Будова, мінеральний обмін та їх корекція в кістках скелета після термічного ураження та впливу солей важких металів

Сумський державний університет

Особливості будови, мінерального обміну та їх корекція в кістках скелета після термічного ураження та впливу солей важких металів

А.М. Романюк , д-р мед. наук, проф.;

О.С. Моїсеєнко

Вступ

Кісткова система є чутливою до впливу різноманітних екзогенних чинників [1,2,3,4,5,6]. Оскільки кістки відіграють важливу роль в підтримці мінерального гомеостазу, виникає потреба у вивченні механізмів та морфологічних субстратів ушкоджуючої дії різних факторів та пошуку ефективних коректорів для усунення їх несприятливого впливу [7]. Позитивних результатів в цьому напрямку було досягнуто застосуванням препаратів "Ербісол", "Кальмівід", "Кальцій Д3", "Остеогенон" [8,9,10,11].

Мета роботи

Вивчення будови та хімічного складу кісткової тканини при термічній травмі та токсичній дії на організм солей важких металів, а також можливості корекції негативних змін препаратом "Кальцемін Адванс".

Матеріали та методи дослідження

Дослідження проводилося на білих щурах-самцях. Всі тварини були поділені на 3 групи: І група - інтактні тварини, які знаходилися в звичайних умовах віварію та не піддавалися впливу зовнішніх чинників; ІІ група - експериментальні, які протягом одного місяця до термічного ураження та в подальшому вживали воду, насичену солями важких металів: цинку (ZnSO4 x 7H2O) - 5мг/л, хрому (K2Cr2O7) - 0,1мг/л і свинцю (Pb(CH3COO)2) - 0,1мг/л. Термічну травму проводили водяною парою під рауш-наркозом. Площа ураження складала 18-20% поверхні тіла. ІІІ група - тварини, які піддавалися впливу солей важких металів та термічному ураженню і отримували протягом всього експерименту препарат " Кальцемін Адванс". Всі дослідження на тваринах виконувалися з дотриманням "Правил проведення робіт із експериментальними тваринами".

Предметом дослідження були стегнова кістка, грудний хребець, тазова кістка. Проводилася остеометрія кісток, гістологічне та хімічне дослідження кісткової тканини на 1-й та 30-й день після термічного ураження.

Результати дослідження та їх аналіз

Дані остеометрії кісток експериментальних щурів, що отримали термічне ураження та вживали солі цинку, хрому та свинцю, значно відрізняються від інтактної групи. Причому зміни стосуються як поздовжніх, так і поперечних розмірів. Так, довжина стегнової кістки менша за інтактні тварини протягом місяця від 10,95 % до 16,26%, а ширина проксимального та дистального епіфіза, відповідно на 11,84-21,13% та 10,42-21,69%. Ширина середньої третини діафіза, навпаки, збільшується від 9,47% до 21,32%. Лінійні розміри тазової кістки та поперекового хребця також значно змінюються, і їх довжина менше за контроль через 1 добу на 15,94% та 14,19% , а через 30 днів - на 23,09% та 26,50%. Ширина досліджуваних кісток також зменшується, і максимальна різниця з контролем протягом спостереження становить 14,12 - 28,91% та 17,36 - 33,85%. Товщина кісток різко зростає, через добу різниця становить 13,29% та 14,02%, а через 1 місяць - 31,02% та 32,17%.

При гістологічному дослідженні наросткового хряща кісток піддослідних тварин спостерігається зменшення загальної його ширини в порівнянні з І групою від 13,58% на перший день до 32,73% через місяць. У хрящі досліджуваних кісток часто виявляються дистрофічні зміни в хондроцитах. Різко пригнічується проліферативна активність хрящових клітин, що підтверджується звуженням ширини проліферувальної зони протягом спостереження від 18,52% до 39,12%. З боку оточуючої кістки в хрящ проникають великі поля проміжної речовини з розширеними судинними бруньками. Міжклітинна речовина нерівномірно забарвлюється фарбами, що свідчить про дистрофічні зміни в ній. Хондроцити проліферативної зони, здебільшого сплющеної форми, майже відтіснені сполучною речовиною та формують великі конгломерати, серед яких на 30-й день спостерігається велика кількість уламків клітин. На початку експерименту колонкоподібна структура хрящових клітин збережена, однак місцями вона порушується колагеновими волокнами, а через 1 місяць формування стовпчиків майже не спостерігається. Клітини погано сприймають барвники, фігури мітозу поодинокі. Процеси дозрівання хондроцитів різко сповільнені, що проявляється звуженням зони дефінітивного хряща на перший день на 14,31%, а через 1 місяць - на 36,87%. Зона деструкції розширена, утворення кісткового матриксу майже не відбувається.

