Содержание коллагена и нуклеиновых кислот в костной ткани человека в различные возрастные периоды

Для изучения возрастных особенностей строения и функционирования кости исследователями разных стран используется в основном костная ткань лабораторных животных или эмбрионов и детей в возрасте до 20 лет. И лишь незначительное количество работ посвящено исследованию метаболизма костной ткани в разные периоды жизни человека [1, 3, 4]. В связи с обострившейся в последние десятилетия проблемой остеопороза особенно актуальными становятся исследования, связанные с изучением химического состава костной ткани людей, а также выявление закономерностей деятельности клеток кости в течение активной жизнедеятельности человека. На основании этого целью настоящего исследования явилось изучение количественного содержания коллагена и нуклеиновых кислот в костной ткани человека в соответствии с полом и возрастом.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Исследования выполнены на 50 трупах практически здоровых, умерших в результате травмы людей, не имевших костной патологии. Материал был разбит на четыре группы в соответствии с морфологической классификацией [ 6 ] : 1 - мужчины 22-35 лет, женщины 21-35 лет; 2 - мужчины 36-60 лет, женщины 36-55 лет; 3 - мужчины 61-74 лет, женщины 56-74 лет; 4 - мужчины и женщины 75 лет и старше.

Для исследования высекали участок компактной костной ткани (КК) в верхней трети диафиза бедренной кости и участок губчатой кости (ГК) верхней полусферы головки бедренной кости. Пробы костной ткани обезжиривали, лиофильно высушивали и определяли в них количество гидроксипролина с использованием реактива Эрлиха [10]. Расчет коллагена проводили по методу, предложенному А.Л. Зайдес [6], количество нуклеиновых кислот - последовательной экстракцией хлорной кислотой [9]. Полученные результаты обрабатывали методами непараметрической статистики. Для выявления возрастных отличий использовали критерий Крускала-Уолиса и последовательно - критерий Дана. При сравнении независимых выборок компактной и губчатой кости применяли W-критерий Вилкоксона для несвязанных выборок.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты исследования содержания коллагена в костной ткани человека, определяемого по концентрации маркера белка гидроксипролина, представлены в таблице 1. По полученным нами данным, содержание коллагена в компактной костной ткани у мужчин уменьшается в возрасте от 22 до 74 лет, а в более позднем - увеличивается до первоначальных значений (1ая группа) и составляет 30,0 ± 3 г/100 г сухой обезжиренной ткани. В губчатой кости наблюдалась подобная тенденция. Кроме этого нами выявлено, что в возрасте 22-74 лет содержание коллагена в компактной костной ткани достоверно выше чем в губчатой (Р=0,04). У женщин динамика содержания коллагена несколько отличалась. Происходило снижение коллагена во 2-ой группе, а затем нарастание до конца исследуемого возрастного периода.

Таблица 1 Содержание коллагена в костной ткани практически здоровых лиц, г/100 г.

Возрастная группа	Компактная кость	Губчатая кость
Мужчины
1 (22-35 лет)	24,2 ≤ 26,7 ≤ 27,9*	19,1 ≤ 21,7 ≤ 23,9
2 (36-60 лет)	21,9 ≤ 23,2 ≤ 26,6	18,6 ≤ 20,5 ≤ 23,0
3 (61-74 года)	21,0 ≤ 22,3 ≤ 23,9	18,2 ≤ 18,8 ≤ 21,2
4 ( ≥ 75 лет)	27,1 ≤ 30,0 ≤ 33,2	19,4 ≤ 23,9 ≤ 25,8
Женщины
1 (21-35 лет)	24,0 ≤ 27,1 ≤ 27,9	24,0 ≤ 27,1 ≤ 27,9
2 (36-55 лет)	22,1 ≤ 23,3 ≤ 24,1	22,1 ≤ 23,3 ≤ 24,1
3 (56-74 года)	23,1 ≤ 25,1 ≤ 26,0	23,1 ≤ 25,1 ≤ 26,0
4 ( ≥ 75 лет)	23,8 ≤ 27,0 ≤ 27,6	23,8 ≤ 27,0 ≤ 27,6

Примечание: *- в таблице приведены значения медиан для выборок и 25-й и 75-й процентили.

