Кальция в организме млекопитающих больше, чем всех остальных минералов вместе взятых. В теле взрослого человека кальция свыше одного килограмма, и 99% этого количества входит в скелет, состоящий из 206 костей и косточек. Эластичность костей обеспечивается коллагеном — белком, волокна которого прочнее стальной проволоки.
Ионы кальция содержатся в листьях, корнях растений, семенах и некоторых плодах. Травоядные животные поглощают с растительной пищей кальция больше, чем необходимо для обеспечения их физиологических потребностей, и им приходится приспосабливаться не к дефициту этого элемента, а к его избытку. Крупные приматы, питаясь преимущественно растительной пищей, получают в среднем 4000—5000 мг кальция в день. Люди, включив в доисторические времена мясо в рацион, несколько уменьшили потребление кальция.
Между тем в крови ионы кальция присутствуют в очень низких концентрациях.
Его физиологический баланс в организме обеспечивают регуляторы усвоения кальция в кишечнике и удаления лишнего кальция из кровообращения. Почки плохо справляются с выделением избытка кальция, и он может выпадать в осадок в почечных канальцах.
Кости также играют важную роль в регулировании баланса кальция. Избыток кальция в крови активирует особые клетки — остеобласты, локализованные в надкостнице. Они синтезируют костную ткань. Именно скелет животных является депо ионов кальция. При снижении кальция в крови активируются другие клетки — остеокласты, которые, выделяя кислоту, переводят «стальной коллаген» в растворимое состояние.
Макроэлемент-женоненавистник
У взрослого человека каждый год полностью обновляется около 10% костной ткани — 300 мг в день. Этот процесс регулируется нейрогуморальной системой, гормональные компоненты которой различны у мужчин и женщин. У мужчин активность остеобластов и синтез костной ткани активируются тестостеронами, у женщин — эстрогенами.
У женщин, кроме этого, есть дополнительная гормональная система, которая стимулирует остеокласты, ускоряя мобилизацию кальция при беременности и кормлении грудью. Так эволюция заботится о новом поколении. Но выходя за пределы репродуктивного возраста, женский организм не способен полностью остановить стимуляцию остеокластов. В то же время после менопаузы прекращается образование эстрогенов. Это снижает активность остеобластов. У мужчин синтез тестостеронов замедляется после 50 лет, но не останавливается до глубокой старости. Поэтому в пожилом возрасте женщины теряют кальций костей намного быстрее, чем мужчины.
Рекомендуемое потребление кальция
Ионы кальция, необходимые для работы сердца, мозга, нервных волокон, клеток и тканей многих других органов, заимствуются из костного депо, а не из пищеварительной системы. Нормируют объем ионов кальция остеокласты. В среднем в день они переправляют из костей в кровь около 300 мг кальция, вырабатываемого в миллионах микроскопических углублений — лакун, расположенных на поверхности костей. Губчатые кости теряют кальций быстрее, чем монолитные, защитные, такие как ребра или череп.
Пища должна обеспечивать компенсацию этих потерь.
Первые исследования баланса кальция, проводившиеся в середине прошлого века, предполагали, что равновесие достигается при потреблении около 300 мг кальция в день. Однако в то время не был известен механизм его усвоения в кишечнике и то, что физиологические функции организма обеспечиваются мобилизацией кальция из костей, а не из пищи.
В 1960—70-х гг. были проведены десятки исследований баланса кальция у людей разного возраста. Обнаружено, что у младенцев кальций в костях полностью обновляется в течение года, у подростков обновляется 20% костной ткани, у взрослых — 10%, у старых людей — 7%.
В одном из экспериментов по установлению баланса кальция, проведенного в США в 1987 г., определялся баланс кальция у мужчин со средним возрастом 54 года при разных режимах питания. Выяснилось, что при содержании кальция в диете пожилых мужчин на уровне 250 мг в день происходит заметная потеря его в основном через кишечник. Положительный баланс, близкий к равновесию, возникает при приближении к суточной дозе в 800 мг. Задержку в организме лишнего кальция, даже 100 или 150 мг, нельзя считать полезной. Лишний, если он не используется остеобластами, может откладываться в мягких тканях и в стенках кровеносных сосудов.
