Некоторые функции костей и метаболические заболевания костной системы

Мы считаем, что дальнейшее развитие животных, имевших хорду, хрящевые опорные структурные элементы, достигло своих вершин, при этом их развитие и совершенствование остановилось, стало невозможным. Шло постепенное усложнение — химическое, биохимическое — веществ, из которых построены ткани, усложнение процессов, которые протекали внутри организма, — эти процессы шли параллельно.

Развитие достигает хордовых, но наличие хрящевых образований — хрящевого скелета — это временное достижение: в химическую формулу хрящевых образований не входят многие микроэлементы и вот по разным направлениям происходит подготовка к возникновению в организме рыб костного скелета — важнейший этап биохимической и эмбриологической эволюции.

Ганоидная чешуя была широко распространена у ископаемых рыб, а в настоящее время встречается у немногих ганоидных рыб — африканских Polyterus и Саlamoichthys и американской панцирной щуки Lepidosteus. У ганоидной чешуи наружный слой состоит из ганоида и внутреннего — нижнего слоя, состоящего из настоящего костного вещества. Это явление хотя и было отмечено и описано эмбриологами, но особого судьбоносного значения этому явлению придано не было. Как писал И.И. Шмальгаузен, ганоидная чешуя развивается за счет мезодермы, она возникает из дентина основания плакоидной чешуи путем включения клеточных элементов и благодаря этому превращается в настоящую кость.

Костная чешуя имеется у всех современных костистых рыб; она развивается под эпидермисом за счет мезодермальных склеробластов. Как пишет далее И.И. Шмальгаузен, «Появившись в коже, кожные кости, однако, у более высокостоящих форм погружается глубже и вступают в более тесную связь с частями внутреннего скелета — черепом и плечевым поясом, образуя на нем так называемые покровные кости», «...бесклеточная опорная ткань филогенетически является предшественницей клеточных тканей позвоночных... Во всяком случае и типичная кость появляется раньше всего в коже, а лишь затем и во внутреннем скелете».

У животных с хрящевым скелетом последний выполняет опорную формообразовательную функцию; организм животного обеспечивает хрящевую ткань всеми необходимыми питательными веществами, но не наоборот. У хондроцитов в отличие от остеоцитов нет отростков, выступающих из лакун, где они помещаются, в основное вещество; нет здесь и кровеносных сосудов. Обмен веществ между хондроцитами и основным веществом происходит исключительно путем диффузии.

Только в период роста, когда идет активное формирование матрикса хрящевой ткани, метаболизм достаточно высок, затем с ростом, взрослением организма метаболизм постепенно замедляется. В зрелой хрящевой ткани происходит [Павлова В.Н. и соавт., 1988] анаэробный (гликолитический) путь энергетического обеспечения хондроцитов, что определяет низкий суммарный уровень интенсивности обменных процессов хрящевой ткани, а именно обеспечения хондроцитов полимерными компонентами хрящевого матрикса. По данным A. Maroudas (1980), R.C. Thompson, HJ. Robinson (1981), суставные хрящи отличаются весьма низкой метаболической активностью.

В хряще ребер, гортани, трахеи взрослых организмов существуют каналы, по которым проходят капилляры, однако ни эти капилляры, ни сосудистая сеть надхрящницы (перихондра) не контактирует с хрящом, который омывается тканевой жидкостью, отделяющей поверхность хряща от надхрящницы с расположенными в ней сосудами. В хряще имеется микроциркуляторная система, стенки которой не выстланы клетками, по этой системе путем диффузии перемещаются метаболиты с небольшой молекулярной массой [Павлова В.Н. и др., 1988]. Более того, К.Е. Kuettner, B.U. Pauli (1983) выделили из некальцифицированного гиалинового хряща специфический антиинвазивный фактор AJF, который защищает хрящ от врастания в него сосудистого эндотелия, делая тем самым невозможным постепенное окостенение хряща и превращение его в кость. Это происходит там, где сохранение хряща необходимо, а именно на суставных поверхностях костей.

Для выполнения своей важнейшей функции — обеспечения гомеостаза костная ткань развивается совместно с кровеносными сосудами. Еще в 30-х годах А.Н. Студицкий впервые высказал мнение, что механоциты (стромальные клетки костного мозга) сохраняют во взрослом организме способность к дифференцировке в нескольких направлениях и, конечно, в хондробласты и остеобласты. В дальнейшем в 70-х годах разработку этой теории продолжил А.Я. Фриденштейн.

Костный скелет возник у животных, когда потребовалось обеспечивать организм, органы целым рядом макро и микроэлементов, без чего было невозможно дальнейшее развитие животного мира, а следовательно, они где-то должны были храниться и постоянно накапливаться, ассимилироваться и в случае необходимости мгновенно переходить в плазму крови и доставляться в любую точку организма. Хрящевой скелет, лишенный кровообращения, не был в состоянии с такой скоростью выполнять эту функции да и не обладал достаточной прочностью и выносливостью к физическим нагрузкам.

