Быстрое подавление резорбции костных тканей и выработки гормона паращитовидной железы при экстренном пероральном применении кальция здоровыми взрослыми мужчинами

С. Ортолани*, А.Скотти** и Р.Керубини*
* Цент нарушений обмена веществ костных тканей, Государственный Институт Медицинских Исследований (ГИМИ) Оксолоджико, Италия, Милан.
** Министерство Здравоохранения , Италфармако С.П.А., Синицелло Бальзамо (Милан), Италия.

Краткий обзор. Сильное воздействие кальция в основном изучалось при его пероральном применении женщинами как предклимактерического, так и постклимактерического периода, в то время как данных о применяющих препарат мужчинах собрано очень мало. Нами изучен эффект, полученный у 18 здоровых молодых мужчин при ежедневном пероральном приеме 1.2 г. кальция в течение 4 дней. За день до начала применения ими кальция (-1 день) и в последний день применения кальция (4 день) наличие общего и ионизированного кальция отслеживали в анализе плазмы крови, а также в течение 24 часов через определенные промежутки времени измеряли паратиреоидный гормон (РТН, ПТГ) и каждые 6 часов брали анализ мочи на содержание в ней кальция, СТХ (КТТ), PYD (пиридинолина) и DPD (дезоксипиридинолина). На 4 день после перорального приема кальция и в течение последующих 6 часов общее содержание кальция в анализе плазмы крови и ионизированного кальция увеличилось максимально по отношению к нормальному содержанию в организме на 5.04% после 2.9±1.9 часов (среднее значение ± среднее отклонение) и на 7.4% после 2.6±0.9 часов соответственно. Площадь под фармакокинетической кривой (AUC) на 4 день была значительно выше, чем на -1 день как при анализе плазмы крови на общее содержание кальция (+4.6%, р<0.02), так и на содержание ионизированного кальция (+9.2%, р<0.0001). Общее количество кальция в моче за 24 часа значительно увеличилось на 4 день (+9.2%, р<0.0001), в основном благодаря увеличению его содержания в первые 6 часов. Выработка паратиреоидного гормона (РТН, ПТГ) была подавлена пероральным применением кальция со значительным понижением площади под фармакокинетической кривой (AUC) на 4 день (-15.1%, р<0.05). Концентрация паратиреоидного гормона (РТН, ПТГ) в плазме уменьшилась с 26.4±9.8 пико грамм/мл в начальный момент отсчета до минимального среднего значения 14.9±7.6 пико грамм/мл через 2 часа. Показатель резорбции костных тканей упал на 4 день (СТХ-33.2%, р<0.001; PYD-28.5% р<0.05; DPD-35.8%, p<0.02). Изменения произошли в основном в первые 6 часов после перорального применения кальция.

Ключевые слова - применение кальция, фармакодинамика, резорбция костных тканей, паратиреоидный гормон (РТН, ПТГ), пиридинолин, дезоксипиридинолин, СТХ I тип коллагена, остеопороз у здоровых мужчин.

Введение

Ежедневная доза кальция, поступающая в организм с пищей - важная составляющая кальциевого баланса человека. Недостаточное его потребление, часто наблюдаемое как у мужчин, так и у женщин, может привести к нарушениям в костных тканях и к развитию остеопороза. Плохая усвояемость кальция является характерной чертой страдающих остеопорозом женщин, а также выявлена у мужчин с признаками остеопороза (1,2). Поэтому для предотвращения и лечения остеопороза весьма распространено пероральное применение кальция, как отдельной пищевой добавки, так и в совокупности с другими лекарствами.

При проведении ряда исследований было обнаружено, что экстренное или длительное пероральное применение кальция подавляет секрецию щитовидной железы у женщин как пред и постклимактерического периода, так и у страдающих остеопорозом женщин, если их кишечник нормально всасывает кальций. Показатель резорбции костных тканей при этом соответственно падает (3,6).

Действие, которое оказывают пищевые добавки, содержащие кальций, на мужской организм: на гомеостаз кальция и метаболизм костных тканей было изучено меньше, чем на женский, несмотря на тот факт, что одна треть страдающих остеопорозом - мужчины, и на доказательства того, что прием кальция может снизить разрушение костных тканей (7,8) и уменьшить образование невертебральных трещин (7) у мужчин. В частности очень мало исследований проводилось для тщательного изучения острых метаболических процессов, происходящих в организме здоровых молодых мужчин (9-12) при пероральном приеме кальция. Целью настоящей работы стало изучение остро протекающих процессов гомеостаза кальция, секреции щитовидной железы и резорбции костных тканей у здоровых молодых мужчин, происходящих при приеме пищевых добавок кальция.

