Иннервация костей. Сенсорная иннервация. Часть первая (обзор литературы)
- Авторы: Ходоровская А.М.1, Агранович О.Е.1, Савина М.В.2, Гаркавенко Ю.Е.1,3, Мельченко Е.В.1, Филин Я.А.4, Горелик К.Э.5
-
Учреждения:
- Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
- Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
- Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова
- Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова
- Сертоловская городская больница
- Выпуск: Том 12, № 4 (2024)
- Страницы: 511-522
- Раздел: Научные обзоры
- URL: https://bakhtiniada.ru/turner/article/view/282521
- DOI: https://doi.org/10.17816/PTORS642092
- ID: 282521
Цитировать
Аннотация
Обоснование. Регулирование ремоделирования костной ткани — сложный многофакторный процесс, который контролируется эндокринными, паракринными механическими факторами. Проведенные почти два десятилетия назад исследования показали, что в дополнение к этим механизмам метаболизм костной ткани контролируется нервной системой. Однако публикации, посвященные особенностям иннервации костной ткани, в отечественной научной литературе практически отсутствуют.
Цель — проанализировать публикации, посвященные вкладу сенсорной иннервации в контроль метаболизма костной ткани, а также некоторым патофизиологическим механизмам, лежащим в основе боли в костях.
Материалы и методы. Поиск данных осуществляли в базах научной литературы PubMed, Google Scholar, Cochrane Library, Crossref, eLibrary на английском и русском языках. В процессе написания статьи использовали метод анализа и синтеза информации. Большая часть работ, включенных в данный обзор, опубликована за последние 20 лет.
Результаты. Сенсорные нервные волокна, восприимчивые к ноцицептивной информации, иннервируют все структурные отделы кости. Тип боли в костях определяется не только локализацией, но и характером патологического процесса. Болевые сигналы от костей в центральную нервную систему передают A-дельта- и C-волокна, каждые из которых имеет свою скорость проведения, нейротрансмиттеры, характеристики рецепторов и функции. Кроме этого, сенсорные нервы регулируют гомеостаз костей, экспрессируя кальцитонин-ген-родственный пептид и вещество Р в качестве своих основных нейротрансмиттеров. Сенсорные нервы выполняют важную функцию при формировании первичных и вторичных центров оссификации при эндохондральной оссификации, а также интрамембранозной оссификации. Ряд исследований доказывает существование нервных волокон в суставном хряще в определенный период времени.
Заключение. Сенсорные волокна — важное звено нервной регуляции метаболизма костной и хрящевой тканей. Нарушение сенсорной иннервации приводит к ухудшению ремоделирования костей, а также замедлению процессов эндохондральной оссификации и, следовательно, роста и развития костей. Это необходимо учитывать, особенно у тех пациентов, у которых нарушение иннервации костей произошло в раннем возрасте. Понимание патофизиологических механизмов, лежащих в основе боли, важно для назначения патогенетически обоснованного лечения боли в костях.
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Алина Михайловна Ходоровская
Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Автор, ответственный за переписку.
Email: alinamyh@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2772-6747
SPIN-код: 3348-8038
Россия, Санкт-Петербург
Ольга Евгеньевна Агранович
Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Email: olga_agranovich@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-6655-4108
SPIN-код: 4393-3694
д-р мед. наук
Россия, Санкт-ПетербургМаргарита Владимировна Савина
Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Email: drevma@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8225-3885
SPIN-код: 5710-4790
канд. мед. наук
Россия, Санкт-ПетербургЮрий Евгеньевич Гаркавенко
Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера; Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова
Email: yurijgarkavenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9661-8718
SPIN-код: 7546-3080
д-р мед. наук
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургЕвгений Викторович Мельченко
Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера
Email: emelchenko@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1139-5573
SPIN-код: 1552-8550
канд. мед. наук
Россия, Санкт-ПетербургЯна Альбертовна Филин
Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова
Email: filin_yana@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-0778-6396
Россия, Санкт-Петербург
Константин Эрнстович Горелик
Сертоловская городская больница
Email: tmsk@bk.ru
ORCID iD: 0009-0009-2151-1815
SPIN-код: 3454-5743
канд. мед. наук
Россия, СертоловоСписок литературы
- Kumar A., Brockes J.P. Nerve dependence in tissue, organ, and appendage regeneration // Trends Neurosci. 2012. Vol. 35, N 11. P. 691–699. doi: 10.1016/j.tins.2012.08.003
- Uygur A., Lee R.T. Mechanisms of cardiac regeneration // Dev Cell. 2016. Vol. 36, N 4. P. 362–374. doi: 10.1016/j.devcel.2016.01.018
- Garcés G.L., Santandreu M.E. Longitudinal bone growth after sciatic denervation in rats // J Bone Joint Surg Br. 1988. Vol. 70, N 2. P. 315–318. doi: 10.1302/0301-620X.70B2.3346314
- Madsen J.E., Hukkanen M., Aune A.K., et al. Fracture healing and callus innervation after peripheral nerve resection in rats // Clin Orthop Relat Res. 1998. N 351. P. 230–240.