Несомненно, что с возникновением костного скелета и быстро протекающих самых разнообразных химических реакций появились и различные недостатки в его функционировании — болезни, начиная от метаболических заболеваний костей, костной ткани до обменных процессов во всей костной системе в целом, связанной с железами внутренней секреции, ферментами, другими активными веществами, мембранными процессами. Возникли дисплазии, нарушения роста, болезни зон роста, формообразования конечностей, позвоночника, т.е. такие заболевания костно-суставной системы, которыми начали заниматься ортопеды, а также дисплазии тканей и опухоли костей. Нарушения развития организма, его частей, метаболизм и возникновение дисплазии, опухолей связаны с генными нарушениями.

Возникновение костного скелета человека обусловлено определенными генами, следовательно, костная патология является следствием тех нарушений, которые произошли в генном аппарате. Изучение этих причин ведется на молекулярном генном уровне, но пока данные, которые известны исследователям, недостаточны для практических врачей.

Из гиалинового хряща состоит скелет зародышей позвоночных. Затем появляются отдельные ядра оссификации, и хрящевые закладки постепенно превращаются в кости. Нам не удалось обнаружить обширных исследований, касающихся метаболических изменений, происходящих при кальцификации — окостенении хрящевых складок в эволюционном процессе животного мира. Только в двух работах нам удалось обнаружить следующее: М.В. Mathews (1975) пишет, что окостенение делается возможным при замещении хондроитин-6-сульфата на хондроитин-4-сульфат, что происходит, по мнению В. Halstead (1974), в результате усложнения А-цепей коллагена oci-, а2и аз-цепей.

Только некоторые кости свода черепа, средняя часть ключицы относятся к мембранным костям. Они не имеют хрящевых зачатков — в дермальном слое кожи появляются скопления остеобластов, располагающиеся рядами, которые образуют костные трабекулы. Постепенно эти зачатки костей увеличиваются в размерах за счет образования костной ткани на поверхностях костного зачатка, одновременно с этим они погружаются глубже в мягкие ткани, сливаясь с другими костями и занимая свое постоянное место.

Лимфатические сосуды открыл 23 июля 1622 г. Caspar Asellius во время вивисекции собаки, хотя и Гиппократу, и Аристотелю были известны «образования», «сосуды», содержащие «белую кровь». У беспозвоночных и низших позвоночных имеется единая гемолимфатическая система, и всасывание из желудочно-кишечного тракта пищевых веществ происходит в вены; только у костистых рыб образуется обособленная лимфатическая система, тогда как у хрящевых рыб (Chondrichthyes) те же сосуды (как анатомические образования) еще являются венозными сосудами. Это дает основание предположить, что образование лимфатической системы физиологически важно для регуляции метаболических процессов в костном скелете организмов. Вероятное объяснение, по нашему мнению, нижеследующее.

Концентрация белков плазмы обеспечивает осмотическое давление, равное приблизительно 25 мм рт.ст., и, следовательно, намного превышает осмотическое давление тканевой жидкости. Однако просачивания тканевой жидкости в плазму не наблюдается, поскольку в артериальном отделе капилляров давление составляет 32 мм рт.ст., поэтому жидкая часть плазмы из капилляров через мельчайшие промежутки между клетками выходит в межклеточные пространства тканей и образует тканевую жидкость, между которой и клетками происходят обменные процессы. Затем часть тканевой жидкости поступает обратно в кровяное русло, но уже в венозные капилляры, где давление снижается до 12 мм рт.ст., что ниже осмотического давления тканевой жидкости, а часть переходит в начинающиеся капилляры лимфатических сосудов и затем собирается в мощные лимфатические сосуды, имеющие клапаны, вследствие чего обратный ток лимфы невозможен. Ток лимфы осуществляется под воздействием сокращения окружающих мышц. Вот почему так важно двигаться, делать легкую гимнастику.

Тканевая жидкость, не попавшая в венозные капилляры, уже не подвластная принудительному воздействию ритма пульсового и осмотического давления, более длительное время находится в контакте с костной тканью, что необходимо для ее полноценного насыщения минеральными и органическими веществами, а также переходу таких же элементов в костную ткань. Эти процессы, происходящие при участии различных гормонов и других биологически активных веществ, осуществляют одну из важных фаз гомеостаза. После этого тканевая жидкость из тканевых щелей попадает в лимфатические сосуды.

Очевидно, глубокий физиологический смысл заложен в том, что грудной лимфатический проток слева и правый лимфатический ствол впадают в области слияния яремных и подключичных вен, т.е. в непосредственной близости от начала верхней полой вены — малого круга кровообращения, где кровь бедна кислородом и богата СО2, где окислительные процессы ослаблены. Возможно, необходимо, чтобы рецепторы, находящиеся в аорте, сонных артериях, и две железы — щитовидная и околощитовидная, вырабатывающие столь важные гормоны противоположного действия и участвующие в гомеостазе всего организма, одними из первых получали кровь, смешанную с лимфой, поступающей из тканей и органов всего организма.