Исследуемые объекты и методы исследования

Исследуемые объекты

Исследования проводились на добровольцах - 18 здоровых мужчинах кавказской национальности в возрасте от 20 до 43 лет (среднее значение ± среднее отклонение, 28±6.1 год). Их вес и рост были соответственно равны 72±7.5 кг и 176±6.1 см. Нарушений физического развития или отклонений в стандартном биохимическом лабораторном анализе у них не наблюдалось. Ни у кого не было никаких расстройств, и никто не принимал лекарств, которые могли бы повлиять на метаболизм кальция. Для того, что бы быть допущенными к исследованию, все испытуемые дали согласие на проведение процедур, одобренных местным комитетом по врачебной этике.

Методы исследования

За три дня до начала исследования и до момента его окончания испытуемые находились на диете с ежедневной нормой потребления кальция около 600 мг, т.е. ограничивающей потребление молока и. кальцийсодержащих продуктов. Соблюдение диеты должно было уменьшить расхождения в усвоении и выведении из организма кальция, а так же обеспечить клинические условия для назначения кальцийсодержащих пищевых добавок. Пищевые добавки с элементарным содержанием кальция в количестве 1200 мг в виде 2 жевательных таблеток по 1.600 мг карбоната кальция каждая (Натекаль Д3, Италфармако, Италия) были назначены для приема в 8 часов утра, после 12-часового ночного голодания в течение 4 дней (с первого по четвертый). За день до приема препарата кальция (день -1) и в последний день приема (день 4) брался венозный анализ крови в 8 часов утра (начало отсчета) и затем через определенные интервалы времени: 0.25 (15 минут), 1,2,3,4.6,8,12,18 и 24 часа на определение общего количества кальция и ионизированного кальция в плазме крови (для анализов, взятых до 6 часов с момента отсчета), а также анализ на РТН (ПТГ). В те же дни брался анализ мочи через каждые 6 часов в течение 24 часов на определение в ней кальция, креатинина, СТХ, пиридиния - производной молекулы пиридинолина (PYD) с поперечной связью и дезоксипиридинолина (DPD). Анализы мочи хранились в холодильнике при температуре 4-8°С, а количество собранной мочи записывалось для каждого интервала времени. В течение первых 6 часов проводимого эксперимента испытуемые ничего не ели.

Образцы крови и мочи до начала серии анализов содержались при температуре -20°С в течение 2 месяцев, кроме тех образцов плазмы крови, анализ которых на общее содержание кальция и содержание ионизированного кальция был проведен соответственно через 6 и 2 часа после забора крови.

Общее содержание кальция в плазме крови и в моче было выявлено при помощи спектрофотометрического анализа всасываемости, а содержание ионизированного кальция в плазме крови измерялось потенциометрическим способом (Анализатор циба- гранулирования 634 Са⁺⁺/рН) Иммунная реакция на РТН (ПТГ) измерялась хемилюминесцентным иммунометрическим методом (РТН, DPC, СА). СТХ мочи исследовался обычным промышленным иммуноэнзиматическим прибором (КроссЛэпс ЭЛИСА, биотехнический остеометр, Дания), а пиридинолин PYD и дезоксипиридинолин DPD - используя жидкостную хроматографию высокого давления HPLC/FD при помощи обычного промышленного прибора (межмолекулярные связи пиридина - используя жидкостную хроматографию высокого давления HPLC, БИОРАД, Италия). Креатинин в моче измерялся обычным колориметрическим способом, чтобы исключить погрешности при сборе анализа мочи.

Также измерялось содержание кальция в суточном анализе мочи (CUE) и площадь под фармакокинетической кривой (AUC) при анализе плазмы крови на общее содержание кальция и на содержание ионизированного кальция в интервале, взятого в интервале от О до 6 часов.

Статистический анализ

Модель ковариационного анализа АНКОВА в виде рандомизированного (случайного) блока без повторений использовалась для расчета CUE, AUC общего содержания и содержания ионизированного кальция, РТН (ПТГ), показатели резорбции костных тканей СТХ, PYD и DPD, выраженные общим количеством, выделенным в определенный временной интервал, где испытуемые выполняли роль компонент дисперсии, а в роли фиксированного смешанного эффекта для компоненты был взят день исследования. Полученный эффект анализировался методом F-статистики, рассчитанной как среднее квадратичное из-за дневной разницы, не соответствующей остаточной погрешности среднего квадратичного.

