чем обеспечивается рост кости в высоту
Научная электронная библиотека
Глава 2. МИНЕРАЛЬНАЯ ПЛОТНОСТЬ КОСТЕЙ СКЕЛЕТА И ЕГО КРУПНЫХ СЕГМЕНТОВ У ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ
Проблема имеет большое социально-экономическое значение, так как до 40 % детей имеет сниженное содержание минералов в скелете, а это может привести в 30 лет к развитию остеопороза. Цель в этом направлении состоит в том, чтобы устранить не только остеопению, но и к 20 годам создать большую, чем в норме, массу минералов. Рассмотрим факторы, влияющие на этот процесс.
1. Влияние здоровья матери на МПК скелета ребенка. С увеличением срока физиологически протекающей беременности нарастают частота остеопенического синдрома и выраженности костных изменений [105]. При остеопении у матери концентрация Са в сыворотке крови и в молоке снижена [47]. У детей, родившихся от матерей с остеопенией, нарушения фосфорно-кальциевого обмена могут привести к активному рахиту [7].
На МПК в скелете ребенка влияет генетическая конституция организма, гены рецептора эстрогена, проколлагена типа I, трансформирующего фактора роста b, рецептора витамина D (РD), внешняя среда и образ жизни. У детей, родившихся от женщин, перенесших поздние токсикозы, выявлена большая частота признаков недостаточной минерализации, чем у детей, родившихся от здоровых женщин [47].
3. Возрастные особенности формирования пиковой костной массы. Пиковая костная масса обычно определяется как наивысшее значение ее, достигнутое в результате нормального роста до неизбежной с возрастом потери МПК [24]. Чем же она определяется?
Четыре основных фактора оказывают влияние на размер и массивность скелета:
1) генетический код;
2) механическая нагрузка;
3) гормональный статус;
У детей, в отличие от взрослых, отмечается прямая связь между костной массой и ростом тела, которая исчезает с наступлением пубертатного периода. Существенно влияет возраст ребенка. Это доказано результатами обследования детей в возрасте 2?9 лет (51 девочка и 43 мальчика) методом рентгеновской абсорбциометрии [326].
Несоответствие между прибавлением в росте и увеличением костной массы, возникающее к 11–12 годам у девочек и 13–14 годам у мальчиков, объясняет повышенную ломкость костей в этом возрасте.
Дети, имеющие наибольшую массу кости в период, предшествующий половому созреванию, сохраняют ее при половом созревании и в течение последующих двух лет [123].
Никогда не достигают пиковой костной массы кости черепа, увеличиваясь в массе на протяжении всей жизни, а также некоторые другие кости (бедренная кость, большой ее вертел и тела позвонков), которые продолжают расти [138].
Наибольшая величина (85–90 %) конечной массы минералов у взрослых приобретается у девочек к 16 годам, у мальчиков –
к 18 годам независимо от скорости роста [138, 308]. МПК была больше при высоком росте. Костная масса всего скелета, а также отдельных областей зависит от объема и размеров анализируемых сегментов и плотности минерального содержимого костной ткани в пределах ее периостальной оболочки [308].
Пиковые значения содержания костного минерала и МПК в отдельных участках скелета (к примеру, проксимальной трети бедренной кости) достигают к 20 годам. У женщин это происходит быстрее, чем у мужчин [306]. По данным других авторов, МПК поясничного отдела позвоночника и шейки бедренной кости быстро повышается во время полового созревания и достигает плато соответственно в 15 и 17 лет у девочек и мальчиков [331].
4. Процесс эндостинальной аппозиции. Так называют период между прекращением роста костей в длину и временем максимального нарастания скелетной массы, приводящим к консолидации скелета [142]. Около 37 % общей костной массы может быть накоплено во 2 и 4 стадии (по Таннеру) полового созревания, и около 10–12 % даже за один год скачка роста. Средние ежегодные изменения роста между возрастным периодом от 8 до 16 лет составляют 4 см. Накопление минеральных веществ между 8 и 18 годами составляет 146 г в год (6 % от общей минеральной плотности каждого года). При переводе на общий кальций тела ежегодный прирост должен составлять 58 г или 150 мг/день. В этом случае достигается среднее максимальное значение общего содержимого кальция в 949 г [143, 325].
Девочки, которые проходят стадии полового созревания от
2-й к 4-й за 12 месяцев, способны накопить в среднем 128 г кальция; при этом им необходим положительный кальциевый баланс приблизительно 350 мг/день [143].
Ежедневный прирост кальция во время скачка роста у мальчиков больше, наступает позднее и продолжается более длительное время по сравнению с девочками [156]. Подтверждая эти исследования, Martin [и др., 143] установили время пика скорости роста: 11,4 года у девочек и 13,3 года у мальчиков. Наибольшая скорость минерализации скелета запаздывает по отношению к пику скорости роста на 1,6 года у девочек и 1,2 года у мальчиков. Эти данные согласуются с данными Matkovich [и др., 325]: после 17–18 лет прирост костной массы относительно невелик. В некоторых работах считают, что дальнейший прирост отсутствует после 16–18 лет [279].