Как и у мужчин, количество коллагена в компактной кости женщин выше, чем в губчатой. При сравнении содержания коллагена в костной ткани мужчин и женщин не выявлено достоверных отличий. Однако практически во всех группах у мужчин и женщин в возрасте после 74 лет отмечается некоторая тенденция к повышению содержания этого белка, результаты представлены на рисунке 1. Некоторые авторы связывают такую зависимость с накоплением пиридинолиновых сшивок в старческом возрасте, что является следствием снижения активности обмена костной ткани [ 11 ] .

Таким образом, в костной ткани людей зрелого возраста содержание коллагена в компактной костной ткани составляет 25,5 ± 5 г/100 г, в губчатой ткани - 21,2 ± 3 г/100 г сухой обезжиренной ткани.

12   3   4

Возрастные группы

Рис. 1. Содержание коллагена в костной ткани практически здоровых лиц (уровень значимости различий по сравнению с губчатой костью: * - при p<0,05; ** - при p <0,01)

Полученные нами данные не полностью согласуются с приведенными в литературе. Так, Л.И. Слуцким и Г.О. Пфафордом показано, что содержание коллагена в костной ткани животных практически не зависит от возраста, однако, по их данным, количество этого белка в компактной кости ниже, чем в губчатой, в отличие от наших данных, и составляет 15,2 ± 0,2 и 19,6 ± 4,6 г/100 г соответственно [ 8 ] . Возможно, это связано с видовыми особенностями и появлением более точных методов исследования и их новых модификаций.

Для исследования пролиферативной функции костной ткани определяли общее содержание дезоксирибонуклеиновых кислот по содержащемуся в них фосфату. Результаты определения приведены в таблице 2.

Таблица 2

Содержание ДНК в костной ткани практически здоровых лиц, г/100 г.

Возрастная группа	Компактная кость	Губчатая кость
Мужчины
1 (22-35 лет)	0,058 ≤ 0,059 ≤ 0,068*	0,067 ≤ 0,073 ≤ 0,139
2 (36-60 лет)	0,031 ≤ 0,040 ≤ 0,049	0,047 ≤ 0,051 ≤ 0,061
3 (61-74 года)	0,041 ≤ 0,049 ≤ 0,058	0,058 ≤ 0,095 ≤ 0,112
4 ( ≥ 75 лет)	0,037 ≤ 0,037 ≤ 0,037	0,039 ≤ 0,039 ≤ 0,039
Женщины
1 (21-35 лет)	0,052 ≤ 0,061 ≤ 0,063	0,076 ≤ 0,088 ≤ 0,255
2 (36-55 лет)	0,140 ≤ 0,205 ≤ 0,304	0,054 ≤ 0,059 ≤ 0,062
3 (56-74 года)	0,058 ≤ 0,071 ≤ 0,075	0,106 ≤ 0,110 ≤ 0,269
4 ( ≥ 75 лет)	0,039 ≤ 0,044 ≤ 0,048	0,263 ≤ 0,451 ≤ 0,483

Примечание: *- в таблице приведены значения медиан для выборок и 25-й и 75-й процентили.

У мужчин в компактной костной ткани в молодом возрасте (1-ая группа) количество ДНК достоверно выше, чем в последующие (Р=0,014), между 2-ой, 3-ей и 4-ой группами колебания находятся в пределах ошибки. Такая же динамика изменения количества ДНК происходит и в губчатой костной ткани, однако в губчатой кости обнаружено достоверно большее количество ДНК в третьей группе по сравнению со второй и четвертой группами. Отмечается, что в спонгиозной кости содержание ДНК достоверно выше в первых трех группах, однако в возрасте 75 лет и старше эти различия сглаживаются. На наш взгляд, такие изменения связаны с тем, что в молодом возрасте увеличивается количество костных клеток, следовательно, происходит активный рост кости [ 11 ] , что непосредственно связано с увеличением количества ДНК, в пожилом и старческом возрасте у мужчин снижается активность пролиферации клеток костной ткани и снижается количество ДНК. Наибольшее содержание ДНК в губчатой кости, вероятно, связано с тем, что в ее трабекулах содержатся клетки костного мозга, которые завышают результат. Другие исследователи пришли к такому же выводу [ 7 ] .

В компактной костной ткани женщин наблюдается достоверное увеличение содержания ДНК во второй группе (36-55 лет) практически в 2,5 раза. В губчатой ткани изменения аналогичны с происходящими у мужчин, однако в старческом возрасте наблюдается увеличение содержания ДНК. Как и у мужчин, у женщин 2-ой группы выявлены достоверные отличия содержания ДНК в компактной и губчатой костной ткани во всех возрастных группах.

