РЕЗЮМЕ. Цель исследования – определение микроэлементного состава костной ткани у жителей Забайкалья, имеющих тяжёлую патологию тазобедренного сустава.
Материалы и методы. Проведено обследование 21 пациента, из них 11 (52,4%) мужчин и 10 (47,6%) женщин, перенесших эндопротезирование тазобедренного сустава. Средний возраст – 58,6 года. Нозологические формы представлены идиопатическим коксартрозом и асептическим некрозом головки бедренной кости. Определение содержания микроэлементов выполнено рентгенофлуоресцентным методом полного внешнего отражения.
Результаты. Анализ выявил значительный дисбаланс микроэлементного состава костной ткани у пациентов с идиопатическим коксартрозом и асептическим некрозом. Среднее содержание титана (Ti), хрома (Cr), марганца (Mn), железа (Fe), меди (Cu), цинка (Zn), брома (Br), стронция (Sr) и свинца (Pb) отмечалось ниже референтных значений для средней сухой костной ткани. Наиболее существенное снижение (в 2–5 раза) наблюдалось для хрома, брома, свинца, титана, железа, цинка и стронция. Напротив, уровень кобальта был в 4,2 раза выше референтного значения. Статистический анализ с использованием U-критерия Манна–Уитни не выявил значимых отличий ни от одного литературного источника (U = 55, p = 0,34), что свидетельствует о высокой вариабельности микроэлементного состава.
Выводы. В результате исследования установлен специфический дисбаланс микроэлементов в костной ткани у пациентов, перенесших эндопротезирование тазобедренного сустава. Выявленный дефицит эссенциальных элементов (цинка, меди, стронция) и патологическое накопление кобальта могут играть роль в патогенезе дегенеративных изменений суставов и должны учитываться при разработке комплексных реабилитационных и профилактических мероприятий для данной категории пациентов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: микроэлементный состав костной ткани, рентгенофлуоресцентный анализ, тазобедренный сустав.
Для цитирования: Бондаревич Е.А., Доржеев В.В., Шитин В.С., Старицын А.Ф. Анализ микроэлементного состава костной ткани у пожилых пациентов с патологией тазобедренного сустава. Микроэлементы в медицине. 2026;27(1):52-56. DOI: 10.19112/2413-6174-2026-27-1-52-56.
ВВЕДЕНИЕ
Костная ткань организма человека является активным участником минерального метаболизма, регулируя уровень макро- и микроэлементов в межклеточной жидкости и крови. Минеральной основной костной ткани служит гидроксиапатит и его производные (карбонатный, стронциевый, магниевый апатиты, фторапатит и др.). Органическая основа – коллаген I типа и другие неколлагеновые белки и протеогликаны. В результате процессов ремоделирования формируется нанобиокомпозит из волокон белковоуглеводного комплекса и кристаллов апатитов (Конев и др., 2018).
Костная ткань, выступая как депо микроэлементов, выполняет функцию по переводу токсичных элементов в малорастворимые и нерастворимые соединения, что понижает подвижность микроэлементов и способствует снижению их негативного воздействия на метаболизм. Этот процесс позволяет удалять экотоксиканты из организма, и данное направление биогеохимии и экологии человека включает в себя обширный материал для региона исследования (Тармаева и др., 2019; Михайлова и др., 2025).
Состав костной ткани, так же как и зубов, определяется биогеохимическими условиями региона проживания человека, его возрастом, полом и особенностями питания. При развитии патологий костной ткани (остеопороз, остеопетроз) или суставного аппарата (артрозы, подагры) микроэлементный состав может существенно изменяться (Zaichick, 2013; Ихалайнен и др., 2018; Ciosek et al., 2021).
Цель исследования – определение микроэлементного состава костной ткани у пациентов, перенесших эндопротезирование тазобедренного сустава.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
При проведении исследования были взяты пробы костной ткани и костно-хрящевые элементы пациентов, перенесших эндопротезирование тазобедренного сустава, всего 21 пациент, из них 11 (52,4%) мужчин и 10 (47,6%) женщин. Средний возраст составил 58,6 года. Нозологические формы представлены идиопатическим остеоартрозом тазобедренного сустава (коксартрозом) и асептическим некрозом головки бедренной кости.
Критерии включения: соответствие пациента протоколу исследования, постоянное проживание (5 и более 5 лет) в Забайкальском крае и Республике Бурятия, наличие информированного согласия на проведение исследования и обработку полученных данных.
Критерии исключения: отказ пациента от исследования, наличие вторичного артроза тазобедренного сустава на фоне системных заболеваний (ревматоидный артрит, подагра, псориаз, анкилозирующий спондилоартрит и др.), наличие диспластического и посттравматического коксартроза.
Исследование проводили в соответствии с принципами биомедицинской этики. От каждого пациента получено информированное добровольное согласие. Исследуемые не принимали в течение трех месяцев до операции фармацевтические минеральные комплексы и биологически активные добавки.
