6.6: Вправи, харчування, гормони та кісткова тканина

Цілі навчання

• Опишіть вплив вправи на кісткову тканину
• Перерахуйте поживні речовини, які впливають на здоров'я кісток
• Обговоріть роль цих поживних речовин у здоров'ї кісток
• Опишіть вплив гормонів на кісткову тканину

Всі системи органів вашого організму взаємозалежні, і скелетна система не виняток. Їжа, яку ви приймаєте через вашу травну систему і гормони, що виділяються ендокринною системою, впливають на ваші кістки. Навіть використання м'язів для занять фізичними вправами впливає на ваші кістки.

Вправа і кісткова тканина

Під час тривалих космічних місій космонавти можуть втрачати приблизно від 1 до 2 відсотків своєї кісткової маси на місяць. Вважається, що ця втрата кісткової маси викликана відсутністю механічного навантаження на кістки космонавтів через низькі гравітаційні сили в космосі. Відсутність механічних навантажень призводить до того, що кістки втрачають мінеральні солі і колагенові волокна, а значить, і міцність. Аналогічним чином механічне навантаження стимулює відкладення мінеральних солей і колагенових волокон. Внутрішня і зовнішня структура кістки буде змінюватися в міру збільшення або зменшення стресу, так що кістка є ідеальним розміром і вагою для кількості активності, яку вона переживає. Ось чому люди, які регулярно займаються фізичними вправами, мають товщі кістки, ніж люди, які ведуть більш сидячий спосіб життя. Це також чому зламана кістка в литті атрофується, тоді як її контралатеральний мат підтримує свою концентрацію мінеральних солей та колагенових волокон. Кістки піддаються ремоделюванню в результаті покладеного на них сил (або відсутності сил).

Численні контрольовані дослідження продемонстрували, що люди, які регулярно займаються фізичними вправами, мають більшу щільність кісток, ніж ті, хто більш сидячий. Будь-який вид вправ стимулюватиме відкладення більшої кількості кісткової тканини, але тренування опору мають більший ефект, ніж серцево-судинна діяльність. Тренування опору особливо важливі для уповільнення можливої втрати кісток через старіння та для запобігання остеопорозу.

Харчування і кісткова тканина

Вітаміни та мінерали, що містяться у всій їжі, яку ми споживаємо, важливі для всіх наших систем органів. Однак є певні поживні речовини, які впливають на здоров'я кісток.

Кальцій і вітамін D

Ви вже знаєте, що кальцій є найважливішим компонентом кісток, особливо у вигляді фосфату кальцію та карбонату кальцію. Оскільки організм не може виробляти кальцій, його потрібно отримувати з раціону. Однак кальцій не може засвоюватися з тонкої кишки без вітаміну D. Тому споживання вітаміну D також має вирішальне значення для здоров'я кісток. Окрім ролі вітаміну D у засвоєнні кальцію, він також відіграє певну роль, хоча і не настільки чітко зрозумілу, у ремоделюванні кісток.

Молоко та інші молочні продукти - не єдині джерела кальцію. Ця важлива поживна речовина також міститься в зелених листових овочах, брокколі та неушкодженому лососі та консервованих сардинях з їх м'якими кістками. Горіхи, квасоля, насіння та молюски забезпечують кальцій у менших кількостях.

За винятком жирної риби, такої як лосось і тунець, або збагачене молоко або крупи, вітамін D природним чином не міститься в багатьох продуктах харчування. Дія сонячного світла на шкіру змушує організм виробляти власний вітамін D (рис.\(\PageIndex{1}\)), але багато людей, особливо більш темного кольору обличчя і проживають в північних широтах, де сонячні промені не такі сильні, відчувають дефіцит вітаміну D. У випадках дефіциту лікар може призначити вітамін D добавка.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Синтез вітаміну D. Сонячне світло є одним з джерел вітаміну D.

Інші поживні речовини

Вітамін К також підтримує мінералізацію кісток і може відігравати синергетичну роль з вітаміном D у регуляції росту кісток. Зелені листові овочі є хорошим джерелом вітаміну К. Мінерали магній і фтор також можуть відігравати певну роль у підтримці здоров'я кісток. Хоча магній міститься лише в слідових кількостях в організмі людини, більше 60 відсотків його знаходиться в скелеті, припускаючи, що він відіграє певну роль у структурі кістки. Фтор може витісняти гідроксильну групу в кристалах гідроксиапатиту кістки і утворювати фтороапатит. Подібно до свого впливу на зубну емаль, фтороапатит допомагає стабілізувати і зміцнити кістковий мінерал. Фтор також може потрапляти в простори всередині кристалів гідроксиапатиту, збільшуючи тим самим їх щільність.