Существуют различные мнения о лимфатических сосудах в костном мозге. Л.Е. Иванова (1949) обнаружила в костном мозге сеть лимфатических капилляров и сосудов, которые сопутствуют кровеносным. В костном веществе, по мнению Г.Ф. Иванова (1937), Л.Е. Ивановой (1949) и В.И. Ошкадерова (1950), лимфообращение происходит в периваскулярных пространствах, сообщающихся с глубокой сетью лимфатических сосудов надкостницы.

Анатомо-физиологические особенности скелета человека не только отражают его внешнюю форму, механическую конструкцию, обеспечивающие возможность человека передвигаться в пространстве, переносить земное притяжение, выполнять самые разнообразные виды работы, но и представляют одно биологическое целое со всеми органами организма и происходящими в нем процессами, т.е. его физиологическую общность. Эта физиологическая функция, физиологическая общность того далекого предшественника, прародителя скелета, возникла значительно раньше, чем механическая: она появилась на заре возникновения живых существ и не у наземных, а у обитателей водной стихии в очень отдаленные времена.

В мировом океане возникли первые живые существа, которые были приспособлены к жизни в воде со строго определенной степенью солености и содержания микроэлементов. Должен был пройти сложный процесс эволюции, живые существа должны были достичь новой более сложной организации, чтобы из воды мирового океана перейти жить в пресную воду или существовать то в соленой, то в пресной воде, а затем и перейти к жизни на суше. Существа должны были приобрести много новых свойств, организация их стала значительно более сложной, в результате чего они стали не только осмотически стабильны, но и приобрели способность к осморегуляции. Вот тот период, когда в клетке — организме — появился запас кальция, фосфора, микроэлементов, аминокислот, т.е. первичного «скелета» организма, не имевшего в то время ни структурной, ни клеточной организации, но выполнявшего главную, основную функцию современного скелета, первой функцией которого были обменные, а не механические процессы.

Измерение осмотических концентраций межклеточной жидкости внутри клетки позволило установить, что подавляющее большинство клеток животных изотонично. Однако это не результат простой диффузии — через клеточную мембрану, так как проницаемость клеточных мембран меньше, чем это имеет место при простой диффузии. Осмотическое давление внутри клетки поддерживается не только за счет обмена воды, солей, ионов, но и в значительной степени за счет аминокислот.

Позднее с усложнением организмов эти процессы стали происходить в клетках слизистой оболочки кишечника, почек и т.д.

Не только внутренний, но и наружный скелет в первую очередь обеспечивает сохранность внутренней среды организмов — их выживание в окружающей среде. Наружный скелет двустворчатых моллюсков служит не только механической защитой, но и помогает им выжить, если они попадают в пресную воду: створки захлопываются, в результате чего прекращается потеря аминокислот и ионов. У пресноводных ракообразных приспособительная реакция выражается в значительном снижении проницаемости мембран, выделении разбавленной мочи и активном поглощении натрия при его малых концентрациях в среде обитания. У насекомых твердая наружная оболочка, состоящая из хитина, дубленых белков, восков, полифенолов и цемента, резко снижает количество испаряемой воды, а у живущих в пустынях с сухим воздухом — через системы асимметрично расположенных кутикулярных пор. Изучая значение органов выделения в филогенезе, следует считать, что они возникли и у части живых организмов, появились как органы, помогающие осуществлять более полную регуляцию. У животных, млекопитающих, человека главным в обеспечении гомеостаза, как и у одноклеточного, является функция мембраны (стенка кишки, клубочка, канальцев, почки), через которую вещества поступают в клетку, митохондрии, органеллы и другие участки мембраны, через которые вещество выводится.

Подтверждением положения, что скелет (кости) возник как депо и его первая функция и главная задача — обеспечивать необходимый уровень Са, Р, микроэлементов, аминокислот в межтканевой жидкости, крови, является тот факт, что важнейшие гормоны, обеспечивающие это, — гормоны группы D — образуются в кишечнике, почках, печени, активируются в коже солнечными лучами, а не в костной ткани, а костная ткань является лишь целью, местом приложения активного влияния этих гормонов. Известно, что у дождевого червя запасы кальция (кристаллы СаСО3) создаются известковыми железами эпителия пищевода и не играют определенной опорной функции. А.А. Заверзин (1985) писал, что время возникновения костной ткани выяснено недостаточно. Возможно, что костная и хрящевая ткани более или менее одновременно появились у предков позвоночных.

Даже такой крупнейший ученый, как И.И. Шмальгаузен (1938), подробно описывая появление костной ткани у животных, считал, что скелет выполняет двойную функцию: с одной стороны, «защищает животное и его органы от различных механических воздействий, с другой — служит опорной частью двигательной системы организма». Ни слова, ни намека на участие в метаболических процессах. Поскольку мы касаемся вопросов функции костной системы в обмене, считаем важным проследить процесс происхождения костной ткани. И.И. Шмальгаузен по этому поводу писал, что «бесклеточное опорное вещество филогенетически является предшественником клеточных тканей позвоночных». У низших рыб в коже появляется плакоидная чешуя, состоящая из дентина.

