Остеопороз у собак: симптомы и лечение

Диет-индуцированные модели метаболических нарушений. Сообщение 7: экспериментальный остеопороз

М.Н. Макарова, доктор медицинских наук, директор,

В.Г. Макаров, доктор медицинских наук, профессор, зам. директора

Санкт-Петербургский институт фармации,

188663, Российская Федерация, Ленинградская обл., Всеволожский район, г.п. Кузьмоловский, ул. Заводская, д. 3, к. 245

: makarova.mn@doclinika.ru

Высокий уровень заболеваемости остеопорозом диктует необходимость поиска путей его эффективной профилактики и лечения, в том числе и путем экспериментов на животных. Из огромного количества моделей на разных видах животных (грызунах, кроликах, овцах и т.д.) наиболее часто используются крысы, которые не только имеют сходство патофизиологических реакций скелета с таковыми у человека, но и удобны в обслуживании, содержании и разведении, дешевы и не имеют таких этических ограничений, как собаки, кошки, обезьяны и т.п. При этом применяют в основном крыс диких аутбредных линий (Sprague Dawley и др.).

Для индукции остеопороза наиболее пригодны комплексные методы, сочетающие в себе овариоэктомию у самок или орхидэктомию у самцов, с одновременным введением глюкокортикостероидов на фоне рациона питания, дефицитного по кальцию, а иногда и по фосфору, и витамину D. При этом самки предпочтительнее самцов в связи с более быстрым развитием у них остеопороза. Обычно для моделирования остеопороза применяют синтетические рационы питания с содержанием 0,1% кальция и меньше (контрольные животные получают рацион с 0,6 до 1,1% кальция).

Для оценки наличия остеопороза у экспериментальных животных следует использовать показатели, характеризующие как интенсивность формирования костной ткани (активность щелочной фосфатазы, содержание остеокальцина и проколлаген I полипептидов сыворотки крови), так и уровень резорбции костей (активность тартрат-резистентной кислой фосфатазы сыворотки крови, содержание гидроксипролина и пиридинолинов в моче). Кроме того, важно выявление содержания кальция и фосфора в сыворотке крови, выведение кальция с мочой, минеральная плотность костных тканей, масса бедренных костей и их испытание на разрыв, а также гистоморфология костных тканей. У животных с остеопорозом наиболее часто изменяются показатели, характеризующие прочность костных тканей и их массу, активность щелочной фосфатазы, массы тела, выведения кальция с мочой. При этом содержание кальция и фосфора сыворотки крови существенно не изменяется.

Введение

Высокий уровень заболеваемости остеопорозом, тяжелые отдаленные последствия (переломы, ограничение подвижности), высокая смертность, большие финансовые затраты на лечение и резкое снижение качества жизни больных свидетельствуют о тяжести этого заболевания у людей. Причем рост продолжительности жизни населения планеты в настоящее время ведет к увеличению заболеваемости остеопорозом, сопутствующей старению. Для лучшего понимания многофакторной природы остеопороза и разработки новых профилактических и лечебных методов необходимо использование экспериментальных моделей этого заболевания на животных.

Для моделирования остеопороза используются разные виды животных: грызуны, кролики, овцы, свиньи, собаки, кошки и обезьяны. При этом известно множество моделей индукции остеопороза у животных: овариоэктомия и орхидэктомия, введение кортикостероидов, дефицит кальция, иммобилизация конечности, применение генетически модифицированных животных, предрасположенных к остеопорозу, и др.

Цель настоящего обзора литературы — обоснование наиболее адекватных моделей диет-индуцированного остеопороза для проведения экспериментальных исследований по поиску путей лечения и профилактики этого заболевания.

Характеристика остеопороза

Остеопороз (ОП) — хроническое, прогрессирующее, системное заболевание костной ткани, характеризующееся уменьшением ее минеральной плотности, снижением костной массы в единице объема и нарушением структуры, что приводит к снижению прочности костей и повышению риска их переломов [1-4].

Выделяют первичный (постменопаузальный, сенильный и идиопатический) и вторичный ОП. При этом до 85% случаев составляет первичный ОП. В частности постменопаузальный остеопороз, называемый «молчаливой эпидемией», поражает около 50% женщин в постменопаузе [5]. Причинами вторичного ОП, наряду с заболеваниями эндокринной системы (сахарный диабет, гиперпаратиреоз, тиреотоксикоз и др.), кишечника (хронический энтерит, болезнь Крона, целиакия, язвенный колит), почек (хроническая почечная недостаточность), печени, крови (множественная миелома, лейкемия и др.), алкоголизмом, является длительный прием глюкокортикостероидов и недостаточная обеспеченность кальцием и витамином D [1, 6].