- Heffner M.A., Anderson M.J., Yeh G.C., et al. Altered bone development in a mouse model of peripheral sensory nerve inactivation // J Musculoskelet Neuronal Interact. 2014. Vol. 14, N 1. P. 1–9.
- Santavirta S., Konttinen Y.T., Nordstrom D., et al. Immunologic studies of nonunited fractures // Acta Orthop Scand. 1992. Vol. 63, N 6. P. 579–586.
- Nagano J., Tada K., Masatomi T., et al. Arthropathy of the wrist in leprosy – what changes are caused by long-standing peripheral nerve palsy? // Arch Orthop Trauma Surg. 1989. Vol. 108, N 4. P. 210–217. doi: 10.1007/BF00936203
- Bae D.S., Ferretti M., Waters P.M. Upper extremity size differences in brachial plexus birth palsy // Hand (NY). 2008. Vol. 3, N 4. P. 297–303. doi: 10.1007/s11552-008-9103-5
- Danisman M., Emet A., Kocyigit I.A., et al. Examination of upper extremity length discrepancy in patients with obstetric brachial plexus paralysis // Children (Basel). 2023. Vol. 10, N 5. P. 876. doi: 10.3390/children10050876
- Frost H.M. On our age-related bone loss: insights from a new paradigm // J Bone Miner Res. 1997. Vol. 12, N 10. P. 1539–1546. doi: 10.1359/jbmr.1997.12.10.1539
- Dimitri P., Rosen C. The central nervous system and bone metabolism: an evolving story // Calcif Tissue Int. 2017. Vol. 100, N 5. P. 476–485. doi: 10.1007/s00223-016-0179-6
- Ducy P., Amling M., Takeda S., et al. Leptin inhibits bone formation through a hypothalamic relay: a central control of bone mass // Cell. 2000. Vol. 100, N 2. P. 197–207. doi: 10.1016/s0092-8674(00)81558-5
- Zhang Y., Proenca R., Maffei M., et al. Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue // Nature. 1995. Vol. 374, N 6505. P. 425–432 doi: 10.1038/372425a0
- Takeda S., Elefteriou F., Levasseur R., et al. Leptin regulates bone formation via the sympathetic nervous system // Cell. 2002. Vol. 111, N 3. P. 305–317. doi: 10.1016/s0092-8674(02)01049-8
- Halaas J.L., Gajiwala K.S., Maffei M., et al. Weight-reducing effects of the plasma protein encoded by the obese gene // Science. 1995. Vol. 269, N 5223. P. 543–546. doi: 10.1126/science.7624777
- Thomas T., Gori F., Khosla S., et al. Leptin acts on human marrow stromal cells to enhance differentiation to osteoblasts and to inhibit differentiation to adipocytes // Endocrinology. 1999. Vol. 140, N 4. P. 1630–1638. doi: 10.1210/endo.140.4.6637
- Cornish J., Callon K.E., Bava U., et al. Leptin directly regulates bone cell function in vitro and reduces bone fragility in vivo // J Endocrinol. 2002. Vol. 175, N 2. P. 405–415. doi: 10.1677/joe.0.1750405
- Holloway W.R., Collier F.M., Aitken C.J., et al. Leptin inhibits osteoclast generation // J Bone Miner Res. 2002. Vol. 17, N 2. P. 200–209. doi: 10.1359/jbmr.2002.17.2.200