После этих исследований в США была установлена «рекомендуемая дневная доза» кальция для мужчин и женщин старше 25 лет на уровне 800 мг в сутки. Для людей 17—24 лет, не потерявших способности к уплотнению костей, рекомендуемая доза была установлена на уровне 1200 мг. На этом же уровне кальций был рекомендован беременным и кормящим женщинам.
Эти нормы были также приняты Всемирной организацией здравоохранения ООН. В Советском Союзе они были немного выше.
800 мг кальция в день обычно обеспечивается средней нормальной диетой. Как видно из таблицы, это количество содержится в 100 г сыра.
Тем не менее в продажу постоянно поступают разнообразные препараты солей кальция в комбинациях с другими минералами. Капсулы с кальцием рекомендуются как «биологические добавки, необходимые для здоровых костей». Стандартные капсулы содержат обычно по 800 мг кальция, иногда больше. В США в 2004 г. таких добавок продали на сумму в 993 млн. долл. Однако этот дополнительный кальций в «необходимых биодобавках» не изменил статистическую картину заболеваний костных тканей у американцев.
Почему болеют только люди?
Все болезни обмена кальция — рахит, остеомаляция, остеопороз и некоторые другие — характерны только для человеческого общества. В природных популяциях животных они не встречаются.
Рахит и остеомаляция (эквивалент рахита у взрослых людей) появились потому, что человек расселился далеко за пределы своего эволюционного ареала. Эти заболевания, сопровождающиеся потерей скелетом кальция, связаны с недостатком солнечного облучения, под влиянием которого в коже образуются витамин Д и его гормональные производные.
Жизнь в пещерах, затем в домах и квартирах в условиях длительной зимы, появление одежды, закрывающей тело, — все это привело к аномалиям обмена веществ. Были утрачены эволюционные приспособления к жаркому климату, в частности пигментация кожи.
Археологи и палеонтологи изучают историю болезней человека прежде всего по сохранившимся скелетам в местах поселений людей. Поэтому именно болезни наших предков, вызванные нарушением обмена кальция, можно диагностировать наиболее точно. Особая наука — палеопатология — сумела датировать появление в истории человечества не только рахита и остеомаляции, но и кариеса зубов. По остаткам пищи и костям поедавшихся животных было установлено, что первобытные люди перешли в Европе и в Азии к земледелию или к кочевому скотоводству лишь после того, когда большая часть природных популяций крупных травоядных животных, лошадей, оленей, кабанов, коз и мамонтов была уничтожена.
После 40 тыс. лет периода охоты и собирательства растений переход к земледелию сопровождался сменой высококачественной диеты, богатой животными белками и жирами, к относительно бедной диете, основанной на злаках и корнеплодах. Тогда — около 5000 лет до нашей эры — в Европе появились рахит и остеомаляция. Эти болезни стали исчезать с началом пастбищного скотоводства и потребления молочных продуктов в Северной Европе и рыбной ловли — в Южной.
Недуг белокожих и бледнолицых
Палеопатология не обнаружила у людей доисторического периода в Европе какой-либо распространенности остеопороза — болезни, сопровождающейся потерей костной ткани, кальция и коллагена, появлением пор и переломами хрупких костей. Они могут ломаться от легких ушибов, от тяжести собственного тела. Начальные признаки остеопороза фиксировались в то время лишь как признак старения и у мужчин, и у женщин.
А вот в раскопках мест поселений людей в Центральной Америке ученые находили скелеты людей, страдавших этим недугом из-за белкового голодания. Исследования установили, что остеопороз поражал людей в период перехода от охоты и собирательства к возделыванию кукурузы, бедной кальцием и белком. Белки кукурузы неполноценны и по аминокислотному составу.
Остеопорозом практически не болели в Древней Греции, в Риме, в древних Индии и Китае. Да и глобальной проблемой современности он стал как-то неожиданно, 50—60 лет назад, причем первыми забили в набат медики США. Советская медицинская энциклопедия и учебники, издававшиеся в Москве в 1960-е гг., уделяют остеопорозу минимальное внимание и не объясняют его происхождение и причины. Главными для советской медицины тогда были рахит, остеомаляция и особенно остеомиелит — хронический воспалительный процесс в костях как военное наследие огнестрельных повреждений костей — в те годы основная причина инвалидности миллионов ветеранов.