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) включила ОП в число 10 основных современных массовых неинфекционных заболеваний, причем по своей медицинской и социально-экономической значимости ОП занимает 4-е место после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, а также сахарного диабета. По данным ВОЗ, в конце ХХ века в пересчете на все население старше 50 лет остеопороз выявлялся у 13-18% женщин и 7-8% мужчин. В связи с прогрессирующим старением населения мира распространенность остеопороза в ХХI веке увеличивается [1].

По частоте госпитализаций ОП стоит вслед за инсультом, инфарктом миокарда и раковыми заболеваниями [2]. Увеличение распространенности ОП диктует необходимость разработки адекватных мер по профилактике и лечению этого непростого заболевания, в том числе путем экспериментальных исследований на животных.

Остановимся на таких основных факторах риска возникновения ОП, как дефицит половых гормонов и неполноценное питание. При этом на одно из первых мест следует поставить дефицит женских и мужских половых гормонов, недостаточную обеспеченность организма кальцием и витамином D, а также факторы, ведущие к их дефициту [7].

Виды животных и рационы питания, используемые для индукции остеопороза

Идеальная модель экспериментального остеопороза должна соответствовать комплексу различных критериев. При этом выделяют 3 основных аспекта: удобство, релевантность и целесообразность [4]. Удобство характеризуется легкостью обслуживания, содержания и низкой стоимостью разведения экспериментальных животных, в то время как релевантность определяется соответствием данных, получаемых на животных, таковым у человека. И наконец, целесообразность оценивается по комплексу таких факторов, как доступность животных, эффективность их использования, этические соображения и генетическое единообразие между видами.

Указанным критериям лучше всего соответствуют грызуны (в основном крысы и мыши). Поэтому их наиболее часто используют для экспериментального моделирования остеопороза [4, 8]. Грызуны недороги, просты в разведении и уходе, имеют небольшую продолжительность жизни и четкие генетические линии [4]. Методик индукции остеопороза на грызунах (в частности, мышах линии SAMP6) довольно много: удаление яичников и яичек, кальций-дефицитный рацион, введение кортикостероидов, иммобилизация и генетическая модификация [4]. Однако моделям на грызунах присущи и многочисленные ограничения, сужающие круг возможностей их использования: отсутствие Гаверсовой системы (остеонов), медленное уменьшение костной массы, они слишком малы для исследования протезирования и отбора достаточного количества крови (особенно мыши) и др. [4].

Кроме того, есть исследователи, которые используют модели остеопороза на кроликах, овцах и мини-свиньях, очень редко — на козах, собаках, кошках и обезьянах. Следует отметить, что хотя мини-свиньи и обезьяны физиологически наиболее близки человеку, они очень дороги как сами по себе, так и в обслуживании, особенно это касается обезьян, в отношении которых очень важен еще и этический аспект, так же как и в отношении собак и кошек. Модели на кроликах и овцах довольно широко распространены, но эти животные как травоядные, менее близки организму человека [4]. Кроме того, для развития остеопороза у овец и редко используемых коз необходимо от 6 до 30 мес [9], что гораздо дольше, чем у грызунов. Моделирование наиболее распространенного постменопаузального ОП осуществляется с помощью овариоэктомии [10], которая, наряду с прочими изменениями, приводит к увеличению хрупкости костей и снижению прочности костной ткани [5].

Кальций и фосфор необходимы для нормального роста и минерализации костных тканей, однако и у овец, и у таких маложивущих животных, как мыши и крысы, одним только кальций-фосфор-дефицитным рационом добиться остеопороза довольно сложно, поэтому дополнительно используют овариоэктомию/орхидэктомию и для ускорения процесса — введение глюкокортикостероидов [8-10]. Так, например, дексаметазон в дозе 0,3 мг/кг, вводимый овариоэктомированным крысам даже 1 раз в 2 нед в течение не менее 1 мес, существенно снижает плотность костной ткани в позвонках, а через 3 мес — в костях таза [11]. Следует отметить, что как овариоэктомия усиливает остеопоретическое действие кальций-дефицитного рациона, так и создание дефицита кальция ускоряет развитие остеопороза у овариоэктомированных животных. Иногда используют рационы, дефицитные по кальцию, фосфору и витамину D [9].

