Ультраструктура остеобластів в умовах дії екологічних чинників та їх корекції

Сумський державний університет

Ультраструктура остеобластів в умовах дії екологічних чинників та їх корекції

А.М. Романюк, д-р мед. наук, проф.;

О.М. Гортинська;

Л.І. Карпенко;

Г.Ю. Будко

У роботі проведений ультрамікроскопічний аналіз остеобластів та хондроцитів довгих кісток скелета за умови корекції екологічних чинників Сумського регіону препаратом "Кальцій Д3 Нікомед". Доведено, що застосування даного препарату значно покращує деструктивні зміни у клітинах, які викликані дією радіації та солей важких металів.

Вступ

Вивчення ультраструктури клітин за умов різної патології дозволяє виявити механізми пошкодження органел та розробити оптимальні шляхи профілактики та лікування. Знання ультрамікроскопічних змін дозволяє виявити патологічні пошкодження на доклінічному етапі хвороби, що також дає змогу вчасно припинити дію шкідливого чинника.

Погіршення екологічної ситуації в Україні викликало цілий ряд досліджень щодо вивчення дії різних несприятливих чинників на організм людини [1,2,3]. На жаль більшість робіт присвячена вивченню змін у майже здорових осіб, в той час як в реальних умовах більшість населення мають ту чи іншу патологію [4,5]. На даний час найбільш поширеними хворобами є захворювання серцево-судинної та дихальної систем, які супроводжуються явищами гіпоксії. В літературі є ряд робіт, які присвячені механізмам та проявам гіпоксії, але відсутні дані щодо комбінованої дії цієї патології з іншими несприятливими чинниками навколишнього середовища.

У північних районах Сумської області спостерігається підвищення радіаційного фону разом зі збільшенням вмісту деяких важких металів у водоймах та ґрунті. (Згідно з "Доповіддю про стан навколишнього природного середовища в Сумській області у 2000 році", виданою Міністерством екології та природних ресурсів України, Державним управлінням екології та природних ресурсів у Сумській області, яка є складовою частиною "Національної доповіді про стан навколишнього природного середовища в Україні у 2000 р.") [5]. У той же час відбувається зростання патології опорно-рухового апарату, зокрема остеопорозу, що потребує ретельного вивчення причин, які можуть призвести до виникнення цієї патології, та пошуку шляхів профілактики та лікування .

Мета роботи

Метою роботи стали вивчення ультрамікроскопічних змін остеобластів та хондроцитів наросткового хряща в умовах комбінованої дії низьких доз радіації та підвищеного вмісту солей цинку, хрому та свинцю на фоні загальної гіпоксії організму та спроба корекції виявлених змін препаратом «Кальций _ Д3 Никомед»

Матеріали та методи дослідження

В експерименті було задіяно 66 щурів-самців 3-місячного віку, яких поділили на 3 серії. Першу серію склали інтактні тварин. У другій серії моделювали загальну гіпоксію шляхом викликання стійких ішемічних порушень у серцевій тканині за допомогою внутрішньомязового введення диклофенаку натрію у дозі 0,012 мг/кг на вагу тіла, а через 15 хвилин _ розчину адреналіну у дозі 0,5-0,65 мг/кг, що сприяло розвитку загальногіпоксичних змін в організмі піддослідних щурів. Через 4 доби ін'єкцію повторювали. Наявність ішемії контролювалася за допомогою гістологічного дослідження шматочків міокарда. Додатково тваринам проводилось загальне опромінення на установці "Rocus" (енергія квантів - 1,25 МеВ, потужність дози - 60 Р/хв) протягом 1 місяця в сумарній дозі 0,2 Гр. Тварини одночасно отримували з питною водою солі цинку (ZnSO₄ x 7H₂O) - 5мг/л, хрому (K₂Cr₂O₇) - 0,1мг/л і свинцю (Pb(CH₃COO)₂) - 0,1мг/л протягом 1 місяця. Третя серія тварин додатково отримувала препарат «Кальций Д3 _ Никомед» ", який вводили перорально один раз на добу протягом всього експерименту. Тварин забивали під ефірним наркозом після закінчення експерименту в строки 1, 7, 14, 21 та 28 днів для вивчення реадаптаційних процесів у клітинах. Забиралися великогомілкові кістки та проводилося вивчення ультраструктури клітин діафіза та наросткового хряща. Ультратонкі зрізи виготовляли на вдосконаленому ультрамікротомі УМТП - 6, зрізи вмонтовували на електролітичні сіточки, які після контрастування цитратом свинцю вивчали під електронним мікроскопом ПЕМ-100К при прискорювальній напрузі 75 кВ. Збільшення підбиралося адекватно до мети дослідження і коливалося у межах 20000 - 60000 крат.

