Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021

Эта работа опубликована в номинации «Своя работа» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.

---

Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

---

Партнер номинации — Российский научный фонд.

---

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

---

Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

---

«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»

В последние годы в науке большое внимание уделяется болезням суставов: это неудивительно, ведь данная проблема становится все более актуальной — за минувшее столетие одним только остеоартрозом стали болеть в 8 раз больше [1]! К сожалению, этот показатель растет с каждым годом, а пациенты все молодеют. Однако, исследуя людей с уже развившейся болезнью суставов, мы теряем из вида еще здоровых! Ну, или почти здоровых. Интересно, а все ли нормально с суставами у людей двадцатилетнего возраста? А вдруг именно здесь кроются те причины, которые десятилетия спустя заставляют человека обратиться к врачу?

Измерив и изучив подвижность суставов у 100 человек в возрасте 18–23 лет, мы обнаружили интересные закономерности. Во-первых, суставы женщин оказались мобильнее, чем у мужчин. В четырех параметрах были отмечены различия в подвижности — 5–17 градусов. Первый параметр — величина локтевого угла. Возможно, многие не знают, что это за показатель: он включает в себя разгибание в плечевом суставе с одновременным сгибанием в локтевом суставе и заведением кисти и предплечья за спину; кисть находится как можно выше между лопаток; при этом измеряется угол между плечом и предплечьем. Остальные параметры — отведение в тазобедренном суставе, активное и пассивное подошвенное сгибание стопы. Возможных причин изменения подвижности — две: одна лежит в области физики, а другая — эндокринологии.

Первая причина заключается в том, что мягким тканям (мышцам, сухожилиям, коже) присущи особые биомеханические свойства, одним из которых является жесткость. Жесткость — способность тканей и органов оказывать сопротивление изменениям формы при воздействии внешних сил. Более сильные мышцы имеют более высокую жесткость. Сила мышц, в свою очередь, зависит от следующих составляющих: сигналов, поступающих от мотонейронов, типа мышечных волокон, режима мышечного энергообмена. Если рассматривать мышцу изолированно, то сила мышечного сокращения напрямую зависит от количества мышечных волокон [2]. При регулярных физических нагрузках — например, при тренировках — изменяется соотношение количества разных типов мышечных волокон, а также происходит общее увеличение их числа и размеров [3].

Однако вернемся к жесткости. Ткани с повышенной жесткостью ограничивают действие мышц-антагонистов при движении. В таком случае для растягивания этих мышц и преодоления их жесткости необходимо выполнить больше работы и увеличить энергозатраты при движении [4].

Зарубежными исследователями было установлено, что жесткость сухожилий у мужчин выше, чем у женщин [5]. Таким образом, женщины, имея более низкую жесткость мышц и сухожилий, способны совершать движения с большей амплитудой.

Кроме того, в суставном хряще женщин были обнаружены специфические рецепторы к эстрогенам; при снижении уровня этих гормонов после менопаузы увеличивается хрупкость хряща [6].

Существуют два типа внутриклеточных рецепторов к эстрогенам, представляющие два отдельных гена с разными хромосомными локализациями, которые называются ER-α и ER-β. Оба типа рецепторов были обнаружены в суставных хондроцитах [7].

Это открытие позволяет искать причину большей мобильности женских суставов именно в области циклического изменения женских половых гормонов в течение жизни. А если учесть, что как раз после менопаузы частота остеоартроза у женщин стремительно возрастает и в возрасте 50 лет обгоняет мужчин, то взаимосвязь между половыми гормонами и здоровьем суставов у женщин становится совсем очевидной [8–10]. Однако тонкости молекулярных механизмов, с помощью которых эстрогены влияют на здоровье суставов, еще только предстоит окончательно установить [7].

Несмотря на то, что почти по всем показателям женские суставы оказались подвижнее, единственный параметр — активное сгибание в голеностопном суставе — оказался более выраженным у мужчин. И если мы вспомним о том, что женщины предпочитают обувь на высоких каблуках, причины такого различия становятся объяснимыми.

