×
Публикации (18 авг 2017)

Друзья, наш форум ждет Ваши сообщения, поделитесь своим опытом.

Решено Влияние физической активности на маркеры костного метаболизма

Больше
3 мес. 1 нед. назад #528 от Чадина Арина Борисовна
Чадина Арина Борисовна создал эту тему: Влияние физической активности на маркеры костного метаболизма
Научно-практический журнал "Медицина экстремальных ситуаций"
№3 (61) / 2017

Авторы: А.Б. Чадина, E.A. Анисимов, С.В. Додонов, А.Б. Федин


Аннотация: В статье описана реакция маркеров костного метаболизма у профессиональных спортсменов на физическую нагрузку разной длительности и интенсивности. Анализируется зависимость костного метаболизма и минеральной плотности костной ткани от вида спорта. Изложены современные взгляды на сопряженность метаболизма костной ткани и энергетического обмена. Описаны наиболее чувствительные и информативные маркеры костного метаболизма, которые можно определять для оценки состояния костной ткани спортсменов.

Abstract: This article describes the professional sports men's response of bone metabolism markers to physical activity of different duration and intensity. It analyses the dependence of bone metabolism and bone mineral density on the kind of sport. Modern views on the connection of bone metabolism and energy exchange are set out in the article. Most sensitive and informative bone metabolism markers which could be defined for the assessment of the professional sportsmen' bone state are laid down in the article.



Согласно полученным в результате многочисленных исследований данным, физическая нагрузка – один из основных факторов, влияющих на состояние костной ткани. Степень влияния физической активности на костную ткань зависит от возраста спортсмена в момент начала занятий спортом, интенсивности и типа физической нагрузки, гормонального статуса и энергетического баланса [2,12]. Занятия спортом могут как увеличить минеральную плотность костной ткани, так и привести к ее уменьшению с развитием остеопении и остеопороза [1]. Наиболее чувствительна к физической нагрузке костная ткань у детей и подростков, когда активно происходят процессы роста, формирования и ремоделирования скелета. У взрослых людей регулярные физические нагрузки так же значительно влияют на костный метаболизм. Из существующих методов оценки состояния костной ткани наиболее быстрореагирующий и чувствительный – это определение маркеров костного метаболизма в сыворотке крови. Благодаря этим биохимическим показателям можно оценить интенсивность и сопряженность процессов формирования и резорбции костной ткани у спортсменов, в том числе у детей и подростков, контролировать их изменения в течение спортивного сезона. Одним из основных факторов, определяющим характер ответа костной ткани на физическую нагрузку, является степень нагрузки массы тела спортсмена на его скелет. Более высокий уровень костного формирования наблюдается у спортсменов, выполняющих упражнения, со значительной механической нагрузкой на скелет [14]. Соответственно, в тех видах спорта, где степень механической нагрузки на скелет незначительна, выявлена склонность к дисбалансу костного метаболизма с преобладанием резорбции и более низкая минеральная плотность костной ткани [12,18,17]. Современный взгляд на функцию костной ткани предполагает ее активное участие в регуляции энергетического метаболизма [5].

В 2010 году Banfi G. и соавторы опубликовали работу, в который были проанализированы проведенные ранее исследования, посвященные изучению реакции маркеров костного метаболизма на физическую нагрузку [2]. Все исследования разделили на три группы в зависимости от того, какая длительность нагрузки предшествовала определению маркеров.

При анализе результатов исследований были сделаны выводы о том, что короткая физическая нагрузка недостаточна для изменения уровня маркеров костного метаболизма. Реакция этих показателей более очевидна через несколько часов и дней после нагрузки, а немедленные и отсроченные эффекты отличаются. В большинстве проанализированных исследований было обнаружено повышение маркеров резорбции и снижение маркеров образования костной ткани после коротких тренировок. Стимуляция функций остеобластов и остеокластов зависит от типа и интенсивности нагрузки. Уровень остеокальцина (ОК) сопряжен c изменением энергетического метаболизма. Стоит отметить, что изменение уровня и активности маркеров может происходить из – за изменения объема плазмы крови и нарушения функции почек [2].