Результати власних досліджень

У другій серії тварин субмікроскопічна будова остеобластів на 1-14-ту добу характеризується наявністю деструктивних процесів (рис. 1). Ядра клітин мають в основному витягнуту форму з глибокими інвагінаціями та вогнищами деструкції. Перинуклеарні простори вогнищево розширені, хроматин знаходиться в конденсованому стані. Значна кількість мітохондрій містить лізовані кристи. Цистерни гранулярного ендоплазматичного ретикулума (ЕПР) являють собою вакуолі, що мають різну форму та розміри. Вміст цистерн має дуже низьку електронну щільність, на мембранах майже відсутні рибосоми.

Рисунок 1 - Ультраструктура остеобластів великогомілкової кістки щурів другої серії на 14-ту добу після закінчення експерименту. Х34000

У перинуклеарній зоні остеобластів спостерігається майже повна відсутність органел і вона виповнена безструктурною субстанцією середньої електронної щільності. В ділянці локалізації остеобластів розміщена невелика кількість колагенових волокон. На 28-му добу спостерігається слабовиражена активізація внутрішньоклітинних процесів. Збільшується кількість мітохондрій та крист, дещо збільшується електронна щільність їх матриксу. Цистерни гранулярного ЕПР дещо сплюснуті, на його мембранах з`являються рибосоми. Деструкції мембранних ендоплазматичних структур не спостерігається.

Ультраструктурна організація хондроцитів наросткового хряща кісток тварин, що знаходилися в умовах загальної гіпоксії, опромінення в дозі 0,2 Гр, та отримували солі важких металів на 1-7-му добу характеризується наявністю глибоких дистрофічних та деструктивних змін (рис. 2).

Рисунок 2 - Ультраструктура хондроцитів наросткового хряща великогомілкової кістки щурів другої серії на 7-му добу після закінчення експерименту. Х34000

На 14-28-му добу після закінчення експерименту в хондроцитах активізуються процеси репарації. Спостерігається нормалізація структури мітохондрій, гранулярного ЕПР та комплексу Гольджі. Проте повного відновлення нормальної ультраструктурної організації хондроцитів до кінця експерименту не спостерігається.

Електронно-мікроскопічне дослідження хондроцитів та остеобластів кісток щурів третьої серії виявило однотипні зміни, які характерні для активізації внутрішньоклітинних процесів (рис. 3).

Рисунок 3 _ Ультраструктура остеобластів великогомілкової кістки щурів третьої серії на 7-му добу після закінчення експерименту. Х34000

На 1-7-му добу після закінчення експерименту спостерігається перебудова органел у вигляді гіперплазії гранулярного ендоплазматичного ретикулума, гіпертрофії пластинчастого комплексу Гольджі. Збільшується кількість рибосом та полісом у цитоплазмі. У позаклітинному матриксі виявляється велика кількість паралельно орієнтованих волокон колагену.Починаючи з 14-ї доби після закінчення експерименту, субмікроскопічна будова хондроцитів та остеобластів не відрізняється від інтактних тварин.

Висновки

Таким чином, зміни ультраструктури остеобластів та хондроцитів в умовах гіпоксії організму, дії радіації та солей важких металів мають неспецифічний характер та виявляються у вигляді глибоких деструктивних змін органел клітин та міжклітинного матриксу. Застосування «Кальций Д3 _ Никомед» активує відновлювальні процеси в клітинах та дозволяє уникнути розвитку деструктивних змін.

Summary

In article the ultra microscopic analysis of the osteoblasts and hondrosites of long bones of a skeleton in conditions of korrection ecological factors of the Sumy region by a preparation of the "Kalcium D3 Nicomed" is carried out. Is proved, that the application of the given preparation essentially improves destruction changes in crates, which are called by action of radiation and heavy metals salts.

Список Літератури

1. Рудик С.К., Тілахун Є. Зміни в структурі трубчастої кістки білих щурів при надходженні радіонуклідів// Український медичний альманах.- №1.- 2000.- С.50-51.

2. Погорєлов М.В. Морфофункціональні зміни кісткової тканини при дії на організм несприятливих чинників екології Сумщини / Матеріали конференції "100 років Одеському державному медичному університету".- Одеса - 2000. _ С.18

3. Погорєлов М.В. Ультрамікроскопічні зміни плечової кістки тварин в умовах загального іонізуючого опромінення // Вісник морфології. - Вінниця. - 2003. _ №2. _ С. 263-264.

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

5. Доповідь про стан навколишнього природного середовища в Сумській області у 2000 році.- Суми: Видавництво "Джерело", 2001.- 178с.