Остеопороз – возрастное нарушение обменных процессов в костной ткани. При остеопорозе снижается плотность костей и возрастает риск переломов. Обычно переломы возникают в бедре, запястье и позвоночнике. Чаще всего остеопороз развивается у женщин старше 50 лет из-за гормональной перестройки после прекращения менструаций. Как и сердечно-сосудистые нарушения, рак и диабет, остеопороз – широко распространенное заболевание. Им страдает одна треть женщин в постменопаузный период.

Полиамины поддерживают плотность костей

Гомеостаз костей регулируют два типа клеток: костеобразующие остеобласты и разрушающие кость остеокласты. Нарушение баланса этих клеток вызывает заболевания костей, в том числе остеопороз.

Японские ученые исследовали, как при остеопорозе могут помочь полиамины.

Полиамины – небольшие молекулы, которые регулируют синтез РНК и белков, деление и дифференцировку клеток, устойчивость к стрессу, участвуют в поглощении свободных радикалов. Полиамины поддерживают тканевый гомеостаз слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. Из-за недостатка и избытка полиаминов могут возникнуть рак, нейродегенерация, метаболические нарушения и старение. Основные полиамины в клетках человека – спермин, спермидин и путресцин.

Чтобы смоделировать постменопаузу, исследователи использовали мышей с удаленными яичниками. Количество остеокластов у этих мышей увеличивалось. Губчатое вещество костей становилось более пористым, плотность костей снижалась – развивался остеопороз.

В течение 28 дней в питьевую воду мышам с остеопорозом добавляли полиамины спермидин и спермин. Количество остеокластов снизилось. Спермидин и спермин подавляли дифференцировку и созревание разрушающих кости остеокластов, не изменяя выживаемость клеток. Спермидин и спермин не влияли на дифференцировку и созревание костеобразующих остеобластов. Природные полиамины спермидин и спермин предотвращали потерю костной массы. При этом баланс остеокластов и остеобластов у контрольной группы здоровых мышей не изменился.

Микробиота синтезирует полиамины

Проглоченная пища – основной источник полиаминов. Полиамины содержатся в сое, грибах, зародышах пшеницы, говядине, свинине, куриной печени, апельсинах и листьях зеленого чая. Большинство полиаминов всасывается в верхних отделах кишечника и участвует в процессах роста в организме.

Микробиота кишечника производит полиамины в толстом кишечнике. Микробиота – сообщество микроорганизмов, населяющих кишечник. Микробиота отвечает за метаболизм непереваренных компонентов пищи и снабжает организм аминокислотами, витаминами и другими питательными веществами.

Пищевые волокна попадают в толстую кишку и ферментируются микробиотой с образованием короткоцепочечных жирных кислот. Короткоцепочечные жирные кислоты могут изменять метаболизм и состав кишечной микробиоты и стимулировать синтез полиаминов.

Концентрация полиаминов в кишечнике зависит от соотношения числа бактерий, которые производят полиамины, и бактерий, которые полиамины поглощают. Пробиотики балансируют кишечную микробиоту и способствуют синтезу полиаминов.

Пищевые волокна и пробиотики подавляют патогенную микрофлору, восстанавливают барьерную функцию кишечника и увеличивают продолжительность жизни.

Тепло и микробиота укрепляют кости

Американский натуралист XIX века Джоэл Асаф Аллен выявил зависимость площади поверхности тела теплокровных животных от климата. В жарком климате у животных большая площадь поверхности, чтобы отводить тепло от тела, а в холодном – маленькая, чтобы тепло сохранять.

Швейцарские ученые исследовали влияние высокой температуры окружающей среды на плотность костей. В одном эксперименте новорожденных мышей содержали при температуре 34 °C. Кости у этих мышей стали более длинными и крепкими. Это подтверждает, что рост костей зависит от температуры окружающей среды.

В другом эксперименте взрослых мышей поместили в теплую среду. Хотя размер костей не изменился, плотность и прочность костей возросли. Чтобы узнать, как воздействует тепло при постменопаузном остеопорозе, эксперимент повторили на мышах, у которых удалили яичники. Тепло защищало мышей от потери костной массы.

Проанализировав данные о мировой заболеваемости остеопорозом, ученые выяснили, что чем теплее климат, тем меньше у населения переломов бедра – частого последствия остеопороза. Тепло играло ведущую роль в снижении заболеваемости остеопорозом. При этом потребление кальция и уровень витамина D оказались вторичны.

Ученые исследовали, как влияет микробиота на эти метаболические изменения. Микробиоту мышей, живущих в среде с температурой 34 °C, трансплантировали остеопорозным мышам. У мышей увеличилась плотность костей. Это расширяет правило Аллена: у взрослых животных тепло способствует не удлинению тела, а плотности и прочности костей за счет изменений микробиоты.

Микробиота регулирует уровень полиаминов, которые отвечают за старение и здоровье костей. В тепле синтез полиаминов увеличивается, а их разложение уменьшается. Поэтому в тепле уменьшается количество разрушающих кости остеокластов и повышается плотность костей. Тепло и баланс кишечной микробиоты – важные факторы в профилактике и лечении остеопороза.

Источники:

https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(20)30425-3

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6397830/

https://bpspubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1476-5381.2012.01856.x