- Brazill J.M., Beeve A.T., Craft C.S., et al. Nerves in bone: evolving concepts in pain and anabolism // J Bone Miner Res. 2019. Vol. 34, N 8. P. 1393–1406. doi: 10.1002/jbmr.3822
- Tomlinson R.E., Christiansen B.A., Giannone A.A., et al. The role of nerves in skeletal development, adaptation, and aging // Front Endocrinol (Lausanne). 2020. Vol. 11. P. 646. doi: 10.3389/fendo.2020.00646
- Sanders L.J. The Charcot foot: historical perspective 1827–2003 // Diabetes Metab Res Rev. 2004. Vol. 20, N S1. P. S4–S8. doi: 10.1002/dmrr.451
- Corbin K.B., Hinsey J.C. Influence of the nervous system on bone and joints // Anat Rec. 1939. Vol. 75, N 3. P. 307–317. doi: 10.1002/ar.1090750305
- Bajaj D., Allerton B.M., Kirby J.T., et al. Muscle volume is related to trabecular and cortical bone architecture in typically developing children // Bone. 2015. Vol. 81. P. 217–227. doi: 10.1016/j.bone.2015.07.014
- Edmonds M.E., Clarke M.B., Newton S., et al. Increased uptake of bone radiopharmaceutical in diabetic neuropathy // Q J Med. 1985. Vol. 57, N 3–4. P. 843–855. doi: 10.1093/oxfordjournals.qjmed.a067929
- Bjurholm A., Kreicbergs A., Brodin E., et al. Substance P- and CGRP-immunoreactive nerves in bone // Peptides. 1988. Vol. 9, N 1. P. 165–171. doi: 10.1016/0196-9781(88)90023-x
- Tomlinson R.E., Li Z., Li Z., et al. NGF-TrkA signaling in sensory nerves is required for skeletal adaptation to mechanical loads in mice // Proc Natl Acad Sci USA. 2017. Vol. 114, N 18. P. E3632–E3641. doi: 10.1073/pnas.1701054114
- Cornish J., Callon K. E., Lin C. Q., et al. Comparison of the effects of calcitonin gene-related peptide and amylin on osteoblasts // J Bone Miner Res. 1999. Vol. 14, N 8. P. 1302–1309. doi: 10.1359/jbmr.1999.14.8.1302
- Chen H., Hu B., Lv X., et al. Prostaglandin E2 mediates sensory nerve regulation of bone homeostasis // Nat Commun. 2019. Vol. 10, N 1. doi: 10.1038/s41467-018-08097-7
- Mrak E., Guidobono F., Moro G., et al. Calcitonin gene-related peptide (CGRP) inhibits apoptosis in human osteoblasts by β-catenin stabilization // J Cell Physiol. 2010. Vol. 225, N 3. P. 701–708. doi: 10.1002/jcp.22266
- Elefteriou F., Ahn J., Takeda S., et al. Leptin regulation of bone resorption by the sympathetic nervous system and CART // Nature. 2005. Vol. 434, N 7032. P. 514–520. doi: 10.1038/nature03398
- Schinke T., Liese S., Priemel M., et al. Decreased bone formation and osteopenia in mice lacking alpha-calcitonin gene-related peptide // J Bone Miner Res. 2004. Vol. 19, N 12. P. 2049–2056. doi: 10.1359/JBMR.040915
- Yang Y., Zhou J., Liang C., et al. Effects of highly selective sensory/motor nerve injury on bone metabolism and bone remodeling in rats // J Musculoskelet Neuronal Interact. 2022. Vol. 22, N 4. P. 524–535.