При анализе работ, посвященных ответу костной ткани на тренировочный период длительностью до 6 месяцев, было выявлено, что активность костной изоформы щелочной фосфатазы (КЩФ) изменяется через месяц тренировочных программ, уровень остеокальцина через 2 месяца, в то время как активность КЩФ возвращается к исходному уровню. Для мониторинга интенсивности тренировок более чувствителен маркер резорбции N – терминальный телопептид коллагена I типа (NTX), чем поперечно – связанный С – телопептид коллагена I типа (CTX) [2].

В работах, посвященных реакции маркеров костного метаболизма на длительные, более 6 месяцев, нагрузки у профессиональных триатлонистов и физически активных женщин в качестве индикаторов процессов резорбции изучали NTX и СTX [13, 20]. Эти маркеры не изменились в ответ на длительную физическую нагрузку. Однако, в работе Lombardi G. 2011 года, в которой исследовали костный метаболизм у профессиональных горнолыжниц (слалом) определяли как уровень CTX, так и активность тартрат – резистентной костной фосфатазы (ТрКФ) [12]. Уровень CTX не изменился, в то время как активность ТрКФ стала выше в наиболее напряженный период тренировочно – соревновательного цикла, что отражает повышение активности остеокластов.
Маркеры формирования костной ткани повысились в большинстве проанализированных авторами исследований [2]. В исследовании Shibata и соавторов у физически активных женщин определяли как активность КЩФ, так и уровень ОК [20]. Активность КЩФ на фоне физических нагрузок стала выше, уровень ОК не изменился. В исследовании, посвященном профессиональным гребцам, изучали только уровень ОК, который стал выше в течение тренировок [9]. У горнолыжниц повысилась активность КЩФ и уровень ОК [12]. Только в исследовании, посвященном триатлонистам, было выявлено снижение активности КЩФ, уровень ОК остался неизменным [13].

Выявлена корреляция между уровнями остеокальцина и ИПФ – 1, даже у хорошо тренированных спортсменов с относительно высокой массой тела и процентом жировой ткани [9]. В течение сезона гомеостаз кальция и уровень паратиреоидного гормона (ПТГ) не изменялся ни у триатлетов, ни у гребцов. В то время как 1,25 – дигидроксихолекальциферол (1,25(ОН)²) значимо повышался у триатлетов, но был стабилен у гребцов, что объясняется разной длительностью нахождения спортсменов на солнце [9,20].
Особого внимания заслуживает исследование Lombardi G. и соавторов, в котором изучалась сезонная вариабельность маркеров костного метаболизма у профессиональных горнолыжниц [12]. Горные лыжи – это высокоинтенсивный вид спорта, в котором основным является быстрое перемещение веса тела. Тренировки включают в себя как силовые упражнения, так и упражнения на выносливость. Для оценки формирования костной ткани были выбраны КЩФ и ОК, маркеры костной резорбции – СTX и ТрКФ. Помимо перечисленных показателей определяли уровень 25 – гидроксихолекальциферола (25(ОН)D) в течение сезона. Критерии исключения из исследования – нарушения менструального цикла и прием оральных контрацептивов. Уровень маркеров костного метаболизма и 25 – гидроксихолекальциферола определяли трижды в периоды тренировочного цикла, которые характеризовались разным типом и интенсивностью физической нагрузки. В июле – августе у спортсменок был общеподготовительный тренировочный период, в октябре специально – подготовительный предсоревновательный период, соревнования с ноября по апрель и отдых в мае и июне. Забор крови проводили в конце восстановительного периода в июне (Т1), в конце общеподготовительного периода (Т2) и в конце соревновательного периода (Т3). Было выявлено, что оба маркера костного формирования показывают сходные изменения в течение сезона: незначительное снижение в контрольной точке Т2, по сравнению с Т1 и статистически значимое повышение в точке Т3 (в конце соревновательного периода). В течение тренировочного периода уровень маркера резорбции CTX значительно не изменился, в то время как изменения активности ТрКФ были схожими с реакцией маркеров формирования костной ткани: значительное повышение активности в конце соревновательного периода. Изменения уровня 25(ОН)D были противоположными: значительное повышение в конце специально – подготовительного периода (октябрь) по сравнению с концом общеподготовительного периода (август) и в конце соревновательного периода (апрель) по сравнению со второй контрольной точкой. Корреляции между уровнем 25(ОН)D и другими маркерами не было выявлено.