З боку гістоструктури губчастої речовини тазової кістки та поперекових хребців також виявляються дистрофічні зміни, витончення трабекул, багато з них в центральній частині мають численні узури. Напрям трабекул в основному поздовжній. Кількість остеобластів значно зменшена, особливо на периферії. З'являються багатоядерні клітини - остеокласти, що зумовлює резорбцію кісткової матриці. Вогнища остеокластичної резорбції відмічені по всій поверхні кісток. Поява значної кількості остеокластів супроводжується майже повним зникненням остеобластів та остеоцитів, що свідчить про перевагу процесів резорбції над кісткоутворенням. Кістка нерівномірно сприймає барвники, утворюючи мозаїчність забарвлення.

Морфологічні зміни в поперековому хребці та тазовій кістці майже однотипні. Через 1 добу після закінчення експерименту помітно витончення трабекул, багато з них в центральній частині мають численні узури Напрям трабекул в основному поздовжній. Кількість остеобластів значно зменшена, особливо на периферії. З'являються багатоядерні клітини - остеокласти, що зумовлює резорбцію кісткового матриксу в хребці, переважно в центральній частині, а в тазовій кістці - на всій площині.

Товщина компактного шару тазової кістки та поперекового хребця достовірно зменшується в строки спостереження відповідно на 10,54 - 26,37% та 8,18 - 24,97%. Пригнічення кісткоутворювальних процесів супроводжується достовірним зменшенням об'ємної шільності первинної спонгіози в тазових кістках та поперекових хребцях. Разом з тим зменшується об'ємна щільність вторинної спонгіози, що свідчить про затримку кальцифікації новоутвореного матриксу.

При дослідженні діафіза стегнових кісток експериментальних тварин спостерігаються значні зміни, які посилюються протягом спостереження. Ширина остеонного шару в порівнянні з кістками інтактних тварин звужується від 14,66% до 23,51%, тоді як зовнішні та внутрішні оточуючі пластинки, навпаки, розширюються відповідно від 12,89% та 14,82% на 1-й перший день до 22,31% та 24,09% на 30-й. Виявлено ділянки мозаїчного звапніння, які великі за розміром та займають всі шари діафіза, вогнища остеокластичної резорбції розміщені переважно в ендостальному та остеонному шарах,, заповнені остеоїдом та сполучною тканиною. Значні за розмірами порожнини резорбції займають всі шари компакти стегнових кісток, майже відсутні остеобласти, кількість остеокластів значно збільшена в усі терміни спостереження, багато з них сильно вакуолізовані. Порожнини резорбції виповнені переважно сполучною тканиною. Діаметр остеонів в порівнянні з інтактними тваринами протягом спостереження зменшується від 8,95% до 25,02%. Канали остеонів розширені.

Найбільш показові зміни відмічені при вивченні хімічного складу кісток. Різко зростає вміст вологи - через 1 добу в тазових кістках на 14,29%, у стегнових - на 15,73%, в поперекових хребцях - на 13,61%, поступово збільшуючись протягом періоду спостереження до 41,24%, 44,33%, 39,46% відповідно. Разом з водою збільшується кількість гідрофільних елементів калію та натрію, вміст яких зростає відповідно на 8,73% та 12,98% в тазових кістках, на 9,25% і 13,24% _ в стегнових та на 8,01% та 11,12% _ в поперекових хребцях через добу після термічного ураження, поступово збільшуючись, і різниця з контролем через 1 місяць склала відповідно 25,38% та 21,74% в тазових кістках, 26,31% та 23,07% _ в стегнових та 22,62% і 20,48% в _ поперекових хребцях. Збільшується також частка органічних речовин.