З давніх-давен відомо, що жирні кислоти Омега-3 зменшують запалення в різних ділянках тіла. Запалення може порушувати функцію остеобластів, тому споживання омега-3 жирних кислот в раціоні або в добавках також може сприяти посиленню вироблення нової кісткової тканини. Таблиця\(\PageIndex{1}\) узагальнює роль поживних речовин у здоров'ї кісток.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): поживні речовини та здоров'я кісток

Поживна речовина	Роль у здоров'ї кісток
Кальцій	Необхідні для виготовлення фосфату кальцію і карбонату кальцію, які утворюють кристали гідроксиапатиту, які надають кістці її твердість.
Вітамін D	Необхідний для засвоєння кальцію
Вітамін К	Підтримує мінералізацію кісток; може надавати синергетичну дію з вітаміном D
Магній	Структурна складова кістки
Фтор	Структурна складова кістки
Омега-3 жирні кислоти	Зменшує запалення, яке може заважати функції остеобласта

Гормони і кісткова тканина

Ендокринна система виробляє і виділяє гормони, багато з яких взаємодіють зі скелетною системою. Ці гормони беруть участь у контролі росту кісток, підтримці кістки після її формування та її ремоделювання.

Гормони, що впливають на остеобласти та/або підтримують матрицю

Кілька гормонів необхідні для контролю росту кісток і підтримки кісткового матриксу. Гіпофіз виділяє гормон росту (GH), який, як випливає з назви, контролює зростання кісток кількома способами. Він запускає проліферацію хондроцитів в епіфізарних пластин, в результаті чого збільшується довжина довгих кісток. GH також збільшує затримку кальцію, що підсилює мінералізацію, і стимулює остеобластну активність, що покращує щільність кісткової тканини.

GH не є самотнім у стимулюванні росту кісток і підтримці кісткової тканини. Тироксин, гормон, що виділяється щитовидною залозою, сприяє остеобластної активності і синтезу кісткового матриксу. У період статевого дозрівання в гру вступають і статеві гормони (естроген у дівчаток, тестостерон у хлопчиків). Вони також сприяють остеобластній активності та виробленню кісткового матриксу, а крім того, відповідають за стрибок росту, який часто виникає в підлітковому віці. Вони також сприяють перетворенню епіфізарної пластини в епіфізарну лінію (тобто хрящ до її кісткового залишку), тим самим приводячи кінець поздовжньому зростанню кісток. Додатково кальцитріол, активна форма вітаміну D, виробляється нирками і стимулює засвоєння кальцію і фосфатів з шлунково-кишкового тракту.

СТАРІННЯ І... Скелетна система

Остеопороз - це захворювання, що характеризується зменшенням кісткової маси, що виникає, коли швидкість резорбції кістки перевищує швидкість формування кісток, поширене явище у міру старіння організму. Зверніть увагу, чим це відрізняється від хвороби Педжета. При хворобі Педжета нова кістка утворюється в спробі не відставати від резорбції гіперактивними остеокластами, але ця нова кістка виробляється випадково. Насправді, коли лікар оцінює пацієнта з витонченою кісткою, він чи вона перевірятиме на остеопороз та хворобу Педжета (а також інші захворювання). Остеопороз не має підвищеного рівня лужної фосфатази в крові, виявленого при хворобі Педжета.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Графік, що показує взаємозв'язок між віком та кістковою масою. Щільність кісток піки приблизно в 30-річному віці. Жінки втрачають кісткову масу швидше, ніж чоловіки.

Хоча остеопороз може включати будь-яку кістку, він найчастіше вражає проксимальні кінці стегнової кістки, хребці та зап'ястя. В результаті втрати щільності кістки кісткова тканина може не забезпечити адекватної підтримки повсякденних функцій, а щось таке просте, як чхання, може викликати перелом хребця. Коли літня людина падає і ламає стегно (реально, стегнову), дуже ймовірно, що першою зламалася стегнова кістка, що призвело до падіння. Гістологічно остеопороз характеризується зменшенням товщини компактної кістки і кількості і розмірів трабекул в губчастої кістки.