- Opolka A., Straub R.H., Pasoldt A., et al. Substance P and norepinephrine modulate murine chondrocyte proliferation and apoptosis // Arthritis Rheum. 2012. Vol. 64, N 3. P. 729–739. doi: 10.1002/art.33449
- Hedberg A., Messner K., Persliden J., et al. Transient local presence of nerve fibers at onset of secondary ossification in the rat knee joint // Anat Embryol (Berl). 1995. Vol. 192, N 3. P. 247–255. doi: 10.1007/BF00184749
- Schwab W., Funk R.H. Innervation pattern of different cartilaginous tissues in the rat // Acta Anat. 1998. Vol. 163, N 4. P. 184–190. doi: 10.1159/000046497
- Strange-Vognsen H.H., Laursen H. Nerves in human epiphyseal uncalcified cartilage // J Pediatr Orthop B. 1997. Vol. 6, N 1. P. 56–58. doi: 10.1097/01202412-199701000-00012
- Szadek K.M., Hoogland P.V., Zuurmond W.W., et al. Possible nociceptive structures in the sacroiliac joint cartilage: an immunohistochemical study // Clin Anat. 2010. Vol. 23, N 2. P. 192–198. doi: 10.1002/ca.20908
- Schwab W., Bilgiçyildirim A., Funk R.H. Microtopography of the autonomic nerves in the rat knee: a fluorescence microscopic study // Anat Rec. 1997. Vol. 247, N 1. P. 109–118. doi: 10.1002/(SICI)1097-0185(199701)247:1<109::AID-AR13>3.0.CO;2-T
- Wang Z., Liu B., Lin K., et al. The presence and degradation of nerve fibers in articular cartilage of neonatal rats // J Orthop Surg Res. 2022. Vol. 17, N 1. P. 331. doi: 10.1186/s13018-022-03221-2
- Sisask G., Bjurholm A., Ahmed M., et al. Ontogeny of sensory nerves in the developing skeleton // Anat Rec. 1995. Vol. 243, N 2. P. 234–240. doi: 10.1002/ar.1092430210
- Calvo W., Haas R.J. Die histogenese des knochenmarks der ratte: nervale versorgung, knochenmarkstroma und ihre beziehung zur blutzellbildung // Z Zellforsch. 1969. Vol. 95. P. 377–395. doi: 10.1007/BF00995211
- Nencini S., Ringuet M., Kim D.H., et al. Mechanisms of nerve growth factor signaling in bone nociceptors and in an animal model of inflammatory bone pain // Mol Pain. 2017. Vol. 13. ID: 1744806917697011. doi: 10.1177/1744806917697011
- Testa G., Cattaneo A., Capsoni S. Understanding pain perception through genetic painlessness diseases: the role of NGF and proNGF // Pharmacol Res. 2021. Vol. 169. ID: 105662. doi: 10.1016/j.phrs.2021.105662
- Reichardt L.F. Neurotrophin-regulated signalling pathways // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2006. Vol. 361, N 1473. P. 1545–1564. doi: 10.1098/rstb.2006.1894
- Mukouyama Y.S., Shin D., Britsch S., et al. Sensory nerves determine the pattern of arterial differentiation and blood vessel branching in the skin // Cell. 2002. Vol. 109, N 6. P. 693–705. doi: 10.1016/s0092-8674(02)00757-2
- Tower R.J., Li Z., Cheng Y.H., et al. Spatial transcriptomics reveals a role for sensory nerves in preserving cranial suture patency through modulation of BMP/TGF-β signaling // Proc Natl Acad Sci USA. 2021. Vol. 118, N 42. ID: e2103087118. doi: 10.1073/pnas.2103087118
- Bonkowsky J.L., Johnson J., Carey J.C., et al. An infant with primary tooth loss and palmar hyperkeratosis: a novel mutation in the NTRK1 gene causing congenital insensitivity to pain with anhidrosis // Pediatrics. 2003. Vol. 112, N 3. P. e237–e241. doi: 10.1542/peds.112.3.e237
- Frost C.Ø., Hansen R.R., Heegaard A.M. Bone pain: current and future treatments // Curr Opin Pharmacol. 2016. Vol. 28. P. 31–37. doi: 10.1016/j.coph.2016.02.007
- Oostinga D., Steverink J.G., van Wijck A.J.M., et al. An understanding of bone pain: a narrative review // Bone. 2020. Vol. 134. ID: 115272 doi: 10.1016/j.bone.2020.115272
- Mach D.B., Rogers S.D., Sabino M.C., et al. Origins of skeletal pain: sensory and sympathetic innervation of the mouse femur // Neuroscience. 2002. Vol. 113, N 1. P. 155–166. doi: 10.1016/s0306-4522(02)00165-3
- Ivanusic J.J. Size, neurochemistry, and segmental distribution of sensory neurons innervating the rat tibia // J Comp Neurol. 2009. Vol. 517, N 3. P. 276–283. doi: 10.1002/cne.22160