Костную ткань забирали из проксимального отдела бедренной кости в области перехода в диафизарную часть (калькарная зона). Забор осуществляли коробчатым долотом. Костно-хрящевые пробы забирали из первой фрезы при обработке ацетабулярной впадины. Проводили пробоподготовку биоптатов. После отбора пробы хранили при –18 °С в холодильнике. Далее из проб биоптатов, после высушивания в сухожаровом шкафу при 100 °С в течение 3 ч, формировали навески массой 0,100±0,010 г (аналитические весы «XB 120A Precisa»). Пробы помещали в кварцевые стаканчики и подвергали мокрому озолению в 1,0 мл концентрированной азотной кислоты, в термостате при 115 °С, до полного растворения пробы. Растворенный образец количественно переносили в мерную полипропиленовую пробирку, троекратно смывая со стенок стаканчика раствор, и доводили деионизованной водой до 10,0 мл. Далее 500,0 мкл раствора пробы помещали в пробирку типа Eppendorf, приливали 50,0 мкл стандарта, после этого раствор наносили на кварцевый прободержатель. Определение содержания химических элементов (титана (Ti), хрома (Cr), марганца (Mn), железа (Fe), кобальта (Co), меди (Cu), цинка (Zn), мышьяка (As), брома (Br), рубидия (Rb), стронция (Sr), свинца (Pb)) проводили рентгенофлуоресцентным методом полного внешнего отражения на спектрометре S2 Picofox (Bruker Nano GmbH, Германия). Концентрацию элементов рассчитывали методом внутреннего стандарта, в качестве которого использовался стандартный образец соли германия, разбавленный деионизированной водой (Ω = 18,2 МОм) с концентрацией 2,50 мг·л–1. Для каждой пробы выполняли трехкратное измерение аналитического сигнала.
Статистическую обработку проводили с использованием программ «STATISTICA 13.0» и MS EXEL. Вычисляли среднее арифметическое значение (М), среднеквадратическое отклонение (σ), медиану (Me), первый и третий квартили (Q1–Q3) и коэффициент вариации (Cv). Полученные данные сравнивали с количеством микроэлементов в сухой костной ткани (Дериглазова, Рихванов, 2020).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Выявлено, что в исследуемых образцах среднее содержание титана, хрома, марганца, железа, кобальта, меди, цинка, брома, стронция и свинца меньше, чем в сухой костной ткани. Наибольшие отличия зафиксированы для таких элементов, как Cr (в 4,9 раза), Br и Pb (в 3,4 раза). Содержание Ti, Fe, Zn, Sr в сухой костной ткани в 2–2,8 раза больше, чем в исследуемых образцах, при этом практически одинаковыми были показатели для As и Rb, незначительно отличалось содержание Mn и Cu. Среднее количество Co в костной ткани обследованных пациентов оказалось в 4,2 раза больше, чем в сухой костной ткани (табл. 1 в приложенном pdf-файле).
Сравнение полученных данных по среднему содержанию микроэлементов в костной ткани с литературными данными (Дериглазова, Рихванов, 2020) не выявило значимых отличий по критерию Манна–Уитни (U=55, p=0,34).
В связи с высокой вариабельностью значений концентрации микроэлементов более объективной является величина медианы, однако выявленные отличия от среднего содержания в сухой костной ткани имели те же тенденции. Сравнение с другими экспериментальными данными выявило большее содержание в исследуемых пробах Cr (0,005–0,015 мг/кг), тогда как количество Zn было в пределах нормы (77–180 мг/кг) (Герк, Голованова, 2015). Уровень свинца в головке и шейке пациентов обоих полов со средним возрастом 60–65 лет изучен в работе, где представлена обширная выборка по Польше и Китаю (Ciosek et al., 2021) и составил от 0,85 до 15,11 мг/кг соответственно. Сопоставимыми с полученными данными отмечались показатели жителей воеводства «Великая Польша» (Польша) – 0,86–1,57 мг/кг (головка бедренной кости) и 0,85–1,41 мг/кг (шейка) (Ciosek et al., 2021). В Верхней Силезии (Польша) количество свинца в костной ткани было кратно больше – 2,76–15,11 мг/кг, аналогичные показатели отмечались для
о. Тайвань – 6,76–7,10 мг/кг (Ciosek et al., 2021). Наиболее близкие значения полученных данных по накоплению свинца соотносятся с его количеством в губчатой кости бедренной головки жителей различных регионов Польши и г. Шанхая (Китай) (Roczniak et al., 2017; Ciosek et al., 2021). Содержание свинца в кортикальном слое было кратно большим (Дериглазова, Рихванов, 2020), иногда на порядок (Ciosek et al., 2021).