Різко зменшується вміст основного елемента кісткового матриксу - кальцію. Так через 1 добу рівень Са менший за інтактні показники в стегновій кістці на 17,94%, а через 30 днів - на 41,22%. У тазовій кістці ця різниця становить відповідно 13,17% та 39,74%; в поперековому хребці - 14,53% та 38,87%. Рівень марганцю та міді також менший за контроль в тазових, стегнових кістках та І поперековому хребці, і різниця з контролем склала відповідно: для марганцю - 7,09 - 44,81%, 11,89 - 47%, 6,86 - 35,77%; для міді - 5,73 - 43,17%, 6,89 - 43,91%, 6,21 - 36,03%.

Вміст цинку та свинцю різко збільшений, вірогідно через надмірне надходження їх в організм та конкурування з кальцієм в решітці гідроксилапатиту, і протягом спостереження становить: у стегновій кістці - 11,84 - 49,57% ( Zn) та 12,24 - 41,17% (Pl); у тазовій кістці - 10,72 - 46,32% та 12,47 - 39,74%; у поперековому хребці - 11,40 - 42,41% та 12,09 - 38,45%. При дослідженні кісток експериментальних тварин, яким давали препарат "Кальцемін Адванс", на перший день після термічного ураження в порівнянні з показниками тварин ІІ групи відмінностей не спостерігається. Проте на 30-й день спостереження відмічається суттєва різниця. Так, показники росту кісток скелета в умовах комбінованої дії несприятливих зовнішніх чинників на фоні введення коректора мають тенденцію до зменшення різниці з інтактними тваринами. А в порівнянні з показниками кісток експериментальних тварин ІІ групи різниця довжини стегнової кістки становить до 4-5%, тазової та поперекового хребця _ 4-5% та 5-6% відповідно. Поздовжні розміри тазової кістки та поперекового хребця тварин, що вживали коректор, поступово збільшуються, і через 1 місяць різниця з ІІ групою становить відповідно 4-5% та 5-6%. Показники ширини діафіза стегнових кісток в умовах корекції в порівнянні з тваринами ІІ групи зменшилися на 6-7%.

Гістологічне дослідження кісткової речовини поперекового хребця та тазової кістки тварин ІІІ серії виявило потовщення балок первинної спонгіози та збільшення кількості остеобластів на периферії кісток через 1 місяць після закінчення експерименту.

З боку морфоструктури діафіза зміни помітні також через 1 місяць після закінчення експерименту в порівнянні з тваринами, які не вживали коректор. Поодинокі тонкі лінії склеювання свідчать про деяку затримку перебудови компакти, на деяких препаратах спостерігаються мозаїчні ділянки звапніння та первинні остеони, однак їх значно менше, ніж у кістках тварин ІІ групи. Зменшується кількість клітин, які погано сприймають барвники, та кількість атрофованих відростків остеоцитів. Остеонний шар на 30-й день представлений в основному вторинними остеонами. Ширина остеонного шару, в порівнянні з ІІ серією через 1 місяць становить до 6-7% у бік збільшення, тоді як ширина зовнішніх та внутрішніх генеральних пластинок зменшується до 5-6% та 7-8% відповідно.

З боку морфометрії наросткового хряща виявляється тенденція до зменшення різниці його загальної ширини, ширини зон проліферувального та дефінітивного хряща в порівнянні з тваринами ІІ серії через 1 місяць від 5% до 9%. Морфологічно помітне зменшення сполучної речовини між колонками проліферувальних хондроцитів, спостерігається тенденція до формування стовпчиків хрящових клітин. Кількість мітозів у клітинах збільшується, сприйняття барвників більш рівномірне в порівнянні з ІІ серією. Різниця ширини зони проліферувальних клітин між ІІ та ІІІ серіями становить до 7%.

Зміни хімічного складу піддослідних кісток мають динаміку, характерну для експериментальної ІІ групи. Але в умовах застосування коректора їх виразність значно менша. Так, вміст вологи збільшується через 1 місяць спостереження у стегновій кістці на 9,45%, у тазових кістках - на 8,02% % і у поперекових хребцях - на 7,69% Різниця рівня гідрофільних елементів в порівнянні з тваринами ІІ групи є достовірною, що свідчить про добру коригувальну дію препарату, та становить 6-8%.

