Матеріал і методи дослідження. Експериментальне дослідження проведено на 108 білих щурах лінії Вістар трьох вікових груп: статевонезрілих, репродуктивного та старечого віку (з початковою масою: 100-110, 200-220 і 270-330 гр).

Комісією з біоетики Кримського державного медичного університету (протокол №5 від 25.10.2005) встановлено, що проведене наукове дослідження відповідає етичним вимогам згідно наказу МОЗ України №231 від 01.11.2000.

Схема експерименту

Відповідно до схеми експерименту, тварини всіх вікових груп були розподілені на три серії, по дванадцять у кожній. У першу ввійшли контрольні тварини. У зв'язку з тим, що умови експерименту передбачали наявність таких побічних факторів, як шум, вібрація та відсутність світла у внутрішньому об'ємі центрифуги, для забезпечення безпосереднього дослідження впливу самої гіпергравітації, тварини контрольної серії знаходилися на момент експерименту в однотипових, світлонепроникних пластикових контейнерах на верхній площині центрифуги. Другу серію складали щури, що знаходилися під впливом гравітаційного перевантаження, модельованого за допомогою експериментальної центрифуги ЦЕ-2/500 з радіусом 0,5 м і робочим діапазоном від 1 до 50 g. Направлення дії перевантаження - поперечне (бік у бік). Величина перевантаження становила 9 g, градієнт зростання - 1,4-1,6 g/с, спаду - 0,6-0,8 g/с, тривалість експозиції - 10 хвилин. Перевантаження моделювали у вигляді трихвилинних проміжків з інтервалом між ними в 30 сек. Для забезпечення стандартних умов щури другої серії знаходилися в однотипових пластикових контейнерах, що давало змогу фіксувати всіх тварин в однаковій позиції - головою в напрямку руху центрифуги.

У третю серію ввійшли тварини, що знаходилися під впливом ідентичного перевантаження, але в умовах запропонованого методу фізичного захисту. За прототип фізичного захисту був узятий імерсійний метод захисту біологічних об'єктів під впливом гравітаційних перевантажень, в умовах якого тварина знаходиться у рідині (Ціолковський К.Е., 1891; Лисенко В.В., Бекетов А.І., 2002). Тварин розташовували в герметичних пластикових циліндрах, забезпечених вентиляційною системою, які потім, у свою чергу, розміщалися в інших металічних контейнерах, заповнених водою.

Залежно від тривалості експерименту всі тварини були розподілені на дві підгрупи. Першу складали щури, що знаходилися під впливом гравітаційних перевантажень протягом 10 діб, другу - тварини, що знаходилися в експерименті 30 діб.

Експеримент відбувався щоденно, в один і той же час, відповідно до правил Європейської конвенції захисту хребетних тварин, які використовуються в експериментальних та інших наукових дослідженнях (Council of Europe, 18.03.1986).

Утримання тварин здійснювалося відповідно до науково-практичних рекомендацій щодо догляду за експериментальними тваринами (Кожем'якін Ю.М., Хромов О.С., Філоненко М.А., Сайфетдінова Г.А., 2002).

Після закінчення термінів експерименту (через 10 та 30 днів) тварин виводили з експерименту шляхом декапітації під ефірним наркозом. Звільняли від м“яких тканин великогомілкову та плечову кістки, які потім зважували на торсійних вагах ВТ-500 з точністю до 1 мг. Програма остеометрії включала показники найбільшої довжини кістки, ширини проксимального та дистального епіфізів, передньозаднього розміру середини діафізу та ширини середини діафізу (Duerst, 1926).

Для гістологічного дослідження брали фрагменти проксимальних епіфізів і середини діафізів великогомілкової кістки, які фіксували в 10% розчині нейтрального формаліну, декальцинували в 5% розчині мурашиної кислоти, зневоднювали в спиртах зростаючої концентрації та заливали в парафінові блоки. Парафінові гістологічні зрізи товщиною 5-10 мкм забарвлювали гематоксилін-еозином. Морфометрію діафізу та наросткового хряща проксимального епіфізу великогомілкових кісток здійснювали на цитоморфологічному комплексі ”Олімпус” - C 5050 ZOOM з об'єктивами Plan 10 x /0,25 і Plan 40 x /0,65 за допомогою комп'ютерної програми Adobe Photoshop.

Морфометрія наросткового хряща включала показники загальної ширини хряща, ширини зон проліферуючого і дефінітивного хрящів. За допомогою 100-точкової вимірювальної сітки визначали процентне співвідношення клітинних елементів і міжклітинної речовини наросткового хряща, частку первинної спонгіози, кількість клітин у зоні проліферуючого та дефінітивного хрящів. Перелік морфометрічних показників поперекових зрізів діафізів включав: товщину стінки діафізу (компактної кістки), ширину зон зовнішніх і внутрішніх генеральних пластин, ширину остеонного прошарка, діаметр остеонів і їх каналів. Зображення зберігали на жорсткому диску, після чого виготовляли кольорові фотографії.