Таким образом, в этом исследовании было еще раз показано, что интенсивная физическая нагрузка со значительным давлением веса тела на скелет активирует метаболизм костной ткани. Вследствие адаптации костной ткани к механической стимуляции происходит изменение ее микроструктуры. Важно, что статистически значимые изменения произошли между второй и третьей контрольной точкой. Это значит, что сильнейшие изменения в уровне всех маркеров происходят после специально – подготовительного тренировочного периода и в течение соревнований. Хотя соревновательный период более короткий, но именно в это время нагрузка наиболее интенсивна, и костная ткань испытывает наибольшую механическую стимуляцию [12]. Показано, что остеокальцин и тартрат – резистентная кислая фосфатаза – это более информативные маркеры для изучения костного метаболизма у женщин.

Исследования сезонной вариабельности костного метаболизма показали, что зимой происходит снижение минеральной плотности костной ткани вследствие низкого уровня витамина D и относительного повышения уровня ПТГ [8]. Витамин D влияет на состояние костной ткани как напрямую, так и через регуляцию обмена кальция. Он повышает концентрацию кальция в сыворотке крови за счет увеличения его абсорбции в кишечнике и снижения экскреции почками. К тому же витамин D напрямую увеличивает активность остеокластов.
Сывороточный 25(ОН)D считается лучшим индикатором, чем 1,25(ОН)², так как он не зависит от уровня ПТГ и напрямую отражает уровень витамина D. Обнаружена корреляция между концентрацией 25(ОН)D в сыворотке с минеральной плотностью костной ткани и риском стрессовых переломов [10].

В 2011 году было проведено исследование, подтверждающее зависимость интенсивности костного метаболизма от степени механического воздействия на скелет [14]. Маркеры костного формирования - ОК, КЩФ и маркер костной резорбции – NTX измерялись в сыворотке крови перед сезоном, в середине сезона и после его окончания у 33 профессиональных спортсменок и контрольной группы. Спортсменки были разделены на группы в зависимости от степени механической нагрузки на скелет. Первая группа с высокой степенью нагрузки на костную ткань – спортсменки, занимающиеся баскетболом, вторая группа – футболистки (средняя степень нагрузки), третья группа без механической нагрузки на скелет – плаванье, четвертая группа - контрольная. Минеральная плотность костной ткани и содержание в ней минеральных веществ было определено методом двухэнергетической абсорбциометрии в каждой группе. Выявлено, что активность КЩФ и содержание минеральных веществ в костной ткани были выше в первой и второй группе. Минеральная плотность костной ткани бедра выше в первой группе, чем в третьей и четвертой. Таким образом, у спортсменок, занимающихся спортом с механической нагрузкой на скелет, более высокий уровень формирования костной ткани, плотность костной ткани и содержание в ней минеральных веществ.

