Preview

Нефрология

Расширенный поиск

РАСЧЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВОЗМОЖНОСТЬ НЕИНВАЗИВНОЙ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ МИНЕРАЛЬНОГО ОБМЕНА МЕЖДУ КОСТНЫМИ СТРУКТУРАМИ И ЦИРКУЛИРУЮЩИМИ ЖИДКОСТЯМИ

https://doi.org/10.24884/1561-6274-2013-17-6-80-89

Полный текст:

Аннотация

ЦЕЛЬ. На основании собственных данных и анализа литературы выделить основные механизмы обмена костной ткани и количественно охарактеризовать участие каждого из них в перераспределении минералов между костью и циркулирующими жидкостями. РЕЗУЛЬТАТЫ. Путем расчетного моделирования установлено, что в процессе остеокластноостеобластного ремоделирования в состоянии постоянного обмена находится ≈24,6 г кальция или 4,5% его массы в скелета. При их обмене между поверхностями скелета и циркулирующими жидкостями ≈6 г или 1,1% соответственно, и в процессе остеоцитарного ремоделирования – ≈57,9 г или 16,5% соответственно. ОБСУЖДЕНИЕ. Эта огромная масса минерального матрикса, находящегося в состоянии постоянного обмена, обеспечивает «мгновенную» коррекцию уровня минеральных ионов (кальций, фосфаты) в крови, сохраняя значения их концентрации в гомеостатических пределах, контролируется синцитием костных клеток. Для оценки активности этого обмена можно использовать метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии. В клинических условиях при почечной патологии подобный контроль позволит оценить эффективность и достаточность проводимого лечения, так как костные клетки являются крайне чувствительным индикатором.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

А. С. Аврунин
Научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
Россия

Отделение диагностики заболеваний и повреждений опорно-двигательной системы 

195427, ул. Акад. Байкова, д. 8. Тел.: (812) 550 95 21



Н. В. Леонтьева
Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова
Россия
кафедра внутренних болезней и нефрологии


Список литературы

1. Williams ME. Chronic kidney disease/bone and mineral metabolism: the imperfect storm. Seminars in Nephrology 2009;29(2):97-104

2. Смирнов АВ, Волков ММ, Добронравов ВА. Значимость цинакальцета в коррекции нарушений фосфорно-кальциевого баланса у больных с хронической болезнью почек. Нефрология 2009;13(2):15-34

3. Levey AS, Coresh J. Chronic kidney disease. Lancet 2012;379(14):165-180

4. Pereira RС, Juppner H, Azucena-Serrano CE et al. Patterns of FGF-23, DMP1, and MEPE expression in patients with chronic kidney disease. Bone 2009;45(6):1161-1168

5. Tanaka H, Komaba H, Koizumi M et al. Role of uremic toxins and oxidative stress in the development of chronic kidney diseasemineral and bone disorder. J Renal Nutrition 2012;22(1):98-101

6. Barreto DV, de Barreto CF, de Carvalho AB et al. Association of changes in bone remodeling and coronary calcification in hemodialysis patients: a prospective study. Am J Kidney Dis 2008;52(6):1139-1150

7. Sharon MM, Roudebush VA, Tilman BD. Клинические практические рекомендации по диагностике, оценке и костных нарушений при хронической болезни почек (МКН-ХБП). Нефрология и диализ 2011;13(1):8-13

8. Аврунин АС, Паршин ЛК, Мельников БЕ. Критический анализ теории механостата. Часть II. Стабильность механо-метаболической среды скелета и гомеостатических параметров кальция организма. Травматол ортопед России 2013;1(67):127-137

9. Аврунин АС, Паршин ЛК. Иерархическая организация механизмов обмена кальциямежду костью и кровью. Морфология 2013;143(1):76-84

10. Adachi T, Aonuma Y, Ito S et al. Osteocyte calcium signaling response to bone matrix deformation. J Biomech 2009, 42(15):2507-2512