Для ультраструктурних досліджень методом трансмісійної електронної мікроскопії шматочки наросткового хряща та діафізу великогомілкової кістки послідовно фіксували в 2,5 % розчині глютаральдегіду на 0,1 М фосфатному буфері (рН 7,4), а потім у 1 % розчині осмійної кислоти. Ультратонкі зрізи виготовляли алмазним ножем, препарати на мідних сіточках контрастували уранілацетатом і цитратом свинцю. Розглядали в трансмісійному електронному мікроскопі ЕМВ-100Б.

Для дослідження об'ємно-просторової організації методом растрової електронної мікроскопії шматочки метафізів довгих кісток, розподілених навпіл у сагітальній площині, фіксували в 4 % розчині параформальдегіду на 0,1 М фосфатному буфері (рН 7,4) та зневоднювали в спиртах зростаючої міцності. Потім закріплювали на спеціальних металевих пластинках, за допомогою струмопровідного клею Condacting carpan cement (Watford, England), та напиляли алюмінієм в універсальному вакуумному пості ВУП-5. Отримані зразки розглядали та фотографували за допомогою растрового електронного мікроскопу РЕМ-100У.

Хімічне дослідження кісток складалося з визначення процентного співвідношення вмісту води, органічного та мінерального компонентів кістки за допомогою процентно-вагового методу. Зважену кістку висушували до постійної ваги в муфельній печі SNOL 8,2/1100 при температурі 105°С. За різницею ваги вологої і сухої кістки визначали її вологість. Потім висушену кістку спалювали при температурі 520°С протягом 12 годин. Шляхом зважування попелу вираховувалася загальна кількість мінеральної речовини на сухий залишок.

Для дослідження макроелементного складу кісток 5 мг кісткової золи розчиняли в 2 мл 0,1 Н хімічно

чистої соляної кислоти і доводили об“єм розчину дистильованою водою до 25 мл. Вміст кальцію, калію і натрію визначали методом спектрометрії на полум”яному фотометрі ASS-3. Відсотковий вміст фосфору визначали на спектрофотометрі “СФ-26”. Дослідження проводилося в повній відповідності до інструкцій для цих приладів.

Біомеханічні параметри плечових кісток досліджували на прогин на універсальній навантажувальній машині Р-0,5 зі швидкістю навантаження 0,25 мм/хвил. Використовували таку модель навантаження, при якій досліджувана кістка знаходилась на двох опорах, а сила навантаження діяла посередині між ними. У момент повної руйнації кістки прибор автоматично вимикався, а загальна міцність відображалася на шкалі машини. Розраховували питому стрілу прогину, межу міцності, модуль пружності та роботу руйнації кістки.

Дані, отримані в результаті дослідження, обробляли з використанням методів варіаційної статистики. Вірогідною вважали імовірність помилки менше 5% (р<0,05)

Результати дослідження та їх аналіз. Проведене дослідження дозволяє стверджувати, що вплив гравітаційного перевантаження на організм статевонезрілих щурів призводить до прискорення, в першу чергу, опозиційного росту досліджуваних кісток, що найбільш виражено відбувалося наприкінці першого строку експерименту з поступовим зниженням до 30-го дня. Так, якщо довжина плечових та великогомілкових кісток протягом усього досліду практично не відрізнялася від контролю, то показники ширини і товщини середини діафізу на 10-у добу були вищими від контрольних на 9,62% (р<0,05) і 6,41% (р>0,05) для плечової кістки та на 7,26% (р>0,05) і 5,76% (р<0,05) для великогомілкової, а на 30-ий день аналогічні показники перевищували контроль на 4,26% (р>0,05) і 3,86% (р>0,05) для плечової та на 3,44% (р>0,05) і 2,96% (р>0,05) для великогомілкової кістки.

Ширина проксимального та дистального епіфізів також перевищувала контрольні показники, але менш значно. У тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, нами виявлено однотипові зміни, з тією лише різницею, що вони мають значно меншу вираженість, що може вказувати на нівелюючий вплив цього методу (рис. 1.).

Гістологічні дані свідчать про наявність змін, як у наростковому хрящі, так і в компактній речовині діафізу. Морфометрично, протягом усього експерименту, відбувається збільшення загальної ширини наросткового хряща за рахунок розширення всіх його зон (у першу чергу, зони проліферуючого та дефінітивного хряща).

10 діб 30 діб 10 діб 30 діб 10 діб 30 діб

Рис. 1. Показники остеометрії плечової кістки тварин усіх вікових груп у співвідношенні з контролем ( де * - статистична достовірність. По осі абсцис: 1-довжина кістки, 2-ширина проксимального епіфізу, 3-ширина дистального епіфізу, 4-ширина середини діафізу, 5-товщина середини діафізу).