Дентин появляется вследствие преобразования опорной перепонки, подстилающей эпидермис, а в дальнейшем нарастает в результате деятельности мезодермальных склеробластов, и только позже процесс переходит в пределы мезодермы. Как известно, дентин является бесклеточным образованием. По И.И. Шмальгаузену, это, очевидно, происходит следующим образом. Существование переходящих форм между дентином и костью, а также история происхождения ганоидной чешуи (нижняя половина которой — костная) путем слияния плакоидных чешуи позволяют нам думать, что во время дальнейших филогенетических преобразований дентин посредством включения коллагеновых волокон, а затем и клеточных элементов превратился в кость. Последняя, будучи окружена со всех сторон мезодермой, находилась в лучших условиях питания и роста, вследствие чего постепенно вытеснила и заместила дентиновый скелет (типичный дентин нарастает и питается только со стороны мякоти). Кость вначале возникла также непосредственно под эктодермой в связи с основной перепонкой (как костные чешуи некоторых рыб), но затем постепенно эмансипировала и окончательно погрузилась в мезодерму, клетки которой приобрели способность создавать костное вещество не только в самой коже, но и в других местах. Во всяком случае и типичная кость появляется раньше всего в коже, а лишь затем и во внутреннем скелете.

Эти филогенетические данные позволяют нам понять причину связи и взаимозависимости костного скелета и кожи, при этом имеют значение солнечная энергия, ультрафиолетовые лучи в образовании витамина D и превращении его в коже в активный метаболит — холекальциферол (D3). Способность выделять известь возникает, впрочем, и в мезодерме внутреннего скелета довольно рано, но у низших рыб приводит не к образованию кости, а лишь к появлению обызвествлений. Отложения извести довольно широко распространены в хрящевом скелете салахий, где они имеют обыкновенно очень правильную форму. В позвонках они имеют вид цилиндров, снабженных иногда правильными радиальными гребнями, а в черепе — вид многогранных пластинок лучистого строения. Однако эти отложения извести не изменяют характер ткани. С появлением настоящей кости во внутреннем скелете значение хряща уменьшается, он постепенно вытесняется и замещается костью.

Р. Рефф и Т. Кофман (1986) указывали, что эволюция мира живых существ происходила главным образом на клеточном и биохимическом уровнях (правильнее на биохимическом и клеточном). По их мнению, прокариотические клетки, не имеющие ограниченного мембраной ядра, появились в докембрии 3 400 000 000 лет назад, и только потом образовались эукариотические клетки, у которых митохондрии и хлоропласта окружены мембраной, имеют собственные ДНК-геномы и характеризуются способностью синтезировать собственные белки, правда, небольшое количество. Как указывали эти авторы, данные геномы имели жизненно важное значение для сборки и функционирования органелл.

P. A. Paff и H.R. Mahler (1972) высказывали предположение, что благодаря наличию в одной клетке эукариот нескольких геномов стала не только возможна, но и необходима эволюция механизмов, регулирующих и координирующих их функциональные взаимодействия, и что деятельность геномов органелл координирована с деятельностью ядерных генов. По их мнению, возможно, это явилось «одной из решающих преадаптаций к развитию миоклеточной организации, которая требует координации между геномами разных клеток данного организма. Большая часть генетических и молекулярных механизмов, необходимых для развития и дифференцировки многоклеточных организмов, возникла в процессе эволюции одноклеточных эукариот». Совершенно ясно, что без знания генетики, наследственности, эмбриологии, эволюции невозможно понять многие процессы, лежащие в основе развития болезней человека.

Несомненно, представляет интерес мнение L.V. Berknek и L.C. Marshall (1964), которые считали, что только в позднем докембрии содержание в атмосфере свободного кислорода существенно увеличилось. На основании этого К.М. Towe (1970) предположил, что до данного момента в организмах живых существ вырабатывалось очень мало коллагена (для его синтеза необходим молекулярный кислород), поэтому тело у них оставалось мягким; добавим, что, следовательно, оно не могло достигать больших размеров и сложного строения, не могли появиться кости.

Невозможно заниматься изучением патологических процессов (метаболических, диспластических, опухолевых) в костях, не остановившись на некоторых положениях, изученных эмбриологами. Считают, что в клетках эмбрионов большая часть генов неактивна и даже в дифференцированных клетках транскрибируется менее 10 % генома. Детерминация клеток, т.е. их подготовка к определенному пути развития, а в дальнейшем и дифференцировка клеток происходят в результате сложнейших процессов, характеризующихся строгой последовательностью во времени и месте. Детерминация и дифференцировка клеток происходят в результате активации генов веществами — регуляторами, которые образовались на предыдущей стадии развития.

