Сибирские ученые промоделировали, как в организме происходит патологическая кальций-фосфатная минерализация, и установили, что принятые сегодня методы лечения таких болезней, как остеопороз и атеросклероз, нуждаются в серьезной корректировке.

Откуда берутся кальцификаты?
"У нас есть данные, которые противоречат распространенным истинам. Например, в рекламе можно услышать: принимайте кальций. Однако, как показало наше исследование, чаще всего оказывается, что бесконтрольное потребление кальция не только не на пользу, но и во вред. Если взять больных остеопорозом, то у них содержание этого элемента в крови часто вполне соответствуют нормальным показателям. Когда людей начинают пичкать им, возникает вопрос: а зачем? Надо искать, в чем на самом деле проблема", - считает старший научный сотрудник аналитического центра Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН кандидат геолого-минералогических наук Анатолий Тихонович Титов.

Проект по изучению в ИГМ СО РАН кальций-фосфатной минерализации начался с того, что у физиков-лазерщиков из Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН и исследователей Сибирского федерального биомедицинского исследовательского центра им. академика Е.Н. Мешалкина возникла идея удалять кальцификаты, которые образуются на сердечных клапанах, с помощью лазера: если такой "камушек" попадет в кровоток, он может вызвать инсульт или инфаркт.

Костные проблемы родом из крови
Гидроксилапатит вырабатывается в нашем организме естественным образом. Он необходим для роста костей и зубов, и он же участвует во многих распространенных патологиях - его излишки могут откладываться в различных органах, на сердечных клапанах, аорте и других артериях при атеросклерозе. "Есть два процесса: рост кости и ее рассасывание. Если последнее начинает превалировать, неорганический компонент (фосфат кальция) в ней уменьшается, что приводит к увеличению хрупкости. Как говорит моя коллега, мы становимся как вазы: упал и разбился", - говорит Анатолий Титов.

В научном сообществе до сих пор ведутся споры, где же именно "зарождается" минерал гидроксилапатит? По наиболее распространенной точке зрения, это происходит на клеточном уровне или обусловлено клетками. Анатолий Титов же утверждает, что основная часть этого минерала в нашем организме образуется в крови. Впервые обнаруженные нанокристаллы гидроксилапатита у здоровых доноров и экспериментальные данные позволили исследователям установить: кровь по своим физико-химическим параметрам является источником для возникновения этих кристаллов. Интересный парадокс: пресыщение по кальцию и фосфору в крови даже здорового человека достаточно, чтобы по законам термодинамики они там начали образовываться.

Магний или кальций?
Исследователям удалось не только обнаружить кристаллы гидроксилапатита, но и получить их, моделируя ионный состав крови. Если посмотреть на ионизированные элементы, содержащиеся в крови, то больше всего среди них кальция, фосфора, магния и хлорида натрия. Ученые заложили их в модель, добавили некоторые другие параметры (pH и температуру) и... никаких минералов не получили. Затем стали отдельно смотреть, какова же роль каждого из этих элементов, в частности, магния и хлорида натрия, про которые было известно, что они препятствуют появлению кристаллов. Оказалось: в эксперименте, при условиях нормальных показателей концентрации этих элементов в плазме крови, по отдельности, как магний, так и хлорид натрия, полностью подавляют образование гидроксилапатита. Но если в дело вмешивался белок альбумин, эффект прямо противоположный). "Открытие, что растущая кость интенсивно потребляет плазменные белки альбумин и фетуин-А, было сделано еще в 1970-е годы, - рассказывает исследователь. - Также установлено: при деминерализации кости (необходимой для ее изучения), они из нее высвобождаются. На эти статьи имеется много ссылок, а почему так происходит, объяснения до сих пор нет...".

Моделирование показало, что магний (причем вовсе не выходящий за пределы нормальных показателей в крови) препятствует избыточной минерализации организма. Избыточный же кальций, наоборот, способствуют этой патологии. Несмотря на то что последнее было доказано уже во многих научных работах, в медицинской практике кальций до сих пор назначается для лечения большого числа заболеваний. "Например, у больных с почечной недостаточностью часто возникает патология - избыток фосфора в крови. Во многих клиниках во всем мире этот элемент компенсируют введением кальциевых препаратов, не понимая, что фосфор выпадает в виде кристаллов гидроксилапатита. Большое их количество будет способствовать патологической минерализации артерий", - рассказывает Анатолий Титов.

