Маркеры метаболизма костной ткани у юных высококвалифицированных спортсменов

ВВЕДЕНИЕ

Одним из эффективных диагностических инструментов для оценки функционального состояния костной системы в клинической практике является исследование маркеров костного метаболизма [1–4]. Однако высокие темпы роста у детей (особенно у подростков) сопровождаются повышением интенсивности метаболизма в костной ткани и ассоциированы с более высокими значениями маркеров костного метаболизма по сравнению со взрослыми. Интенсивные и продолжительные физические нагрузки, осуществляемые высококвалифицированными спортсменами, также могут оказывать влияние на уровень данных метаболитов [5][6]. Формирование синдрома относительного дефицита энергии спортсменов (RED-s (англ. Relative energy deficiency in sport)) в подростковом возрасте ассоциировано со снижением интенсивности набора костной массы и нарушением микроархитектоники костной ткани [2–4]. Развитие гипоталамической аменореи (для девушек) и функционального гипогонадотропного гипогонадизма (для юношей) в рамках RED-s в сочетании с низкой обеспеченностью витамином D является дополнительным фактором риска переломов у профессиональных спортсменов, особенно не достигших 18-летнего возраста [2][5–8].

В настоящее время в Российской Федерации проводятся исследования, направленные на определение нормативных значений для ряда биохимических лабораторных показателей у высококвалифицированных юных спортсменов [9][10].

Цель исследования — оценить состояние метаболизма костной ткани по уровням β-CrossLaps, остеокальцина и P1NP в сыворотке крови у здоровых высококвалифицированных спортсменов, не достигших 18-летнего возраста.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проведено одномоментное одноцентровое исследование, в котором участвовали юные спортсмены сборных команд Российской Федерации, проходившие углубленное медицинское обследование в ФГБУ «ФНКЦ детей и подростков ФМБА России» в период с марта 2021 по июль 2023 г. Всего в исследование было включено 383 юных спортсмена в возрасте 13–18 лет, из них 248 девочек и 135 мальчиков; средний возраст 15,2 [ 14,0; 16,1] года. Все спортсмены были разделены на половозрастные группы: мальчики: 13,1–14,0 (n = 3), 14,1–15,0 (n = 11), 15,1–16,0 (n = 43), 16,1–17,0 (n = 42), 17,1–18,0 года (n = 36); девочки: 13,1–14,0 (n = 17), 14,1–15,0 (n = 51), 15,1–16,0 (n = 65), 16,1–17,0 (n = 59), 17,1–18,0 года (n = 56).

По половому развитию спортсмены были распределены следующим образом: 5 (1,3%) спортсменов не вступили в пубертат, у 17 (4,4%) определена II стадия полового развития, у 57 (14,8%) — III стадия, у 174 (45,4%) — IV стадия, остальные 130 спортсменов имели завершенное половое развитие. Оценка полового развития проведена согласно классификации Tanner [11].

Критерии включения участников в исследование: спортсмены сборных команд РФ в возрасте от 13 до 18 лет. Критерии исключения из исследования: наличие переломов в течение года до включения в исследование.

Для проведения клинико-лабораторного анализа забор крови осуществляли из периферической вены утром натощак. У всех юных спортсменов определяли уровень остеокальцина (Roche, Швейцария), N-терминального пропептида человеческого проколлагена 1-го типа (P1NP) (Roche, Швейцария) и С-концевого телопептида (β-CrossLaps) (Roche, Швейцария) в сыворотке крови (в нг/мл). Исследование β-Cross laps выполнено методом электрохемилюминесценции на анализаторе Сobas e 411 (Roche Diagnostics, Германия). Исследование уровня N-терминального пропептида человеческого проколлагена 1-го типа (P1NP) и остеокальцина проведено методом твердофазного иммуноферментного анализа. Оценка полового развития спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, осуществлялась по классификации Tanner [11]. Уровень P1NP оценивался по референтным интервалам, предложенным Chubb et al. [12]. Уровень остеокальцина определялся по референтным интервалам, предложенным Bayer et al. [13]. Уровень β-Cross laps подсчитывался по реферетным интервалам, предложенным Crofton et al. [14].

Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica version 10.0 (StatSoft Inc., США). Так как изучаемые количественные показатели имели ненормальное распределение (согласно критерию Колмогорова — Смирнова), все данные представлены в виде медианы (Ме) и 1-го и 3-го квартилей [Q₁; Q₃]. Для оценки статистической значимости различий количественных признаков применяли критерий Манна — Уитни и Краскела — Уоллиса, в т.ч. с поправкой Бонферрони. Качественные признаки представлены в виде долей (%) с указанием абсолютного значения. Для оценки различий между качественными признаками построены таблицы сопряженности с последующей оценкой по критерию хи-квадрата (χ²) Пирсона. Статистический уровень значимости различий принимали при р ≤ 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Оценка уровней β-CrossLaps у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, в зависимости от возраста и пола показала, что у мальчиков отмечался статистически значимо более высокий уровень β-CrossLaps (р < 0,01) по сравнению с показателями у девочек (табл. 1). Выявленные гендерные различия по уровню β-CrossLaps наиболее вероятно обусловлены большим количеством костной массы у юношей по сравнению с девушками. Максимальные значения β-CrossLaps у мальчиков (2,27 [ 1,14; 3,45] нг/мл) и девочек (1,55 [ 1,10; 2,02] нг/мл) достигаются в возрасте 13–14 лет.

