Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

THE ROLE OF SEX HORMONES IN REPARATIVNOM KOSTEOBRAZOVANII IN CHRESKOSTNOM OSTEOSINTEZE

Begimbetova N.B. 1 Sveshnikov A.A. 1
1 Federal state institiution «Russian Ilizarov Scientific Center «Restorative Traumatology and Orthopaedics» M. Ulianova St.», Kurgan
Под наблюдением находились 170 женщин и 120 мужчин в возрасте 18–35 лет с укорочением нижних и верхних конечностей, которые уравнивали в длине по методу Г.А. Илизарова. Минеральную плотность костей (МПК) скелета у них измеряли в процессе лечения на костном денситометре, а концентрацию эстрадиола и тестостерона определяли с помощью наборов фирмы «Immunotech» (Франция). При снижении содержания гормонов у женщин в 3 раза в течение 5 месяцев на аналогичную величину была снижена МПК. В последующие три месяца появились нерегулярные менструации, затем они стали обычными, нормализовалась концентрация гормона. Существенно возросла плотность минералов в костных регенератах и стала равной 63 % от значений в норме. У мужчин на 10-й день уравнивания длины конечностей концентрация тестостерона уменьшилась в 2 раза. На 60-й день уровень гормона был еще ниже – в 3,5 раза. МПК в регенератах была снижена в 4 раза. Через 1,5 месяца фиксации уровень тестостерона упал в 4,7 раза. Вместо характерного для фиксации увеличения МПК, произошло дальнейшее уменьшение. Лишь в последующие три месяца выявлена положительная динамика минерализации.
Under the supervision of 170 women and 120 were men aged 18–35 years with ukoročeniem lower and upper limbs, which equalized the in length by G.A. Ilizarov. Bone mineral density (BMD) skeleton they measured during treatment on bone marrow densitometre, and concentration of estradiol and testosterone were determined using sets firm Immunotech (France). While the contents of hormones in women in 3 times within 5 months of similar size was reduced by IASC. In the following three months appeared irregular menstruation, then they became normal, normal concentration of hormone. Significantly increased bone mineral density regeneratah and became equal to 63 % of the values are normal. The men’s 10 day equalization-length limbs testosterone concentration decreased in 2 times. The 60-day hormone level was even lower at 3,5 times. IASC in regeneratah was reduced to 4 times. After 1,5 months fixing testosterone fell 4,7 times. Instead to commit increasing IASC, there had been a further decrease. Only in the following three months revealed the positive dynamics of mineralization.
fractures
limb shortened
minerals
sex hormones
1. Dudich S.E., Begimbetova N.B. Mekhanizm narushenija menstrual’nogo cikla posle travm i uravnivanija dliny konechnostejj // Kletochnye nanotekhnologii v biologii i medicine. Materialy Vseross. nauchn.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem. Kurgan. 2007. рр. 106–107.
2. Menstrualnyjj cikl posle travmy i pri udlinenii konechnosti po sravneniju s umstvennojj i fizicheskojj nagruzkojj / Projaeva L.V. [i dr.] // Genijj ortopedii. 1997. nо. 3. рр. 29–34.
3. Patrakov V.V. Koncentracija gormonov stress–gruppy, reguljatorov kosteobrazovanija i ciklicheskikh nukleotidov posle travm i uravnivanija dliny konechnostejj // Osteoporoz i osteoartroz – problema XXI veka. Mater. nauch.-prakt. konf. s mezhdunar. uchastiem. Kurgan, 2009. рр. 110–111
4. Sveshnikov, A.A. Materialy k razrabotke kompleksnojj skhemy korrektirovki funkcionalnogo sostojanija vnutrennikh organov pri chreskostnom osteosinteze // Genijj ortopedii. 1999. nо. 1. рр. 48–53.
5. Sveshnikov, A.A. Vlijanie operativnykh vmeshatelstv na koncentraciju gormonov krovi, regulirujushhikh menstrualnyjj cikl // Genijj ortopedii. 1998. nо. 1. рр. 48–53.
6. Sveshnikov A.A. Menstrualnyjj cikl posle travmy i pri udlinenii konechnosti po sravneniju s umstvennojj i fizicheskojj nagruzkojj // Genijj ortopedii. 1997. nо. 3. рр. 29–34.
7. Sveshnikov, A.A Koncentracija gormonov, regulirujushhikh process kosteobrazovanija, i ciklicheskikh nukleotidov pri perelomakh dlinnykh kostejj // Ortoped. travmatol. 1987. nо. 9. рр. 30–35.
8. Sveshnikov A.A. Algoritm dlja maksimalnojj aktivnosti reparativnogo kosteobrazovanija pri chreskostnom osteosinteze // Fundamentalnye issledovanija. 2012. nо. 7. рр. 148–156.
9. Sveshnikov A.A. Osnovnye zakonomernosti v izmenenii mineralnojj plotnosti kostejj skeleta posle travm i uravnivanija dliny konechnostejj // Fundamentalnye issledovanija. 2011. nо. 11. Ch. 1.Р. 126–130.
10. Sveshnikov A.A. Prichiny snizhenija i sposoby vosstanovlenija aktivnosti reparativnogo kosteobrazovanija posle travm i uravnivanija dliny konechnostejj // Fundamentalnye issledovanija. 2011. nо. 10. Ch. 2. рр. 384–387.
11. Sharypova N.V. Izmenenija mineralnojj plotnosti kostejj skeleta u studentok pri narushenijakh menstrualnogo cikla posle ehkzamenacionnogo stressa Materialy mezhdunar. nauch. − prakt. konf. «Fiziologicheskie mekhanizmy adaptacii cheloveka». Tjumen. Lakonika. 2010. рр. 154–157.