А в совместном исследовании с Новосибирским НИИ травматологии и ортопедии было установлено, что остеопороз может происходить не столько от нехватки кальция, как сегодня считается, а от того, что нарушается кровоток кости, идет зарастание сосудов даже на капиллярном уровне. Эти наросты большей частью органические (например, холестерин), однако гидроксилапатит здесь тоже активно участвует. Все это приводит к тому, что образующиеся в крови нанокристаллы из-за склеротических явлений в кровеносных сосудах кости не могут участвовать в ее росте. "Сегодня известно: остеопороз и атеросклероз - это два связанных друг с другом заболевания. Дискуссионным является, что же из них первично? Мы своей работой ответили, что второе: сначала идет зарастание сосудов, в результате роста кости нет, а процессы рассасывания присутствуют", - комментирует исследователь.

Диана Хомякова

Источники

Камни внутри нас
ИА МАНГАЗЕЯ (mngz.ru), 30/04/2017
Камни внутри нас
Бумеранг (bumerang.nsk.ru), 30/04/2017
Камни внутри нас
Vestisibiri.ru, 30/04/2017
Камни внутри нас
Монависта (novosibirsk.monavista.ru), 30/04/2017

Похожие новости

  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    434
  • 31/07/2018

    Новосибирские физики создали насос для искусственного сердца

    Икусственный, орган, который сможет поддерживать человеческую жизнь десятилетиями! Ученые в Новосибирском институте теоретической и прикладной механики – на пути к решению этого вопроса. Почему именно физики занялись созданием искусственного мотора и возможно ли, что в будущем в груди безнадежно больных людей забьется «железное сердце»? Василий Фомин – академик РАН, не медик и не кардиолог – физик: в аэродинамических трубах изучает движение вихревых потоков воздуха, которые в небе действуют на самолет.
    610
  • 29/12/2018

    Провожая 2018-й: об интересных, ярких и значимых исследованиях сибирских ученых

    ​Специалисты из лаборатории биоинформатики Института вычислительных технологий СО РАН разработали программное обеспечение для создания моделей организма человека и его частей, например сердечно-сосудистой системы.
    1478
  • 30/01/2019

    «Ядерная» лучевая диагностика дает «молекулярные» изображения патологических очагов

    Слово «ядерная» в приложении к чему-либо обычного человека всегда настораживает. И диагностическая ядерная медицина в этом смысле не исключение. Автор этой статьи, не медик, но научный сотрудник с физическим образованием, следит за развитием этой активно развивающейся области современного здравоохранения в силу своих научных интересов, связанных с математическим моделированием.
    522
  • 20/05/2019

    Ядерные реакции в конденсированных средах — основа новой энергетики

    ​Дистанционный доклад ведущий технолога Института геологии и минералогии СО РАН имени академика В. С. Соболева, доктора геолого-минералогических наук, член-корреспондента РАЕН Виталия Алексеевича Киркинского «Холодный ядерный синтез и трансмутации элементов: эксперименты, теория, патенты, природные проявления» на конференции «Холодному синтезу — 30 лет: итоги и перспективы», прошедшей в Москве 23 марта 2019 года.
    391
  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    2832
  • 14/07/2016

    Ученые создали стальную замену человеческому сердцу

    ​Новосибирские медики и ученые придумали разработку, которая сможет спасти многих пациентов с тяжелым диагнозом - терминальная стадия сердечной недостаточности.Ученые Новосибирска придумали стальное сердце, которое продлит жизнь пациентов и поможет дождаться пересадки донорского.
    1540
  • 19/08/2019

    Искусственное сердце позволит не дожидаться донора

    ​В НМИЦ им. Мешалкина на выходе новые уникальные разработки, благодаря которым лечение сердечников станет гораздо дешевле и безопаснее. Специалисты клиники Мешалкина готовят к регистрации и запуску на отечественный медицинский рынок несколько новых разработок.
    273
  • 09/01/2018

    Ученые ИЯФ СО РАН планируют лечить рак с помощью электронной пушки

    ​Новосибирские ученые из Института ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН разработали электронную пушку. С ее помощью исследователи планируют лечить в том числе онкологические заболевания. Как сообщает сайт телеканала «Звезда», эффективность этого метода уже проверяли на животных.
    860
  • 27/07/2017

    Учёные ИЛФ СО РАН разрабатывают методы диагностики диабета с помощью терагерцового излучения

    Исследователи из Института лазерной физики СО РАН развивают метод импульсной терагерцовой спектроскопии для диагностики сахарного диабета по характеристикам воды в плазме крови. Также учёные работают над созданием технологии неинвазивного определения этого заболевания.
    1428