5. Роль физической активности в развитии скелетной массы у детей. Этот вопрос обычно встает в связи с тем, что накопление МПК больше нормы у молодых людей уменьшает риск остеопороза у взрослых. Масса и сила мышц увеличиваются наиболее интенсивно в интервале от 16–18 лет. При завершении пубертатного скачка (у мальчиков в 16 лет) специфические упражнения увеличивают объем и массу мышечной ткани.
Цель работы [214] состояла в определении эффекта интенсивности физической активности и вида спорта на минерализацию костей до периода полового созревания и в процессе этого периода. Для исследования были отобраны 144 здоровых ребенка 7–14 лет, занимающихся спортом различной интенсивности. Выявили более высокие значения МПК всего тела и позвоночника у школьников с повышенной физической активностью. У гимнасток в предпубертатном периоде МПК всего тела снижалась. В пубертатном периоде у школьников с пониженной физической активностью МПК уменьшалась.
6. Зависимость МПК от роста, массы тела, объема мягких тканей в сегменте. У 266 здоровых людей (136 лиц мужского пола) в возрасте 4-27 лет определяли МПК всего тела, поясничного отдела позвоночника (L2-4) и шейки бедренной кости. Она значительно повышалась во всех областях до 17,5 лет у лиц мужского пола и до 15,8 лет у лиц женского пола. Только в шейке бедренной кости у девочек максимум отмечен в 14,1 лет. Более высокая МПК у мужчин объясняется большей массой тела и меньшим количеством жировой ткани. У лиц обоего пола хорошим прогностическим признаком была масса тела. Для шейки бедренной кости обнаружена зависимость от роста. В возрасте 4–16,9 лет ежегодный прирост МПК составлял 0,047 г/см2 у мальчиков и 0,039 г/см2 у девочек [148].
Методом DXA определяли МПК в позвоночнике, шейке бедренной кости и во всем теле, а пяточной кости – с помощью ультразвука у 125 молодых субъектов в возрасте 9–25 лет (69 лиц женского пола, 56 лиц мужского пола). У лиц женского пола МПК зависела от стадии по Tanner, а у лиц мужского пола стадия пубертата и была более веским прогностическим фактором МПК в позвоночнике и бедренной кости [107].
Количество минералов и МПК определяли у 234 детей в возрасте 8–16 лет. У девочек установлена значимая корреляция между массой мышечной, соединительной и жировой тканями и МПК. Возраст добавлял 2 % МПК, а рост 1 %. Масса тела и жировая ткань не вносили никакой коррективы в данные. У мальчиков МПК была больше в области головы и верхних конечностях, у девочек – в области таза только в возрастной группе 15–16 лет [280].
Интересные исследование проведено на курсантах военно-морской академии США. В нем принимали участие 86 здоровых молодых (18-летних) мужчин. МПК измеряли в проксимальной и дистальной третях бедренной кости, поясничном отделе позвоночника большеберцовой кости, а также содержание костных минералов во всем теле. Первый раз МПК определяли через 2 месяца от момента поступления в академию, а затем после окончания первого, второго и четвертого курсов. МПК проксимальной трети бедренной кости в течение периода обучения не менялась (p > 0,05), поясничного отдела позвоночника увеличивалась на 3 % (p
Научная электронная библиотека
Глава 22. РОЛЬ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ В ПРОФИЛАКТИКЕ ОСТЕОПОРОЗА
Рядом авторов продемонстрирована вероятная связь между физической активностью и возрастными изменениями МПК костной ткани при нормальном старении [48]. Есть указания на то, что на рост и минерализацию кости влияют мышечные сокращения, а не весовая нагрузка [343]. В свою очередь низкие показатели массы тела могут иметь негативное клиническое значение. Отмечено, что худые женщины имеют более высокий риск остеопоротических переломов. Это отчасти обусловлено более тонкой прослойкой жировой ткани, которая у полных женщин распределяет энергию при падении, а также и тем, что у них более низкие показатели костной массы [91, 93]. Уменьшение физической нагрузки сопровождается уменьшением костной массы или снижением МПК костей нижней половины скелета (поясничные позвонки, проксимальная треть бедренной кости), уменьшается масса мышц в конечности и отмечается атрофия жировой ткани. [36]. Между тем, особенность осевого скелета состоит в том, что при занятии спортом, соответствующей концентрации в крови половых гормонов и хорошем всасывании минералов в кишечнике можно как задержать их убыль, так и несколько поднять возрастную величину МПК [293].
В плане реализации Всемирной Декады (2000–2010 гг.) костей и суставов данный вопрос представлялся весьма актуальным, так как население Земли повсеместно стареет и растут и без того огромные расходы на лечение переломов у пожилых и старых людей. В ближайшие 30–50 лет ни одно государство мира не сможет финансировать лечение даже переломов проксимальной трети бедренной кости. Из такой ситуации выход один – заниматься профилактикой переломов. Среди ее ключевых вопросов – изучение качества жизни и психологической нагрузки на человека и общество. Эти вопросы интенсивно разрабатываются и изучаются с 1996 года именно в нашем Центре. Накоплен уже большой опыт в этой работе.