«Травма поражает целый организм гораздо больше и глубже, чем это себе представляют»

Н.И. Пирогов

Травма является сильнейшим стресс-фактором, который вызывает нарушение функционального состояния многих органов и систем. Возникают серьезные изменения различных видов обмена. В осуществлении реакций адаптаций принимают участие практически все эндокринные системы. Особенно важна роль половых гормонов, так как от их концентрации в значительной мере зависит формирование костного регенерата и, следовательно, время сращения перелома, уравнивания длины конечности и замещения дефекта [8]. Во время менструального цикла (МЦ) в фолликуле образуется основное количество женских половых гормонов. Поэтому нарушения МЦ должны быть в центре внимания. Наблюдая разные варианты дисменореи, можно судить, на каком уровне регулирующей системы произошел сдвиг. Такие исследования имеют большое социально-экономическое значение, так как от остеопороза страдают 80 % пожилых женщин [10]. У мужчин страдает функциональное состояние клеток Лейдига и продукция тестостерона уменьшается на 30 %. В таких условиях репаративная регенерация в любом случае будет протекать слабее, чем хотелось бы.

Цель работы состояла в определении концентрации половых гормонов и минеральной плотности костей (МПК) скелета в процессе лечения больных после травм и при уравнивании длины укороченной конечности, а также в изучении механизма гормональных изменений.

Материал и методы исследования

Под наблюдением находились 170 женщин и 120 мужчин в возрасте 18-35 лет с травмами, а также с врожденными укорочениями нижних и верхних конечностей. Длину врожденно укороченных конечностей уравнивали по методу Г.А. Илизарова. Первичное изучение состояния МЦ у женщин проводили по специально разработанной анкете. Полученные данные сравнивали с результатами у 170 женщин аналогичного возраста с нормальным циклом.

У всех больных минеральную плотность костей (МПК) скелета измеряли на костном денситометре фирмы «GE/Lunar Соrp.» (США). Концентрацию эстрадиола, тестостерона и пролактина определяли в сыворотке крови с помощью наборов фирмы «Immunotech» (Франция). Подсчет активности и расчет концентрации гормонов производили на гамма-счетчике фирмы «Tracor Europa» (Голландия).