Географическими особенностями региона исследуемой группы пациентов является большая площадь территорий с низкой плотностью населения, наличие множества разрабатываемых месторождений полезных ископаемых, в том числе открытым способом (Михайлова и др., 2019), высокий уровень инсоляции. Пищевые стереотипы региона – более высокий процент животного белка и относительно низкий уровень потребления морских продуктов, а также фруктов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Установлены различия в микроэлементном статусе костной ткани исследуемой группы пациентов по сравнению с референсными значениями для усредненной сухой костной ткани. Наиболее значительное снижение содержания в костной ткани исследуемых пациентов зафиксировано по микроэлементам – Cr, Br, Pb, Ti, Fe, Zn и Sr. Для Co выявлена противоположная динамика – его средняя концентрация в костной ткани пациентов в 4,2 раза превысила референсный уровень, что может указывать на специфические метаболические нарушения у пожилых пациентов.
Статистический анализ по критерию Манна–Уитни не выявил значимых отличий в сравнении с данными литературных источников, что подчеркивает высокую вариабельность микроэлементного состава и важность учета региональных, возрастных и патологических особенностей. Сравнительный анализ с данными других исследований показал, что содержание токсичного свинца в костной ткани пациентов из Забайкальского края (0,40–4,02 мг/кг) соответствует уровням, характерным для регионов с относительно благоприятной экологической обстановкой, и значительно ниже, чем в промышленно развитых регионах.
ЛИТЕРАТУРА
Герк С.А., Голованова О.А. Элементный состав костной ткани человека в норме и при патологии. Вестник Омского университета. 2015; 78(4): 39–44.
Дериглазова М.А., Рихванов Л.П. Поведение элементов при высокотемпературном озолении костной ткани. Микроэлементы в медицине. 2020; 21(1): 55–64. DOI: 10.19112/2413-6174-2020-21-1-55-63.
Ихалайнен E.C., Гайворонский И.В., Хоминец В.В., Семенов А.А., Фандеева О.М. Сравнительная характеристика химического состава костной ткани мыщелков бедренной кости в норме и при деформирующем артрозе. Вестник российской военно-медицинской академии. 2018; 62(2): 177–181.
Конев В.П., Московский С.Н., Шестель И.Л., Шишкина Ю.О., Коршунов А.С. Исследование минерального компонента и органического матрикса костной ткани с использованием методов атомно-силовой микроскопии. Судебная медицина. 2018; 1: 22–25.
Михайлова Л.А., Бондаревич Е.А., Коцюржинская Н.Н., Соловьёва Н.В., Самойленко Г.Ю., Лескова О.А., Нимаева Б.В. Элементный состав волос детей как индикатор техногенно изменённых территорий Восточного Забайкалья. Экология человека. 2025; 32(8): 585–597. DOI: 10.17816/humeco688310.
Михайлова Л.А., Солодухина М.А., Алексеева О.Г. и др. Гигиеническая оценка содержания химических веществ в почве горнопромышленных районов Забайкальского края. Гигиена и санитария. 2019; 98(4): 400–410. DOI: 10.18821/0016-9900-2019-98-4-400-410.
Тармаева И.Ю., Скальный А.В., Богданова О.Г., Грабеклис А.Р., Белых А.И. Элементный статус взрослого трудоспо-собного населения Республики Бурятия. Мед. труда и промышленная экология. 2019; 59(5): 308–313DOI: 10.31089/1026–9428–2019–59–5–308–313.
Ciosek Ż., Kot K., Kosik-Bogacka D., Łanocha-Arendarczyk N., Rotter I. The Effects of Calcium, Magnesium, Phosphorus, Fluoride, and Lead on Bone Tissue. Biomolecules. 2021; 11(4): 506. DOI: 10.3390/biom11040506.
Roczniak W., Brodziak-Dopierała B., Cipora E., Mitko K., Jakóbik-Kolon A., Konieczny M., Babuśka-Roczniak M. The Content of Structural and Trace Elements in the Knee Joint Tissues. Int J. Environ. Res. Public Health. 2017; 14: 1441. DOI: 10.3390/ijerph14121441.
Zaichick V. Chemical Elements of Human Bone Tissue Investigated by Nuclear Analytical and Related Methods. Biological Trace Element Research, 2013; 153: 84–99. DOI: 10.1007/s12011-013-9661-4.
Информация об авторах:
Е.А. Бондаревич – к.б.н., доцент, доцент кафедры химии и биохимии
ORCID: 0000-0002-0032-3155; SPIN: 2664-0626
В.В. Доржеев – к.м.н., доцент, доцент кафедры травматологии и ортопедии
ORCID: 0000-0002-3324-658X; SPIN: 8223-4195
В.С. Шитин – врач-ординатор кафедры травматологии и ортопедии
А.Ф. Старицын – ординатор кафедры травматологии и ортопедии
Конфликт интересов
Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