В последние годы при лечении остеопороза явно преобладает увлеченность различными препаратами и фактически не изучается возможная роль физической культуры в профилактике переломов, забывается, что физическая активность (ФА) – определяющий фактор перестройки кости и поэтому остеопению вначале очень легко предупредить самой обычной двигательной активностью. Подтверждением этого положения является наблюдение о том, что уменьшение объема движений зимой (с января по март) ведет к уменьшению минеральной плотности (МПК) в поясничном отделе позвоночника на 1,6 ± 0,6 %, а летом (с июля по сентябрь) она увеличивается на 1,7 ± 0,5 % [221]. МПК убывает потому, что снижение двигательной активности ведет к уменьшению мышечной массы, нагрузки на кость и ослаблению гравитационной силы. Поэтому инволюционная потеря кости отражает приспособительную реакцию ее на уменьшение двигательной активности [221]. В силу этого при малоподвижном (сидячем) образе жизни частота остеопороза составляет 47 %, а среди физически работающих лиц – 23 % [221]. Есть наблюдения о том, что под влиянием систематических занятий физкультурой МПК в скелете увеличивается на 1 % за месяц. Особенно заметно увеличение у детей, она для них даже более важна, чем потребление кальция [340].
Регулярные физические упражнения могут задержать или свести до минимума потерю МПК, которая наблюдается у женщин, не занимающихся физкультурой в перименопаузном периоде [112]. Но особенно наглядно ФА регулирует скорость потери кости в позвоночнике у женщин среднего возраста [250]: при высокой работоспособности МПК в позвоночнике выше на 15 % по сравнению с группой аналогичного возраста, но с малой подвижностью. На 23 % выше плотность в шейке бедренной кости. Из этого вытекает заключение, что физическая нагрузка может быть успешно применена для предупреждения переломов в проксимальной трети бедренной кости и позвоночнике[220]. Пристальное внимание к МПК при проведении профилактики переломов обусловлено тем, что она на 80–90 % определяет механическую прочность кости [260].
Наиболее широко измерения МПК в процессе занятий физкультурой стали проводиться после внедрения дихроматических костных денситометров и метода биэнергетической рентгеновской абсорбциометрии.
Возрастные изменения МПК вначале сводятся к потере массы кости без изменения ее структуры. Механические свойства, например, позвоночника опасно снижаются при убыли минералов на 30 % [241]. Но одновременно снижается прочность и других костей, поэтому в целом возрастает предрасположенность к переломам.
Эффект снижения физической нагрузки на МПК наибольший у иммобилизированных больных [150]. Но вибрирующая кровать предотвращает отрицательный баланс кальция [186]. Для стариков, которые находятся на постельном режиме, спокойное стояние около кровати в течение 1–2 часов также дает аналогичный эффект. Но при переломах на почве остеопороза ФА не оказывает очевидного влияния [225].
В настоящее время нет доказательств того, что одна физическая нагрузка или в сочетании с кальцием может предотвратить быстрое уменьшение массы кости непосредственно в постменопаузе [109].
В возрасте 50–65 лет уровень физической активности у женщин снижается, а в 70 лет устанавливается на низком постоянном уровне. В связи с этим меняется темп снижения МПК и даже задерживается развитие остеопении [297]. Это и служит реальной платформой для профилактики инволюционной потери кости [48], главным образом за счет укрепления мышечно-связочного аппарата, умеренного давления на позвоночник и длинные кости при сокращении мышц.
При МПК в позвоночнике более 1,40 г/см2 переломы у женщин не встречаются, при 1,30–1,00 г/см2 обнаруживаются в 7 % случаев. В 40–70 лет вероятность переломов шейки может увеличиваться в 50 раз [158]. Уменьшение МПК после 45 лет свидетельствует уже не только об остеопении, но и об изменении структуры кости. При изучении рентгенограмм у женщин в возрасте 45–90 лет, которые не страдали заболеваниями скелета, установлено, что с возрастом по мере уменьшения кортикального слоя увеличивается толщина надкостницы. В связи с этим становится большим внешний диаметр кости, поперечное сечение ее и этим в какой-то мере компенсируется устойчивость кости к нагрузках [312]. При 0,60 г/см2 и ниже переломы происходят в 100 % случаев [137].
В зрелом возрасте и у стариков эффект физической нагрузки на МПК очень мал или вообще не выявляется [196], но прочность кости можно увеличить на 70–80 % за счет увеличения силы мышц и уменьшения частоты падений. Систематические занятия физкультурой наиболее важны для пяточной кости [110], они положительно влияют на уменьшение числа переломов проксимальной трети бедренной кости [322]. Это позволяет компенсировать симптомы остеопороза у старых женщин [251].
Занятия физкультурой и другие мероприятия в условиях остеопороза привлекают внимание специалистов в связи с тем, что если на 5–6 лет отсрочить время появления первых переломов, то расходы на их лечение уменьшатся в два раза [183, 231], то есть экономический эффект от относительно простых профилактических мероприятий огромен. В связи с этим представляется целесообразным проанализировать данные о влиянии физической нагрузки на МПК.
Наблюдения в эксперименте. У кроликов нагружали правую заднюю лапу силой в 1,5 раза большей веса тела по 20 минут ежедневно в течение 3 недель. О костеобразовании судили по накоплению в кости меченого тетрациклина. Обнаружено образование остеонов в позвоночнике вплоть до шейных позвонков, но в передней конечности изменений не наблюдалось. Это указывает на то, что нагрузку на нижнюю конечность (например, при ходьбе) можно использовать для профилактики остеопороза в позвоночнике.