Статистическая обработка данных проводилась с применением пакета прикладных программ «Statistica 6.0» возможностей Microsoft Excel. Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением стандартных диагностических методик и t-критерия Стьюдента.

Результаты исследований и их обсуждение

Минеральная плотность костей скелета после травм у женщин

У женщин суммарное количество минеральных веществ (СМВ) через 2 месяца при сохраненном цикле было на 4 % меньше, чем в норме, а при нарушенном цикле - 19 % (табл. 1). В поясничных позвонках уменьшение составило соответственно на 5 и 10 %. В шейках бедренных костей - 9 и 14 %. В пространстве Варда - 4 и 20 %. В большом вертеле - 14 и 25 %. В диафизе бедренной кости - 6 и 10 %. Во всей проксимальной трети ее - 8 и 14 % (табл. 2).

Таблица 1

Рост, масса тела, суммарное количество минералов в скелете, минеральная плотность (МПК) у женщин через 2 месяца после травмы при нормальном и нарушенном менструальном цикле (M ± SD)

Состояние МЦ

n

Рост (см)

Масса тела (кг)

Всего минералов (кг)

Площадь скелета (м2)

МПК всего скелета (г/см2)

Процент убыли ПК

Контроль (возраст 21-25 лет)

13

164,6 ± 2,0

59,4 ± 3,08

2,618 ± 0,133

2,23 ± 0,07

1,174 ± 0,038

-

Через 2 месяца после травмы при нормальном цикле

40

161,3 ± 2,1

66,8 ± 4,41

2,515 ± 0,125

2,21 ± 0,10

1,138 ± 0,033

-4

Через 2 месяца после травмы при нарушенном цикле

46

159,6 ± 1,7

61,9 ± 3,78

2,132* ± 0,094

2,10 ± 0,15

1,015 ± 0,052

-19

Таблица 2

Суммарное количество минералов во всем проксимальном отделе бедренной кости, его минеральная плотность (МПК) у женщин через 2 месяца после травмы при нормальном и нарушенном менструальном цикле (М ± SD)

Состояние цикла

Проксимальный отдел бедренной кости слева

Проксимальный отдел бедренной кости справа

Процент убыли МПК

Минералы (г)

Площадь (см2)

МПК (г/см2)

Минералы (г)

Площадь (см2)

МПК (г/см2)

-

Контроль (возраст 21-25 лет)

33,327 ± 0,704

30,49 ± 0,74

1,093 ± 0,043

33,338 ± 0,766

30,53 ± 0,74

1,092 ± 0,031

-

Через 2 месяца после травмы при нормальном цикле

30,684* ± 0,562

30,55 ± 0,63

1,004 ± 0,028

30,671* ± 0,419

30,51 ± 0,85

1,005 ± 0,029

-8

Через 2 месяца после травмы при нарушенном цикле

28,657* ± 0,365

30,52 ± 0,57

0,939 ± 0,038

28,669* ± 0,226

30,59 ± 0,58

0,937 ± 0,043

-14

Минеральная плотность костей при уравнивании длины укороченной конечности у женщин

Оперативное вмешательство для уравнивания длины конечностей также стресс-фактор для организма, так как сопровождается остеотомией, повреждением тканевых элементов, раздражением нервных окончаний, изменениями функционального состояния внутренних органов. Снижается концентрация гормонов [9].

СМВ при нормальном МЦ было уменьшено во всем скелете на 22 %, при нарушенном - 31 % (табл. 3), в позвоночнике соответственно 9 и 19 %. В шейках бедренных костей - на 4 и 12 %. В пространстве Варда - на 13 и 31 %. В большом вертеле - на 7 и 13 %. В диафизе проксимальной трети бедренной кости - 4 и 9 %. Во всей проксимальной трети бедренной кости 6 и 17 % (табл. 4).