Чтобы учесть возможные ошибки в анализе мочи, а также рассчитать показатели резорбции костных тканей СТХ, PYD и DPD, выраженные общим количеством, выделенным в определенный временной интервал, использовалась описанная выше модель АНКОВА, но с учетом постоянной ковариационной составляющей - креатинина, содержащегося в моче. Полученный эффект, учитывающий уровень содержания креатинина в моче, анализировался тем же методом F-статистики. Был выбран метод статистического анализа, поскольку расчет составляющих мочи ведется без учета составляющих выделенного креатинина.

Все расчеты проведены методом GLM - общего линейного моделирования (разработка SAS, компания SAS, США). Результаты представлены в виде величины среднего значения±среднее отклонение.

Результаты

Общее содержание кальция и содержание ионизированного кальция в плазме крови увеличилось в течение 6 часов после перорального приема кальция на 4 день. Максимальная концентрация Стах общего содержания кальция после приема кальция произошла была достигнута на 2.9±1.9 час (среднее значение±среднее отклонение), а ионизированного кальция на 2.6±0.9 час, причем средний максимальный скачок составил 5.04% и 7.4% соответственно. Для этих же показателей наблюдались небольшие изменения за день до начала приема кальция. Площадь под фармакокинетической кривой AUC на четвертый день приема кальция была значительно выше, чем в день до начала его приема, как для показателя общего содержания кальция (+4.6%, р<0.02), так и для содержания ионизированного кальция в плазме крови (+9.2%, р<0.0001).

Общее содержание кальция в суточном анализе мочи существенно увеличилось с 177.9±101.3 мг в день до начала приема препарата кальция до 204.8±87.0 мг на 4 день приема (+15.1%. р<0.02). Повышение уровня кальция в суточном анализе мочи в основном объясняется увеличением его содержания, случившегося в первые 6 часов после приема кальция (77.0±61.2 мг на 4 день в сравнении с 45.7±29.9 мг в день до начала приема кальция, р<0.05). Незначительные изменения были обнаружены в анализах, взятых в течение следующих трех временных интервалов. Результаты не изменились и с учетом выделенного креатинина (данные не приведены). Подавление выработки гормона РТН (ПТГ), в соответствии со значительными изменениями AUC (4 день-день-1: -15.1%, р<0.05, Табл.1), наблюдалось на 4 день применения кальция перорально. Концентрация чистого РТН (ПТГ) в плазме крови снизилась с 26.4±9.8 пико грамм/мл литр через два часа от начала отсчета. Уровень РТН (ПТГ) значительно увеличился после третьего часа, а через 8 часов с момента начала отсчета упал до уровня, соответствующего дню -1 -дню до начала приема препарата кальция.

Показатели резорбции костных тканей СТХ, PYD и DPD (PYD и DPD обнаружены у 12 человек из 18 исследуемых) вычислили как общее от выделенного в определенные интервалы времени. Данные четвертого дня сравнили с данными -1 дня. Все три показателя были значительно снижены в суточном анализе мочи четвертого дня по сравнению с анализом, проведенным за день до начала исследования. Данные сведены в Табл.2 и отражены на Рис.4. Различие между данными, полученными для PYD, не являющегося определяющим показателем для коллагеновых болезней костной ткани, менее заметно. Среднее снижение в суточном анализе мочи при сравнении 4 и -1 дней составило -33.2% для СТХ (р<0.05), -28.5% для PYD (р<0.05) и -35.8% для DPD (р<0.02). Результаты для каждого из четырех анализов, проведенных с шестичасовым интервалом также включены в Табл.2. Наибольший эффект, судя по первому из анализов мочи, прием кальция оказал на все три показателя резорбции костной ткани в первые шесть часов после перорального приема препарата кальция. Значение каждого из показателей значительно уменьшилось. В интервале 6-12 часов только показатель СТХ значительно упал на 4 день (р<0.02), и совсем не обнаружено значительных изменений ни для одного из показателей резорбции в интерватах 12-18 и 18-24 часа. Данные, полученные с помощью модели АНКОВА, учитывающей постоянную ковариационную составляющую -содержащийся в моче креатинин, и уменьшающей погрешность измерений, не отличались от уже полученных результатов ни для показателей резорбции костной ткани, ни для содержания кальция (данные не приведены).