Так, на 10-ий день показник загальної ширини наросткового хряща перевищує контроль на 7,71% (р>0,05), що стало можливим у результаті збільшення зон проліферуючого та дефінітивного хрящів на 8,97% (р<0,05) і 7,58% (р<0,05) відповідно, що у свою чергу, підтверджується збільшенням кількості хондроцитів даних зон на 8,43% (р<0,05) і 8,75% (р>0,05). Частка первинної спонгіози на цей час зменшена на 3,71% (р<0,05). На 30-ий день загальна тенденція до збільшення морфометрічних показників зберігається, однак ці зміни мають менш виражений характер, що скоріше за все, вказує на активізацію адаптаційних процесів. Окрім того, показник частки первинної спонгіози також перевищує контроль на 3,65% (р>0,05). При дослідженні наросткових хрящів тварин, які знаходилися в умовах фізичного захисту, протягом усього експерименту виявлено одноманітні зміни, які, однак, мають меншу вираженість та не підтверджуються методом статистичного аналізу. Так, порівняно з експериментальними щурами ширина наросткового хряща у даних тварин на 10-у добу перевищувала контроль лише на 3,12% (р>0,05), а на 30-у добу - на 2,55% (р>0,05), що пов'язано з меншою шириною всіх досліджуваних зон та кількістю хондроцитів, що в них розташовані.

Аналіз морфометрічного дослідження діафізу великогомілкової кістки статевонезрілих щурів підтверджує дані, отримані при проведені остеометрії, які свідчать про зростання поперекових розмірів (рис. 2).

На 10-ий день, у наслідок безпосереднього впливу гравітаційного перевантаження, відбувається розширення зони зовнішніх генеральних пластин, остеонного шару, зони внутрішніх генеральних пластин, діаметру остеонів та їх каналів на 9,57% (р<0,05), 9,13% (р<0,05), 1,19% (р>0,05), 3,71% (р>0,05) та 3,97% (р>0,05) відповідно. На 30-у добу зміни мають аналогічний характер, але всі показники, окрім показників ширини зони внутрішніх генеральних пластин та діаметру остеонів, які продовжують збільшуватися та перевищують контроль на 1,96% (р>0,05) і 5,75% (р>0,05), мають менш виражене відхилення, що може деяким чином свідчити про розвиток більш потужних процесів, спрямованих на пристосування кістки до нових умов (рис. 2.).

При дослідженні поперечного зрізу середини діафізу великогомілкових кісток тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, нами виявлено, у принципі, однотипові зміни, які, однак, мають меншу вираженість протягом усього експерименту. Таким чином, нівелюючий вплив методу фізичного захисту на дію гравітаційного перевантаження виявляється і щодо компактної речовини діафізу (рис. 2.).

При розгляді особливостей змін хімічного складу довгих трубчастих кісток скелета статевонезрілих щурів можна помітити, що вони мають односпрямований характер і розрізняються лише кількісно. У досліджуваних кістках мала місце тенденція до зниження процентного вмісту води, відносної частини органічних речовин і підвищення неорганічного компонента.

Так, на 10-у добу вміст мінерального компонента у плечовій та великогомілковій кістках збільшується на 6,42% (р<0,05) і 5,34% (р<0,05).

Рис. 2. Показники морфометрії діафізу великогомілкової кістки тварин усіх вікових груп на 10 добу експерименту у співвідношенні з контролем (де * - статистична достовірність. По осі абсцис: 1-загальна товщина стінки діафізу, 2-ширина зони зовнішніх генеральних пластин, 3-ширина остеонного шару, 4-ширина зони внутрішніх генеральних пластин, 5- діаметр каналу остеону, 6- діаметр остеону).

Частка органічної речовини зменшується на 3,13% (р<0,05) та 3,96% (р>0,05). На 30-у добу у плечовій кістці частка мінерального компоненту продовжує збільшуватись та перевищує контроль на 5,48% (р<0,05), а органічного- знижуватися, відхилення якого на цей час становить 4,42% (р<0,05). У великогомілковій кістці зміни менш суттєві, де частка мінералів перевищує контроль на 4,59% (р<0,05), а концентрація органічних речовин знижена на 3,22% (р>0,05). При дослідженні хімічного складу великогомілкових кісток тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, виявлена тенденція зберігається, однак, протягом усього експерименту є статистично недостовірною.

Аналіз макроелементного складу великогомілкових кісток статевонезрілих щурів підтверджує дані, отримані при дослідженні хімічного складу. У наслідок впливу безпосереднього гравітаційного перевантаження, на 10-у добу підвищується вміст усіх досліджуваних елементів: калію на 3,17% (р>0,05), натрію на 3,44% (р>0,05), кальцію на 2,78% (р>0,05) та фосфору на 5,16% (р<0,05). На 30-ий день ця тенденція зберігається, але всі показники відхиляються від контролю менш значно та не мають статистичної достовірності. Так, вміст калію, натрію та кальцію перевищував контроль не більш ніж на 1 %, а фосфору на 2,8%, на підставі чого можна зробити висновок про підвищення адаптаційного рівня, спрямованого на нормалізацію фізіологічних та біохімічних процесів, регулюючих кістковий гомеостаз. У тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, зміни макроелементного складу відрізняються меншою вираженістю та не підтверджуються методами статистичної обробки.