Таблица 3

Рост, масса тела, суммарное количество минералов в скелете, минеральная плотность (МПК) скелета у женщин через 3 месяца уравнивания длины конечности (дистракции) при нормальном и нарушенном менструальном цикле (M ± SD)

Состояние МЦ

n

Рост (см)

Масса тела (кг)

Всего минералов (кг)

Площадь скелета (м2)

МПК скелета (г/см2)

Процент убыли минералов

Контроль (возраст 18 лет)

40

165,1 ± 4,0

56,2 ± 2,5

2,376 ± 0,104

2,12 ± 0,10

1,118 ± 0,047

-

Через 3 месяца при нормальном цикле

40

156,3 ± 2,0

62,1 ± 4,3

1,845* ± 0,094

1,97 ± 0,11

0,937 ± 0,028

-22

Через 3 месяца при нарушенном цикле

44

156,6 ± 2,0

61,9 ± 3,8

1,639* ± 0,084

1,94 ± 0,12

0,844 ± 0,275

-31

Таблица 4

Суммарное количество минералов во всем проксимальном отделе бедренной кости, его минеральная плотность (МПК) у женщин через 3 месяца дистракции при нормальном и нарушенном менструальном цикле (М ± SD)

Состояние МЦ

Проксимальный отдел бедра слева

Проксимальный отдел бедра справа

Процент убыли минералов

Минералы (г)

Площадь (см2)

МПК (г/см2)

Минералы (г)

Площадь (см2)

МПК (г/см2)

Контроль (возраст 18 лет)

30,375 ± 0,258

29,1 ± 0,71

1,045 ± 0,077

30,273 ± 0,147

29,1 ± 0,56

1,042 ± 0,044

-

Через 3 месяца при нормальном цикле

28,553* ± 0,556

28,8 ± 0,63

0,910 ± 0,038

28,536* ± 0,765

32,1 ± 0,79

0,889 ± 0,037

-6

Через 3 месяца при нарушенном цикле

25,213* ± 0,704

29,2 ± 0,48

0,863 ± 0,023

25,198* ± 0,737

28,4 ± 0,62

0,785 ± 0,042

-17

Корреляционный анализ данных показал прямую зависимость между уровнем концентрации половых гормонов и интенсивностью регенерации кости как в месте травмы, так и в уравниваемом сегменте и, следовательно, сроком лечения больных. Приводим клинический пример, подчеркивающий взаимосвязь между концентрацией гормонов и репаративным костеобразованием.

Больная П., 38 лет. Правая нижняя конечность укорочена на 5 см за счет бедра и голени. Аппарат Илизарова наложен одновременно на бедро и голень. Дистракция на бедре продолжалась 1 месяц, на голени - 2 месяца. В течение двух месяцев дистракции менструации не было, поэтому концентрация эстрадиола оказалась сниженной в 3 раза. В течение пяти последующих месяцев фиксации менструации были нерегулярными, укороченными.

МПК в регенерате на бедре через один месяц фиксации - 0,312 г/см2, через 2,5 месяца - 0,400 г/см2, через 5 месяцев - 0,488 г/см2. На голени эти цифры составили соответственно: 0,254; 0,377 и 0,410 г/см2. Все указанные величины в три раза меньше, чем при формировании регенерата в условиях нормальной концентрации эстрадиола. В последующие три месяца менструации стали регулярными, нормализовалась концентрация гормона и существенно возросла плотность минералов: на бедре стала равной 1,068 г/см2, на голени - 1,072 г/см2, то есть составляла 63 % от значений в норме.

Минеральная плотность костей скелета у мужчин после травм и при уравнивании длины врожденно укороченной конечности

Состояние копулятивного компонента половой функции определяли по анкете, которую заполняли больные. Обнаружили снижение либидо, половой предприимчивости и преждевременную эякуляцию, что приводило к отсутствию положительных эмоций как в ранние стадии копулятивного цикла, предшествующие половому акту, так и после его осуществления.