Мartin и соавт. [231] ежедневно по 1,5 часа оказывали воздействие на поясничный отдел позвоночника собаки путем нагружения задней конечности силой в 1,3 раза большей веса тела. Эксперимент продолжался 3,5 года. Наблюдали увеличение МПК в телах 1, 2, 3 поясничных позвонков и задних конечностях. Авторы пришли к заключению, что длительная нагрузка увеличивает МПК не только в костях осевого, но и концевого скелета.
Наблюдения при занятии различными видами спорта. Ходьба – лучшее физическое упражнение для лиц среднего и пожилого возраста. При ежедневной ходьбе нормальным шагом МПК увеличивается в позвоночнике в связи с механической нагрузкой веса тела и воздействием сокращающихся паравертебральных мышц на поясничные позвонки. Кстати, они деформируются все время, в том числе и при дыхании [323]. Ремоделирование кости происходит за счет увеличения механического воздействия на критические области скелета. Желательно ежедневно ходить по 30–60 минут или бегать разминочным шагом [231]. Хороший эффект вызывают верховая езда и танцы. Применяются и простые физические упражнения для поддержания тонуса мышц плеча, груди, спины и рук. Сильные объемистые мышцы, как подушки, предохраняют кость от воздействия разрушающей внешней силы и при падении.
ФА, эквивалентная 65–80 % максимальной частоты пульса, обеспечивает нормальный остеогенез и способствует образованию кости путем увеличения механического воздействия на критические участки скелета [231].
Сделаны наблюдения за женщинами 50–63 лет, которые занимались ходьбой в течение 6 месяцев. Начинали они по 1 миле (1,6 км) два раза в неделю. Эффект выражался в том, что прекращалось возрастное снижение минералов в позвоночнике и нижних конечностях [203], как следствие увеличения мышечной нагрузки, улучшения васкуляризации, увеличения концентрации медиаторов в крови. В лучевой кости, которая не подвергалась нагрузке, изменений не наблюдалось [203, 315, 294].
При сочетании ходьбы с бегом и игрой в мяч по 1 часу 2 раза в неделю в течение 8 месяцев у 31 женщины 50–73 лет, перенесших за 9–21 месяц перед этим перелом Коллеса, МПК позвоночника увеличивалось на 3–5 %. В контрольной группе, не занимавшейся физкультурой, уменьшалась на 2–7 %. МПК в предплечье, где была травма, увеличивалась на 3–5 % [221].
Умеренная физическая нагрузка (ходьба, плаванье, наклоны тела) тормозит потерю массы кости или же МПК увеличивается на несколько процентов. В другом исследовании [189] показано, что занятия 3 раза в неделю в течение 16 недель с нетренированными мужчинами 50–70 лет увеличивали прочность конечности в целом на 45 %, МПК в позвоночнике возрастала на 2 %, в шейке бедренной кости на 4 %. Суммарная плотность тела оставалась неизменной. Но такое наблюдение единичное, так как изменения слишком быстрые и значительные.
У молодых женщин, занимавшихся бегом в течение года, МПК возрастала на 1 % [126]. В другом исследовании [312] показано, что ударная нагрузка (прыжок и перепрыгивание) в течение 6 месяцев у предменопаузных женщин не оказывала влияния на МПК в позвоночнике и шейке бедренной кости, но в большом вертеле возросла на 3 %.
Наблюдали также 2 группы женщин: одна из них в возрасте
18–40 лет, вторая – 47–55 лет, которые на протяжении 5 лет три раза в неделю бегали по 30 минут в день. МПК определяли в дистальном отделе и диафизе лучевой кости, а также в позвоночнике [221]. Регулярные занятия задерживали и уменьшали возрастную потерю минералов до 55 лет (наблюдения сделаны у 124 женщин).
У женщин-домохозяек (60–65 лет) через 3 года после занятий бегом МПК в лучевой кости возрастала на 4,2 %, в то время как в аналогичной возрастной группе, не занимавшейся бегом, уменьшалась на 2,5 % [311]. В процессе занятий лечебной физкультурой наблюдали более выраженные изменения (увеличение на 7,8 % [242]. Поэтому основной смысл занятий бегом у лиц пожилого возраста (помимо тренировки сердечно-сосудистой системы) – предупреждение инволюционной потери кости.
У мужчин (38–68 лет) удалось проследить влияние интенсивности и длительности занятий бегом на МПК. Так, при беге по 16 км за неделю в течение 9-ти месяцев МПК в шейке бедренной кости возрастала на 3,1 ± 0,4 %, а у тех кто пропустил в общей сложности один месяц занятий – на 1,1 ± 0,26 % [321]. При беге на аналогичную дистанцию на протяжении 25 лет (средний возраст таких мужчин 54,6 года) было очень четкое увеличение МПК в шейке бедренной кости и позвоночнике на 8,5 %, диафизе бедренной кости на 13 %, в трабекулярной кости дистального отдела костей предплечья, головке плечевой кости в пяточной кости – на 20 % [321].