Аналіз біомеханічних властивостей плечових кісток статевонезрілих щурів показує, що залежно від тривалості експерименту та умов, в яких знаходилися тварини, їх показники мають різну величину та спрямованість. Так, у тварин, що знаходилися під безпосереднім впливом гравітаційного перевантаження, на 10-у добу спостереження зменшується міцність досліджуваних кісток з одночасним підвищенням їх жорсткості, що підтверджується зменшенням межі міцності та модуля пружності на 15,24% (р>0,05) та 12,93% (р>0,05), а також питомої стріли прогину - на 2,43% (р>0,05). Підвищення відносно контролю показників межі міцності, модуля пружності та мінімальної роботи руйнації на 21,13% (р<0,05), 7,62% (р>0,05) та 32,33% (р<0,05), з одночасним зниженням на 24,39% (р<0,05) питомої стріли прогину на 30-у добу свідчить про достатньо суттєве зростання, на цей час, жорсткості та міцності досліджуваних кісток. У тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, на 10-у добу тенденція до зниження міцносних характеристик зберігається, але всі показники не мають статистичної достовірності і практично відповідають контрольним даним, окрім мінімальної роботи руйнації, яка перевищує контроль на 15,74%. Після закінчення експерименту біомеханічні показники, хоч і слабко, але також відрізняються від показників, отриманих при дослідженні плечових кісток тварин, які знаходилися під безпосереднім впливом гіпергравітації.

Опираючись на наведені дані, можна стверджувати, що протягом усього експерименту внаслідок впливу гіпергравітації в довгих трубчастих кістках статевонезрілих щурів відбуваються значні зміни росту, формоутворення, хімічного та макроелементного складу, а також біомеханічних властивостей, що вказує на пряму залежність даних змін від гравітаційного фактору. Ступінь їх вираженості залежить від тривалості експерименту, а також від умов, в яких знаходилися тварини.

Остеометрічні показники досліджуваних кісток щурів статевозрілого віку свідчать, що як і у разі з тваринами першої вікової групи, вплив гравітаційного перевантаження призводить, у першу чергу, до прискорення опозиційного росту обох досліджуваних кісток, але, на відміну від перших, у цьому випадку статистично достовірно та найбільш виражено змінювалися лише показники ширини та товщини середини діафізу. У плечовій кістці на 10-ий день ці показники перевищували контрольні на 5,99 % (р<0,05) та 5,55 % (р<0,05), а у великогомілковій на 5,26 % (р<0,05) та 3,99 % (р>0,05) відповідно. На 30-у добу ті ж показники становили 3,47 % (р>0,05) і 5,15 % (р<0,05) для плечової та 4,01 % (р>0,05) і 3,32 % (р>0,05) для великогомілкової. Щодо остеометрічних показників, які були отримані при дослідженні довгих трубчастих кісток тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, то вони відрізнялися меншою виразністю протягом усього експерименту.

Аналіз даних, отриманих при дослідженні наросткового хряща великогомілкових кісток щурів статевозрілого віку, виявив зміни, що відрізнялися від змін, які були виявлені у статевонезрілих тварин. Так, після 10-денного спостереження у тварин, що знаходилися під безпосереднім впливом гіпергравітації, відбувається зменшення ширини ростової пластинки, зони дефінітивного хряща, частки первинної спонгіози та кількості хондроцитів у дефінітивній зоні на 1,9% (р>0,05), 3,37% (р>0,05), 0,88% (р>0,05) та 3,28% (р>0,05) відповідно. Однак, показники зони проліферуючого хряща, процентного співвідношення клітин до міжклітинної речовини та кількості хондроцитів проліферуючої зони перевищують контроль на 6,66% (р<0,05), 4,64% (р<0,05) і 7,57% (р<0,05). На 30-у добу показники ширини наросткового хряща, частки первинної спонгіози та процентного співвідношення клітин до міжклітинної речовини незначно перевищують контрольні дані на 1,76% (р<0,05), 1,21% (р<0,05) і 0,68% (р<0,05) відповідно. Окрім того, зменшується ширина зони проліферуючого хряща та кількість хондроцитів цієї зони, а їх показники практично не відрізняються від контролю та перевищують його на 0,18% (р<0,05) і 1,44% (р<0,05). Показники зони дефінітивного хряща та кількість хондроцитів цієї зони перевищують, на цей час, контрольні дані на 3,39% (р<0,05) та 4,54% (р<0,05). Подібні, але без статистичної достовірності дані були отримані і при дослідженні морфометричних показників наросткового хряща великогомілкових кісток щурів, які знаходилися в умовах фізичного захисту, що свідчить про нівелювання змін, що відбуваються у ростової пластинці.