В США и Европе об остеопорозе заговорили с большой тревогой как о женском недуге, появляющемся после менопаузы. Остеопороз у людей пожилого возраста диагностировали и прежде, но он не вызывал серьезной озабоченности, так как протекал очень медленно, и потери костной ткани были в десять-пятнадцать раз меньше, чем при постменопаузальном остеопорозе.
Удивительным было то, что остеопороз как массовое заболевание женщин был локализован исключительно в экономически развитых странах — США, Канаде, Европе и Японии (выяснилось, что им страдают 20—30% всех женщин после менопаузы). В Южно-Азиатском регионе остеопороз стал серьезной болезнью в Сингапуре, в Гонконге и на Тайване, но не в континентальном Китае. Фиксировали его в основном по статистике переломов костей.
Остеопороз (от греческого osteon — кость и poros — поры) приобрел в западных странах характер эпидемии. Среди хронических болезней пожилого возраста он в США занимал в последние годы третье место, уступая лидерство сердечно-сосудистым и онкологическим заболеваниям. В Европе остеопороз пока не обогнал диабет.
Остеопороз возникает из-за дисбаланса активности остеокластов и остеобластов. Из-за потери гормональной стимуляции остеобластов восстановительные процессы замедляются до такого уровня, что в некоторых случаях может теряться почти 3% костной ткани в год. Кости в течение 5—10 лет теряют прочность настолько, что возникает риск переломов.
Наиболее часто переломы происходят в тех костях, которые испытывают максимальные нагрузки и напряжения при нормальной активности человека. Это кости таза и бедра, коленные суставы, берцовая кость, позвонки, запястье и плечевой сустав. Наиболее тяжелым по последствиям считается перелом шейки бедра, приводящий к инвалидности и к высокой (до 20%) смертности.
В статистике переломов костей, связанных с остеопорозом, на каждые десять переломов у женщин приходится лишь один перелом у мужчин. В США и в Канаде давно обратили внимание на то, что переломы костей встречаются в основном у белых женщин европейского происхождения. Для женщин черных рас постменопаузальный остеопороз — большая редкость. Предполагается, что это различие связано с большей плотностью костей у черных рас. Остеопороз редко встречается и у американских аборигенов.
Среди белых рас заболевание наблюдалось чаще у потомков эмигрантов из Северной Европы, чем у выходцев из Южной Европы.
К факторам риска были отнесены конституция скелета, курение, избыточное потребление алкоголя и даже кофе. Сниженная подвижность также увеличивает риск остеопороза. Так, недуг часто сражал людей, страдавших хроническими болезнями, связанными с больничным режимом. Предполагалось, что остеопороз может возникать при дефиците кальция и витамина Д.
Холестерин ни при чем
В 1992 г. американские ученые выдвинули гипотезу, связавшую риск остеопороза с высоким потреблением животных белков. Они имеют больший процент серосодержащих аминокислот, метионина и цистеина, метаболизм которых может приводить к потерям кальция.
Через несколько лет другая группа американских геронтологов проверила эту гипотезу, собрав данные о частоте остеопороза в разных странах и сопоставив ее с уровнем потребления растительных и животных белков. Удалось собрать точные данные для 33 стран. Привожу выборку лишь по частоте переломов шейки бедра у женщин после 50 лет.
Частота переломов шейки бедра у женщин старше 50 лет в разных странах, число переломов на 100 000 человеко-лет
За последующие десять лет фиксировались и другие данные, противоречащие «белковой» теории остеопороза.
Однако в результате антихолестериновой пропаганды в США потребление мяса на каждого жителя в год снизилось со 114 кг до 73,2 кг. В то же время частота переломов шейки бедра постоянно росла.
Сравните приведенные в таблице данные, зафиксированные в Аргентине и Чили. Питание в этих странах не сильно разнится, но есть большие различия по этническому составу населения. В Аргентине 85% жителей — потомки переселенцев из Европы, в Чили — только 1,6%. 91% населения Чили — это метисы аборигенов, черных и белых рас.