У старых мужчин (70–80 лет) при занятии бегом в течение года МПК в позвоночнике не изменилась, а количество калия увеличивалось на 4 % [307]. У стариков (84-х лет), занимавшихся бегом по 30 минут в день три раза в неделю в течение 2,5 лет, МПК увеличивалась на 3 %, в то время как у 17 лиц такого же возраста снизилась на 2,3 % [314].
Сделаны наблюдения у 84 женщин в возрасте 49 лет (до менопаузы) и у 46 – в 55–60 лет (после нее) за влиянием физической нагрузки (на велоэргометре) на МПК в шейке бедренной кости, позвоночнике и костях предплечья. Нагрузка оценивалась по максимальной величине поглощения кислорода. Частота пульса составляла
120–170 в минуту. Обнаружен параллелизм между максимальной величиной потребления кислорода и МПК в позвоночнике и шейке бедренной кости. МПК в позвоночнике и шейке увеличивалось у женщин в возрасте 49 лет на 8 % (за 8 месяцев занятий), а у женщин 50–55 лет – на 15 % [270].
Нами [55, 72] также проведены наблюдения на практически здоровых женщинах в возрасте 51–55 лет. Именно в этот период у них происходит существенное снижение МПК, обусловленное уменьшением концентрации эстрогенов. Накануне занятий бегом было проведено тщательное обследование. Они были подразделены на три группы по 30 в каждой. В каждой группе было по две подгруппы – 15 женщин в возрасте 51 года или 55 лет. Для выяснения степени возрастного снижения МПК (на протяжении 3-х лет) наблюдали 30 женщин в возрасте 31 года (возрастной контроль в условиях максимальной МПК). Женщины бегали по 30 минут 6 раз в неделю в течение 1–3 лет. Темп бега выбирался с таким расчетом, чтобы частота пульса колебалась в пределах 120–170 в минуту.
У женщин в возрасте 51 года (контрольная группа) МПК в метафизе лучевой кости была снижена на 9 % по сравнению с аналогичной группой в возрасте 31 года. В позвоночнике – на 14, в шейке бедренной кости на 23, в пяточной кости – на 17 %. В диафизе бедренной и большеберцовых костей уменьшение МПК составило 6 %.
При наблюдении в течение 3 лет за женщинами этого же возраста, не занимавшихся бегом, отмечалось дальнейшее снижение МПК на 7–9 % в позвоночнике и пяточной кости, в остальных костях – на 4–5 %. Лишь в метафизе лучевой кости МПК оставалась неизменной.
Занятия бегом (женщины 51 года) на протяжении первого года приводили к увеличению МПК (на 3 %) только в шейке бедренной кости, а в пяточной она оказалась сниженной на 7 %. Занятие в течение 2 лет сопровождались увеличением МПК во всех костях скелета, но в большей степени оно было заметно в позвоночнике и шейке бедренной кости. В пяточной кости восстанавливалась до возрастного значения в 51 год.
Занятия в течение 3 лет привели к заметному увеличению (на 8 %) МПК в позвоночнике и шейке бедренной кости, а в остальных костях – на 3–4 %.
У женщин, начавших бегать в 55 лет, уже через год было заметно увеличение МПК (на 3–5 %) во всех изученных точках. В пяточной кости, как и в 51 год, вначале отмечено небольшое снижение МПК. Через 2 года наблюдали увеличение МПК (10 %) в позвоночнике и шейке бедренной кости, в метафизе бедренной и большеберцовой – на 5 %. В пяточной кости МПК восстанавливалась до возрастной нормы. Занятия бегом в течение 3 лет приводило к увеличению МПК в позвоночнике и шейке бедренной на 15 %, в метафизе лучевой – на 12 %, в большеберцовой и бедренной костях – на 7 %, в пяточной – на 3 %.
Из полученных нами данных вытекает заключение, что у женщин в возрасте 51–55 лет наибольшая величина снижения МПК наблюдалась в осевом скелете (позвоночнике), а также в костях, содержащих значительное количество трабекулярной ткани (пяточная, метафиз лучевой) и шейке бедренной кости. В диафизах длинных костей МПК изменялось очень незначительно. Занятия бегом в течение года предупреждали возрастную потерю кости и создавали тенденцию к увеличению МПК. Отчетливый эффект отмечался через два года, а статистически достоверный – через 3 года. Вместе с тем следует отметить, что у женщин, занимавшихся бегом, не произошло ни одного перелома.
Из приведенных данных видно, что наибольшая величина снижения МПК наблюдалась в осевом скелете (позвоночнике), а также в костях, содержащих значительное количество трабекулярной ткани (пяточная, метафиз лучевой) и шейке бедренной кости.
В связи с тем, что на пяточную кость при занятии бегом приходится значительная нагрузка, МПК в ней в течение первого года снижено, на втором – приближалось к возрастной норме, а затем увеличивалась на несколько процентов.