Повреждения голеностопного сустава являются наиболее частой травмой опорно-двигательного аппарата. Травмы этой области встречаются у 60–70% лиц трудоспособного возраста. Посттравматический артроз (разрушение хряща) голеностопного сустава развивается в 60% случаев и носит необратимый характер, вследствие чего наблюдается частая инвалидизация [11–13].

Способность хряща к регенерации ограничена двумя факторами: отсутствием прямого кровоснабжения и особенностями структуры. Хрящевая ткань — одна из немногих тканей организма, в которой полностью отсутствуют сосуды. Питание хряща осуществляется путем диффузии питательных веществ через межклеточный матрикс, в котором, словно в геле, расположены хрящевые клетки — хондроциты. Особенностью хрящевой ткани, по сравнению с другими видами тканей в организме, является то, что в ней мало клеток, которые окружены большим количеством межклеточного пространства. Кроме того, с возрастом хондроциты все более утрачивают способность к делению.

В норме эта система работает устойчиво, однако все меняется, когда происходит повреждение хряща. Способность хондроцитов к делению снижена; плотный межклеточный матрикс формирует физический барьер для миграции в дефект существующих хондроцитов, а отсутствие сосудов делает невозможным миграцию стволовых клеток в хрящ. И хотя хондроциты продуцируют матрикс на протяжении всей жизни, эта продукция не может обеспечить потребности, которые развиваются после повреждений суставного хряща [14].

При хронических микротравмах снижается число хондроцитов и вырабатываемых ими компонентов матрикса. В суставах уменьшается количество синовиальной жидкости, что приводит к нарушению питания хряща, повышению трения. В результате хрящ постепенно разрушается, а резервов на его восстановление не хватает [15].

Местами в межклеточном веществе появляются отложения солей кальция («омеление хряща»), вследствие чего хрящ становится мутным, непрозрачным, приобретает твердость и ломкость. В результате нарастающее нарушение питания центральных участков хряща может привести к врастанию в них кровеносных сосудов, что, однако, лишь усиливает его дальнейшую деградацию [16].

Очевидно, что при ношении обуви на высоких каблуках вероятность травмы возрастает в разы — кто из представительниц прекрасного пола хотя бы раз в жизни не подворачивал ногу или не ломал каблук? Именно такая, казалось бы, безобидная травма может радикально изменить всю дальнейшую жизнь человека.

Кроме того, голеностопный сустав подвергается наибольшей нагрузке на квадратный сантиметр суставной поверхности. Высота каблуков напрямую влияет на степень нагрузки, которую испытывает голеностопный сустав, и при высоте 8 см возрастает почти в два раза [17]! При постоянном ношении подобной обуви возникает выраженная перегрузка голеностопного сустава (схема представлена на рисунке 2), что в итоге, особенно при травматизации данной области, может быть причиной артроза данного сустава у женщин.

Стоит сказать, что мы не ожидали получить такие результаты. Изначальный дизайн исследования предполагал изучение других факторов, способных повлиять на мобильность суставов (часть из них освещается в этой статье). Данные об ограниченной подвижности голеностопных суставов у женщин были для нас занятным сюрпризом, а схожих исследований взаимосвязи между мобильностью суставов и носимой человеком обувью обнаружено не было. И для более точного изучения влияния обуви на состояние голеностопного сустава стоило бы провести отдельное исследование, причем с вовлечением лиц более старшего возраста.

В свете уже имеющихся данных можно сделать вывод, что долговременное ношение обуви на высоких каблуках однозначно не приносит пользу здоровью. Между удобной и красивой обувью лучше выбирать удобную, которая нередко бывает красивой. И вообще, со все возрастающей популярностью спортивной обуви высокие каблуки уже давно не в моде. Кстати, недавно российские исследователи путем математических расчетов определили безопасную высоту каблука: она оказалась в пределах 2–4 см [18], [19].

Давайте рассмотрим и не менее интересные факты о суставах рук. Оказывается, подвижность суставов ведущей руки ограничена по сравнению со своей напарницей. А при изучении такого интересного параметра, как локтевой угол, это различие было максимально выраженным (рис. 3).

Ведущая рука — собирательный термин, обозначающий правую руку у правшей и левую — у левшей.