11. Feng JQ, Ward LM, Liu S et al. Loss of DMP1 causes rickets and osteomalacia and identifies a role for osteocytes in mineral metabolism. Nat Genet 2006;38(11):1310-1315

12. Malluche HH, Koszewski N, Monier-Faugere MC, Williams JP, Mawad H. Influence of the parathyroid glands on bone metabolism. European Journal of Clinical Investigation 2006; 36(Suppl. 2):23-33

13. Damasiewicz MJ, Toussaint ND, Polkinghorne KR. Fibroblast growth factor 23 in chronic kidney disease: New insights and clinical implications. Nephrology 2011;16:261-268

14. Волков ММ, Каюков ИГ, Смирнов АВ. Фосфорнокальциевый обмен и его регуляция. Нефрология 2010;14(1):91-103

15. Bikle DD. Vitamin D: newly discovered actions require reconsideration of physiologic requirements. Trends in Endocrinology and Metabolism 2010;21:375-384 16. Moorthi RN, Moe SM. CKD–Mineral and Bone Disorder: Core Curriculum 2011. Am J Kidney Dis 2011;58(6):1022-1036

16. Волков ММ, Смирнов АВ, Дегтярева ОА, Шевякова ЕВ. Дисфункции миокарда, оцениваемые методом тканевой допплерографии и фосфорно-кальциевый баланс у пациентов на хроническом гемодиализе. Нефрология 2008;12(3):18-23

17. Волков ММ, Добронравов ВА, Ларионова ВИ, Глазков ПВ. Факторы, ассоциированные со снижением минеральной плотности костей различных отделов скелета у больных на гемодиализе. Нефрология 2007;11(2):50-54

18. Волков ММ, Смирнов АВ. Рентгенологическая оценка кальцификации брюшной аорты у больных с хронической болезнью почек, получающих гемодиализ: частота выявления и ассоциированные факторы. Нефрология 2010;14(3):37-45

19. Волков ММ. Биохимические показатели фосфорнокальциевого обмена у пациентов с хронической болезнью почек 1-5 стадий. Нефрология 2009;13(3):49-51

20. Добронравов ВА, Волков ММ, Мнускина ММ, Макарова ИН, Крупоткина ИГ. Фосфорно-кальциевый баланс и минеральная плотность костей различных отделов скелета у больных на хроническом гемодиализе. Нефрология 2006;10(4)31-36

21. Смирнов АВ, Волков ММ, Добронравов ВА. Кардиопротективные эффекты D-гормона у больных с хронической болезнью почек: обзор литературы и собственные данные. Нефрология 2009;13(1):30-33

22. Lieben L, Carmeliet G. Vitamin D signaling in osteocytes: Effects on bone and mineral homeostasis. Bone 2013;54:237-243

23. Bellido T, Saini V, Pajevic PD. Effects of PTH on osteocyte function. Bone 2013;54:250-257

24. Rhee Y, Bivi N, Farrow E, Lezcano V, Plotkin LI, White KE, Bellido T. Parathyroid hormone receptor signaling in osteocytes increases the expression of fibroblast growth factor-23 in vitro and in vivo. Bone 2011;49:636-643

25. Fukumoto S, Yamashita T. FGF23 is a hormone-regulating phosphate metabolism–Unique biological characteristics of FGF23. Bone 2007;40:1190-1195

26. Fukumoto S. The role of bone in phosphate metabolism. Molecular and Cellular Endocrinology 2009;310:63-70

27. Fukumoto S, Martin TJ. Bone as an endocrine organ. Trends in Endocrinology and Metabolism. 2009;20(5):230-236

28. Bonewald LF. The Amazing osteocyte. Journal of Bone and Mineral Research 2011;26(2):229-238

29. Marenzana M, Shipley AM, Squitiero P et al. Bone as an ion exchange organ: Evidence for instantaneous celldependent calcium efflux from bone not due to resorption. Bone 2005;37(4):545-554