Аналіз структури поперечного зрізу середини діафізу великогомілкових кісток статевозрілих щурів підтверджує дані остеометрічного дослідження, але компактна кістка тварин цього віку реагує на вплив гравітаційного перевантаження менш виражено, ніж у статевонезрілих тварин. На 10-у добу, крім показника ширини зони зовнішніх генеральних пластин, який перевищував контроль на 4,76% (р<0,05), усі інші показники, не маючи статистичної достовірності, відхиляються від контролю в діапазоні від 1,24% до 3,44%. На 30-у добу показник ширини зони зовнішніх генеральних пластин залишається практично на тому ж рівні і перевищує контрольні дані на 3,96% (р>0,05). Усі інші показники на цей час знижуються, але все ще перевищують контроль, хоч їх відхилення незначне, не підтверджується статистично і коливається в межах від 0,34% до 2,01%. У тварин, що знаходилися в умовах методу фізичного захисту, зміни морфометрічних показників поперечного зрізу середини діафізу мають ще менш виразний характер. Достатньо відзначити, що протягом усього експерименту вони не підтверджуються статистично і перевищують контрольні дані не більше ніж на 1,5%. Таким чином, у статевозрілих щурів, що знаходилися в умовах фізичного захисту, вплив гравітаційного перевантаження призводить до менш значних змін компактної тканини середини діафізу, на відміну від тварин, що зазнають безпосереднього впливу гіпергравітації.

Хімічний склад великогомілкових кісток тварин цієї вікової групи протягом усього дослідження не зазнав значних, статистично достовірних змін, які, однак, залежно від термінів експерименту мають неоднаковий характер. На 10-у добу має місце тенденція до зниження процентного вмісту води, органічних речовин і підвищення неорганічного компоненту. На 30-у добу, навпаки, відмічали збільшення процентного вмісту води та органічних речовин зі зменшенням вмісту мінералів. Але, у зв'язку з тим, що показники протягом усього експерименту відхилялися від контрольних не більше ніж на 2,5%, у даному випадку, можна, скоріш за все, говорити лише про прояв тенденції. Щодо тварин, які знаходилися в умовах фізичного захисту, то хімічний склад їх кісток зазнав незначних коливань, де відхилення показників було не вище за 0,5%. Таким чином, враховуючи відсутність суттєвих змін хімічного складу у тварин усіх експериментальних серій, визначити нівелюючий ефект методу фізичного захисту на дію гравітаційного перевантаження протягом усього дослідження не є можливим.

Дані, отримані при досліджені хімічного складу, підтверджуються змінами макроелементного складу великогомілкових кісток. На 10-у добу у тварин, що знаходилися під безпосереднім впливом гіпергравітації, підвищується вміст усіх досліджуваних елементів, відхилення показників яких, однак, не відрізняються великою виразністю і крім кальцію, відхилення якого становило 2,39% (р<0,05), не мають статистичної достовірності. На 30-у добу вміст кальцію менший, ніж в контролі, на 1,86% (р>0,05). Усі інші показники перевищують контрольні дані, але їх відхилення ще менше, ніж при 10-денному терміні і коливаються в межах від 0,36% до 1,48%. Отримані дані свідчать про те, що гравітаційне перевантаження не викликає достатньо вагомих змін у стані макроелементного складу досліджуваних кісток статевозрілих щурів протягом усього експерименту. У тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, виявляється аналогічна тенденція, але, як і в усіх інших випадках, зміни мають тенденційний характер і їх відхилення, окрім показника кальцію, вміст якого знижено відносно контролю на 1,63%, не перевищує 0,5% (р<0,05).

Аналіз біомеханічних показників плечових кісток статевозрілих щурів усіх експериментальних серій протягом усього терміну спостереження показав, що вплив гравітаційного перевантаження, призводить до зниження їх міцності та жорсткості. На 10-у добу у тварин, що знаходилися під безпосереднім впливом гіпергравітації, показники питомої стріли прогину та мінімальної роботи руйнації вищі від контрольних на 6,7% (р>0,05) і 16,44% (р>0,05), а межі міцності та модуля пружності нижчі на 15,82% (р<0,05) і 22,91% (р<0,05). На 30-ий день спостереження показник питомої стріли прогину продовжував зростати і його відхилення становило 12,2% (р>0,05). Показник мінімальної роботи руйнації, порівняно з 10-ою добою, знижується до 9,09% (р>0,05). Показники межі міцності та модуля пружності знижені відносно контролю на 12,54% (р<0,05) і 18,19% (р<0,05). Таким чином, плечові кістки статевозрілих щурів протягом усього експерименту реагують на вплив гравітаційного перевантаження зниженням міцності та жорсткості з одночасним зростанням їх еластичності. Біомеханічні властивості плечових кісток щурів, що знаходилися в умовах фізичного захисту, змінюються аналогічним чином, однак, мають меншу вираженість та не підтверджуються методами статистичної обробки.

