По материалам исследований на базе Института Эндокринологии и Остеоцентра (Чехия, Прага) и Института Экологии (Австралия, Перт), 2017г., опубликованных на официальном сайте National Library of Medicine
Кость представляет собой высокоминерализованную ткань, обладающую значительной механической прочностью. Ее межклеточное вещество содержит неорганические компоненты в виде кристаллов, что отличает ее от других видов соединительной ткани. Помимо обеспечения среды для костного мозга, костная ткань также хранит некоторые вещества, в том числе эссенциальные элементы, выполняющие важные биологические функции.
Защитная роль кальция и витамина Д как факторов питания для целостности скелета хорошо изучена. Кроме того, на целостность и прочность скелета положительно влияют многие макро- и микроэлементы: цинк, медь, марганец, магний, железо, селен, бор и фтор. Дефицит или избыток этих элементов воздействуют на костную массу и качество костей во взрослом возрасте, юности и детстве. Мы рассматриваем самые благоприятные сочетания и действия на костный гомеостаз.
Метаболизм костей определяется взаимодействием между остеокластами, определяющими резорбцию и ремоделирование ткани, и остеобластами (костеобразующие клетки), обеспечивающими создание органических компонентов костных пластинок и их минерализацию.Преобладание остеокластической активности, вызваннойэндокринными или системными заболеваниями, а также состоянием питания, ускоряет потерю костной массы и увеличивает риск переломов. Остеоциты в процессе костеобразования работают посредством механорецепторов. Регулирование основных процессов костного метаболизма происходит при участии микроэлементов. В то время как медь, бор,цинк, селен, марганец и магний имеютостеопротекторное действие, кадмий, ртуть, кобальт и свинец воздействуют токсично. Влияние фтора очень зависит от его концентрации. Дефицит защитных элементов чаще всего наблюдается из-за их низкого потребления с пищей, а так же из-за воздействия токсичных веществ в высокопромышленных районах проживания. Недостаток может привести к серьезным заболеваниям, включая остепороз.
В организме человека содержится от 50 до 120 мг меди, из которых почти 70% содержится в мышцах и скелете. Рекомендуемая суточная доза для взрослых мужчин и женщин составляет 900 мкг/день. Продуктами с самым высоким содержанием меди являются: печень, сухофрукты, орехи кешью, морепродукты, треска, скумбрия, а также курица и индейка. Медь участвует в метаболизме костной ткани, но ее основная функция заключается в участии в окислительно-восстановительных процессах, где медь регулирует метаболизм и транспорт железа и метаболизм коллагена. Она участвует в клеточном дыхании, метаболизме коллагена, кератинизации волос, нормализует отложение кальция и фосфора в костях. Медь обеспечивает процесс «сшивания» коллагеновых волокон, нарушение которого приводит к слабости костей. Исследования доказали положительное влияние меди на клетки, регулирующие костный метаболизм.
Каккофактор антиоксидантных ферментов медь освобождает костную ткань от опасных свободных радикалов, предупреждаю активацию остеокластов, т.е. сдерживает процесс ее разрушения. В целом, медьповышает прочность костей и помогает поддерживать оптимальное их качество. Данные наблюдения подтверждены исследованиями, проведенное с участием женщин в периоде менопаузы, у которых уровень меди в сыворотке крови снижен, с участием детей с тем же дефицитом. У пожилых людей наблюдается физиологическое снижениевсасывания в желудочно-кишечном тракте питательных веществ, что может вызвать в том числе дефицит меди.Таким образом, сбалансированный гомеостаз меди, несомненно, имеет первостепенное значение для роста скелета в детстве,а также для здоровья костей во взрослом возрасте.
Дефицитмеди может привести к нарушениям: углеводного и липидного обменов, синтеза меланина, производства энергии, кроветворения, иммунного ответа, увеличению частоты инфекций, сократительной способности миокарда и метаболизма холестерина. Симптомы дефицита меди так же включают снижение прочности и минерализации костей, нарушения формирования и роста костей и целостности хрящей.