В чем причина такого интересного различия? У студентов (а именно они были участниками нашего исследования) ведущая рука испытывает значительную перегрузку по сравнению с неведущей. Постоянные статические или низкодинамические нагрузки — например, записывание текста, несение грузов и сумок, использование смартфонов и гаджетов, компьютерной мыши — приводят к значительной перегрузке мышц ведущей руки, в результате чего растет жесткость этих мышц (о ней мы подробно говорили выше) — поэтому и возникает асимметрия в подвижности.

Скептики могут сказать — зачем вы все драматизируете? Может быть, более высокая жесткость берется как раз из-за того, что ведущей рукой мы просто пользуемся значительно больше? И дело не в смартфонах и компьютерах! Действительно, возможно, это просто адаптивные изменения, и ничего угрожающего в них нет. Однако в следующий раз, когда будете листать ленту соцсетей или играть в игры, и вдруг почувствуете ломоту и онемение в кисти, знайте — пора прерваться и сделать гимнастику. А лучше вообще дать рукам отдохнуть — пойти и заняться чем-нибудь другим. Все-таки не просто так в медицине существуют «синдром компьютерной мыши» и «синдром смартфона».

Синдром «компьютерной мыши», а иначе — синдром запястного канала — возникает по следующей причине. Неудобное положение руки в сочетании с длительным изгибом руки в запястье и большим количеством мелких стереотипных движений приводит к стойкому напряжению мышц и нарушению кровообращения, что, в свою очередь, влечет за собой гипоксию и отек срединного нерва, сдавление нерва в канале запястья [20].

УЗИ показало, что уже после 30 минут интенсивного использования сенсорного экрана происходит утолщение запястной связки и срединного нерва за счет отека. Показатели приходили в норму после 30-минутного отдыха. Кроме того, было установлено, что у лиц с большим стажем интенсивного пользования электронными устройствами диаметр запястной связки и срединного нерва существенно выше нормальных показателей и достоверно больше, чем у лиц, пользующихся сенсорными экранами и компьютерной мышью менее получаса в день. Диаметр поперечной запястной связки, срединного нерва, степень компрессии последнего имели сильную положительную связь с выраженностью боли и нарушением функции кисти [21].

Локтевой угол — своеобразный суммарный показатель подвижности всей руки, поэтому данные различия в его случае проявляются наиболее сильно.

Локтевой угол может служить простым, надежным, а главное, бесплатным тестом состояния опорно-двигательного аппарата руки. Вы можете испытать этот тест на себе прямо сейчас! Согните руку в локтевом суставе, заведите кисть и предплечье за спину и постарайтесь поднять кисть как можно выше к лопатке. Достигли максимума? Запомнили расстояние, до которого дошла ваша рука? Теперь верните ее в исходное положение и проделайте все то же самое с другой рукой. Ну что, правши и левши, почувствовали разницу? Кстати, интересно — какими бы были результаты, если этот эксперимент провести на амбидекстрах.

Таким образом, существует множество факторов, влияющих на здоровье суставов. Некоторые из них являются врожденными и генетически обусловленными, однако существенная часть из них связана с нашим образом жизни. Обувь, которую мы носим, ноутбук и смартфон, с помощью которых мы учимся, работаем, общаемся — даже такие повседневные явления способны влиять на наши суставы. И определять, что с ними будет через десятилетия. Будем помнить об этом — и на каждый фактор риска воздействовать соответствующим методом профилактики, которых сейчас великое множество. Ведь будущее складывается сегодня. И оно в наших руках.