Гимнастика. Проведены наблюдения за изменением МПК у женщин 53 ± 5,6 года, которые занимались по 1 часу в день 3 раза в неделю на протяжении года. Определения сделаны до начала занятий и в конце методом нейтронно-активационного анализа. Счетчиком всего тела подсчитывали величину калия во всем теле. Методом фотонной абсорбциометрии измеряли количество МПК в диафизе лучевой кости. Содержание кальция во всем теле увеличивалось с 781 ± 95 г до 801 ± 118 г, то есть положительный баланс кальция составил + 42 мг/день, а у тех, кто не занимался гимнастикой и вел малоподвижный образ жизни (контрольная группа), он был равен – 43 мг/день. Эти результаты показывали, что систематические занятия гимнастикой могут смягчать инволюционную потерю кости [273].
У молодых гимнастов масса тела обычно меньше на 5 кг за счет жира. Интенсивная тренировка в течение 6 месяцев увеличивала МПК в позвоночнике на 1 % [324], а в бедренной кости суммарная величина не изменялась.
Аэробика. Женщины 50–63 лет занимались аэробикой в течение 6 месяцев. Начинали с двух танцев в день 2 раза в неделю и на протяжении 11 недель постепенно увеличивали их число до 5 танцев в день 4 раза в неделю. Измерения МПК проводили в диафизе лучевой кости. Обнаружено прекращение возрастной потери МПК [269].
Есть наблюдение, в котором МПК изучали в симметричных точках диафиза левой и правой лучевой костей у 200 женщин
(45–65 лет). Группа из 80 женщин не занималась физкультурой (контрольная группа), а 120 – на протяжении 4-х лет – аэробикой по 45 минут в день 3 дня в неделю, 50 недель в году. В контрольной группе потеря минералов во всех указанных костях составляла 2,44 % за каждый год наблюдения. У занимавшихся аэробикой – на первом году уменьшалось на 3,77 %, а на втором – четвертом – МПК увеличивалась на 1,39 % (за каждый год), поэтому конечный результат статистически достоверно отличался от контроля [139].
В течение трех лет тренировали 86 женщин 40–75 лет по 1 часу 3 раза в день на протяжении 8 месяцев в году. У женщин 40–55 лет величина МПК в метафизе лучевой кости увеличивалась на 6 %. Более высокие цифры – 12 % были у женщин 56–75 лет [135].
Женщины в возрасте 65 лет в условиях госпиталя занимались аэробикой и укреплением силы мышц по 1 часу 3 раза в неделю. Большинство из них в течение 2-х лет принимало фтористый натрий. Массу костного минерала определяли методом нейтронно-активационного анализа в позвоночнике и костях таза. Физическая нагрузка определялась по максимальной величине поглощения кислорода. До занятий кальциевый индекс составлял 0,66–0,68 (нор-
ма – 1,00 ± 0,12). После занятий наблюдалось значительное его увеличение (0,81 ± 0,09, р > 0,05) в том числе и поглощения кислорода. У тех, кто занимался в условиях госпиталя, количество кальция было на 21 % выше по сравнению с теми, кто занимался дома. Авторы [164] считают, что увеличению костной массы способствовал прием фтористого натрия. Они также предполагают, что физическая нагрузка может потенцировать его действие.
Теннис, плаванье, игра в гольф. Тренировка 86 женщин
(40–75 лет) включала 1 час занятий три раза в день на протяжении 8 месяцев в году и не менее 3 лет подряд. Большинство из них (52) занималось теннисом, плавало (18), играло в гольф (16). У женщин 40–55 лет МПК в позвоночнике увеличивалась на 11 %, в плечевой кости – на 4 %. В возрасте 56–75 лет эти величины составили соответственно 23 и 8 % [135].
При плаванье в диафизе и метафизе лучевой кости МПК незначительно увеличивалась, но не возрастала в позвоночнике [241], так как нагрузка приходится в основном на концевой скелет. Занятия лишь предотвращали возрастную потерю минералов в осевом скелете [233]. Но плаванье способствует укреплению мышц, в част-
ности спины, что благоприятно сказывается на реабилитации после переломов.
Таким образом анализ приведенных работ показывает, что с помощью ежедневной физической активности можно предупреждать развитие остеопороза за счет усиления обмена веществ в костной ткани и стимуляции активность остеобластов. Физкультура изменяла характер или даже задерживала изменения в строении тела, которые сопровождают возрастной процесс. Локальная потеря массы кости обратима, но время восстановления в несколько раз больше, чем при потере ее. В процессе восстановления имеются широкие индивидуальные различия.
При правильно подобранных интервалах между нагрузками происходит сращение микропереломов и даже увеличение прочности костей. Регулярные занятия способны обеспечить желаемый эф-
фект – задерживают потерю массы кости до 55 лет. Вполне реально выиграть 10 лет (с 45 до 55 лет), чтобы уменьшить число переломов не менее чем в 2 раза.