В 2012 и 2013 году были опубликованы два исследования, изучающие метаболизм костной ткани у велогонщиков [11,16]. Велогонки – вид спорта, в котором механическое давление массы тела на скелет незначительно. Известно, что велогонки влияют на костный метаболизм, в том числе у спортсменов подросткового возраста [17, 18]. Для велоспорта характерны длительные интенсивные нагрузки, направленные на тренировку аэробной выносливости. Такие нагрузки влияют на энергетический метаболизм. Проведенные ранее исследования показали, что велоспорт может быть опасен для гомеостаза костной ткани и, следовательно, для всех процессов, которые регулируются костной тканью. Развивающийся дисбаланс между процессами резорбции и образования костной ткани имеет не только локальные, но и системные последствия. Современный взгляд на функцию костной ткани предполагает ее активное участие в регуляции энергетического метаболизма [5]. Недавно подтверждена связь между энергетическим и костным метаболизмом, основанная на равновесии между карбоксилированной и декарбоксилированной формами остеокальцина. Регуляция активности остеобластов и остеокластов интегрирована в эндокринную систему, для которой характерна связь с энергетическим метаболизмом и симпатической нервной системой. Эндокринная функция костной ткани заключается в производстве ряда гормонов, в том числе остеокальцина – молекулы, которая играет роль как в локальном метаболизме костной ткани, так и в регуляции жирового и углеводного обменов, секреции инсулина и пролиферации b – клеток поджелудочной железы. Остеокальцин влияет на панкреатические клетки, регулируя выработку инсулина и, следовательно, распределение и использование глюкозы в периферических тканях, в том числе скелетных мышцах и миокарде [5, 22]. В адипоцитах остеокальцин способствует высвобождению адипонектина, который в свою очередь уменьшает инсулинорезистентность [2, 4, 5]. Остеокальцин синтезируется только остеобластами, одонтобластами и гипертрофированными хондроцитами. При участии витамина K к нему присоединяются гамма - карбоксильные участки глутаминовой кислоты, которые отвечают за его кальций – связывающую функцию. Есть несколько пост – транскрипционных форм остеокальцина. При рассмотрении энергетического метаболизма интересна его декарбоксилированная форма. Она может быть высвобождена напрямую из остеобластов в равновесии с карбоксилированной формой или отщепляться от основной молекулы остеокальцина, когда происходит резорбция костной ткани при участии кислой фосфатазы [7]. Контроль секреции остеокальцина осуществляет симпатическая нервная система, которую в свою очередь контролирует лептин, синтезируемый адипоцитами. Лептин также может регулировать активность остеобластов. Его действие осуществляется через два нервных пути. Показано, что срочная реакция на физическую нагрузку заключается в снижении уровня лептина, в то время как уровень адипонектина повышается после длительной интенсивной физической нагрузки при снижении массы тела и процента жировой ткани [3]. Концентрация лептина не изменяется после коротких нагрузок, но снижается на фоне длительных тренировок или на фоне нагрузок с большими энергетическими затратами. Уровень адипонектина отрицательно коррелирует с уровнем жировой массы, уровнем инсулина в сыворотке крови натощак и толерантностью к глюкозе и имеет положительную корреляцию с утилизацией глюкозы.

В исследовании участвовало 9 профессиональных велогонщиков. Питание состояло на 45% из углеводов, 36% - белки, 19% - жиры. Потребление калорий было сбалансировано с энергетическими расходами и составляло 6000 ккал в день в ходе всей гонки. Забор крови осуществлялся за день перед стартом, на 12 и 22 день гонки. Общий остеокальцин и декарбоксилированный остеокальцин определялись в плазме крови; КЩФ, ТрКФ, адипонектин, лептин, тестостерон и кортизол определялись в сыворотке крови.

В этом исследовании активность КЩФ осталась стабильной, что свидетельствует о сохранном уровне формирования костной ткани. Стимуляция костной резорбции в ходе гонки подтверждается повышением активности фермента остеокластов ТрКФ, которая более очевидна во второй половине соревнования. Баланс между метаболическими процессами в костной ткани может быть выражен в отношении КЩФ к ТрКФ. В ходе гонки это отношение снизилось, что лучше демонстрирует дисбаланс с преобладанием резорбции костной ткани. Повышение активности остеокластов приводит к усилению резорбции костной ткани и повышению концентрации декарбоксилированной формы остеокальцина.

Адипокины играют непосредственную и важную роль в метаболизме костной и хрящевой ткани [6, 21]. Уровень адипонектина повышался от первой к третьей контрольной точке, в то время как уровень лептина значительно снижался, что демонстрирует увеличение энергетических потребностей. Эти изменения сопровождались повышением относительного уровня декарбоксилированного остеокальцина, что может приводить к увеличению утилизации глюкозы. Энергетический метаболизм значительно повысился в течение трехнедельной гонки. Несмотря на высококалорийную диету спортсмены испытывали потребность в энергии, о чем свидетельствует увеличение чистых энергетических затрат, снижение массы тела и индекса массы тела. Эта потребность активировала синтез адипокинов и созависимый костный метаболизм. Выявлена корреляция между адипонектином и декарбоксилированным остеокальцином, относительным содержанием декарбоксилированного ОК (%), процентном жировой ткани и индексом массы тела, так же как и между уровнем адипонектина и этих антропометрических показателей. Это подтверждает существование связи между декарбоксилированной формой ОК и составом тела.