Другие факторы риска также не подтверждаются данными таблицы. Самая «курящая» нация мира — это китайцы. В континентальном Китае в 1988—1992 гг. остеопороз не регистрировался как «постменопаузальный». Частота переломов шейки бедра, очень низкая по европейским стандартам, была выше у мужчин, чем у женщин.
Максимальное потребление алкоголя среди перечисленных стран приходится на Финляндию. По потреблению кальция Швейцария благодаря сыру опережает восточные страны.
Ни один из упоминавшихся факторов риска, кроме физической активности, не дает корреляции с цифрами таблицы. Разница между китайцами в Гонконге и в континентальном Китае состояла прежде всего в том, что китаянки в Гонконге ездили на автомобилях, а в китайских городах — на велосипедах. Это же относится к женщинам Германии и Голландии. Германия — самая моторизованная страна Европы, Голландия — велосипедная столица Европы.
В Украине наблюдения за распространением остеопороза проводит киевский Институт геронтологии АМН. По данным этого института, в 1996 г. 36,8% женщин старше 50 лет в Киевской области страдали остеопорозом. Это очень высокий уровень, близкий к американскому. Всего в Украине остеопорозом болеют около 3 млн. человек. В то же время в Николаевской области только 13,2% женщин этого же возраста имели остеопороз. Низкий уровень остеопороза отмечен и в Черкасской области.
Неблагополучие Киевской области ученые института объясняют радионуклидными загрязнениями среды от Чернобыльской аварии. Было бы интересно проверить это предположение данными по остеопорозу в Могилевской и Брянской областях соседних государств.
Целебная гравитация и остеопорозная невесомость
Продолжительные полеты людей в космос начались в 1973 г., когда три космонавта из США провели на орбите 84 дня. В 1977 г. советские космонавты превзошли этот рекорд, проведя на орбите 99 дней. Сроки полетов удлинялись и вскоре достигли 175 дней.
Медицинские обследования космонавтов после полетов неизбежно обнаруживали, что они теряли в условиях невесомости (нулевой гравитации) костную ткань в результате процесса, подобного остеопорозу. Скорость утраты костной ткани была индивидуальной, но в среднем составляла 1% в месяц — в десять раз выше, чем у женщин при постменопаузальном остеопорозе.
Космонавт, пробывший на орбите 175 дней, потерял 13% костной ткани. Быстрее всего происходила потеря кальция и коллагена в тазовой и пяточной костях. Опыты на мышах и крысах, запускавшихся в космос на длительные сроки, показали, что в невесомости почти прекращалась активность остеобластов, которая требует реальных нагрузок на опорные кости и гравитации.
Эти и другие эксперименты показали, что по физиологической природе остеопороз — не болезнь, а реакция организма на условия среды и активность человека. Риск остеопороза предсказуем, как риск ожирения.
Тело человека требует реальной физической работы, нагрузок на кости и мышцы. Современному городскому жителю редко приходится ходить пешком. Лифты и эскалаторы избавляют от подъемов и спусков. Значительную часть времени люди проводят у телевизора, сидя в кресле или на диване. Нагрузки на таз и позвоночник снижены до предела. Очень мягкие кровати снизили действие силы тяжести на бедро и плечо. В ванной человек погружается в приятную невесомость. На производстве большая часть операций выполняется сидя, а не стоя. Экономическое развитие освобождает людей от преодоления силы тяжести.
Эволюция знает примеры, когда наземные млекопитающие, перейдя в водную среду и избавившись от силы тяжести, постепенно утратили не только опорные кости, но и конечности. У китов, моржей, морских львов, тюленей и дельфинов остались лишь рудименты конечностей и тазовых костей. Но они смогли увеличить размеры тела и даже, если судить по дельфинам, развить свой интеллект.
Гантели предпочтительнее эстрогенов
Физиологическая картина остеопороза определила и направления профилактики. Гормональная теория происхождения заболевания сразу стала приоритетной. Высказывались также предположения о том, что длительное применение женщинами синтетических эстрогенов как оральных противозачаточных средств могло быть дополнительной причиной развития заболевания. Внедрение этих гормональных препаратов в практику началось в 1956 г., в основном в США и в Европе. После менопаузы в этом случае женщины испытывали двойной гормональный шок. Останавливался синтез собственных эстрогенов и одновременно прекращалось использование противозачаточных синтетических эстрогенов.