В процессе занятий физкультурой нужно помнить, что хотя она и приемлема для предотвращения остеопороза, но должна применяться с осторожностью, без опасной нагрузки на кости, которые чувствительны к переломам. Для ремоделирования кости важна динамическая (импульсная, ударная) нагрузка [302]. Статическая (постоянная) – неэффективна в образовании кости. Скорость нагружения должна быть большой, а время воздействия – продолжительным. Они – решающие условия в профилактике переломов. Сильные нагрузки более благоприятные, чем слабые. Ходьба менее эффективна, чем бег. Баллистические упражнения (бросание) вызывают значительный положительный эффект при профилактике переломов. При ударных нагрузках продолжительность воздействия существенного значения не имеет. Рост кости начинает стимулироваться при частоте воздействия 36 раз в день и 1800–2000 микронапряжений [154]. Импульсная нагрузка (длительность – 50 мс
1000–12000 раз в день при величине, превышающей массу тела в 1,5 раза) увеличивает образование остеонов в два раза. Нагрузка 1000 раз в день задерживает, но не предотвращает потерю МПК [154]. Приложенная прямо к позвоночнику, она не предупреждает развитие остеопороза у подвижных больных, а у неподвижно лежащих – увеличивает.
Минеральная плотность костей при длительных и интенсивных тренировках
Интересные наблюдения сделаны на 268 новобранцах в возрасте 18–21 года. Они в течение 40 недель занимались энергичной физической тренировкой (ходьба, бег трусцой, бег с грузом и без него, без армейского обмундировании, а также в нем, включая вещевой мешок. Тренировки проводились по 8 часов в день шесть дней в неделю. Изучено МПК на расстоянии 8 см от голеностопного сустава. Через 4 недели у 40 % тренировавшихся возникли переломы: из них у 56 % новобранцах – большеберцовой кости, 34 % – бедренной,
8 % – предплюсны и плюсны. Через 5–8 недель число переломов составило 22 %, после 8-й недели – 15 % [185]. У 60 % новобранцев без переломов (158 человек) в результате тренировки МПК в левой ноге увеличилась на 11,1 %, в правой – на 5,2 %. Это же подтверждено в эксперименте на животных. Показано, что большая величина нагрузки в длинных костях приводит к переломам от усталости кости или к массивной гипертрофии [160]. При несколько меньшей нагрузке она небольшая, а повреждения – микроскопические.
Сравнивали две группы мужчин: первая в возрасте 25 лет тренировалась в течение 3-х месяцев. Среди них 10 мужчин – бегали по 3 км пять раз в неделю и 9 – по 5 км три раза в неделю. Интенсивная ходьба и бег в течение 3-х месяцев не приводили к увеличению МПК в костях нижних конечностей [170]. Во вторую группу входили спортсмены-чемпионы, которые бегали на аналогичные дистанции в течение 25 лет (средний возраст 54,6 года). Контролем служили лица такого же возраста, но не занимавшиеся физкультурой. Изменения были выражены очень четко: в теле пяточной МПК увеличивалась на 20 %, в позвоночнике и шейке бедренной кости – на 8,5 %, в лучевой и локтевой (трабекулярная кость) – на 20 %. Такие изменения обусловлены большой длительностью тренировок, так как даже при занятии бегом по 16 км в день (наблюдали 20 мужчин 38–68 лет до начала и в конце занятий), но в течение 9-ти месяцев, сдвиги были выражены в меньшей мере: у тех, кто бегал регулярно и не пропустил ни одной тренировки, МПК возрастала на 3,11 ± 0,24 %, а у пропустивших в общей сложности около 1 месяца – 1,11 ± 1,9 % [341].
В концевом скелете спринтеров МПК на 20 % выше, чем у тех, кто специально спортом не занимался [309]. Увеличение МПК наблюдалось преимущественно в кортикальной кости.
У мужчин, занимающихся бегом на длинные дистанции, МПК бедренной кости уменьшалась на 10–20 % [210] в связи с ослаблением обмена веществ на 20–30 %.
У 120 спортсменок в возрасте 18–23 лет, игравших в теннис (11 женщин) и занимавшихся плаваньем (23), МПК определяли в костях, несущих вес тела (поясничный отдел позвоночника и плюсневые кости), а также в диафизе лучевой (кортикальная кость) и дистальной ее части (трабекулярная кость). Игра в теннис велась по несколько часов в день с интенсивной гравитационной нагрузкой на кости, несущие вес тела. Занятия включали также спринт и медленную ходьбу. У молодых спортсменок, игравших в теннис, МПК в ведущей руке увеличилась на 16 % (по сравнению с противоположной). Ширина дистального отдела локтевой кости и длина ее была больше в ведущем предплечье [269]. У профессионалов внешний диаметр плечевой кости в ведущей руке у мужчин увеличился на 34,9 %, у женщин – на 28,4 % [285]. В доминирующей руке (или ноге) МПК выше на 12 %, чем в противоположной. В позвоночнике МПК возрастала на 11 %. В плюсневой кости МПК у теннисисток увеличена в большей мере (20 %) по сравнению с пловчихами [135]
У женщин в возрасте 40–55 лет МПК в лучевой кости при игре в теннис увеличивалась на 6 %, в позвоночнике – на 11 %. Наименьшая величина прироста была в плюсневых костях (4 %). Максимальное увеличение (12 %)отмечено у женщин в 55–75 лет, в позвоночнике на 23 %. Увеличивалась масса как трабекулярной, так и компактной костей [135].
