Физиология и патология минерального обмена в научных исследованиях Казанских ученых-педиатров

Кафедра педиатрии является одной из первых и ведущих кафедр КГМА (ГИДУВа), первого научного учреждения, созданного молодой Татарской Республикой в 1920 году. История кафедры педиатрии КГМА неразрывно связана с именем профессора Е.М. Лепского.

Выдающийся Казанский ученый, педиатр, заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор медицинских наук, профессор Е.М. Лепский был ее организатором и руководил кафедрой педиатрии более 30 лет (1921-1953). В 1920 году Е.М. Лепский основал в бывшем особняке купца Оконишникова (ул. Муштари, д. 14- бывшая ул. Комлева) детскую клинику и 30 лет был ее бессменным директором.

Научно-исследовательская деятельность профессора Е.М. Лепского была посвящена актуальным вопросам охраны здоровья детей, направлена на клиническое изучение и борьбу с такими заболеваниями, как расстройство питания, авитаминозы, рахит и др. На кафедре проводились фундаментальные исследования по проблеме «Витамины и их роль в физиологии и патологии детей раннего возраста».

Огромный вклад внесли сотрудники кафедры в проблему рахита. Была разработана методика и проведены уникальные экспериментальные работы по изучению морфологической картины костной ткани у молодых животных (щенят, крысят) на разных стадиях развития рахита, возможности его профилактики и лечения. Установлена роль паращитовидных желез в патогенезе рахита и регуляции фосфатно-кальциевого обмена. Достижения кафедры в этой области обобщены в монографиях Е.М. Лепского «Рахит и тетания рахитиков», «Авитаминозы и гиповитаминозы» и многих других работах. Исследования, посвященные изучению обмена кальция и фосфатов, цитратов, щелочной фосфатазы, профилактическому и лечебному действию витамина D были продолжены его учениками — профессорами Б.С. Гинзбургом, М.Н. Небытовой-Лукъянчиковой, Г.А. Хаин-Макаровой, К.А. Святкиной. Так, профессором К.А. Святкиной впервые установлен механизм влияния гиперпродукции паратгормона на процессы реабсорбции фосфатов в канальцах почек, что является ведущим звеном в механизме нарушения обмена фосфатов и кальция при рахите.

С 1953 года по 1970 год кафедрой педиатрии заведовала ученица Е.М. Лепского доцент Мамиш Рабига Мухамедовна. В эти годы научные работы кафедры были посвящены изучению показателей неспецифического иммунитета (Г.Р. Архипова), роли магния и микроэлементов в развитии рахита (Р.Г. Камалова), клинического значения недостаточности витаминов А, С, В₆, В₁₂, фолиевой кислоты и эффективности при использовании витаминных препаратов (Р.М. Мамиш, Р.И. Еникеева, С.Я. Порсева).

С 1971 год по 1975 год под руководством заведующего кафедрой, доктора медицинских наук, профессора Султановой Гили Фазыловны выполнена серия работ, касающаяся изучению обмена железа у новорожденных и детей раннего возраста (Э.М. Шакирова, Э.И. Землякова, Л.М. Султанова).

С 1976 года кафедрой заведует заслуженный деятель науки РФ и РТ, член-корреспондент АН РТ, доктор медицинских наук, профессор С.В. Мальцев. С этого времени научные исследования сотрудников кафедры вновь вплотную были связаны с изучением минерального обмена, проблем рахита и рахитоподобных заболеваний. Эти работы развили и приумножили научное наследие кафедры педиатрии.

Значительные успехи достигнуты в результате исследований по изучению минерального обмена у детей, обеспеченности витамином D различных групп населения, детской нефрологии, роли микроэлементов в развитии патологии человека. Так, впервые в СССР изучена обеспеченность витамином D беременных женщин, новорожденных и детей разных возрастов, что позволило коренным образом пересмотреть вопросы широкого клинического применения препаратов витамина D с профилактической и лечебной целью (Э.М. Шакирова, Т.И. Горшенина). Проведена серия исследований по изучению причин нарушения обмена фосфатов, кальция и магния у детей, в том числе новорожденных, выяснению основных патогенетических механизмов различных форм рахита у детей (Ф.М. Терещенко, Л.З. Сафина, М.Н. Канкасова, Л.Н. Заболотная).