Нами було також проведено електронно-мікроскопічне дослідження методом трансмісійної мікроскопії для вивчення великогомілкової кістки щурів статевозрілого віку.

У тварин контрольної серії в наростковому хрящі великогомілкової кістки ядра хондроцитів мають неправильну видовжену форму та містять переважно еухроматин, великі ядерця, звичайно прилеглі до ядерної мембрани. У цитоплазмі добре розвинений гранулярний ендоплазматичний ретикулум, цистерни якого місцями розширені. Мітохондрії численні, дрібні, округлі з електроннощильним матриксом і значною кількістю крист. Комплекс Гольджи помірно розвинений і його диктіосоми звичайно розташовуються поблизу ядра.

При дослідженні хондроцитів наросткового хряща великогомілкових кісток тварин, що піддавалися впливу гравітаційного перевантаження, нами не виявлено суттєвих змін їх структури порівняно з тваринами контрольної серії. В ядрах хондроцитів також переважає еухроматин, ядерця досить великі, а в деяких клітинах відзначається їх пориста будова, що є характерним для активації синтезу РНК. У цитоплазмі зростає вміст гранулярної ендоплазматичної сітки, цистерни якої, як правило, розташовані паралельно. Кількість мітохондрій дещо зменшується, а ступінь розвитку комплексу Гольджи суттєво не відрізняється порівняно з даними контролю. Таким чином, хондроцити наросткового хряща статевозрілих тварин не зазнають достатньо виразних змін. Подібні дані отримано і при дослідженні за допомогою світлової мікроскопії.

При субмікроскопічному дослідженні великогомілкових кісток інтактних тварин статевозрілого віку в діафізі виявлено остеоцити, що характеризуються підвищеною електронною щільністю каріоплазми та помірною електронною щільністю цитоплазми. В ядрах клітин переважає гетерохроматин, а ядерця невеликі за розміром. Цитоплазма містить помірно розвинену гранулярну ендоплазматичну сітку, цистерни якої місцями розширені, а також спостерігається значна кількість рибосом і полісом. В остеоцитах невелика кількість дрібних мітохондрій, добре розвинений комплекс Гольджи, наявні електроннощільні тільця лізосом, що характерно для зрілих остеоцитів. В ендоплазматичній зоні цитоплазми виявлено помірну кількість мікропухирців, вакуолей, електроннощільних гранул. У клітинах сформовано відростки, що входять у канальці кісткового матриксу. Остеоцити оточені широким шаром не мінералізованого матриксу.

У великогомілкових кістках тварин статевозрілого віку, що піддавалися гравітаційним перевантаженням, остеоцити також характеризуються помірною електронною щільністю цитоплазми, однак, на відміну від остеоцитів інтактних тварин у них виявляються морфологічні ознаки, що свідчать про активацію внутрішньоклітинної регенерації, яка відбувається як компенсаторна гіпертрофія. Здебільшого цитоплазма остеоцитів заповнена цистернами гранулярної ендоплазматичної сітки з численними локальними розширеннями та зернистим і тонковолокнистим речовинами. Між цистернами знаходяться дрібні електроннощільні гранули. Також значно збільшені вакуолі та цистерни комплексу Гольджи, а вакуолі містять тонковолокнисту речовину. Накопичення рибосом і полісом у таких остеоцитах помірне. Остеоїдний шар, що відокремлює клітину від основної речовини кістки, визначається достатньо добре. Кісткові лакуни мають дещо менші розміри, ніж у інтактних тварин.

Наведені дані свідчать про те, що протягом усього експерименту в наслідок впливу гіпергравітації у довгих трубчастих кістках статевозрілих щурів відбуваються зміни росту, формоутворення, хімічного та макроелементного складу, а також біомеханічних властивостей, тотожні до змін, що були виявлені у статевонезрілих щурів. Ступінь їх вираженості також залежить від терміну та умов експерименту. Нівелюючий вплив методу фізичного захисту у більшості випадків має позитивний характер.

Аналіз остеометричних даних, отриманих у результаті дослідження довгих трубчастих кісток щурів старечого віку, показав, що вплив гравітаційного перевантаження, і в цьому випадку, призводить до посилення, у першу чергу, темпів поперечного росту. Однак, на відміну від тварин двох перших вікових груп, в цьому випадку, найбільш суттєві зміни відбуваються на 30-у добу експерименту. Так, на 10-ий день усі остеометрічні показники досліджуваних кісток тварин, що знаходилися під безпосереднім впливом гіпергравітації, практично не відрізняються від контролю, а їх відхилення не перевищує 1,7%. На 30-у добу показники ширини та товщини середини діафізу, а також ширини дистального епіфізу перевищують контрольні на 2,7% (р>0,05), 4,4% (р>0,05) і 2,88% (р>0,05) для плечової кістки, і на 5,12% (р<0,05), 5,94% (р<0,05) та 3,09 (р<0,05) для великогомілкової. Відхилення показників довжини кістки та ширини проксимального епіфізу не перевищує 1% (р>0,05). В умовах фізичного захисту відмічали аналогічні зміни. На 10-у добу показники обох кісток практично дорівнюють контролю, а на 30-у добу мають тендеційний характер. Таким чином, вплив методу фізичного захисту виявляється в усіх вікових групах, але враховуючи, що і в цьому випадку різниця з контролем є достатньо високою, він не є абсолютним.

