XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Введение В современной травматологии и ортопедии значительное внимание уделяется изучению различных факторов, способствующих развитию остеопороза и других заболеваний костной ткани, приводящих к переломам. За последние десятилетия гомоцистеин (Hcy) выделился как важный независимый маркер риска для патологий опорно-двигательного аппарата. Гомоцистеин представляет собой серосодержащую аминокислоту, которая образуется в процессе метаболизма метионина через цикл метилирования. Регуляция его уровня осуществляется преимущественно печенью и почками, при этом концентрация Hcy в плазме крови зависит от наличия необходимых кофакторов — витаминов B6, B12 и фолата.

Нарушение метаболизма гомоцистеина связано с рядом серьезных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, нейродегенеративные расстройства и почечная недостаточность. В последние годы Hcy был также идентифицирован как один из ключевых факторов риска развития остеопороза и увеличения частоты переломов. Остеопороз, характеризующийся снижением минеральной плотности кости и ухудшением ее микроархитектуры, является глобальной медицинской проблемой. Так, расходы на лечение остеопоротических переломов в США увеличились с 13,8 млрд долларов в 1995 году до 22 млрд долларов в 2008 году, что подчеркивает экономическую и социальную значимость данного заболевания [1].

Цель исследования Целью настоящего исследования является комплексный анализ влияния гомоцистеина на состояние костной ткани и механизмы его действия.

Материал и методы исследования Работа основана на систематическом обзоре литературы до 2025 года. Методы включали: 1) анализ влияния Hcy на остеокласты и остеобласты; 2) изучение моделей гипергомоцистеинемии (HHcy) на животных (мыши, крысы, цыплята); 3) оценку клинических данных о связи Hcy с риском переломов.

Результаты исследования и их обсуждение Остеокластогенез и окислительный стресс. Повышенные концентрации гомоцистеина (Hcy) стимулируют образование активных форм кислорода (ROS), что подтверждено результатами многочисленных экспериментов, проведенных как in vivo, так и in vitro. Исследования, выполненные на первичных клетках костного мозга мышей и мононуклеарных клетках периферической крови человека, показали, что Hcy значительно увеличивает внутриклеточные уровни ROS, тем самым способствуя дифференциации и созреванию остеокластов [4]. Функциональная активность остеокластов оценивалась с использованием ряда биохимических маркеров, включая уровень тартрат-устойчивой кислой фосфатазы, который возрастал на 30–40% при концентрации Hcy 100 мкМ, а также повышение активности креатинфосфокиназы и усиление резорбции дентина. Кроме того, Hcy оказывал выраженное антиапоптотическое действие на остеокласты посредством подавления каспаззависимых путей, что приводило к увеличению их выживаемости на 25%. На молекулярном уровне Hcy селективно активировал фосфорилирование p38 митоген-активируемой протеинкиназы в сигнальном пути, зависимом от лиганда рецептора активатора ядерного фактора каппа-B, с увеличением уровня фосфорилирования на 50% в условиях гипергомоцистеинемии, при этом не влияя существенно на фосфорилирование внеклеточных сигнал-регулируемых киназ , N-концевых киназ c-Jun или ингибитора ядерного фактора каппа-B альфа. Одновременно с этим наблюдалось значительное снижение активности остеобластов: при концентрации Hcy 200 мкМ синтез остеокальцина уменьшался на 35%, что указывает на двойственное влияние Hcy на процессы ремоделирования костной ткани [3].

Нарушение минерализации.

Гомоцистеин оказывает ингибирующее воздействие на процессы минерализации, опосредованные хондроцитами, в костной ткани. В микромассовых культурах мезенхимальных клеток, полученных из зачатков конечностей цыплят, добавление Hcy в концентрации 50 мкМ уменьшало образование пиридинолиновых поперечных связей на 30% и снижало поглощение кальция на 25%, что нарушало структурную целостность коллагена. Данные электронной микроскопии подтвердили эти наблюдения, показав нерегулярное отложение коллагена и уменьшение диаметра фибрилл на 20% по сравнению с контрольными образцами. В моделях крыс с умеренной HHcy (индуцированной введением 10 мг/л Hcy в питьевой воде) объем трабекулярной кости сокращался на 15–20%, тогда как гипертрофическая зона пластинки роста увеличивалась на 30% из-за замедления резорбции хрящевой ткани [2]. Кроме того, у крыс, находившихся на диете с высоким содержанием метионина, масса трабекулярной кости уменьшалась на 25–35%, что свидетельствует о значительном нарушении минерализации.