Для исследования экспрессивной функции клеток костной ткани находили содержание РНК. Так как наибольшую экспрессивную функцию выполняют остеобласты, то и количество РНК будет показывать способность этих клеток к секреции компонентов внеклеточного матрикса. Результаты исследования приведены в таблице 3.

Таблица 3

Содержание РНК в костной ткани практически здоровых лиц, г/100 г.

Возрастная группа	Компактная кость	Губчатая кость
Мужчины
1 (22-35 лет)	0,048 ≤ 0,058 ≤ 0,0728	0,202 ≤ 0,214 ≤ 0,255
2 (36-60 лет)	0,030 ≤ 0,051 ≤ 0,061	0,094 ≤ 0,124 ≤ 0,156
3 (61-74 года)	0,028 ≤ 0,042 ≤ 0,062	0,134 ≤ 0,139 ≤ 0,140
4 ( ≥ 75 лет)	0,075 ≤ 0,093 ≤ 0,112	0,107 ≤ 0,107 ≤ 0,107
Женщины
1 (21-35 лет)	0,065 ≤ 0,069 ≤ 0,071	0,198 ≤ 0,214 ≤ 0,256
2 (36-55 лет)	0,046 ≤ 0,046 ≤ 0,046	0,134 ≤ 0,137 ≤ 0,137
3 (56-74 года)	0,051 ≤ 0,060 ≤ 0,092	0,290 ≤ 0,437 ≤ 0,622
4 ( ≥ 75 лет)	0,044 ≤ 0,046 ≤ 0,062	0,304 ≤ 0,348 ≤ 0,352

Примечание: * - в таблице приведены значения медиан для выборок и 25-й и 75-й процентили.

В губчатой кости мужчин и женщин происходит достоверное снижение содержания РНК во второй группе по сравнению с первой (Р=0,0001, Р=0,04 соответственно). В остальных группах достоверных различий не выявлено, однако наблюдается тенденция к снижению содержания РНК у мужчин и увеличению у женщин. В компактной кости и у мужчин и у женщин на протяжении всего исследуемого возрастного периода достоверных различий в содержании РНК не выявлено. По полученным нами данным, содержание РНК в губчатой кости достоверно выше, чем в компактной.

В среднем количество РНК в компактной кости составляет 0,028-0,112 г/100 г сухой обезжиренной ткани. Литературных данных о содержании ДНК и РНК в костной ткани очень немного. Так, Л.И. Слуцкий показывает, что содержание ДНК составляет 0,21 г/100 г, РНК - 0,14 г/100 г сухой обезжиренной ткани человека [ 8 ] . Интересно отметить, что наибольшее количество ДНК и РНК обнаружено нами в губчатой кости, а количество основного белка матрикса коллагена больше в компактной ткани. На наш взгляд, это связано с тем, что активность пролиферативных и обменных процессов в губчатой костной ткани выше, чем в компактной. Для подтверждения данной гипотезы нами было рассчитано отношение РНК/ДНК, которое показывает отношение экспрессивной функции остеобластов к пролиферативной. Результаты расчетов представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Индекс РНК/ДНК в костной ткани практически здоровых людей (уровень значимости различий по сравнению с губчатой костью: * - при p<0,05; ** - при p<0,01)

Из диаграммы видно, что коэффициент РНК/ДНК практически во всех группах выше единицы. Этот факт свидетельствует о высокой биосинтетической активности костной ткани по сравнению с характерной для минерализованных тканей пролиферативной. Наиболее высок этот показатель в губчатой кости, он составляет в среднем 2,5, а в компактной - 1,5. Интересно отметить, что с 75 лет и старше разброс в значениях несколько возрастает и индекс РНК/ДНК становится практически одинаковым в компактной и губчатой кости, что свидетельствует о снижении экспрессивной функции остеобластов и (или), возможно, их гибели. Данное обстоятельство еще раз свидетельствует в пользу того факта, что количество коллагена повышается с 75 лет, т.к. количество клеток на единицу массы костной ткани уменьшается [2, 5].

Таким образом, установлено, что количество коллагена в компактной костной ткани практически здоровых людей выше, чем в губчатой. Нами не выявлено достоверных различий в содержании коллагена в костной ткани у мужчин и женщин. По содержанию нуклеиновых кислот установлено, что биосинтетические процессы в костной ткани преобладают над пролиферативными. Обменные процессы активнее протекают в губчатой ткани, нежели в компактной.