Морфометричні показники наросткового хряща тварин старечого віку всіх експериментальних серій перевищують контрольні дані. На 10-у добу від початку спостереження ширина ростової пластинки зростає на 6,04% (р>0,05), зон проліферуючого та дефінітивного хрящів - на 4,32% (р>0,05) та 3,49 (р>0,05) з одночасним збільшенням хонроцитів у даних зонах на 3,65% (р>0,05) та 2,27% (р>0,05) відповідно. Частка первинної спонгіози перевищує контроль на 0,82 (р>0,05), а процентне співвідношення хондроцитів та міжклітинної речовини - на 4,45% (р<0,05). На 30-у добу відхилення показників ширини ростової пластинки, зони проліферуючого хряща, процентного співвідношення хондроцитів та міжклітинної речовини, кількості клітин у зоні проліферуючого хряща значно меньші. Однак, порівняно з 10-денним терміном, підвищуються показники ширини зони дефінітивного хряща, кількості клітин цієї зони та частки первинної спонгіози на 5,83% (р<0,05), 3,49% (р>0,05) та 3,82 (р>0,05). У тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, зміни морфометрічних показників мають аналогічний характер, але відрізняються, як і в попередніх випадках, меншими абсолютними величинами.

Аналіз морфометричних показників поперечного зрізу середини діафізу великогомілкових кісток щурів старечого віку також підтверджує остеометрічні дані, що проявляється у підвищенні товщини стінки діафізу, ширини зони зовнішніх генеральних пластин та остеонного шару, показники яких на 10-у добу експерименту перевищують контрольні дані на 3,23% (р<0,05), 8,86% (р<0,05) та 4,23% (р>0,05). У свою чергу, порівняно з контролем, звужується зона внутрішніх генеральних пластин на 3,27% (р>0,05). На 30-у добу зона зовнішніх генеральних пластин продовжує розширюватися та перевищує контроль на 9,18% (р<0,05) а внутрішніх - звужуватися, а її показник нижчий від контролю на 4,94% (р<0,05). Показники товщини стінки діафізу та ширини остеонного шару не мають статистичної достовірності та перевищують контрольні дані на 1,34% і 1,2%. Щодо показників діаметру остеонів та їх каналів, то протягом усього дослідження, вони практично відповідали контролю, а їх відхилення не перевищувало 1,5%. У діафізах тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, виявлено однотипові зміни, які, однак, не підтверджуються методами статистичної обробки. Достатньо зазначити, що, окрім показника ширини зони зовнішніх генеральних пластин, який на 10-у добу перевищував контроль на 4,74%, а на 30-у - на 6,12%, усі інші показники коливалися в межах від 0,34% до 1,99%. Таким чином, отримані дані дають можливість стверджувати, що і в кістках тварин старечого віку, що знаходилися в умовах фізичного захисту, процеси, спрямовані на реструктуризацію кісткової тканини, менш розвинуті, що пов'язано з нівелюючим впливом застосованого захисту.

Аналіз хімічного складу плечових та великогомілкових кісток щурів цієї вікової групи свідчить, що у тварин усіх експериментальних серій зміни мають однотиповий напрямок, подібний до виявленого раніше у статевонезрілих тварин, який проявляється дегідратацією, зменшенням вмісту органічної речовини та підвищенням мінерального компоненту. Зокрема, на 10-у добу можна говорити лише про тенденцію, так як зміни на цей час дуже незначні, а відхилення показників від контролю не перевищує 1%. Після закінчення експерименту вміст мінералів у плечових кістках продовжує зростати та перевищує контроль на 3,94% (р<0,05), у великогомілкових - на 5,81% (р<0,05). Показник органічної речовини в плечових кістках нижчий від контролю на 3,73% (р<0,05), у великогомілкових - на 5,92% (р<0,05). Таким чином, у тварин старечого віку мінералізація обох кісток продовжує зростати і на 30-у добу дослідження. У тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, виявлена раніше тенденція, а саме - дегідратація, зниження органічного та підвищення мінерального компонентів, зберігається, але також відрізняється меншою вираженістю і, окрім цього, усі показники не мають статистичної достовірності. Це вказує на те, що фізичний захист нівелює також і зміни хімічного складу, які виникають у довгих трубчастих кістках щурів цієї вікової групи.