Відбувається незначне зменшення рівня мінеральних речовин. Вміст кальцію в досліджуваних кістках тварин ІІІ групи відносно ІІ групи суттєво збільшується, і різниця через 1 місяць становить 15-18%. Збільшується вміст міді, магнію та марганцю у тварин, які приймали "Кальцемін Адванс" в порівнянні з контрольною групою. Вміст металів, солі яких надходили в організм тварин, збільшується, але різниця з контролем для свинцю значно менша на 6-8%, ніж без використання коректора. А вміст цинку у досліджуваних кістках суттєво не змінюється, що зумовлене наявністю цинку в коректорі.

Висновки

Комбінована дія зовнішніх чинників - високої температури та солей важких металів _ викликає значні зміни в кістках скелета у вигляді порушення остеогенезу та хімічного складу, пригнічення їх росту. Застосування препарату "Кальцемін Адванс" після термічного ураження дозволяє знизити негативний вплив зазначених несприятливих факторів, що найбільше проявляється через 1 місяць.

Перспектива подальших досліджень: дослідити корекцію препаратом "Кальцемін Адванс" виявлених змін у кістках скелета при термічному ураженні організму на фоні вживання солей важких металів у різних вікових категоріях.

Summary

In the article has been studied the negative changes on structure of the epiphyseal cartilage and diafisis the chemical structure caused by thermal trauma . Has been shown that the "Calceminum Advance " can correct this changes.

Список літератури

1. Сикора В.З., Каваре В.И., Ткач Г.Ф. Ультраструктурные изменения репаративного остеогистогенеза длинных трубчатых костей под действием ионизирующей радиации в малых дозах// Вісник Сумського державного університету. _ 2002. _ Т.8 (41). - С 28-33.

2. Бензар І.М., Федонюк Я.І., Федонюк Л.Я., Крива І.В. Структурна організація трубчастих кісток скелета адаптованих та неадаптованих тварин в умовах позаклітинного зневоднення // Український медичний альманах. - 2000. - №3. - С.16-18.

3. Белоцерковский В.П., Пикалюк В.С., Шумский А.С. Химический состав скелета и некоторые аспекты морфогенеза костных клеток при свинцовой интоксикации и ее антиоксидантной коррекции // Таврический медико-биологический вестник. - 2002. - Т.5, № 3. - С 66-69.

4. Волошин В.М. Аналіз кореляції співвідношень між показниками остеометрії довгих трубчастих кісток щурів при пасивному палінні // Український медичний альманах. -2000. - №4. - С.37-41.

5. Пикалюк В.С., Довгалюк Т.Я., Родіонова Н.В., Пилипчик В.В. Структурно-функціональні зміни в кістках скелета при дії на організм сполук свинцю //Український медичний альманах. _ 2000. _ №1. - С.44-45.

6. Житников А.Я. Метаболизм хондроцитов эпифизарных хрящей и рост скелета у потомства крыс, подвергшийся хронической интоксикации свинцом ( самки и самцы) //Український медичний альманах. _ 2006. _ №2. - С.55-59.

7. Дєдух Н.В., Горилова Л.Д., Романенко К.К. Морфологічні аспекти та медикаментозна терапія остеопорозу // Клінічна фармація. _ 1999. - Т.3, № 1. - С. 57-62.

8. Будко Г.Ю. Гістоморфологічна характеристика регенерату великогомілкової кістки в умовах несприятливої дії чинників внутрішнього та зовнішнього середовища після корекції медичним препаратом "Остеогеноном" // Вісник Сумського державного університету. - 2005. - № 3(75). - С.30-34.

9. Погорєлов М.В. Хімічний склад кісток скелета при дії на організм екологічних факторів Сумщини та її корекція препаратом "Ербісол" //Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції молодих вчених "Вчені майбутнього". - Одеса. - 2004. - С.6.

10. Гортинська О.М. Корекція сумісної дії гіпоксії та несприятливих чинників екології Сумщини на кістки скелета препаратом " Кальцій _ Д3 Нікомед" // Український морфологічний альманах. - 2006. - Т 4, №2. - С. 126-127.

11. Гайко Г.В. із співавторами. Вплив комплексного препарату вітаміну D3 "Кальмівід" на метаболізм і структурну організацію кісткової тканини при гіпокінезії // Український медичний альманах. - 2006. - Т. 4, №1. - С. 13-18.