При определении концентрации гонадотропинов (фолликулостимулирующего гормона - ФСГ и лютеинизирующего гормо- на - ЛГ, который контролирует выработку тестостерона в клетках Лейдига), а также концентрации тестостерона наблюдали уменьшение концентрации, что приводило к ослаблению сперматогенеза, медленнее происходила дифференцировка и пролиферация клеток Сертоли, ослаблялись поздние стадии сперматогенеза. Увеличение после травмы концентрации пролактина (в силу уменьшения тормозящего влияния гипоталамуса на гипофиз) уменьшало стимуляцию простаты и поэтому меньшим был объем эякулята.

Уменьшение концентрации тестостерона влияло на МПК как в области травмы при переломах, так и в формирующемся регенерате при уравнивании длины укороченной конечности. Покажем это на клиническом приме­ре.

Больной П., 30 лет. Укорочение руки на 22 см. Концентра­ция тестостерона до операции была равна 3,24 нг/мл. Произво­дили одновременное удлинение плеча и предплечья (дистракция). На 10-й день дист­ракции концентрация тестостерона уменьшалась в 2 раза. На 60-й день уровень гормона был еще ниже. МПК в регенерате в этот день - 0,404 г/см2. Через 1,5 месяца окончательного формирования регенерата (фиксации) уровень тестостерона еще больше снизился до 0,89 нг/мл (всего за весь цикл уравнивания длины конечности в 4,7 раза). В силу этого наблюдалась замедленная консолидация костных фрагментов. Содержание мине­ралов в регенерате было уменьшено в 2 раза (0,182 г/см2).

Приведенный пример показывает очевидную взаимосвязь между концентрацией половых гормонов и активностью репара­тивного процесса. Поэтому в план лечебных мероприятий должны включаться мероприятия по защите половой функции (снижение ситуационной тревожности, вербальные схемы для снижения ее, самовнушение и самогипноз).

Приведенные данные показывают, что между концентрацией половых гормонов и активностью костеобразования существует четко выраженная взаимосвязь. Поэтому в условиях дистракционного остеосинтеза для уравнивания врожденно укороченной конечности необходимо следить за состоянием МЦ и содержанием половых гормонов. Если своевременно не восстановить нарушенный цикл, может наступить постепенное угасание функции яичников. Кроме этого, длительное время сниженная концентрация половых гормонов замедляет репаративный процесс.

В наших наблюдениях прослежена четкая взаимосвязь между состоянием МЦ и, следовательно, концентрацией эстрогенов и МПК в костях скелета. Наиболее четко она проявлялась в трабекулярной ткани (позвоночник, большой вертел), где активно протекают обменные процессы. Изменялось не только МПК, но и уменьшался синтез белка, и увеличивалось выведение азота из организма. Снижалось воздействие эстрогенов на белковую матрицу кости, ослаблялся обмен веществ и функциональное состояние остеогенных клеток костного мозга. На это указывают наши предыдущие исследования [4].

Немаловажной причиной развития деминерализации после травмы является уменьшение двигательной активности, ослабление прямого влияния гормонов на кость. Изменяется диаметр кровеносных сосудов и скорость тока крови в них, нарушается проницаемость сосудов. Уменьшается масса мышц в конечности и отмечается атрофия жировой ткани. Токсины травмированных тканей усиливают спазм сосудов и ишемию коркового вещества почки, приводят к дистрофическим изменениям эпителия извитых канальцев, крайне чувствительных к длительной гипоксии [9].

При сниженной двигательной активности в плазме крови уменьшается концентрация соматотропина, кальцитонина, глюкагона, катехоламинов, тиреостимулирующего гормона и паратирина. Снижается концентрация витамина D, что приводит к уменьшению абсорбции кальция в кишечнике [3].