При оценке уровней β-CrossLaps у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, по сравнению с референтными интервалами, предложенными для детей P.M. Crofton et al. [14], выявлены существенные различия, выражающиеся в увеличении данного показателя у спортсменов по сравнению с его значениями у детей в общей педиатрической популяции, независимо от пола и возраста (рис. 1).

Как показано на рисунке 1, большинство индивидуальных значений β-CrossLaps как у мальчиков, так и у девочек превышали верхнюю границу референтного интервала.

Максимальные значения β-CrossLaps определены у юных спортсменов с III стадией полового развития на уровне 2,31 [ 1,91; 3,4] нг/мл у мальчиков и 1,98 [ 1,51; 2,31] нг/мл у девочек (табл. 2). Подобные изменения связаны с активным метаболизмом костной ткани в период пиковой скорости роста и развития мышечной ткани у подростков.

При оценке уровней остеокальцина в зависимости от пола у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, у мальчиков выявлены статистически значимо более высокие уровни остеокальцина по сравнению с девочками во всех возрастных группах (табл. 3). Максимальные значения остеокальцина у мальчиков (125 [ 89; 144] нг/мл) достигаются в возрасте 14–15 лет; у девочек (86 [ 62; 131] нг/мл) — в возрасте 13–14 лет, что также обусловлено более ранними сроками начала пубертата у девочек.

Уровни остеокальцина у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, не выходили за границы референтного интервала [13] (рис. 2). Как показано на рисунке 2, большинство индивидуальных значений остеокальцина как у мальчиков, так и у девочек находились в пределах в референтных границ.

При проведении оценки уровней P1NP в зависимости от пола у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, у мальчиков выявлены статистически значимо более высокие уровни P1NP по сравнению с девочками во всех возрастных группах (табл. 4). Максимальные значения P1NP определялись в возрасте 13–14 лет как у мальчиков (767,8 [ 148,1; 1142,4] нг/мл), так и у девочек (450,5 [ 268,6; 569,3] нг/мл).

При оценке уровней P1NP у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, по сравнению с референтными интервалами, предложенными Chubb c соавт. для детей [12], не выявлено гендерных различий (рис. 3). Как показано на рисунке 3, большинство индивидуальных значений P1NP и у мальчиков, и у девочек не выходили за пределы референтных значений.

При оценке уровней остеокальцина и P1NP в зависимости от стадии полового развития по классификации Tanner было показано, что максимальные значения остеокальцина (102 [ 77; 131] нг/мл) определяются у спортсменов с III стадией полового развития, а максимальный уровень P1NP (642,3 [ 537,9; 789,3] нг/мл) — у спортсменов со II стадией полового развития (табл. 5), которые соответствуют пиковому значению скорости роста у подростков.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Наиболее распространенным и широко используемым в клинической практике маркером резорбции кости у детей, отражающим активность остеокластов и входящим в программу углубленного медицинского обследования юных спортсменов, является β-CrossLaps. Систематическое повышенное содержание β-CrossLaps у взрослых спортсменов является индикатором длительного воздействия нагрузок высокой интенсивности и несоответствия их общему уровню физической подготовленности, что может привести к хроническому перенапряжению или микротравмам, нарушающим структуру и функцию тканей [15]. При исследовании уровней β-CrossLaps у юных высококвалифицированных спортсменов выявлено повышение данного показателя во всех возрастных группах, особенно у 14–15- летних спортсменов. Средние показатели β-CrossLaps у спортсменов в 2–3 раза превышают нормативные показатели для лиц с повседневным уровнем физической активности [15]. Авторы объясняют повышение данного маркера анаболической направленностью метаболических процессов в организме юных спортсменов. При оценке в зависимости от характера спортивной деятельности С.А. Ключниковым с соавт. также было продемонстрировано, что максимальные значения β-CrossLaps выявляются у спортсменов, занимающихся игровыми видами спорта, при этом средние значения β-CrossLaps у юношей выше, чем у девушек [15]. Результаты нашей работы также продемонстрировали описанные ранее гендерные различия и тот факт, что уровень β-CrossLaps у юных спортсменов выше, чем в общепедиатрической популяции. Максимальные значения β-CrossLaps у юных спортсменов регистрируются на II–III стадиях пубертата, что, по данным литературы [14], совпадает с ростовым «скачком» и ассоциировано с пиковой прибавкой костной массы.