Аналіз стану макроелементного складу великогомілкових кісток тварин старечого віку, що знаходилися під безпосереднім впливом гравітаційного перевантаження, показав, що на 10-у добу спостереження зміни мають явно слабкий, статистично недостовірний характер, коли всі досліджувані показники не перевищували контроль більше ніж на 1%. На 30-у добу превалювання досліджуваних показників зростає. Так, вміст калію перевищує контроль на 2,64%, натрію - на 2,84%, фосфору на - 4,21%. Вміст кальцію нижчий від контролю на 4,98%. Це, на наш погляд, говорить про інтенсифікацію процесів, спрямованих на реконструкцію кісткової тканини. Зниження вмісту кальцію пов'язано, на нашу думку, з посиленням резорбції, яка сприяє будь-якому достатньо активному ремоделюванню зрілої кісткової тканини. У щурів, що знаходилися в умовах фізичного захисту, зміни мають аналогічний характер, але залежно від терміну експерименту їх вираженість також різна. На 10-ий день говорити про нівелюючу здатність фізичного захисту неможливо, бо зміни макроелементного складу практично відсутні, як і у тварин, що перебували під безпосереднім впливом гіпергравітації, через те що показники дуже близькі до контрольних, статистично недостовірні та їх відхилення не перевищує 1%. На 30-у добу нівелюючий ефект проявляється меншою вираженістю змін, що відбуваються у макроелементному складі.

Аналіз біомеханічних властивостей плечових кісток тварин старечого віку показав, що гравітаційне перевантаження викликає різні, залежно від терміну експерименту, зміни. На 10-у добу міцність та жорсткість кісток знижується з паралельним зростанням еластичності, про що свідчать показники межі міцності, модуля пружності та мінімальної роботи руйнації, які знижені відносно контрольних даних на 14,63% (р<0,05), 20,98% (р<0,05) та 14,91% (р>0,05). Питома стріла прогину перевищує контроль на 11,08% (р>0,05). На 30-ий день, навпаки, міцність та жорсткість кісток зростає з паралельним зменшенням еластичності, що підтверджується підвищенням, відносно контролю, показників межі міцності, модуля пружності та мінімальної роботи руйнації на 20,97% (р<0,05), 31,47% (р<0,05) і 24,82% (р>0,05). Показник питомої стріли прогину нижчий від контролю на 12,77% (р>0,05). У тварин, що знаходилися в умовах фізичного захисту, як і в попередніх вікових групах, зміни мають аналогічний характер та відрізняються лише рівнем коливань, що свідчить про нівелювання фізичним захистом змін біомеханічних показників плечових кісток, які виникають під впливом гравітаційного перевантаження, також і у щурів старечого віку.

ВИСНОВКИ

У дисертації подано дані, що характеризують особливості росту, будови та формоутворення довгих трубчастих кісток щурів лінії Вістар різних вікових груп під впливом великого по величині, тривалості та швидкості зростання-спаду гравітаційного перевантаження, а також при нівелюванні даного впливу за допомогою методу фізичного захисту. Отримані результати можуть мати практичне застосування в авіакосмічній медицині з метою профілактики змін, які виникають у скелеті осіб льотного складу.

1. Ріст та будова кісток щурів контрольної серії усіх вікових груп характеризуються наявністю постійних ростових процесів, що супроводжуються перебудовою кісткового матриксу, поступовим потовщенням компактної кістки та звуженням наросткового хряща. Зі збільшенням віку тварин також відбувається зростання мінералізації кісток і зменшення вмісту води та органічних речовин. Біомеханічні властивості досліджуваних кісток, в залежності від віку, характеризуються поступовим підвищенням їх міцності та жорсткості з паралельним зменшенням еластичності.

2. Гравітаційне перевантаження суттєво впливає на ріст, будову та формоутворення довгих трубчастих кісток тварин усіх вікових груп. Ступінь вираженості змін залежить від віку тварин (більш стабільні статевозрілі тварини), умов експерименту (безпосередній вплив гравітаційного навантаження і використання метода фізичного захисту) та тривалості впливу досліджуваного фактора (екзогенний вплив на скелет статевонезрілих та статевозрілих щурів максимально виражений в перші 10 діб, а у тварин старечого віку на 30 добу).

3. Вплив гіпергравітації призводить до прискорення темпів росту досліджуваних кісток, що проявляється однотиповими, характерними для усіх вікових груп морфоструктурними перетвореннями, максимально вираженими у статевонезрілих тварин на 10 добу експерименту: збільшенням ширини та товщини середини діафізу великогомілкових кісток на 9,62% і 6,41%, розширенням зони зовнішніх генеральних пластин на 9,57%, остеонного шару на 9,13%, діаметра остеонів на 5,75% з паралельним розширенням наросткового хряща великогомілкової кістки, за рахунок превалювання зон проліферуючого і дефінітивного хрящів на 8,97% та 7,58%, а також збільшенням у цих зонах кількості хондроцитів на 8,43% та 8,75% відповідно. Всі ці величини є статистичнодостовірними.