Малюнок\(\PageIndex{2}\) показує, що жінки втрачають кісткову масу швидше, ніж чоловіки, починаючи приблизно з 50-річного віку. Це відбувається тому, що 50 - приблизний вік, в якому жінки переживають менопаузу. Менструації не тільки зменшуються і врешті-решт припиняються, але їх яєчники зменшуються в розмірах, а потім припиняють вироблення естрогену, гормону, який сприяє остеобластній активності та виробленню кісткового матриксу. Таким чином, остеопороз частіше зустрічається у жінок, ніж у чоловіків, але чоловіки також можуть його розвивати. Кожен, хто має сімейний анамнез остеопорозу, має більший ризик розвитку захворювання, тому найкращим лікуванням є профілактика, яка повинна починатися з дитячої дієти, яка включає достатнє споживання кальцію та вітаміну D та спосіб життя, який включає фізичні навантаження на вагу. Ці дії, як було розглянуто вище, важливі при нарощуванні кісткової маси. Сприяння правильному харчуванню та фізичним навантаженням на початку життя може максимізувати кісткову масу до 30 років, тим самим зменшуючи ризик остеопорозу.

Для багатьох людей похилого віку перелом стегна може бути небезпечним для життя. Сам перелом може бути несерйозним, але нерухомість, яка настає в процесі загоєння, може привести до утворення тромбів, які можуть селитися в капілярах легенів, в результаті чого виникає дихальна недостатність; пневмонія через відсутність поганого повітрообміну, який супроводжує нерухомість; пролежні ( пролежні), які дозволяють хвороботворним мікроорганізмам потрапляти в організм і викликати інфекції; і інфекції сечовивідних шляхів від катетеризації.

Сучасні методи лікування остеопорозу включають бісфосфонати (ті самі ліки, які часто використовуються при хворобі Педжета), кальцитонін та естроген (лише для жінок). Мінімізація ризику падінь, наприклад, шляхом усунення небезпеки спотикання, також є важливим кроком у управлінні потенційними наслідками захворювання.

Гормони, що впливають на остеокласти

Моделювання та ремоделювання кісток вимагають остеокластів для розсмоктування непотрібної, пошкодженої або старої кістки та остеобластів для закладення нової кістки. Два гормони, які впливають на остеокласти, - це паратиреоїдний гормон (ПТГ) та кальцитонін.

ПТГ стимулює проліферацію і активність остеокластів. В результаті кальцій виділяється з кісток в кровообіг, підвищуючи тим самим концентрацію іонів кальцію в крові. ПТГ також сприяє реабсорбції кальцію нирковими канальцями, що може впливати на гомеостаз кальцію (див. Нижче).

Тонкий кишечник також уражається ПТГ, хоча і побічно. Оскільки ще однією функцією ПТГ є стимулювання синтезу вітаміну D, а оскільки вітамін D сприяє засвоєнню кальцію в кишечнику, ПТГ опосередковано збільшує поглинання кальцію тонким кишечником. Кальцитонін, гормон, що виділяється щитовидною залозою, має деякі ефекти, які протидіють дії ПТГ. Кальцитонін пригнічує активність остеокластів і стимулює засвоєння кальцію кістками, тим самим знижуючи концентрацію іонів кальцію в крові. Як свідчить їх протилежні функції в підтримці гомеостазу кальцію, ПТГ і кальцитонін, як правило, не виділяються одночасно. Таблиця\(\PageIndex{2}\) узагальнює гормони, що впливають на кісткову систему.

Таблиця\(\PageIndex{2}\): Гормони, що впливають на скелетну систему

Гормон	Рольові
Гормон росту	Збільшує довжину довгих кісток, посилює мінералізацію та покращує щільність кісткової тканини
Тироксин	Стимулює ріст кісток і сприяє синтезу кісткового матриксу
статеві гормони	Сприяти остеобластній активності та виробленню кісткового матриксу; відповідає за стрибок росту підлітків; сприяти перетворенню епіфізарної пластини в епіфізарну лінію
Кальцитріол	Стимулює засвоєння кальцію і фосфатів з травного тракту
Паращитовидний гормон	Стимулює проліферацію остеокластів і розсмоктування кістки остеокластами; сприяє реабсорбції кальцію нирковими канальцями; побічно підвищує всмоктування кальцію тонким кишечником
Кальцитонін	Пригнічує активність остеокластів і стимулює засвоєння кальцію кістками

