепторный комплекс, который вступает в соединение с реагирующим на эстроген элементом. В репродуктивных тканях, включая молочные железы и матку, находятся а-рецепторы. В нерепродуктивных тканях, включая кости, печень и сердечнососудистую систему, преобладают β-рецепторы. Это частично объясняет, почему эстроген и подобные ему вещества по-разному действуют в различных тканях.

Решение о назначении заместительной терапии эстрогенами и привыкание к ней пациента зависит не только от воздействия на кости, но и от других клинических эффектов

Заместительная гормональная терапия эстрогеном облегчает вазомоторные синдромы, если терапию назначают в первые несколько лет менопаузы. Обычно лечение может быть умеренным, но иногда необходима длительная терапия. ЗГТ снижает утрату костной массы и повышает плотность костей. Кроме того, эстроген воздействует на метаболизм липопротеинов, приводя к снижению концентраций липопротеинов низкой плотности и увеличению концентраций липопротеинов высокой плотности, таким образом защищая пациентов от сердечно-сосудистых заболеваний. Некоторые клинические исследования показали уменьшение количества инфарктов миокарда, снижение показателей смертности от сердечнососудистых заболеваний и общей смертности среди женщин в постклимактерическом периоде на ЗГТ эстрогенами. Однако четырехлетние наблюдения женщин, страдавших от заболеваний сердца в период менопаузы, показали возросшее число сердечно-сосудистых событий в первый год применения ЗГТ, хотя последние исследования выявили тенденцию к их уменьшению. Эстроген, вводимый трансдермально, обычно контролирует постклимактерические симптомы и остеопороз, но оказывает меньший эффект на липопротеины.

Всем пациентам, проходящим ЗГТ и не подвергавшимся гистерэктомии, необходимо также назначать прогестерон, поскольку это уменьшит значительно возросший риск рака матки, связанный с воздействием эстрогена. Эстрогены некупированного действия можно назначать только пациентам, перенесшим гистерэктомию и поэтому не имеющим риска возникновения эндометриальной гиперплазии. Назначение цикличной терапии прогестероном обычно приводит к более продолжительным менструациям, но длительность кровотечения можно уменьшить, снизив дозу или постоянно применяя прогестерон. Такой режим терапии прогестероном подавляет эндометриальную пролиферацию и снижает риск рака матки, но может вызывать обильные кровотечения. Имеются доказательства того, что прогестерон снижает благоприятное воздействие эстрогенов на показатели липопротеинов. Прогестерон можно вводить перорально, трансдермально и с помощью инъекций. К обычным оральным прогестеронам относят медроксипрогестерон, норетиндрон и микронизированный прогестерон.

Кальцитонин

Кальцитонин — 32-аминокислотный пептид, который напрямую подавляет остеокласты и может замедлить потерю костной массы. Он воздействует на рецепторы кальцитонина, имеющиеся на многих клетках, но его действие направлено главным образом на остеокласты. Между рецепторами остеокластов и паратиреоидными рецепторами остеобластов не существует гомологии. Рецепторы кальцитонина, расположенные на поверхности клеток, связаны с аденилилциклазой таким образом, что их активация увеличивает внутриклеточную концентрацию цАМФ, оказывая подавляющее воздействие на остеокласты. Кальцитонин также может воздействовать на остеобласты, но механизм этого эффекта не вполне ясен. Оральное введение кальцитонина неэффективно, т.к. он разрушается в ЖКТ под воздействием аминопептидазы и протеаз.

Кальцитонин, вводимый парентерально, хорошо усваивается, но этот способ введения используют редко. Обычно кальцитонин вводят интраназально. Несмотря на плохое всасывание и низкий пик концентрации в плазме, этот способ наиболее практичен. Усредненные контрольные данные по применению кальцитонина назально показали, что за 2 года плотность костей увеличивалась на 1-2%. Другое исследование подтвердило уменьшение переломов позвонков после применения назального кальцитонина в дозе 200 МЕ/сут, но не 400 МЕ/сут. Инъекции больших доз кальцитонина (50-100 МЕ/сут) оказывают обезболивающее действие, и их назначают пациентам с сильной болью после недавнего компрессионного перелома позвоночника.

Кальцитонин интраназально или подкожно применяют для оказания лечебного воздействия на кости без соматических побочных эффектов. Обычно используют кальцитонин, получаемый из лосося или угря, поскольку он эффективнее, чем человеческий. К незначительным побочным эффектам относят приливы и желудочно-кишечные симптомы (тошнота, рвота или диарея). Однако возможно появление нейтрализующих антител, подавляющих действие кальцитонина.

Бисфосфонаты

Бисфосфонаты являются аналогами пирофосфата, у которых вместо атома углерода — атом кислорода. Эта Р-С-Р структура позволяет иметь много радикалов

Видео по теме

«Фармакология».