Дефицит витамина D является распространенным медицинским состоянием, играющим ключевую роль в формировании структурных и функциональных нарушений костной ткани. Как известно, повышенный риск переломов в контексте низкого уровня витамина D главным образом ассоциирован с нарушением минерализации коллагенного матрикса (остеоида). Однако сопротивление кости переломам зависит также от ее жесткости, которая определяется состоянием элементов, находящихся как на нано-, так и микроструктурных иерархических уровнях.
В научной работе под руководством доктора Бйорна Буссе (Bjorn Busse), опубликованной в июле в журнале «Science Translational Medicine», проверяли гипотезу о влиянии других механизмов, отличных от нарушения минерализации, на повышение риска переломов при дефиците витамина D.
Для проверки гипотезы ученые взяли образцы костной ткани у 30 добровольцев, у половины из которых отмечали дефицит витамина D. У здоровых добровольцев уровень витамина D был равен или превышал 20 мкг/л, у лиц с его дефицитом среднее значение находилось на уровне 10 мкг/л. Собранные образцы обследовали с использованием Фурье-спектроскопии и рентгеновской компьютерной микротомографии.
С их помощью оценивали структуру и механические свойства образцов кости на разных размерных шкалах от нано- до микрометров. Также изучали их сопротивление распространению роста трещины (crack growth resistance) в реальном времени, что позволило связать конкретные механические свойства со специфическими структурными изменениями.
Как и ожидалось, исследователи выявили снижение общей минерализации у лиц с дефицитом витамина D в связи с редукцией минерализированной костной ткани. Под новой неминерализированной тканью существующая кость имела высокую минеральную плотность и состояла из зрелого коллагена и минеральных кристаллов, что свидетельствует о более старой и хрупкой кости. Такие островки минерализированной ткани, окруженные коллагеном, по мнению авторов, мешают нормальному ремоделированию кости.
Это нашло свое отображение в изменении функциональных свойств, в частности, сопротивлению росту трещины, отмечаемому при проведении компьютерно-томографического сканирования образцов, взятых у лиц с дефицитом витамина D. В целом дефицит витамина D способствовал увеличению как инициации, так и распространения трещин в пределах 22–31%.
В своих выводах исследователи подчеркнули важность скрининга уровня витамина D и при необходимости его коррекции для поддержания нормальной структуры костной ткани, ее функционирования и профилактики ускоренного старения. Это особенно актуально для лиц с повышенным риском переломов.
Busse B., Bale H.A., Zimmermann E.A. et al. (2013) Vitamin D deficiency induces early signs of aging in human bone, increasing the risk of fracture. Sci. Transl. Med., 5(193): 193ra88.
DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory (2013) Vitamin D deficiency linked to accelerated aging of bones. ScienceDaily, July 10 (www.sciencedaily.com/releases/2013/07/130710155730.htm).
Виталий Безшейко