Исследования имели целью изучение значения, которое оказывает пероральный прием кальция в качестве пищевой добавки на предотвращение и лечение остеопороза или резорбции костной ткани у мужчин, т.е. группы населения, которая не была изучена достаточно хорошо прежде (11,12). Но тщательное и направленное изучение данной проблемы не могло состояться до недавнего времени, пока не ввели специальные биохимические показатели резорбции костной ткани. Производные от молекул пиридинолина с поперечной связью и относящиеся к ним пептиды весьма специфичны для коллагеновых болезней костной ткани типа I, а характерные им выделения в моче мгновенно отражают изменения в костной ткани (13,14). Наши исследования доказали, что при пероральном применении кальция можно стимулировать увеличение содержания в плазме крови, как общего содержания кальция, так и содержания ионизированного кальция, а также увеличить уровень кальция в моче здоровых молодых мужчин, что даже при незначительных колебаниях имеет большое значение. Увеличение уровня кальция сопровождается значительным снижением РТН (ПТГ) и показателей резорбции костной ткани СТХ, PYD и DPD.

Из-за увеличения содержания ионизированного кальция происходит активное подавление выделения гормона РТН (ПТГ), который достигает своего самого низкого уровня в плазме крови через 2 часа, в то же время, когда уровень кальция в плазме крови достигает максимальной отметки. Подавление выработки РТН (ПТГ) одновременно с увеличением уровня кальция в почках способствует увеличению выделения кальция почками, что легко отслеживается в первые 6 часов после перорального приема кальция. Снижение показателей резорбции костной ткани в моче также наблюдается после приема кальция и подавления РТН (ПТГ), но при нашем исследовании нет возможности выявить момент наибольшего значения показателей резорбции костной ткани, поскольку мы брали анализ мочи каждые 6 часов, в то время как РТН (ПТГ) измерялся в плазме крови каждый час в течение первых 4 часов, и затем каждые 2 часа до истечения 6 часов. Поэтому временной лаг между пиками РТН (ПТГ) и показателями резорбции косных тканей можно подсчитать приблизительно с погрешностью от нескольких минут до нескольких часов. Метаболизм кальция в крови и моче, так же как и время выработки РТН (ПТГ) и снижение показателей резорбции костной ткани после применения кальция перорально соответствуют процессам, описанным в ходе ранее проведенных исследований с подобным оборудованием на здоровых мужчинах (11,12). В ходе первых 4 часов после приема 1 г элементарного кальция Гуйлемантом и другими у здоровых молодых мужчин наблюдалось увеличение уровня кальция в крови и моче, а так же подавление РТН (ПТГ) и снижение СТХ в моче (12). Подобные результаты были описаны Горовицем и другими для группы мужчин более старшего возраста, исследуемых в течение 6 часов. В наших исследованиях мы продлили время эксперимента до 24 часов, что позволило нам описать продолжительность эффекта от приема одной дозы кальция более детально и подтвердить угнетение резорбции костной ткани с помощью трех разных биохимических показателей.

Наш эксперимент был направлен на изменение уровня кальция, которое наблюдалось в течение первых 6-8 часов после перорального приема препарата кальция, что соответствует эффекту, наблюдаемому Скопасакой и другими (4) у здоровых женщин постклимактерического периода, которые обнаружили, что вечерним приемом 1 г кальция можно подавить резорбцию костной ткани в течение всей ночи, но действие препарата закончится на следующий день. Открытие послужило толчком к поиску наиболее приемлемого времени приема кальция в клинических условиях, чтобы получить оптимальный результат сохранения костной ткани. Факт вечернего приема, как предпочтительного времени при употреблении препарата один раз в день, для предотвращения увеличения резорбции костной ткани ночью можно оспорить (3). С другой стороны, препарат кальция при его пероральном приеме действует только 6-12 часов. Эти факты обосновывают прием кальция несколько раз в день, чтобы продлить действие подавления резорбции на весь день. Кроме того, приемом кальция перорально несколько раз в день может быть можно добиться лучшей усвояемости препарата. Это предположение требует дополнительных исследований на соответствующем оборудовании, при которых удастся получить нужный эффект резорбции костной ткани при повторяющихся приемах малых доз элементарного кальция, а также выявить обладает ли устойчивое подавление резорбции терапевтическим действием, дающий значительный положительный клинический результат.

В заключении нужно отметить, что применение кальция перорально (НАТЕКАЛЬ Д3) оказывает на здоровых мужчин такой же сильный метаболический эффект, который наблюдался и у здоровых женщин.