- Jimenez-Andrade J.M., Mantyh W.G., Bloom A.P., et al. A phenotypically restricted set of primary afferent nerve fibers innervate the bone versus skin: therapeutic opportunity for treating skeletal pain // Bone. 2010. Vol. 46, N 2. P. 306–313. doi: 10.1016/j.bone.2009.09.013
- Jimenez-Andrade J.M., Martin C.D., Koewler N.J., et al. Nerve growth factor sequestering therapy attenuates non-malignant skeletal pain following fracture // Pain. 2007. Vol. 133, P. 183–196. doi: 10.1016/j.pain.2007.06.016
- Castaneda-Corral G., Jimenez-Andrade J.M., Bloom A.P., et al. The majority of myelinated and unmyelinated sensory nerve fibers that innervate bone express the tropomyosin receptor kinase A // Neuroscience. 2011. Vol. 178. P. 196–207. doi: 10.1016/j.neuroscience.2011.01.039
- Ivanusic J.J. Molecular mechanisms that contribute to bone marrow pain // Front Neurol. 2017. Vol. 8. P. 458. doi: 10.3389/fneur.2017.00458
- Martin C.D., Jimenez-Andrade J.M., Ghilardi J.R., et al. Organization of a unique net-like meshwork of CGRP+ sensory fibers in the mouse periosteum: implications for the generation and maintenance of bone fracture pain // Neurosci Lett. 2007. Vol. 427, N 3. P. 148–152. doi: 10.1016/j.neulet.2007.08.055
- Sayilekshmy M., Hansen R.B., Delaissé J.M., et al. Innervation is higher above bone remodeling surfaces and in cortical pores in human bone: lessons from patients with primary hyperparathyroidism // Sci Rep. 2019. Vol. 9, N 1. P. 5361. doi: 10.1038/s41598-019-41779-w
- Yoneda T., Hiasa M., Okui T., et al. Cancer-nerve interplay in cancer progression and cancer-induced bone pain // J Bone Miner Metab. 2023. Vol. 41, N 3. P. 415–427. doi: 10.1007/s00774-023-01401-6
- Ivanusic J.J., Sahai V., Mahns D.A. The cortical representation of sensory inputs arising from bone // Brain Res. 2009. Vol. 1269. P. 47–53. doi: 10.1016/j.brainres.2009.03.001
- Cook A.D., Christensen A.D., Tewari D., et al. Immune cytokines and their receptors in inflammatory pain // Trends Immunol. 2018. Vol. 39. P. 240–255. doi: 10.1016/j.it.2017.12.003
- Denk F., Bennett D.L., McMahon S.B. Nerve growth factor and pain mechanisms // Annu Rev Neurosci. 2017. Vol. 40, P. 307–325. doi: 10.1146/annurev-neuro-072116-031121
- Ringe J.D., Body J.J. A review of bone pain relief with ibandronate and other bisphosphonates in disorders of increased bone turnover // Clin Exp Rheumatol. 2007. Vol. 25, N 5. P. 766–774.
- Hiasa M., Okui T., Allette Y.M., et al. Bone pain induced by multiple myeloma is reduced by targeting V-ATPase and ASIC3 // Cancer Res. 2017. Vol. 77, N 6. P. 1283–1295. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-15-3545
- Sevcik M.A., Luger N.M., Mach D.B., et al. Bone cancer pain: the effects of the bisphosphonate alendronate on pain, skeletal remodeling, tumor growth and tumor necrosis // Pain. 2004. Vol. 111, N 1. P. 169–180. doi: 10.1016/j.pain.2004.06.015
- Jimenez-Andrade J.M., Ghilardi J.R., Castañeda-Corral G., et al. Preventive or late administration of anti-NGF therapy attenuates tumor-induced nerve sprouting, neuroma formation, and cancer pain // Pain. 2011. Vol. 152, N 11. P. 2564–2574. doi: 10.1016/j.pain.2011.07.020
- Rapp A.E., Kroner J., Baur S., et al. Analgesia via blockade of NGF/TrkA signaling does not influence fracture healing in mice // J Orthop Res. 2015. Vol. 33, N 8. P. 1235–1241. doi: 10.1002/jor.22892
- Li Z., Meyers C.A., Chang L., et al. Fracture repair requires TrkA signaling by skeletal sensory nerves // J Clin Invest. 2019. Vol. 129, N 12. P. 5137–5150. doi: 10.1172/JCI128428
- Grills B.L., Schuijers J.A., Ward A.R. Topical application of nerve growth factor improves fracture healing in rats // J Orthop Res. 1997. Vol. 15, N 2. P. 235–242. doi: 10.1002/jor.1100150212
- Wang L., Zhou S., Liu B., et al. Locally applied nerve growth factor enhances bone consolidation in a rabbit model of mandibular distraction osteogenesis // J Orthop Res. 2006. Vol. 24, N 12. P. 2238–2245. doi: 10.1002/jor.20269
- Mantyh P.W. The neurobiology of skeletal pain // Eur J Neurosci. 2014. Vol. 39, N 3. P. 508–519. doi: 10.1111/ejn.12462
Дополнительные файлы