Для женщин в возрасте 45—50 лет наиболее популярным стало гормонозамещение, хотя внедрение этой практики было основано на предположениях, а не многолетних клинических испытаниях. Эффективность метода проверялась на реальном населении.
Гормонозамещение состояло в регулярном приеме капсул с гормоном — 2 мг синтетического эстрогена в день. Риски гормональной стимуляции были очевидными, поэтому гормонозамещение проводилось на добровольной основе. Побочных эффектов было много, среди них гипертония, аллергии, нарушения свертываемости крови, проблемы с кожей и увеличение рисков опухолей груди, матки и других женских органов. Первоначально предполагалось, что сроки гормонозамещения будут составлять 10—15 лет. В настоящее время они снижены до 5 лет из-за боязни побочных эффектов.
К слову, в это же время медики высказывали предположения, что рост частоты рака груди у женщин также может быть связан с синтетическими эстрогенами. Впрочем, серьезных попыток установить прямую зависимость не последовало. Для клинических испытаний такого масштаба нужны очень большие средства и длительное время.
Фармацевтическая индустрия в свою очередь увеличила производство эстрогенов и других синтетических аналогов женских половых гормонов. И почти половина американок после 45 лет стали практиковать гормонозамещение. Однако эта терапия не улучшила показатели статистики переломов костей в США. Ухудшилась и онкологическая картина.
Действие гормонов, поступающих в организм в таблетках или путем инъекций, существенно отличается от действия гормонов, образующихся непосредственно в эндокринных железах. Гормоны из собственных желез поступают в кровь понемногу и в ответ на разнообразные стимулы от нервной и других систем. Гормон из пилюли или шприца дает быстрый пик концентрации в крови, независимый от внутренних стимулов.
Очень большой процент женщин, начинавших гормональную терапию, отказывались от нее в течение года. Причиной отказа чаще всего было возобновление маточных кровотечений и необходимость частых онкологических обследований. Пожилым мужчинам для профилактики остеопороза предлагалось применение тестостеронов. Это создает возможность увеличений риска опухолей предстательной железы. Недавние обзоры результатов заместительной гормональной терапии отмечают, что применение этого метода не растет, а быстро сокращается.
В настоящее время значительно шире распространена попытка профилактики остеопороза с помощью дополнительных доз кальция в комбинации с витамином Д. Однако первые сообщения о высокой эффективности «минеральной» профилактики были преувеличены. Недавние обширные клинические испытания, проведенные в США и продолжавшиеся семь лет с участием 36 282 женщин в возрасте от 50 до 79 лет, привели к выводу о малой эффективности метода. Дополнительный кальций улучшал плотность костей бедра, но увеличивал риск образования почечных камней. Риск переломов бедра снижался на 12%, риск образования почечных камней возрастал на 17%. Организаторы этого исследования воздерживаются от практических рекомендаций.
В разработке и внедрении средств профилактики и лечения остеопороза лидируют США, как и по распространенности этого заболевания. По последним сообщениям остеопороз фиксируется у 20 миллионов американских женщин и у нескольких миллионов мужчин. Цифры меняются каждый год в сторону повышения. США лидируют и по хирургическому лечению переломов шейки бедра. В 2005 г. в США было проведено 250 000 таких операций, на 2040 год планируется 500 000 протезирований бедра. Во всем мире около 2 миллионов человек имеют протезы бедра, изготовленные из нержавеющей стали, сплавов алюминия, титана, пластика и даже из слоновой кости.
Но все же лучшим профилактическим средством от остеопороза остается интенсивная физическая активность. Запомните: кости требуют постоянного сопротивления силе тяжести. Простое приседание по утрам эффективнее защитит коленные суставы и бедро, чем синтетические гормоны. Тазовые кости и позвоночник лучше всего тренировать и укреплять поднятием тяжестей. Легкая гимнастика типа аэробики или йоги, а также плавание в бассейне не оказывают на бедро и позвоночник большого влияния.