Демонстрация того, что данный эффект на метаболизм костной ткани не зависит от половых признаков позволяет логически обосновать значимость назначения препарата (НАТЕКАЛЬ Д3) кальция перорально для предотвращения и лечения остеопороза у мужчин, как это уже было доказано для лечения женщин в постклимактерическом периоде.

Литература

1. Френсис P.M., Пикок М, Тейлор Г.А., Сторер Дж.Х., Нордин Б.И.С. Усвояемость кальция пожилыми женщинами с проблемами позвоночника: сопротивление пищевого тракта действию промежуточных продуктов обмена витамина D. Клинические Науки 1984, 66: 103-107
2. Нид А.Г., Моррис Х.А., Горовиц М., Скопакаса Ф, Нордин Б.И.С. Кишечное всасывание кальция у мужчин, страдающих остеопорозом позвоночника. Клиническая эндокринология (Оксфорд) 1998,48: 163-168
3. Бламсон А., Херрингтон К, Хэннон Р.А., Шао П., Ире Д.Р., Истель Р. Влияние кальция, как пищевой добавки на циркадный ритм резорбции костной ткани. Журнал Клиническая эндокринология. Метаболизм. 1994, 79: 730-735
4. Скопакаса Ф, Горовиц М., Вишарт Д.М. и другие. Кальций в виде пищевой добавки подавляет резорбцию костной ткани у женщин в постклимактерическом периоде. Calcif Tissue Int. 1998, 62:8-12
5. Рубиначи А., Дивиети П., Поло P.M., Зампино М., Ресмини Г., Тенни Р. Действие калиция, применяемого перорально на показатели распада коллагена в анализе мочи. Журнал Эндокринологические Исследования 1996, 19:718-726
6. Нид А.Г., Горовиц М., Филкокс Д. К., Нордин Б.И.С. Биохимический эффект, оказываемый применением препарата кальция на женщин, страдающих остеопорозом, при нормальной усвояемости и метаболизме кальция. Miner. Electrolyte Метаболизм. 1987, 13: 112-116
7. Даусон-Хагис Б., Харрис С.С. Кролл Е.А., Даллай Г.И. Эффект, оказываемый применением препарата кальция и витамина D на плотность костной ткани у мужчин и женщин 65 лет и старше. N. Engl. Медицинский Журнал 1997, 337:670-702
8. Пикок М, Луи Г., Карей М. И другие Эффект, оказываемый применением препарата кальция или 25ОН витамина D3 на потерю реберной костной ткани у мужчин и женщин старше 60 лет. Журнал Клиническая эндокринология. Метаболизм. 2000, 85: 3009-3010
9. Херфарф К., Дрешьер С, Инхофф В. и другие. Гормоны, регулирующие уровень кальция после перорального и внутривенного введения кальция. Европейский Журнал Клиническая Химия, Клиническая Биохимия. 1992, 30: 815-822
10. Регинстер Ж.Ю., Денис Д., Бартш Ю., Деройси Р., Зегельс Б. Сильные биохимические колебания, вызванные солями трех типов, у здоровых мужчин-добровольцев. ОстеопорозInt1993,3: 271-275
11. Горовиц М., Вишарт Д.М., Гох Д., Моррис Х.А., Нид А.Г., Нордин Б.И.С. Кальций при пероральном приеме подавляет биохимические показатели резорбции костной ткани у нормальных мужчин. Американский Журнал Клинический рацион. 1994, 60: 965-968
12. Гуллеймант Ж., Ле X., Мария А., Гуллеймант С. Сильный эффект, вызванный пероральным применением кальция, на функцию щитовидной железы и на резорбцию костной ткани у молодых мужчин. Американский Журнал Нефрология 2000, 20: 48-52
13. Делмас П.Д., Гинейтц Е., Бертолин А., Гарнеро П., Мерчанд Ф. Иммунологическое обследование анализов пиридинолина с поперечной связью у взрослых людей, страдающих педжетоидными расстройствами. Журнал Bone Miner Res. 1993, 8: 643-648
14. Хэндсон Д.А., Вейс М.А.Е., Воллен A.M., Массиан С.Л. Сингер Ф.Р., Ире Д.Р. Специальное иммунологическое обследование, направленное на наблюдение резорбции косной ткани человека: анализ мочи на коллаген I типа n-телопептидов с поперечной связью. Журнал Bone Miner Res. 1992, 7: 1251-1258