Около 60 % всего магния хранится в костных тканях скелета. Он необходим для многих реакций, в том числе сокращения мышечных волокон, синтеза энергии (образование АТФ), липидного и белкового обменов, метаболизма кальция. Магниевая недостаточность может быть связана с заболеваниями желудочно-кишечного тракта, почек, серповидноклеточной анемией, онкологией, диабетом, длительным приемом мочегонных препаратов. Низкий уровень магния изменяет сердечную возбудимость и нервно-мышечную функцию. Дефицит магния часто встречается у людей, злоупотребляющих алкоголем, страдающих болезнью Альцгеймера и пожилых людей с гипертонией и нарушениями мозгового кровообращения.
В скелете магний поддерживает синтез гидроксиапатита и костного мозга, минерализацию стромальных клеток (стволовые клетки, способные дифференцироваться в остеобласты и хондроциты). Магний также поддерживает синтез активной формы витамина D. Последствие дефицита магния - потеря костной массы. Исследования показывают, что достаточное потребление магния увеличивает плотность костей. Защитный эффект высокого потребления магния на качество костей было задокументирован в наблюдениях здоровых женщин с помощью ультразвукового исследования. Обширный анализ в большой группе взрослых обоих полов показал, что нормальный уровень магния в сыворотке был отрицательно связан с риском переломов. Кроме того, добавление магния способствовало послеоперационному заживлению у ортопедических больных.
Субклинический дефицит магния (когда симптомы еще слабо выражены), встречается в большинстве популяций Европы и Северной Америки из-за относительно низкого его потребления. Магний содержится в зеленых овощах, орехах, зернах. Всасывание магния ухудшают фосфаты, образующих нерастворимые комплексы с магнием. Рекомендуемая ежедневная норма потребление магния для здоровья костной ткани для молодых людей до 30 лет – 400 мг, в пожилом возрасте 420 мг.
Селен важен для здоровья человека как антиоксидант. Он защищает клетки от окислительного повреждения. Так же подтверждено, что что дефицит селена активирует резорбцию (разрушение) костей. Исследования показывают, что низкий уровень селена у женщин в период постменопаузы связан с низкой минеральной плотностью кости тазобедренного и/или поясничного отдела позвоночника. Кроме того, у людей пожилого возраста так же при низких уровнях селена и цинка наблюдался низкий антиоксидантный показатель и низкая плотность костей. При низком антиоксидантом статусе значительно повышается риск таких заболеваний как остеоартрит и остеоартроз. Они характеризуются: прогрессирующей потерей хрящевого внеклеточного матрикса, склерозом субхондральной кости, образованием остеофитов и синовиальным воспалением.
Селен восстанавливает антиоксидантную способность костных клеток и защищает скелет от всех последствий окислительного стресса. Рекомендуемая суточная доза селена составляет 55-70 мкг/день, при этом в Европе среднее его потребление составляет всего около 25 мкг/день.
Цинк входит в состав около 300 ферментов, участвующих в биохимических превращениях углеводов, белков и нуклеиновых кислот. В организме человека содержится от 2 до 4 г этого элемента, из которых 60 % накапливается в мышцах, 20 % — в костях, 10—15 % — в коже. Цинк влияет на функцию многих гормонов, включая тестостерон, гормон роста и гонадотропины. Он играет роль в синтезе, хранении и секреции инсулина. Этот металл также является компонентом тимулина, необходимого для созревания и дифференцировки иммунных Т-клеток; положительно влияет на силу, гибкость и развитие скелета; способствует синтезу коллагена; снижает негативное воздействие токсичных тяжелых металлов.
Цинк участвует в элиминации свободных перекисных радикалов и ингибирует окисление ненасыщенных жирных кислот. В качестве кофактора цинк необходим для правильного функционирования и развития зубов, а также скелетной системы.
Рекомендуемая суточная доза цинка зависит от нескольких факторов, включая пол, возраст, вес. Суточная норма цинка 12-15 мг. Пищевые продукты, содержащие больше всего цинка, — это телячья печень, свиная печень, тыква и белая фасоль. Однако алкоголь, фолаты, диуретики, оказывают негативное влияние на абсорбцию цинка. Примерно 25 % населения подвержены риску дефицита цинка, особенно подростки, пожилые люди и женщины в постменопаузе. Цинк антагонист с железом, медью и кальцием.