Установлены особенности взаимоотношений фосфата и кальция в перио­ды интенсивного роста, обусловленные становлением и изменением активности основных кальцийрегулирующих гормонов. Показано, что на первом году жиз­ни в крови снижается уровень КТ и увеличивается уровень ПТГ. В период по­луростового скачка наблюдается их относительное равновесие. Во время пу­бертатного спурта на фоне снижения уровня ПТГ и сохранения функции КТ выявлено разнонаправленное влияние на фосфатно-кальциевый гомеостаз пролактина, кортизола и эстрадиола. Выявлена значительная вариабельность показателей фосфатно-кальциевого обмена у недоношенных детей, что обусловлено становлением эндокринной системы и функциональной незрелостью кишечника и почек, увеличение костной прочности, отражающее физиологические особенности формирования скелета у детей в критические периоды роста, по­явление половых различий с 11-летнего возраста (Н.Н. Архипова).

Ряд работ посвящен установлению роли нарушений метаболизма фосфатов и кальция при хроническом пиелонефрите, дисметаболических нефропатиях, наследственных тубулопатиях, сахарном диабете, холепатиях у детей (О.А. Габдулисламова, В.К. Мрасова, В.Г. Шерпутовский, Е.С. Мальцева, А.И. Сафина).

Наиболее значимыми являются исследования по оказанию помощи детям с наследственной и врожденной патологией почек и поражением костной системы. Это дети с наследственными тубулопатиями и врожденной патологией костной системы (фосфатный диабет, синдром Фанкони-Дебре-де Тони, почечный тубулярный ацидоз, ахондроплазия¸ несовершенный остеогенез, остеохондропатии — болезни Блаунта, Пертеса и другие заболевания костной системы), нарушениями минерального обмена на фоне мальабсорбции. В основе диагностики этих тяжелых инвалидизирующих заболеваний лежит разработанная сотрудниками кафедры программа, которая включает комплексное обследование парциальных функций почек, минерального обмена, состояния костной системы, ряда параметров гомеостаза и уже более 30 лет используется для оказания помощи этим больным. Ежегодно стационарное или амбулаторное обследование и лечение получают 200-250 детей и взрослых с подобной патологией. Успешно применяются при лечении наследственных тубулопатий корректоры обменных процессов, хондропротекторы, остеотропные нутриенты (препараты кальция, фосфатов, цинка, магния), мегадозы и метаболиты витамина D. Рекомендованы программы наблюдения и новые схемы лечения этих больных. Проводится подготовка больных к оперативному лечению и послеоперационное наблюдение (С.В. Мальцев, Н.Н. Архипова, Э.М. Шакирова).

Многолетние исследования посвящены изучению роли эссенциальных и токсичных микроэлементов (МЭ) у здорового человека и при патологии. Проведено обследование нескольких тысяч жителей разных территорий РТ и определение у них содержания целого спектра эссенциальных и токсичных элементов (цинк, стронций, алюминий, кремний, свинец, железо, хром, селен). Установлены нормативы их содержания в различных биологических жидкостях (кровь, моча, волосы, ногти, желчь, желудочный сок, слюна) у здоровых детей различного возраста и взрослых. Изучено патогенетическое и клиническое значение изменения их содержания при заболеваниях почек, различных формах рахита, патологии органов пищеварения у детей и связь с процессами минерализации кости (В.С. Валиев, А.И. Сафина, С.А. Пигалова, Н.В. Зиятдинова).

Имеют несомненное клиническое значение результаты изучения содержания макро- и микроэлементов в грудном молоке. Установлены как их динамика на разных сроках лактации, так и зависимость от особенностей течения беременности и родов.

Содержание элементов в грудном молоке

Серия работ посвящена оценке роли эссенциальных и токсичных микроэлементов в развитии хронической патологии органов пищеварения (Р.А. Файзуллина) и мочевой системы (А.И. Сафина, Т.П. Макарова) у детей разного возраста.

Разработаны нормативы содержания микроэлементов (цинка, железа, меди, хрома, стронция и свинца) в пищеварительных секретах и кале у детей школьного возраста. Использованный комплексный метод исследования микроэлементов в различных биологических средах (сыворотка крови, моча, слюна, желудочное и дуоденальное содержимое, кал) у детей с хронической гастродуоденальной патологией позволил установить нарушения их гомеостаза и роль в развитии особенностей течения патологического процесса. Выявлен дефицит эссенциальных и накопление токсичных микроэлементов в крови и пищеварительных секретах, характер и степень которых были связаны с особенностями течения гастродуоденальной патологии. Установлена зависимость между нарушениями микроэлементного гомеостаза и особенностями морфологической картины слизистой оболочки желудка и двенадцатиперстной кишки.