30. Feng JQ, Ye L, Schiavi S. Do osteocytes contribute to phosphate homeostasis? Curr Opin Nephrol Hypertens 2009; 18(4):285-291

31. Jowsey J, Riggs BL. Mineral metabolism in osteocytes. Mayo Clin Proc 1964;39(7):480-484

32. Аврунин АС, Тихилов РМ, Шубняков ИИ. Медицинские и околомедицинские причины высокого внимания общества к проблеме потери костной массы. Анализ динамики и структуры публикаций по остеопорозу. Гений ортопед 2009;(3):59-66

33. Bonewald LF. Osteocytes: A proposed multifunctional bone cell. J Musculoskel Neuron Interact 2002;2(3):239-241

34. Staub JF, Tracqui P, Brezillon P et al. Calcium metabolism in the rat: a temporal self-organized model. Am J Physiol 1988;254(1 Pt2):R134-R149

35. Rowland RE. Exchangeable bone calcium. Clinical Orthopaedics Related Research 1966;(49):233-248

36. Frost HM. Defining osteopenias and osteoporoses: another view (With insights from a new paradigm). Bone 1997; 20(5):385-391

37. Skerry TM. The response of bone to mechanical loading and disuse: Fundamental principles and influences on osteoblast/ osteocyte homeostasis. Archives of Biochemistry and Biophysics 2008;473:117-123

38. Baud CA. Morphologie et structure inframicroscopique des osteocytes. Acta Anat 1962;51:209-225

39. Baud CA, Auil E. Osteocyte differential count in normal human alveolar bone. Acta Anat 1971;78(3):321-327

40. Baud CA. Submicroscopic structure and functional aspects of the osteocyte. Clin Orthop Relat Res 1968;56:227-236

41. Аврунин АС. Остеоцитарное ремоделирование. История вопроса, современные представления и возможности клинической оценки. Травматол ортопед России 2012; 1(63):128-134

42. Adachi T, Aonuma Y, Taira K et al. Asymmetric intercellular communication between bone cells: propagation of the calcium signaling. Biochem Biophys Res Commun 2009; 389(3):495-500

43. Parfitt AM. Progress in endocrinology and metabolism. The actions of parathyroid hormone on bone: relation to bone remodeling and turnover, calcium homeostasis, and metabolic bone disease. Part I of IV Parts: mechanisms of calcium transfer between blood and bone and their cellular basis: morphological and kinetic approaches to bone turnover. Metabolism 1976;25(7):809-844

44. Rubinacci A, Covini M, Bisogni C et al. Bone as an ion exchange system: evidence for a link between mechanotransduction and metabolic needs. AJP Endocrinol Metab 2002;282(4):E851-E864

45. Talmage RV. A study of the effect of parathyroid hormone on bone remodeling and on calcium homeostasis. Clin Orthop Relat Res 1967;54:163-173

46. Аврунин АС, Тихилов РМ, Шубняков ИИ, Емельянов ВГ. Оценивает ли двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия параметры физиологического обмена минерального матрикса? Гений ортопед 2008;(1):41-49

47. Wang X, Puram S. The toughness of cortical bone and its relationship with age. Annals Biomedical Engineering 2004;32(1):123-135

48. Данильченко СН. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения. Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка 2007;(2):33-59

49. Frost HM, Jee W SS. Osteoporosis in 2000 ad: quo vadis? J Musculoskelet Res 2001;5(1):1-16

50. Burr DB, Martin RB. Errors in bone remodeling: toward a unified theory of metabolic bone disease. Am J Anat 1989;186(2):186-216

51. de Margerie E, Robin J-P, Verrier D et al. Assessing a relationship between bone microstructure and growth rate: a fluorescent labelling study in the king penguin chick (Aptenodytes patagonicus). J Exp Biol 2004;207(5):869-879