Литература

1. Чичасова Н. В. (2003). Глюкозамин и хондроитин в лечении остеоартроза. Русский медицинский журнал. 23, 1277–1279;
2. Зверев А.А. Физиология мышц: учебно-методическое пособие. Казань, КФУ, 2016. — 41 с.;
3. MacIntosh B. R., Gardiner P. F., McComas A. J. Skeletal muscle: form and function (2nd Edition). Human kinetics, 2006. — 423 p.;
4. Арьков В.В., Миленина А.И., Трушкин Е.В., Орджоникидзе З.Г. (2011). Показатели миотонометрии четырехглавой мышцы бедра у спортсменов с пателлофеморальным артрозом. Лечебная физкультура и спортивная медицина. 92, 40–44;
5. Sahand Sohirad, David Wilson, Charlotte Waugh, Evan Finnamore, Alexander Scott. (2017). Feasibility of using a hand-held device to characterize tendon tissue biomechanics. PLoS ONE. 12, e0184463;
6. Brooke K Coombes, Leanne Bisset, Bill Vicenzino. (2010). Efficacy and safety of corticosteroid injections and other injections for management of tendinopathy: a systematic review of randomised controlled trials. The Lancet. 376, 1751-1767;
7. Martin Schicht, Jana Ernst, Andrea Nielitz, Lars Fester, Michael Tsokos, et. al.. (2014). Articular cartilage chondrocytes express aromatase and use enzymes involved in estrogen metabolism. Arthritis Res Ther. 16, R93;
8. Agnessa Kaysinova, Pyatigorsk State Scientific Research Institute of Balneology, Amina Lepshokova, Tatyana Menshikova, Nelly Akhkubekova, et. al.. (2017). INVESTIGATION OF CALCIUM-PHOSPHORIC EXCHANGE IN WOMEN WITH THE MENOPAUSE STATE SUFFERING FROM OSTEOARTHROSIS AND CONCOMITANT OSTEOPENIC SYNDROME. Avi Bull. 19, 520-523;
9. Досин Ю. М., Лысый Б. В., Игонина Е. Н. (2011). Остеоартроз — медико социальная проблема (поиск подходов к первичной профилактике). Здоровье для всех: материалы III научно-практической конференции. С. 72–75;
10. В. В. Поворознюк, Н. В. Григорьева. (2012). Остеоартроз у женщин в постменопаузе: факторы риска и связь с костной тканью. Reproductive Endocrinology. 0, 64;
11. Ava D. Segal, Jane Shofer, Michael E. Hahn, Michael S. Orendurff, William R. Ledoux, Bruce J. Sangeorzan. (2012). Functional Limitations Associated with End-Stage Ankle Arthritis. Journal of Bone and Joint Surgery. 94, 777-783;
12. Омельченко Т.Н. (2013). Переломы лодыжек и быстропрогрессирующий остеоартроз голеностопного сустава: профилактика и лечение. Ортопедия, травматология и протезирование. 593, 35–40;
13. Яременко Д.А., Ершов Д.В., Яременко О.Д. (2012). Клиника, диагностика и хирургическое лечение застарелых повреждений межберцового синдесмоза (обзор литературы). Ортопедия, травматология и протезирование, 589, 129–136;
14. Ступина Т. А., Щудло М. М. (2012). Суставной хрящ: изменения при чрескостном дистракционном остеосинтезе, физиологическая и репаративная регенерация (обзор литературы). Гений ортопедии. 4, 137–141;
15. Макушин В. Д., Ступина Т. А. (2014). К вопросу об активизации процессов, регулирующих восстановление структуры суставного хряща (обзор литературы и собственные данные). Гений ортопедии. 1, 82–88;
16. Целуйко С. С., Красавина Н. П., Семенов Д. А. Регенерация тканей: учебное пособие. Благовещенск, 2019. – 136 с.;
17. Чуфицкий, С.В., Калинкин О.Г. (2012). Высота каблуков носимой обуви как фактор, определяющий нагрузку на голеностопный сустав. Лікарю, що практикує. 1, 127–129;
18. Рышкова А.В., Шашкова О.Н. (2018). Исследование влияния обуви на опорно-двигательный аппарат человека. Innova. 2, 25–27;
19. Горячкин Б. С., Чекулина М. Ю. (2020). Эргономичность женской обуви — высокий каблук: красота или здоровье. Евразийское Научное Объединение. 2, 88–99;
20. Morten Wærsted, Therese N Hanvold, Kaj Bo Veiersted. (2010). Computer work and musculoskeletal disorders of the neck and upper extremity: A systematic review. BMC Musculoskelet Disord. 11;
21. Eugenia Hoi Chi Woo, Peter White, Christopher Wai Keung Lai. (2017). Effects of electronic device overuse by university students in relation to clinical status and anatomical variations of the median nerve and transverse carpal ligament. Muscle Nerve. 56, 873-880.