Таким образом, повышение активности костной резорбции, выявленное у юных спортсменов по сравнению со сверстниками с обычной физической активностью, может быть обусловлено интенсивностью и характером физических нагрузок.

Остеокальцин является неколлагеновым белком костного матрикса, синтезируется остеобластами и отражает активность остеосинтеза. Уровень остеокальцина постепенно нарастает в детском возрасте, достигая максимальных значений в пубертатном периоде. Концентрация остеокальцина у детей коррелирует со скоростью роста и прогрессивно увеличивается в пубертатном периоде независимо от пола. Максимальные уровни данного биомаркера регистрируются в возрасте 13–14 лет и варьируют от 25 до 241 нг/мл [13].

В нашей работе продемонстрировано, что максимальный уровень остеокальцина регистрируется у девочек в возрастной группе 13–14 лет, у юношей — в 14–15 лет. Значения остеокальцина увеличиваются при прогрессировании полового развития от I до III степени с последующим снижением к окончанию пубертата. У детей и подростков более 90% синтезируемого остеокальцина включается в костный матрикс, только малая его часть циркулирует в общем кровотоке. Кроме того, уровень остеокальцина подвержен выраженным суточным колебаниям, в связи с чем исследование целесообразно проводить в утренние часы. Уровень остеокальцина у юных спортсменов выше по сравнению со взрослыми [5].

N-терминальный пропептид человеческого проколлагена 1-го типа является маркером формирования костного матрикса. Вариабельность и более высокие уровни P1NP в детском возрасте обусловлены активными процессами роста и развития ребенка. Ускорение темпов роста в раннем детском возрасте и в период полового развития сопровождается значительным повышением уровня P1NP. Максимальные значения данного биомаркера у мальчиков регистрируются на первом году жизни, достигая значений 3000 нг/мл, с постепенным снижением к 11-летнему возрасту до 950 нг/мл. В возрастной группе с 11 до 16 лет отмечается повторное повышение P1NP до 1400 нг/мл. Нижняя граница нормы P1NP в данной возрастной группе у мальчиков составляет 300 нг/мл. У девочек максимальные значения P1NP также регистрируются на первом году жизни (от 600 до 3000 нг/мл) с постепенным снижением к 9-летнему возрасту. С 9 до 14 лет отмечается повышение уровня P1NP сыворотки крови (нормативный интервал от 300 до 1200 нг/мл) [12]. Описанные гендерные особенности секреции P1NP в детском возрасте обусловлены различными сроками начала полового развития у мальчиков и девочек. Так, максимальные значения P1NP у мальчиков регистрируются на III стадии полового развития по Tanner; у девочек — на II стадии полового развития по Tanner [12].

В нашем исследовании также продемонстрировано, что максимальные уровни P1NP у юных спортсменов отмечаются в возрасте 13–15 лет с дальнейшим постепенным снижением к периоду завершению полового развития.

Таким образом, уровни маркеров синтеза костной ткани у юных спортсменов соответствуют общепедиатрическим референтным интервалам, а их вариабельность в детском возрасте обусловлена повышенным метаболизмом в костной ткани в период активного роста.

Важным ограничением данного исследования является отсутствие на момент забора крови сведений о приеме юными спортсменами колекальциферола и других биологически активных добавок, влияющих на метаболизм в костной ткани. Кроме того, в рамках работы не оценивали влияние вида спорта на уровни исследуемых маркеров метаболизма костной ткани в связи с небольшим объемом выборки спортсменов. Тем не менее полученные клинические результаты демонстрируют тенденцию к более высоким значениям остеокальцина и P1NP у спортсменов, занимающихся сложно-координационными видами спорта. Последующее изучение данного аспекта, несомненно, может иметь практическое значение для выработки индивидуального подхода при интерпретации лабораторных показателей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Уровень β-Cross laps — основного маркера костной резорбции — у юных высококвалифицированных спортсменов значительно повышен по сравнению с популяционными нормами для детей и подростков с обычным уровнем физической активности. При оценке уровня β-CrossLaps у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, целесообразно использование референтных значений с учетом пола и стадии полового развития. Уровни β-CrossLaps у девушек статистически значимо ниже по сравнению с юношами, что может быть обусловлено большим количеством костной и мышечной массы у лиц мужского пола.

Референтные значения остеокальцина и P1NP у юных спортсменов соответствуют показателям, полученным в общей детской популяции. Однако при оценке уровней остеокальцина и P1NP у спортсменов, не достигших 18-летнего возраста, целесообразно использование референтных значений с учетом стадии полового развития, так как для этих маркеров ремоделирования костной ткани характерно физиологическое повышение на фоне высоких темпов роста в период полового развития.

Полученные данные могут быть использованы при интерпретации результатов углубленного медицинского обследования у спортсменов сборных команд РФ для выявления нарушений ремоделирования костной ткани и формирования программ индивидуальной профилактики и коррекции в рамках медико-биологического сопровождения спорта высших достижений.