Изучение состояния МЦ применительно к чрескостному остеосинтезу необходимо потому, что циклические изменения в системе нейрогуморальной регуляции функции яичников и гормонально зависимых от них органов сопровождаются колебаниями функционального состояния нервной, эндокринной, сердечно-сосудистой и других систем организма, от которых зависит, в частности, синтез коллагена и активность других слагаемых репаративного процесса [4]. В фазе роста фолликула преобладает тонус парасимпатического отдела вегетативной нервной системы, суживаются капилляры сосудистой системы, повышается тонус всех сосудов и ускоряется ток крови. В фазе желтого тела капилляры расширяются, хорошо видны их артериальные и венозные участки, тонус сосудов снижен [6]. Ток крови не всегда равномерный. Непосредственно перед менструацией капилляры находятся в спастическом состоянии.

В процессе формирования регенерата необходима нормальная концентрация эстрадиола, усиливающего биосинтез коллагеновых и неколлагеновых белков. Отмечается изменение содержания растворимых липидов костного матрикса, а также фосфолипидов [1, 4]. В процессе остеосинтеза необходима нормальная концентрация эстрадиола, усиливающего биосинтез белков, растворимых липидов костного матрикса, а также фосфолипидов. Эстрадиол способствует дифференцировке клеток [2, 11].

Под влиянием импульсации из травмированных тканей в коре головного мозга начинает функционировать очаг стойкого возбуждения, приводящий к торможению в гипоталамусе и, как следствие, к уменьшению продукции нейрогормонов. Поэтому снижается образование половых гормонов, активность остеобластов, уменьшается количество минеральных веществ в кости [5, 7]. МЦ нередко нарушается и менструации отсутствуют в течение 1,5-2 месяцев, иногда больше. В течение длительного времени сниженная концентрация половых гормонов ведет к деминерализации скелета.

Следует подчеркнуть, что полученные нами данные весьма важны для проблемы остеосинтеза - не только лечить переломы, как симптомы остеопороза, но и заниматься их профилактикой. Подробное изучение патогенеза изменений - прямой выход на профилактику нарушений МЦ, остеопении и остеопороза, установление оптимальных дней для проведения оперативных вмешательств, при которых были бы минимальными гормональные изменения на уровне гипоталамус-гипофиз и, следовательно, был бы оптимальный вариант активности репаративного процесса.

Выводы

1. Возникающие под влиянием стресс-факторов отклонения в МЦ как в сторону ускорения (пройоменорея), так и увеличения продолжительности менструации (полименорея), а также разница в количестве выделявшейся крови при нормальной цикличности (гипоменорея,) не приводят к изменению минеральной плотности костей скелета. Исключением явилась гиперменорея, при которой МПК была снижена на 6 % (р < 0,05).

2. Задержка менструации с последующим ускоренным циклом (опсопройоменорея) приводила к уменьшению МПК на 17 %. Такое же изменение отмечено при промежутках между менструациями более 35 дней (опсоолигоменорея). При опсоменорее, когда менструация задерживалась до трех месяцев, МПК снижена на 21 %. При ритме менструации одна в 2-3 месяца (олигоменорея) МПК ниже нормального значения на 25 %. Величина снижения при аменорее составляла 26-35 %.

4. Через 2 месяца после травмы конечностей при ненарушенном менструальном цикле суммарное количество минералов во всем скелете было ниже нормы на 4 %, при нарушенном - на 19 %. В поясничном отделе позвоночника - на 5 и 10 %, в шейках бедренных костей - на 9 и 14 %. В пространстве Варда деминерализация составила соответственно 4 и 20 %. В большом вертеле изменения более заметные - 14 и 25 %. В проксимальном отделе бедренной кости уменьшение МПК было на 8 и 14 %.

5. У мужчин после травм и при уравнивании длины врожденно укороченной конечности наблюдались изменения копулятивного компонента половой функции, уменьшение концентрации гонадотропинов и концентрации тестостерона, в силу чего ослаблялась активность репаративного процесса. Поэтому в план лечебных мероприятий должны включаться мероприятия по защите половой функции (снижение ситуационной тревожности, вербальные схемы для ее ослабления, самовнушение и самогипноз).