Исследователи сходятся во мнении, что цинк играет важную роль в процессе роста костей, но механизм действия этого металла на различных стадиях остеогенеза, а также влияние его дефицита на этот процесс продолжает изучаться.
Кости с недостатком или крайним дефицитом цинка тонкие, ломкие и характеризуются повышенной резорбцией. Низкое потребление цинка способствует постепенному снижению костной массы. Цинк также стимулирует синтез и повышает эффективность гормона роста и ИФР-1 в отношении твердых тканей. Некоторые авторы выявили дефицит цинка у пациентов с низким ростом и карликовостью. Также были описаны многие дополнительные симптомы дефицита цинка, такие как аномальное развитие ребер и позвонков, агенезия длинных костей, косолапость, расщелина неба, аномальная минерализация и искривление длинных костей.
Выявлены изменения концентрации цинка в зависимости от возраста пациентов, отмечены более высокие концентрации металла у лиц моложе 35 лет по сравнению с лицами старше 55 лет.
Из 3–5 г железа, обнаруженного в организме взрослого человека, 60–70% связано с гемоглобином. Железо также содержится в ферритине и гемосидерине. Это белки, ответственных за его накопление в печени, селезенке и костном мозге. В составе крови железо участвует в транспорте молекулярного кислорода от легких ко всем клеткам организма. Он также участвует в эритропоэзе, лейкоцитообразовании и иммунных реакциях, влияя на гуморальный и клеточный иммунитет организма. Роль железа в процессах костной ткани продолжает изучаться. Известно, что железо участвует в синтезе коллагена и превращении витамина D в его активную форму, что важно для правильного формирования костей.
Суточная рекомендуемая доза железа для человека зависит от возраста, пола, физиологического состояния и физической активности, в среднем - 19 мг/сутки для взрослых. Самые высокие концентрации железа обнаруживаются в пищевых продуктах животного происхождения: печени, почках и яичных желтках.
Дефицит железа обычно является результатом недостаточного его потребления, нарушениями всасывания или следствием некоторых заболеваний. Наиболее характерным симптомом дефицита железа является анемия, состояние, сопровождающееся утомляемостью, бледностью, отсутствием аппетита, проблемами терморегуляции, ослаблением иммунной системы. Эксперименты in vitro и in vivo показали, что дефицит железа нарушает гомеостаз костей. Он влияет как на формирование кости, так и на ее резорбцию, что приводит к снижению минеральной плотности и массы кости, изменению микроархитектоники и снижению прочности. Исследования, проведенные на популяции женщин в пре- и постменопаузе, указывают на значительное влияние дефицита железа на минеральную плотность костей. Подтвержено, что снижение поступления железа с пищей вызывает несбалансированный обмен костей, что в конечном итоге приводит к ослаблению костей, с пониженным содержанием в них остальных минералов. Так же дефицит железа может привести к снижению сывороточных концентраций 1,25-дигидроксихолекальциферола, инсулиноподобного фактора роста I (IGF-1) и остеокальцина. Очень низкие уровни железа подавляют активность остеобластов. Некоторые авторы исследований отмечают, что отрицательно влиять на концентрацию железа в костях могут курение и употребление алкоголя.
Существует синергизм (в том числе и в костной ткани) между медью и железом. Белок, несущий медь, необходим для мобилизации железа из запасающих его тканей. В некоторых случаях пониженный уровень меди может вызвать железодефицитную анемию. В таких случаях положительный эффект происходит от добавок с медью, а не только с железом. Всасывание железа и его транспорт в кишечнике так же требуют присутствия меди. А вот между медью и цинком существует антагонизм, как и между цинком и железом. Существует конкуренция за специфический транспортный белок при абсорбции в кишечнике. Их прием должен быть раздельным и следует оптимизировать уровни каждого из них.