В 2016 году опубликовано еще одно исследование, посвященное сопряженности костного и энергетического метаболизма у бегунов ультра - марафона. Ответ костного метаболизма связан как с быстрыми, так и долгосрочными метаболическими изменениями. В этом исследовании изучался профиль гормонов, регулирующих энергетический метаболизм, воспалительные адипокины и маркеры костного метаболизма. Декарбоксилированная форма остеокальцина и отношение декарбоксилированного ОК к карбоксилированному были снижены, что достоверно коррелировало с уровнем инсулина и С – пептида. Были сделаны выводы, что в условиях высоких энергетических расходов гомеостаз сохраняется за счета активизации метаболизма костной ткани. Изменения в уровне декарбоксилированной формы остеокальцина отражают глобальные энергетические потребности организма [19].

В исследовании T.Oosthuyseetal 2013 года участвовали 10 профессиональных велогонщиков [16]. Определяли кальций, выделяемый с потом во время нагрузки, кальций сыворотки крови, кортизол, ПТГ и маркеры костного метаболизма: КЩФ и CTX. Забор крови проводили непосредственно перед физической нагрузкой и сразу после. В течение четырех дней исследования интенсивность нагрузок была одинаковой в 1,2 и 4 день, но более низкой в третий день. Соответственно, суммарные энергетические затраты были равнозначными в 1,2 и 4 день, но более низкими в третий. Длительность нагрузки составляла 3 часа в день. Индикатором того, что энергетический баланс поддерживался, была постоянная масса тела, измеряемая перед физической нагрузкой в каждый день исследования. Выявлено, что немедленный ответ костного метаболизма на нагрузку не был одинаковым на протяжении всех четырех дней исследования: в первые два дня после нагрузки доминировали процессы резорбции. Однако в третий и четвертый день дальнейшей стимуляции резорбтивных процессов не было выявлено. В тоже время уровень маркера костной резорбции и костного формирования были значительно повышены во время утренних измерений, после ночного восстановления, перед нагрузкой. При этом доминировали процессы резорбции костной ткани. Наблюдалось снижение уровня кортизола перед нагрузкой в каждый день исследования, что привело к более низкому уровню кортизола после нагрузки. Это отчасти может объяснить снижение процессов резорбции костной ткани после нагрузки в третий и четвертый день исследования. Снижение выделяемого с потом кальция наблюдалось во время физической нагрузки в третий и четвертый день, несмотря на то, что изменения уровня ПТГ после нагрузки были постоянными. Это явление также может вносить вклад в изменение реакции маркеров костного метаболизма сразу после нагрузки.

Таким образом, при анализе результатов исследований, посвященным данной тематике, становиться ясно, что определение маркеров костной резорбции информативно для оценки активности и направленности метаболизма костной ткани у профессиональных спортсменов. Особый интерес представляет остеокальцин, как молекула, интегрирующая костный и энергетический обмен. Определение данного показателя открывает новые перспективы в оценке энергетического статуса спортсменов, что также очень важно, особенно у женщин. Интересен и перспективен вопрос о корреляции между повышением уровня маркеров костной резорбции и частотой развития повреждений костной ткани.

Список литературы:

1. Ключников С.О., Кравчук Д.А., Оганнисян М.Г. Остеопороз у детей и его актуальность для детской спортивной медицины // Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2017. Т. 62. № 3. С. 112-120.
2. Banfi G., Lombardi G., Colombini A., Lippi G.Bone metabolism markers in sports medicine//Sports medicine. 2010. № 8. Р 697-714. doi: 10.2165/11533090-000000000-00000.
3. Bouassida A., Chamari K., Zaouali M. et al. Review on leptin and adiponectin responses and adaptations to acute and chronic exercise// British Journal of Sports Medicine. 2010. Jul;44(9):620-30. doi: 10.1136/bjsm.2008.046151
4. Confavreux C.B. Bone: from a reservoir of minerals to a regulator of energy metabolism // Kidney Internetional Supplement: 2011 Apr; 79 (S121): S14–S19 doi: 10.1038/ki.2011.25
5. Confavreux CB, Levine RL, Karsenty G. A paradigm of integrative physiology, the crosstalk between bone and energy metabolisms// Molecular Cell Endocrinology .2009. Oct 30; 310(0). P. 21–29. doi: 10.1016/j.mce.2009.04.004.
6. Dozio E., Corsi M.M., Ruscica M. et al. Adipokine actions on cartilage homeostasis//Advances Clinical Chemistry. 2011. № 55. P.61–79.
7. Ducy P. The role of osteocalcin in the endocrine cross-talk between bone remodelling and energy metabolism. Diabetologia. 2011. Jun;54(6):1291-1297. doi: 10.1007/s00125-011-2155-z.
8. Hill T.R., McCarthy D., Jakobsen J et al. Seasonal changes in vitamin D status and bone turnover in healthy Irish postmenopausal women// International Journal for Vitamin and Nutrition Research. 2007 Sep;77(5). P 320-325. DOI:10.1024/0300-9831.77.5.320
9. Jürimäe J., Purge P., Jürimäe T. et al. Bone metabolism in elite male rowers: adaptation to volume-extended training// European Journal of Applied Physiology. 2006. May;97(1). P 127-32. DOI: 10.1007/s00421-006-0158-0
10. Larson-Meyer D.E., Willis K.S. Vitamin D and athletes//Current Sports Medicine Reports.2010. Jul-Aug;9(4). P. 220-226. doi: 10.1249/JSR.0b013e3181e7dd45.
11. Lombardi, G., Lanteri, P., Graziani, R. et al. Bone and energy metabolism parameters in professional cyclists during the Giro d’Italia 3-weeks stage race. 2012. PLoS One. 2012; 7(7): e42077. doi: 10.1371/journal.pone.0042077.
12. Lombardi G., Colombini A., Freschi M.et al. Seasonal variation of bone turnover markers in top-level female skiers // European Journal of Applied Physiology. 2011. Mar;111(3). P. 433-440. doi: 10.1007/s00421-010-1664-7
13. Maimoun L., Galy O., Manetta J. et al. Competitive season of triathlon does not alter bone metabolism and bone mineral status in male triathletes. Int J Sports Med. 2004. Apr;25(3). P. 230-234. DOI: 10.1055/s-2003-45257
14. Morgan A, Weiss Jarrett J. Markers of bone turnover across a competitive season in female athletes: a preliminary investigation // The journal of sports medicine and physical fitness. 2011 Sep;51(3). P.515-524. PMID: 21904292
15. Mouzopoulos G., Stamatakos M., Tzurbakis M. et al. Changes of bone turnover markers after marathon running over 245 km // International Journal of Sports Medicine. 2007. Jul;28(7). P 576-579. DOI: 10.1055/s-2007-964841
16. Oosthuyse T, Badenhorst M, Avidon I. Bone resorption is suppressed immediately after the third and fourth days of multiday cycling but persistently increased following overnight recovery // Applied Physiology Nutrition and Metabolism. 2014. Jan;39(1): P. 64-73. doi: 10.1139/apnm-2013-0105. Epub 2013 Jul 15
17. Olmedillas H, Gonzalez-Aguero A, Moreno LA et al. Bone related health status in adolescent cyclists // PLoS One. 2011;6(9):e24841. doi: 10.1371/journal.pone.0024841.
18. Rector RS, Rogers R, Ruebel M, Hinton PS. Participation in road cycling vs running is associated with lower bone mineral density in men // Metabolism: clinical and experimental. 2008. Feb;57(2):226-32. doi: 10.1016/j.metabol.2007.09.005.
19. Sansoni V, Vernillo G, Perego S et al. Bone turnover response is linked to both acute and established metabolic changes in ultra-marathon runners // Endocrine. 2016. Apr;56(1):196-204. doi: 10.1007/s12020-016-1012-8.
20. Shibata Y, Ohsawa I, Watanabe T, et al. Effects of physical training on bone mineral density and bone metabolism // Journal of physiological anthropology and applied human science. 2003; Jul;22(4). P. 203-8. PMID: 12939536
21. Wei J, Ducy P. Co-dependence of bone and energy metabolisms. Archives of biochemistry and biophysics. 2010. Nov 1;503(1). P. 35-40. doi: 10.1016/j.abb.2010.05.021
22. Wolf G. Energy regulation by the skeleton // Nutrition reviews. 2008. 66: 229–233. Apr;66(4):229-33. doi: 10.1111/j.1753-4887.2008.00027.x.

Пожалуйста Войти или Регистрация, чтобы присоединиться к беседе.

Работает на Kunena форум