Как указывает Б.В. Конюхов (1980), эмбриологи уже давно, возможно первыми, объяснили детерминацию клеток специфических тканей предшествующей детерминацией химических процессов. Таким образом, клеткипредшественники тканей по сути дела являются, во-первых, прародителями клеток той или иной ткани и, во-вторых, маркерами ткани, по которым можно судить о развитии, «здоровье», биологическом состоянии этой ткани. Это в первую очередь относится к костной и хрящевой тканям, состояние которых в настоящее время определяют по клеткам-предшественникам, находящимся в костном мозге. «...Генетический контроль дифференцировки клеток начинается уже на стадии ранней гаструлы, когда происходит детерминация стволовых или инициаторных клеток. Со стадии гаструлы все клетки зародыша генетически детерминированы, т.е. их будущее развитие запрограммировано. Стволовая клетка должна пройти несколько так называемых критических клеточных циклов, каждый из которых депрессирует часть генома и продвигает клетку на определенную ступень дифференцировки». «Мезодермальные клетки, почки, конечности детерминированы в своем развитии: одни из них становятся миогенными, другие — хондрогенными, а третьи — фиброгенными, причем стволовые клетки этих линий генетически детерминируются, очевидно, уже на ранней стадии гаструлы» [Holtzer H., 1970, цит. по Б.В. Конюхову, 1980].

Приведенные данные эмбриологов, специально занимавшихся изучением этих процессов на эмбрионах, свидетельствуют об ошибочности мнений М.В. Волкова и других авторов, считавших, что при фиброзной, хрящевой дисплазии костей их развитие задерживается на фиброзной или хрящевой стадии. Это утверждение неправомерно еще и потому, что начавшемуся последовательному процессу превращения, развития ткани ничто не может помешать достигнуть конечной детерминации. Если же на месте костной ткани развивается фиброзная или хрящевая, то, значит, это было предопределено генетически.

Морфогенез скелета, конечностей человека происходит не только в результате пролиферативных процессов и деления клеток, но также вследствие генетически запрограммированной гибели, резорбции клеток в ряде участков эмбриона. Только при согласованности этих двух процессов возможно образование скелета, конечностей и чуда природы у человека — пальцев. Хорошо известно, что когда на определенной стадии развития не происходит гибели мезенхимальных клеток в определенных местах, например на участке между будущими берцовыми костями, локтевой и лучевой костями, образуются уродливые костные образования, а на кистях — различные формы синдактилии. Генетически запрограммированные процессы развития и отмирания клеток имеют сложную детерминированность (зависимость): так, мутантные гены «...могут увеличивать или уменьшать зону некроза клеток... Генетически запрограммированная смерть клеток в онтогенезе также обусловлена депрессией новых генов, как это характерно для других клеточных систем, которые имеют программу на дальнейшее развитие» [Конюхов Б.В., 1980]. На процесс отмирания клеток в организме воздействуют различные факторы-гормоны и другие вещества, относящиеся к различным химическим группам.

По мнению В.В. Фролькис (1975), если существует активный механизм гибели клеток в онтогенезе, в процессе старения, то должны существовать реальные воздействия, замедляющие фатальное развитие процесса гибели клеток и таким образом увеличивающие продолжительность жизни. К ним, кроме различных химических веществ, опосредованно относят: улучшение условий жизни, социальной среды, экологической обстановки, взаимоотношений в семье, совершенствование здравоохранения. Эти факторы способны не только продлить жизнь человеку, но и отсрочить начало его старения, продлить активность и работоспособность. В связи с этим, несмотря на генетическую закодированность развития человека в эмбриогенезе, его дальнейшего биологического существования и недостаточную с позиции молекулярной биологии расшифрованность процессов развития, прогресс науки позволяет надеяться на возможность не только диагностирования, но и лечения тяжелых генетически обусловленных заболеваний.

Понять, насколько сложные задачи стоят перед врачами — последователями в разработке патогенетически обоснованных методов лечения, дает возможность положение, выдвинутое R.A. Raff и Т. Kofmann (1986):

«Можно сказать, что в основном структурные гены обеспечивают поставку материалов, необходимых для развития, а регуляторные гены поставляют и расшифровывают рабочие чертежи. Структуральные гены относительно легко исследовать, так как продукты, синтез которых они кодируют, нетрудно выделить, исследовать и определить их функции. Не удивительно, что найти подход к изучению регуляторных генов оказалось сложнее. Некоторые регуляторные гены или элементы не образуют никаких продуктов, другие образуют их, но лишь в чрезвычайно малых количествах... (иногда это только 10 молекул в клетке). Регуляторные гены функционируют на протяжении всего процесса развития, управляя онтогенезом тремя различными способами: во-первых, регулируя время наступления тех или иных событий; во-вторых, делая выбор из двух возможностей и тем самым определяя судьбу клеток или частей зародыша; в-третьих, интегрируя экспрессию структурных генов с тем, чтобы обеспечить создание стабильных дифференцированных тканей. Все эти три способа регуляции играют большую роль в эволюции».