52. Martin RB. Toward a unifying theory of bone remodeling. Bone 2000;26(1):1-6

53. Dempster DW. Ремоделирование кости. В: Остеопороз. Этиология, диагностика, лечение. БИНОМ, НЕВСКИЙ ДИАЛЕКТ, СПб., 2000;85-108

54. Cooper RR, Milgram JW, Robinson RA. Morphollogy of the osteon. J Bone Joint Surg 1966;48-A(7):1239-1271

55. Ingram RT, Yong-Koo Park, Clarke BL, Fitzpatrick LA. Age- and gender-related changes in the distribution of osteocalcin in the extracellular matrix of normal male and female bone. Possible involvement of osteocalcin in bone remodeling. J Clin Invest 1994;93(3):989-997

56. Ньюман У, Ньюман М. Минеральный обмен кости. Иностранная литература, М., 1961;269

57. Nichols G, Rogers P. Mechanisms for the transfer of calcium into and out of the skeleton. Pediatrics 1971;47(1)Part II: 211-228

58. Whitfield JF. Primary cilium – is it an osteocyte’s strainsensing flowmeter? J Cell Biochem 2003;89(2):233-237

59. Chairman WSSM, Cook J, Nasset ES et al. Человек. Медико-биологические данные. Доклад рабочей группы комитета II МКРЗ по условному человеку. Медицина, М., 1977;423

60. Marotti G, Ferretti M, Muglia MA et al. A quantitative evaluation of osteoblast-osteocyte on growing endosteal surface of rabbit tibiae. Bone 1992;13(5):363-368

61. Scarpace PJ, Neuman WF. The blood: bone disequilibrium. II. Evidence against the active accumulation of calcium or phosphate into the bone extracellular fluid. Calcif Tiss Res 1976;20 (2):151-158

62. Aubert J-P, Bronner F, Richelle LJ. Quantitation of calcium metabolism. Theory. J Clin Invest 1963;42(6):885-897

63. Neuman WF, Terepka AR, Canas P, Triffitt JT. The cycling concept of exchange in bone. Calc Tiss Res 1968;2(3), 262-270

64. Tomlinson RWS, Wall M, Osbobn SB, Anderson J. Radiocalcium studies in normal subjects cab. Tiss Res 1967;1:197-203

65. Bronner F, Aubert J-P. Bone metabolism and regulation of the blood calcium level in rats. Am J Physiol 1965;209(5):887-890

66. Bronner F, Lemaike R. Comparison of calcium kinetics in man and the rat. Calc Tissue Res 1969;3(3):238-248

67. Bronner F, Harris RS, Maletskos CJ, Benda CE. Studies in calcium metabolism. The fate of intravenously injected radiocalcium in human beings. J Clin Jnvest 1956;35(1):78-88

68. Bronner F, Richellef LJ, Saville PD et al. Quantitation of calcium metabolism in postmenopausal osteoporosis and in scoliosis. J Clin Invest 1963;42(6):898-905

69. Arnold JS, Jee WSS, Johnson K. Observations and quantitative radioautographic studies of calcium48 deposited in vivo in forming haversian systems and old bone of rabbit. Am J Anat 1956;99(2):291-313

70. Palumbo C, Palazzini S, Zaffe D, Marotti G. Osteocyte differentiation in the tibia of newborn rabbit: an ultrastractural study of the formation of cytoplasmic processes. Acta Anat 1990;137(4):350-358

71. Bonewald LF. Generation and function of osteocyte dendritic processes. J Musculoskelet Neuron Interact 2005;5(4):321-324

72. Adachi T, Aonuma Y, Tanaka M et al. Calcium response in single osteocytes to locally applied mechanical stimulus: Differences in cell process and cell body. J Biomech 2009;42(12):1989- 1995

73. Strehler EE, Treiman M. Calcium pumps of plasma membrane and cell interior. Curr Mol Med 2004;4(3):323-335

74. Аврунин АС, Корнилов НВ. Обмен фосфатов минерального матрикса интактных костей после единичных и множественных переломов. Бюл эксперим медицины 1992;(3):322-324

75. Корнилов НВ, Аврунин АС, Синюкова ИВ, Каземирский ВЕ. Биоритмы обменных процессов в костной ткани и диагностическая ценность двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии. Вестник травматол ортопед им НН Приорова 1999;(4):52-56.