На фоне диссоциации уровней различных микроэлементов в крови впервые у детей с хронической гастродуоденальной патологией выявлена повышенная мочевая экскреция и почечный клиренс цинка, меди, хрома, стронция и свинца и сниженная — для железа, что позволило определить различные типы нарушений гомеостаза. Установлено, что повышенное выделение микроэлементов (цинка, меди, стронция, хрома и свинца) с мочой увеличивало риск повреждения почек у детей с гастродуоденальной патологией. Изученное соотношение микроэлементов в крови и пищеварительных секретах (слюне, желудочном и дуоденальном содержимом) отразило функционирование гемато-секреторных барьеров у детей с хроническим гастродуоденитом. Впервые проведенные балансовые исследования микроэлементов, особенности их межсистемного обмена при хроническом гастродуодените у детей позволили объективно оценить механизмы, характер, степень нарушений их гомеостаза, а также взаимовлияние в организме.

Показано, что традиционная терапия хронических заболеваний гастродуоденальной области у детей не оказывала полной нормализации клинико-лабораторных показателей: на фоне купирования болевого, диспептического и астеновегетативного синдромов сохранялся дефицит эссенциальных микроэлементов (цинка и железа) и превышение уровня токсичных (хрома и стронция).

С помощью сравнительной оценки эффективности препаратов и биологически активных добавок к пище («Полифепана», «Литовита-М», «Феокарпина», «Неоселена») и поливитаминно-минеральных комплексов установлена их сорбционная емкость по отношению к МЭ, влияние на разнообразные клинические симптомы заболевания. Полученные данные позволили оценить степень влияния каждого микроэлемента (цинка, железа, меди, свинца, стронция и свинца) на состояние органов пищеварения и метаболические процессы при хроническом гастродуодените и язвенной болезни двенадцатиперстной кишки у детей. Для практического здравоохранения предложены критерии оценки прогноза, течения и эффективности лечения детей с хронической гастродуоденальной патологией на фоне микроэлементных нарушений (Р.А. Файзуллина).

Впервые выявлены особенности обмена микроэлементов (свинца, стронция, цинка, железа, меди) при различных вариантах пиелонефрита и наличия сопутствующих бактериальных и вирусных инфекций (А.И. Сафина).

На основании территориального зонирования с максимальной дискретной разбивкой исследуемых территорий в условиях крупного промышленного региона (г. Казань) выявлены зоны эконефропатологии, определяемые накоплением солей тяжелых металлов (хром, стронций) которые оказывали существенное влияние на распространенность и частоту нефропатий и не влияли на структуру патологии (Т.П. Макарова). Здоровые дети, проживающие в выделенных зонах эконефропатологии, составили группу риска по развитию эконефропатий.

Использованный комплексный подход к изучению гомеостаза микроэлементов с учетом их концентраций в биосредах, а также почечных клиренсов и экскретируемых фракций, позволил классифицировать типы нарушений обмена МЭ у детей с различными вариантами нефропатий. Для токсичных МЭ выделены типы нарушений (перегрузочный и метаболический), для эссенциальных — различные варианты дефицитов (экскреторный, метаболический и дефицит потребления) и их роль в реализациию иммунного ответа. Выявлен высокий уровень цинка в сыворотке крови при МКБ, являющийся кофактором литогенности.

Изучено комплексное влияние нарушений МЭ гомеостаза на парциальные функции почек. Показано, что моно- и сочетанные влияния МЭ являются кофакторами нарушений функционального состояния тубулярного отдела нефрона при нефропатиях у детей и реализуются на уровне проксимальных и дистальных канальцев, а также петли Генле. Для токсикантов впервые показаны различные типы воздействий на почечные функции: выраженная нефротоксичность в пределах установленных концентраций (для Pb), нефротоксичность с учетом пороговых концентраций (для Sr).

Установлено влияние повышенной экскреции эссенциальных микроэлементов (цинк и железо) на нарушение парциальных почечных функций при нефропатиях у детей. На основании изучения изменений гомеостаза МЭ и функций тубулярного отдела нефрона проведен расчет максимально допустимых концентраций для стронция, хрома, свинца, цинка, при которых реализуются изменения показателей функционального состояния почек. Выявлено воздействие МЭ гомеостаза на обменные нарушения при нефропатиях у детей. Показано влияние повышенной концентрации свинца в сыворотке крови на обмен щавелевой кислоты, повышенной концентрации хрома — на обмен мочевой кислоты.