В тех или иных участках эмбриона образуются группы однотипных клеток, из которых затем развиваются определенные ткани и органы. В ранние периоды развития эмбриона каждая из этих клеток обладает способностью узнавать себе подобную. P.L. Townes и J. Holtfreter (1955) на ранних стадиях развития эмбрионов амфибий производили дезагрегирование клеток, которые после первичного соединения занимали правильное положение: все эпидермальные клетки перемещались на поверхность, а мезодермальные оказывались в середине, ограниченные с другой стороны эктодермальными клетками. Этот процесс размещения клеток строго по определенному плану, очевидно, объясняется выработкой ими высокоспецифичных белков. G.D. Wassermann (1972) считает, что в каждой соматической клетке млекопитающего может образоваться до 40 000 разнообразных типов молекул белка, которые в разных сочетаниях входят в состав плазматических мембран.

Согласно гипотезе, предложенной Н.В. Bosmann (1977), склеивание однородных клеток происходит вследствие комплементарности макромолекул (гликопротеидов, а из ферментных систем — гликопротеидгликозилтрансферазы) клеточных поверхностей.

Предполагают, что все соматические клетки, за исключением клеток одного клона, имеют на плазматических мембранах специфические наборы полипептидных цепей, названные G.D. Wassermann (1972) специфическими молекулярными картами. Таким образом, клеточные комплексы образуются из тех клеток, у которых структура молекулярных карт плазматических мембран взаимно комплементарна. Многие последователи показали, что особенности плазматических мембран разных типов клеток генетически детерминированы. Таким в настоящее время представляется механизм развития тканей. Эти и другие механизмы «... применимы для объяснения генетического контроля нормального развития тканей и нормального расположения внутренних органов у всех позвоночных и у человека в частности. Зачаток органа можно представить как определенным образом ориентированный набор стволовых клеток. Так, формирование конечности жестко детерминировано на стадии ранней почки, где имеется необходимый набор клеток, из которых возникают все компоненты этого сложного органа.

Поэтому следует считать ошибочным утверждение некоторых авторов, что фиброзная, хрящевая дисплазия скелета возникает в результате остановки развития на этих стадиях. Эти стадии по времени развития эмбриона бывают значительно позднее, чем возникает патология» [Конюхов Б.В., 1980].

Б.Л. Астауров (1972) писал: «Благодаря каким регуляторным механизмам миллиарды клеток развивающегося существа образуют не просто сумму, но коллектив, более слаженный и содружный, чем, скажем, население земного шара, уступающее по численности клеткам человеческого тела? На каких принципах и механизмах зиждется сочетание таких как будто несовместимых свойств, как жесткость и точность выполнения наследственной программы развития, с одной стороны, и пластичная способность к радикальной — с другой?».

Совершенно ясно, что дальнейшие успехи медицины связаны с достижениями биохимии и биофизики; если первая достигла очень больших успехов, считается престижной и разработкой ее проблем занимаются значительное число научных работников, то вторая — биофизика — пока не пользуется со стороны ученых тем вниманием, которого она заслуживает.

Необходимы достижения, и тогда ученый мир повернется лицом к биофизике. Биохимии легче: достаточно выделить какое-то одно вещество и иногда объяснить явление, которое было известно, но непонятно, почему в природе происходит именно так. Например, R.E. Kuettnek и В.Н. Pauli (1983) сообщили о белке, названном ими специфическим антиинвазивным фактором (AIF), который выделяется хрящевой тканью (некальцифицированной культурой хондроцитов). Показано, что именно этот фактор препятствует врастанию сосудистого эндотелия (сосудов) в хрящ и, следовательно, предотвращает его кальцификацию и врастание опухолей в хрящевую ткань, поэтому суставной хрящ является преградой для роста опухоли и хрящевая зона роста в возрасте 16—18—21 год не подвергается обызвествлению. Это и другие подобные открытие — важные вехи в изучении химических взаимодействий в живом организме. Перед биофизикой стоит задача обнаружения более общих связей в организме. В последние годы изучению физических явлений в организме уделяется большое внимание.

A. Szent-Gyorgyi (1968) в конце своей жизни писал: «Клетка — это машина и, как всякой машине, для работы ей нужна энергия. Следовательно, клетку можно познать, изучая либо составляющие ее вещества, т.е. ее структуру, либо протекающие в ней энергетические процессы. Изучение структуры приводит к молекулярной биохимии... Я же буду говорить об энергии. Излишне напоминать, что для окончательного познания клетки необходимо объединить оба направления...» В «Заключении» он отметил: «... живая клетка — это, в сущности, электрическая машина. Макромолекулярные структуры клетки — это не что иное, как рабочие части этой машины..., при помощи которых осуществляется превращение электрической энергии в механическую».