Сосудистые нарушения.

Гипергомоцистеинемия снижала биодоступность оксида азота за счет усиления окислительного стресса. В моделях мышей с HHcy индекс кровотока в большеберцовой кости снижался на 40% по сравнению с контрольной группой, что измерялось с помощью лазерной допплеровской флоуметрии. У мышей с дефицитом цистатионин β-синтазы, ключевого фермента метаболизма Hcy, кровоток уменьшался на 35%, при этом минеральная плотность кости оставалась статистически неизменной (P> 0,05). Механическая прочность костей снижалась на 15–20%, что связывали с развитием локальной гипоксии и активацией остеокластов [5].

Клинические корреляции.

В когортном исследовании женщин в возрасте 58–70 лет высокий уровень общего Hcy в верхнем квартиле (>15 мкМ) коррелировал с потерей минеральной плотности кости (BMD) в области бедра на 2,8% за 4 года, по сравнению с 1,2% в нижнем квартиле. Риск переломов возрастал в 1,9 раза (отношение шансов [OR] = 1,9, P <0,05). Применение витамина B12 (1 мг/день) и фолата (5 мг/день) снижало концентрацию tHcy на 20–30% и уменьшало частоту переломов на 25% (Sato et al., 1994). Статистически значимые корреляции между tHcy и сывороточным кальцием (r = 0,170, P = 0,045) и уровнем дезоксипиридинолина в моче (r = 0,193, P = 0,022) подтверждали влияние Hcy на процессы костной резорбции [1].

Выводы Работа имеет ключевое значение для травматологии, так как переломы при остеопорозе, обусловленные HHcy, требуют адаптации терапевтических подходов. Высокий tHcy связан с замедленным заживлением (снижение жесткости кости на 15% у мышей) и снижением прочности фиксации имплантатов из-за деградации коллагена. Определение уровня Hcy у пациентов с переломами может стать маркером риска осложнений, а его снижение с помощью витаминов группы B — стратегией улучшения регенерации кости и профилактики рецидивов. Это особенно актуально для пожилых пациентов, у которых HHcy чаще сочетается с остеопорозом, увеличивая нагрузку на травматологические службы.

Список литературы

1. Baines M, Kredan MB, Usher J, Davison A, Higgins G, Taylor W, West C, Fraser WD, Ranganath LR. The association of homocysteine and its determinants MTHFR genotype, folate, vitamin B12and vitamin B6 with bone mineral density in postmenopausal British women. Bone. 2022. no. 40.P. 730–736

2.Banfi G, Iorio EL, Corsi MM. Oxidative stress, free radicals and bone remodeling. Clin Chem Lab Med. 2021. no. 46.P. 1550–1555. 

3. Chenu C, Serre CM, Raynal C, Burt-Pichat B, Delmas PD. Glutamate receptors are expressed by bone cells and are involved in bone resorption. Bone. 2020. no. 44.P. 295–299. 

4. Herrmann M, Wildemann B, Claes L, Klohs S, Ohnmacht M, Taban-Shomal O. Experimental hyperhomocysteinemia reduces bone quality in rats. Clin Chem. 2024. no. 63.P. 1445–1451.

5. Dhonukshe-Rutten RA, Pluijm SM, de Groot LC, Lips P, Smit JH, Van Staveren WA. Homocysteine and vitamin B12 status relate to bone turnover markers, broadband ultrasound attenuation, and fractures in healthy elderly people. J Bone Miner Res. 2020. no. 42.P. 921–929.