Комплексное иммунологическое обследование детей с нефропатиями при использовании современных методов (МКАТ, проточная цитофлюориметрия) позволило впервые определить особенности иммунного статуса и выявить дифференцированное нарушение различных звеньев иммунологи­ческой реактивности (клеточного, гуморального звена, фагоцитоза) на этапах развития нефропатий. Научно обосновано прогнозирование вариантов заболевания на основе математического моделирования по результатам комплексного иммунологического обследования. Показано, что иммунодепрессивные воздействия токсикантов на показатели иммунологической реактивности реализуются по группе нефропатий в целом и углубляются на этапах формирования патологии. Выявлен различный характер этих воздействий: изолированное влияние токсичных и эссенциальных МЭ, сочетанное воздействие токсичных, сопряженное влияние токсичных и эссенциальных МЭ (при дефиците эссенциальных микроэлементов), при этом установлено их потенцирование и аддитивность.

Проведено изучение особенностей дисметаболических поражений почек у детей из регионов Республики Татарстан с разной экопатогенной нагрузкой — г. Казань (с умеренной автотранспортной нагрузкой) и г. Нижнекамск (развитая химическая промышленность и автотранспортная нагрузка). Установлено, что микроэлементный дисбаланс в г. Нижнекамске обусловлен комбинацией выраженных нарушений содержания трех токсичных (свинца, хрома и стронция) и эссенциального микроэлемента цинка, а в г. Казани — умеренным дисбалансом хрома, стронция и цинка.

Наряду с внешними экопатогенными факторами на основании реакции лейкоцитолизиса и индуцированного НСТ-теста с солями тяжелых металлов выявлена роль индивидуальной чувствительности организма в развитии эконефропатий у детей из разных регионов экологического неблагополучия. Впервые использован подход к определению суммарного действия микроэлементов на организм на основании количественной оценки их гомеостаза путем вычисления суммарного коэффициента дисбаланса микроэлементов и показателя суммарного лейкоцитолизиса (Г.Г. Зигангареева).

Проведена комплексная оценка состоя­ния здоровья детей разных возрастных групп в зависимо­сти от природных биогеохимических факторов (В.А. Родионов). В зоне с избыточным содержанием и аномальным соотношением микроэлементов и минералов отмечается наиболее высо­кий уровень заболеваемости у новорожденных и детей подросткового возраста. Разработаны 9 региональных параметров морфо-функционального развития детей школьного возраста. У школьников, проживающих в различных биогеохимиче­ских зонах, выявлены различия показателей артериально­го давления, зависящие как от соматотипа, так и биогео­химических характеристик региона. Выявлены различия в поступлении микроэлемен­тов с суточными водно-пищевыми рационами у детей 10-12-летнего возраста в зависимости от зоны проживания.

Впервые у детей, проживающих в различных эколого-биогеохимических зонах, изучена распространен­ность гастродуоденальной патологии, представлена часто­та инфицирования НР и определены клинические и эндоскопические особенности течения и проявлений гастродуоденитов.

Гастродуоденальная патология у детей в зоне эколого-биогеохимического бедствия имеет скудную клини­ческую симптоматику в виде субатрофических форм; в зоне эколого-биогеохимического риска и кризиса эта же патология протекает тяжелее и длительнее, чаще встреча­ются язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки и эрозивные формы гастродуоденитов. Установлено влияние содержания цинка, кремния, фтора, кальция, магния, железа и калия в суточных водно-пищевых рационах детей на уровень и особенности тече­ния гастродуоденальной патологии.

Разработаны схемы причинно-следственных связей гастродуоденальной патологии с эколого-биогеохимическими факторами риска. Предложены принципы первичной и апробированы комплексы вторичной профилактики гастродуоденальной патологии у детей 3-18 лет в зависимости от биогеохими­ческих характеристик территорий проживания.

На основании комплекса проведенных исследований разработана, апробирована и внедрена система медико-экологической реабилитации, которая успешно применяется в медицинских учреждениях и санаториях РТ (С.В. Мальцев, Р.А. Файзуллина, А.И. Сафина, Т.П. Макарова, В.С. Валиев). Ее внедрение позволило оптимизировать традиционные методы лечения детей с учетом выраженности нарушений микроэлементного гомеостаза и изменений в состоянии здоровья.

За 85 лет (1921-2010) на кафедре педиатрии защищены 12 докторских и 65 кандидатских диссертаций (8 докторских и 30 кандидатских диссертаций за последние 10 лет), выпущены 12 монографий и 6 сборников научно- исследовательских работ, опубликованы более 900 работ.

С.В. Мальцев

Казанская государственная медицинская академия

Мальцев Станислав Викторович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой педиатрии с курсом поликлинической педиатрии