«Горючим» для жизни служат электроны или, точнее, энергия, полученная ими в процессе фотосинтеза от фотонов; эту энергию электроны отдают постепенно, по мере того, как они «текут» через «клеточную машину». Удивительная тонкость биологических реакций обусловлена подвижностью электронов и объяснима лишь с позиций квантовой механики. Отдельные молекулы не обязательно представляют собой строго изолированные и независимые единицы. Они взаимосвязаны в гораздо большей степени, чем обычно полагают. Перекрывание орбит (орбиталей) обеспечивает возможность обобществления электронов без образования ковалентной связи. Равновесие между акцепторами и донорами электронов, обладающими разными биопотенциалами, — один из основных параметров жизни; изменение этого равновесия используют для регуляции как различных функций, так и физического состояния клетки. Источниками лабильных электронов являются неподеленные электронные пары азота, кислорода и серы; такими электронами могут быть также электроны, активированные в процессах обмена. Главным акцептором является карбонил, активность которого может повыситься за счет увеличения фонда П-электронов.

D'Arcy-Tompson еще в 1917 г. писал: «... удалось установить, что органических форм, которые противоречили бы физическим и математическим законам, не существует». Для развития каждого вида клеток, ткани, различного вида опухолей организмом сначала должны быть синтезированы особые, в каждом случае индивидуальные, специфические белковые вещества, стимулирующие, обусловливающие рост определенных опухолевых клеток. Вследствие этого нам, чтобы понять природу возникновения той или иной опухоли, нужно в первую очередь изучить особенности изменения синтеза белковых веществ в какой-либо зоне, участке ткани, органа, а затем уже наблюдать за трансформацией клеточных популяций.

Это положение считается в настоящее время доказанным, поэтому следует отдавать приоритет теории опухолевого поля, из которого образуется опухоль, а не уницентристской теории. Когда станет возможно изучение изменений обмена в тканях настолько детально, что будут обнаружены вещества, которые стимулируют возникновение определенных опухолевых клеток, а также если появится возможность определения их стойкости к различным воздействиям, только тогда станет реальной разработка патогенетически обоснованных методов лечения. Пусковым механизмом для выработки этих белковых веществ служит «команда» определенного онкогена: он по каким-то причинам, вследствие каких-то физико-биохимических изменений становится активным. Это еще более сложная проблема, изучением которой занимаются ученые.

В 1989 г. М. Bishop и Н. Varmus получили Нобелевскую премию за создание теории, согласно которой трансформация клетки в опухолевую происходит под влиянием онкогена, на который воздействовали внешние «силы». Найти, изучить и научиться исправлять их — и лечение потенциально онкологических больных станет этиологическим. В настоящее время известно более 60 онкогенов.

Эта теория не нова: еще в 1980 г. Б.В. Конюхов во введении к своей монографии писал, что цвет глаз, группа крови, синтез некоторых структурных белков, ферментов определяются исключительно генетически и не зависят от внешних факторов. Однако имеется еще бесконечное множество особенностей в организме человека, которые заложены в генах, но могут и не быть реализованы. Давно установлено, что в клетках (во всяком случае большинстве) сохраняется полный объем генетической информации, их различие внутри тканей организма взрослого животного зависит от того, какая часть генетической программы реализуется.

Идеи дуализма лежат в основе многих биологических процессов, в частности процессов развития организма, тканей. Одна идея, обычно строго реализуемая, — это построение органов и тканей индивидуума строго по плану, вторая существует наряду с первой — сохраняется возможность развития с нарушением плана, отклонением от нормы, что может проявляться как в отклонении «механического» строения органа — развитии деформации, уродств, так и в нарушении биохимических, ферментативных процессов. Это приводит к возникновению метаболических заболеваний скелета, костной ткани, нарушению биохимических процессов на очень ранних стадиях развития, что обусловливает развитие диспластических тканей — дисплазий скелета, и, наконец, это действие онкогенов, приводящее к развитию опухолей.

Необходимо изучать жизнь кости; важный этап — законы моделирования и ремоделирования кости, активное участие ее в поддержании гомеостаза внутренней среды организма на физиологическом уровне, т.е. обеспечении организму нормальных внутренних условий жизнедеятельности. F. Muller (1821—1897) и Е. Gekkel (1834—1919) являются создателями закона о повторении индивидуумом в онтогенезе тех этапов развития, которые его исторические предки прошли в филогенезе. Подтверждением положения о том, что обменные процессы, возникшие у первых живых существ, постепенно усложнялись, но филогенетически наследовались, является тот факт, что некоторые обменные нарушения — болезни — наблюдаются как у животных, так и у человека. Так, еще Н.И. Вавилов в 30-х годах на основе результатов изучения растительного мира создал закон гомологичных рядов в наследованной изменчивости. Позднее было установлено, что он полностью применим ко всем видам животных [Молдавский М.И., 1989].

Такая тяжелая болезнь, как гипофосфатемия, приводящая к остеопорозу, по Е.М. Eicker и соавт. (1976), связана с изменениями в гене, находящемся в Х-хромосоме мужчин и самцов мышей. М.И. Молдавский (1989) указывает: «В патологических состояниях проявляется синтения гена, являющаяся одним из признаков организации генома человека, млекопитающих и других животных в нормальных условиях (синтения генов по Х-хромосоме у млекопитающих, синтения генов альбуминов крови и белка, связывающего витамин D, у человека, кур, лошади).