У спортсменов высшей квалификации в бедренной кости МПК больше на 50 %, чем у не занимавшихся спортом [253]. Увеличение плотности наиболее заметно при таких видах спорта, которые создают большую нагрузку на скелет – тяжелая атлетика, теннис, метание диска [254]. Это можно показать на таком примере: под наблюдением находились 64 спортсмена высокого класса. Из них 9 были чемпионами международных соревнований. Контрольная группа состояла из 39 здоровых лиц, из них 34 регулярно участвовали в соревнованиях, 15 занимались обычной физической культурой. МПК в костях скелета была пропорциональна физической нагрузке. Наибольшая ее величина была у прыгунов в высоту, а также у тяжелоатлетов [254].
По данным Aloia и соавт. [309] у марафонцев содержание общего кальция увеличено на 11 %. У штангистов и танцоров балета в различных участках лучевой кости распределение минералов было следующим: в дистальном метафизе выше – на 38 %, а в диафизе – на 19 %. В большеберцовой кости – на 28 % [145, 253]. Увеличение МПК (на 20 %) в ней у легкоатлетов наблюдали и другие авторы [344]. Аналогичный сдвиг отмечен и у баскетболистов в игровой руке [141]. Franke и Runge [100] показали, что у мужчин – метателей диска –
в лучевой кости МПК увеличена на 20 %. У прыгунов, футболис-
тов – на 11 %. У женщин, занимавшихся этими же видами спорта, МПК была ниже указанных величин на 4 %. У спортсменов-чемпионов МПК в пяточной кости была увеличенной на 30–40 %.
У пловцов в диафизе и метафизе лучевой кости МПК была незначительно выше [237, 311]. У пловцов гравитационная сила меньше, но больше воздействие на концевой и осевой скелет [135] в силу чего происходило увеличение плотности. Одновременно наблюдалось нарастание ширины кости.
Интенсивный бег. У лиц, занимающихся бегом, важна оценка МПК в позвоночнике и пяточной кости, так как на них приходится значительная нагрузка. Аналогичные количественные изменения происходят в шейке, межвертельной области, дистальной трети бедренной и лучевой костей[187].
Из изложенного видно, что в условиях адекватной нагрузки описано в основном благоприятное влияние спорта на кости скелета. Изменения носят характер рабочей гипертрофии. Поперечный размер диафизов трубчатых костей увеличивался, кортикальный слой становится толще. В целом кости становятся массивнее, крепче и, следовательно, устойчивее к травмирующим и другим повреждающим факторам. Но под воздействием чрезмерной нагрузки на организм спортсмена могут наблюдаться и более существенные сдвиги. Вначале они выражаются в сосудистых расстройствах (анемия и гиперемия тканей) и нарушении обмена. Затем развиваются нарушения трофики. Стойкие сдвиги переходят в различного рода патологические в мышцах, сухожилиях, связках, в суставном хряще и надкостнице. Поэтому у спортсменов следует проводить научно обоснованные и эффективные профилактические мероприятий. Такая возможность может появиться лишь после глубокого изучения влияния интенсивных спортивных нагрузок на организм, и, в частности, на МПК скелета.
При очень больших физических нагрузках следует учитывать период наибольшей активности половых желез, когда организм неустойчив и раним
Главными факторами появления изменений в костной системе являются раздражения рецепторов, рефлекторная гиперемия и усиление обмена веществ, которые всегда возникают в организме во время спортивных упражнений. Нервные механизмы, кора головного мозга при этом играют регулирующую роль.
Значительно повышенная функция мышц вызывает раздражение надкостницы, усиление процессов оссификации в местах прикрепления. Кости спортсмена своеобразно изменяются, на них появляются шероховатости, гребни, костные выступы и бугры. За счет этого увеличивается прочность. Перестроенный, усиленный костно-суставной аппарата спортсмена выдерживает значительно большие нагрузки и способствует достижению высоких результатов.
Во время отдыха спортсмен довольно быстро теряет спортивную форму, что обусловливается главным образом изменениями в центральной нервной системе, мышцах, сердце и обмене веществ. В костной ткани изменения сохраняются длительно и поддерживать это благоприятное состояние можно даже с помощью незначительных спортивных нагрузок. При полном прекращении занятий спортом атрофические процессы в «тренированной» кости протекают медленно, в течение ряда лет, и кость еще долгое время может выдерживать повышенные нагрузки. Полного возврата к исходному состоянию (до начала тренировок) не бывает. Таким образом, занятия спортом замедляют физиологическую инволюцию, возрастное старение костной ткани.
В возрасте 20–25 лет в скелете существует баланс между образованием кости и резорбцией её. К 30 годам он становится неустойчивым, а в 35 лет отрицательным. Уменьшение двигательной активности ведет к убыли мышечной массы и снижению возможной нагрузки на кость.
Таким образом, систематические и интенсивные занятия спортом лицами разного возраста приводят к локальному увеличению МПК в костях, которые подвергаются нагрузке.
Цель дальнейших исследований должна состоять в разработке комплекса упражнений, который позволил бы поддерживать на высоком уровне МПК в наиболее чувствительных точках скелета. Важно определить величину и частоту физической нагрузки для каждой области скелета, так как длительные воздействия также вызывают напряжение (усталость) кости и микропереломы. Необходимо изучить продолжительность эффекта от занятий физкультурой на инволюционную потерю в различных костях. Социальные итоги занятий физкультурой должны быть эффективными, ободряющими женщин среднего возраста в плане уменьшения риска переломов.