76. Аврунин АС, Корнилов НВ, Суханов АВ, Паршин ВА. Ремоделирование кортикального слоя большеберцовой кости после остеотомии бедренной на той же конечности. Морфология 1999; 116(6):48-54

77. Аврунин АС, Корнилов НВ, Иоффе ИД, Емельянов ВГ. Параметры метаболизма минерального матрикса костной ткани. Остеопороз и остеопатии 2000;(4):2-4

78. Корнилов НВ, Аврунин АС. Адаптационные процессы в костных органах. Спб., МОРСАР АВ, 2001, 296

79. Аврунин АС, Корнилов НВ. Метод двойной фотонной рентгеновской абсорбциометрии при динамическом контроле состояния костной ткани в процессе лечения остеопороза. Гений ортопед 2002;(2):123-128

80. Аврунин АС, Тихилов РМ, Шубняков ИИ, Емельянов ВГ. Неинвазивный клинический метод оценки остеоцитарного ремоделирования. Новые возможности двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии. Ортопед травматол 2008;(2):67-74

81. Аврунин АС, Тихилов РМ, Шубняков ИИ, Емельянов ВГ. Позволяет ли метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии выявить быстрые колебания проекционной минеральной плотности костной ткани в поясничном отделе позвоночника? Вестник травматол ортопед им НН Приорова 2008;(3):47-52

82. Аврунин АС, Тихилов РМ, Шубняков ИИ. Динамическая оценка остеоцитарного ремоделирования костной ткани при использовании неинвазивного метода. Морфология 2009; 135(2):66-73

83. Аврунин АС, Тихилов РМ, Шубняков ИИ и др. Минимально необходимое количество исследований ПМПКТ методом ДЭРА при индивидуальной диагностике остеопороза и мониторинге состояния скелета по дистальному отделу предплечья (предварительные рекомендации). Ортопед травматол 2009;(1):49-56

84. Крыжановский ГН. Биологические ритмы и закон структурно-функциональной дискретности биологических процессов. В: Биологические ритмы в механизмах компенсации нарушенных функций. Медицина, М., 1973;20-34

85. Крыжановский ГН. Расстройство нервной регуляции. В: Патология нервной регуляции функций. Медицина, М., 1987;5-42

86. Аврунин АС, Корнилов НВ. Асимметрия параметров – основа структуры пространственно-временной организации функций. Морфология 2000;(117)2:80-85


Для цитирования:


Аврунин А.С., Леонтьева Н.В. РАСЧЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВОЗМОЖНОСТЬ НЕИНВАЗИВНОЙ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ МИНЕРАЛЬНОГО ОБМЕНА МЕЖДУ КОСТНЫМИ СТРУКТУРАМИ И ЦИРКУЛИРУЮЩИМИ ЖИДКОСТЯМИ. Нефрология. 2013;17(6):80-89. https://doi.org/10.24884/1561-6274-2013-17-6-80-89

For citation:


Avrunin A.S., Leontyeva N.V. COMPUTATIONAL MODELING AND OPPORTUNITY OF NON-INVASIVE ASSESSMENT OF PARAMETERS OF MINERAL EXCHANGE BETWEEN BONE STRUCTURE AND THE CIRCULATING FLUID. Nephrology (Saint-Petersburg). 2013;17(6):80-89. (In Russ.) https://doi.org/10.24884/1561-6274-2013-17-6-80-89

Просмотров: 16


ISSN 1561-6274 (Print)
ISSN 2541-9439 (Online)