McKusick (1978) писал, что недостаточная активность того или иного фермента является причиной возникновения более 140 наследственных болезней человека.

До настоящего времени врачи, не знакомые с современными данными, считают, что физиологические процессы в костях происходят медленнее, чем в других тканях, органах, жидкостях организма, забывая или, вернее, не зная о том, что быстро возникающие изменения в содержании электролитов и некоторых аминокислот в крови возможны только благодаря таким же быстрым реакциям, происходящим в такой «инертной» ткани, как костная.

Скелет человека взаимодействует со многими органами и системами органов (кожа, кишечник, печень, почки, эндокринные железы, мышечная и сосудистая системы), поэтому имеет меньшую свободу, чем каждая из этих систем в отдельности, т.е. изменения в одной из этих систем отразятся на состоянии скелета человека. В связи с этим очень важно изучать основные законы физиологических процессов нормального воздействия этих систем и реакций со скелетом. Такая тесная связь скелета (человека) с многочисленными сложнейшими метаболическими процессами, протекающими в различных органах, исключает как примитивный недопустимый взгляд на скелет только как на орган опоры. Следует понимать, что скелет человека, такой, какой он есть, — это одно из чудес механики, так как он позволяет человеку освоить все сложнейшие рабочие процессы, передвигаться по земле и в воде.

Все исследователи, занимавшиеся изучением костной ткани, отметили, что развитие костной ткани, даже внескелетных костных образований, индуцированных или развившихся на месте травмы и т.п., всегда сопровождается одновременным развитием трех обязательных составляющих: сосудов, клеток костного мозга и костной ткани, т.е. это настоящий костномозговой орган [Русаков В.А., 1959; Прусевич И.О., Лурия Е.А., 1969].

По нашему глубокому убеждению, это является бесспорным доказательством того, что первая, основная функция костной ткани — ее участие в метаболизме организма животного. Совершенно ясно, что без теснейшей связи с кроветворной тканью и сосудистой сетью осуществлять эту функцию невозможно.

Ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что гипоталамо-гипофизарная система играет колоссальную роль в жизнедеятельности, т.е. обмене веществ и функционировании, всех систем организма. Чаще приводятся данные о ее регулирующем влиянии на различные эндокринные железы, реже и менее детально описывается воздействие через парагипофизарный, нейропроводниковый путь, эфферентные центральные нейроны ствола головного и спинного мозга, периферические симпатические и парасимпатические нейроны.

В.Н. Бабичев и С.А. Осиновский указывают: «Гипоталамус занимает ведущее положение в осуществлении регуляции многих функций целого организма, прежде всего постоянства внутренней среды (гомеостаз). Гипоталамус — высший вегетативный центр, осуществляющий сложную интеграцию и приспособление функций различных внутренних систем к целостной деятельности организма. Он имеет существенное значение в поддержании оптимального уровня обмена веществ (белкового, углеводного, жирового, водного и минерального) и энергии, в регуляции температурного баланса организма, деятельности пищеварительной, сердечно-сосудистой, выделительной, дыхательной и эндокринной систем».

Опять упомянуты все системы, кроме костной, т.е. скелета — банка минеральных и белковых веществ. Мы уверены, что имеется самая тесная прямая связь по нервным волокнам между различными отделами головного мозга, дифференцированно иннервирующими сосуды различных отделов костей, и скелетом.

Многие авторы пишут, что о всех изменениях во внутренних органах и внутренней среде организма, о процессах, происходящих во внешней среде, от экстерорецепторов и интерорецепторов поступает информация в ретикулярную формацию, а затем в гипоталамус. Тонкая интеграция вегетативных функций организма осуществляется высшими отделами центральной нервной системы, например лимбической системой. Важнейшую роль играют нейроэндокринные связи, которые осуществляют генерализованную регуляцию.

Постепенное приспособление организмов к внешней среде (эволюция) способствовало усложнению организмов, в результате чего появились тысячи сложнейших организмов, населяющих нашу планету, способных жить в различных средах, условиях, сосуществовать с микробами, вирусами, использовать в своем строении — организме — все существующие химические элементы в макроили микродозах, создавать тысячи новых сложнейших веществ, существование которых возможно только благодаря сиюсекундному взаимодействию, что возможно лишь при условии, если все процессы в организмах подчиняются естественным, выработанным природой законам. Поскольку новые организмы возникают из одной клетки (оплодотворенной яйцеклетки), природа была «вынуждена» разработанный в процессе эволюции в течение миллионов лет «план» развития организма закодировать в генах, хромосомах (наследственности), она программирует наше развитие, но одновременно с удивительными и совершенными качествами награждает нас различными пороками, недостатками, болезнями, в основе большинства которых лежат нарушения на молекулярном уровне обмена. На основании современных данных мы пытались показать, что костносуставная система выполняет несколько функций, и одной из главных, во всяком случае филогенетически наиболее древней, является поддержание гомеостаза в организме.

С.Т.Зацепин
Костная патология взрослых