Самки крыс, подвергнутые овариоэктомии, участвуют в экспериментах гораздо чаще, чем самцы с удаленными яичками, так как у последних остеопороз развивается медленнее. Так, например, J.H. Park et al. [12] использовали молодых 6-недельных овариоэктомированных самок Sprague-Dawley, получавших 12 нед рацион питания с 0,1% кальция; контролем служили овариоэктомированные животные на рационе питания с 0,6% кальция. X.Gao et al. [10] также предлагают рацион с 0,1% кальция, однако для контроля рекомендуют рацион питания с 1,1% кальция в течение 12 нед у крыс 8-недельного возраста. Для формирования синтетического рациона питания, дефицитного по кальцию и фосфору, грызунам предлагается стандартный рацион и солевая смесь без этих 2 элементов следующего состава (%): KCl — 57,7; NaCl — 20,9; MgSO4 — 17,9; FeSO4•7H2O — 3,22; CuSO4•5H2O — 0,078; NaF — 0,133; CoCl2•6H2O — 0,004; KI — 0,01; MnSO4•5H2O — 0,06; ZnSO4•7H2O — 0,44; (NH4)6Mo7O244H2O — 0,005. При этом необходимо учитывать, что казеин содержит 22 мг% кальция и 400 мг% фосфора [13].

Показатели, используемые для оценки остеопороза у животных

Для подтверждения развития остеопороза у экспериментальных животных используют такие показатели, как содержание кальция, фосфора и остеокальцина в сыворотке крови, кальция, гидроксипролина и пиридинолинов — в моче, активность щелочной фосфатазы и тартрат-резистентной кислой фосфатазы сыворотки крови, минеральную плотность костных тканей, массу бедренных костей и их испытание на разрыв, а также денситометрию и гистоморфологию костных тканей [10, 12, 14, 15].

Так, в частности, если активность щелочной фосфатазы является маркером формирования костной ткани, то активность тартрат-резистентной кислой фосфатазы — маркер резорбции костей [16]. Кроме того, о формировании костной ткани свидетельствуют содержание остеокальцина и проколлаген I полипептидов в сыворотке крови, а уровень костной резорбции отражают такие показатели, как гидроксипролин и пиридинолины мочи [15]. Согласно определению ВОЗ, о развитии остеопороза свидетельствует снижение минеральной плотности костной ткани более чем на 2,5 стандартных отклонения [5]. Что касается костной массы, то ее существенное снижение (более 30%) в губчатой кости проксимального метафиза большеберцовой кости отмечается у крыс уже на 14-й день после овариоэктомии, в шейке бедренной кости — на 30-й день, в теле поясничного позвонка — на 60-й день [8].

Согласно данным таблицы, развитие остеопороза у овариоэктомированных крыс на кальций-дефицитном рационе сопровождается существенным увеличением активности щелочной фосфатазы и небольшим — тартрат-резистентной кислой фосфатазы, снижением веса высушенной бедренной кости и ее золы, а также уменьшением усилия, необходимого для разрыва кости, на фоне выраженного роста массы тела. Кроме того, отмечено выраженное уменьшение плотности костной ткани бедра и позвоночника. При этом, если содержание кальция и фосфора в сыворотке крови существенно не менялось, то выведение кальция с мочой у подопытных крыс было в 3 раза меньше, чем у контрольных.

Некоторые показатели, используемые для оценки остеопороза

у крыс на различных рационах

Примечания. СР — стандартный рацион контрольных крыс (0,6% кальция); КаДР — кальций-дефицитный рацион овариоэктомированных крыс (0,1% кальция); МПК — минеральная плотность костной ткани; * — p<0,05.

Заключение

Как показал анализ современной литературы, наиболее адекватными моделями остеопороза по большинству критериев являются часто используемые исследователями грызуны (крысы и мыши). Для непосредственного моделирования остеопороза чаще всего применяют овариоэктомию у самок, реже — орхидэктомию у самцов с одновременным содержанием животных на кальций-дефицитном рационе 0,1% кальция. При этом самки животных используются гораздо чаще, так как у самцов остеопороз развивается медленнее. Для ускорения развития остеопороза дополнительно используют введение глюкокортикостероидов (например, дексаметазон в дозе 0,3 мг/кг). Реже применяют рационы со сниженным содержанием не только кальция, но и фосфора и (или) витамина D.

Для оценки наличия остеопороза и эффективности исследуемых лечебно-профилактических средств широко применяют такие показатели, как содержание кальция и фосфора в сыворотке крови, кальция, гидроксипролина и пиридинолинов — в моче, активность щелочной фосфатазы и тартрат-резистентной кислой фосфатазы сыворотки крови, массу бедренных костей и их испытание на разрыв, минеральную плотность и гистоморфологию костных тканей.

При этом у овариоэктомированных животных на кальций-дефицитном рационе отмечаются наиболее выраженные изменения активности щелочной фосфатазы, выведения кальция с мочой, плотности костных тканей, массы высушенных костных тканей и их золы, а также усилия, необходимого для разрыва костей.