Огляд глави

Механічне навантаження стимулює відкладення мінеральних солей і колагенових волокон всередині кісток. Кальцій, переважаючий мінерал в кістках, не може всмоктуватися з тонкого кишечника, якщо вітаміну D бракує. Вітамін К підтримує мінералізацію кісток і може мати синергетичну роль з вітаміном D. Магній і фтор, як структурні елементи, відіграють допоміжну роль у здоров'ї кісток. Омега-3 жирні кислоти зменшують запалення і можуть сприяти виробленню нової кісткової тканини. Гормон росту збільшує довжину довгих кісток, підсилює мінералізацію, покращує щільність кісткової тканини. Тироксин стимулює ріст кісток і сприяє синтезу кісткового матриксу. Статеві гормони (естроген у жінок; тестостерон у чоловіків) сприяють остеобластній активності та виробленню кісткового матриксу, відповідають за стрибок росту підлітків та сприяють закриттю епіфізарних пластин. Остеопороз - це захворювання, що характеризується зниженням кісткової маси, що часто зустрічається у старіння дорослих. Кальцитріол стимулює травний тракт засвоювати кальцій і фосфат. Паратиреоїдний гормон (ПТГ) стимулює проліферацію остеокластів і резорбцію кістки остеокластами. Вітамін D відіграє синергетичну роль з ПТГ у стимулюванні остеокластів. Додаткові функції ПТГ включають сприяння реабсорбції кальцію нирковими канальцями та опосередковане збільшення всмоктування кальцію з тонкої кишки. Кальцитонін пригнічує активність остеокластів і стимулює засвоєння кальцію кістками.

Переглянути питання

Закон Вольфа, який описує вплив механічних сил при моделюванні/ремоделюванні кісткової тканини, передбачив би ________

А. праворукий глечик матиме товщі кістки в правій руці порівняно з лівою.

Б. правша велосипедист матиме товщі кістки в правій нозі порівняно з лівою.

С. зламана кістка заживе товщі, ніж була до перелому.

D. лежачий хворий матиме товщі кістки, ніж у спортсмена.

Відповідь: A

Q. кальцій не може всмоктуватися з тонкої кишки, якщо ________ бракує.

А. вітамін D

В. вітамін К

С. кальцитонін

D. фтор

Відповідь: A

Питання: Який з наступних продуктів найкраще підходить для здоров'я кісток?

А. морква

Б. печінку

C. листові зелені овочі

Д. апельсини

Відповідь: C

Питання: Які з наведених нижче гормонів відповідають за стрибок росту підлітків?

А. естроген і тестостерон

B. кальцитонін і кальцитріол

С. гормон росту і паратгормон

Д. тироксин і прогестерон

Відповідь: A

Питання: Що стосується їх прямого впливу на кісткову тканину, яка пара гормонів має дії, що протиставляють один одному?

А. естроген і тестостерон

B. кальцитонін і кальцитріол

С. естроген і прогестерон

D. кальцитонін і паратиреоїдний гормон

Відповідь: D

Питання критичного мислення

Питання: Якби ви були дієтологом, у якого була молода пацієнтка з сімейним анамнезом остеопорозу, які продукти ви б запропонували їй включити в свій раціон? Чому?

А. оскільки максимальна кісткова маса досягається до 30 років, я б хотіла, щоб ця пацієнтка мала достатню кількість кальцію і вітаміну D в її раціоні. Для цього я б рекомендував вживати молоко та інші молочні продукти, зелені листові овочі та неушкоджені консервовані сардини, щоб вона отримувала достатню кількість кальцію. Інтактний лосось був би хорошим джерелом кальцію та вітаміну D. Інші жирні сорти риби також були б хорошим джерелом вітаміну D.

Питання: У перші роки освоєння космосу наші астронавти, які плавали в космосі, повернулися на землю, показуючи значні втрати кісток залежно від того, як довго вони були в космосі. Обговоріть, як це може статися і що можна зробити, щоб полегшити цей стан.

Космонавти, що плавали в космосі, не чинили значного тиску на свої кістки; вони були «невагомими». Без сили тяжіння, що чинить тиск на кістки, кісткова маса втрачалася. Щоб полегшити цей стан, космонавти тепер роблять резистивні вправи, призначені для прикладання сил до кісток і, таким чином, допомогти зберегти їх здоровими.

Глосарій

остеопороз

захворювання, що характеризується зниженням кісткової маси; виникає, коли швидкість резорбції кістки перевищує швидкість формування кісток, поширене явище в міру старіння організму