Уровень системных и локальных факторов регуляции ремоделирования костной ткани при действии металлов, содержащихся в медно-цинковой колчеданной руде

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Уровень системных и локальных факторов регуляции ремоделирования костной ткани при действии металлов, содержащихся в медно-цинковой колчеданной руде

Рабочие на горнорудной и металлургических предприятиях имеют производственный контакт с тяжелыми металлами и другими токсичными элементами. Болезни костно-мышечной системы на предприятиях по добыче руды и обогащению цветных металлов занимают высокое ранговое место [2,3,10]. Исследование минеральной плотности дистального отдела лучевой кости у горнорабочих, добывающих медно-цинковые колчеданные руды подземным способом, показало, что среди них остеопенический синдром выявляется в 4 раза чаще, чем у рабочих наземных служб [10]. Аналогичные результаты были получены и при скрининге состояния костной прочности у 500 горняков, занятых подземной добычей руды, методом ультразвуковой остеоденситометрии нижней трети лучевой кости и середины диафиза бедренной кости с применением общеевропейской программы по Т-критерию [1]. Формирование остеопенического синдрома у горнорабочих было установлено, по данным этих авторов, уже в молодом возрасте и снижение уровня костной прочности коррелировало со стажем работы в подземных условиях. Ведущую роль в комплексе вредных факторов производственной среды (рудничная пыль, шум, вибрация, отсутствие естественного освещения, неблагоприятный микроклимат и др.) при добыче цветных металлов подземным способом играет действие рудничной пыли, которая является высокодисперсным (частицы пыли диаметром менее 5 мк составляют 90% ее общей массы) [2,10]. Основные технологические процессы проходки и выемки руды сопровождаются выделением рудничной пыли различной интенсивности от 1,0 до 2,5 ПДК. О поступлении и накоплении различных элементов, содержащихся в рудах цветных металлов, в организм горняков свидетельствовали результаты определения элементов в волосах и крови. В волосах у горняков, добывающих медно-цинковую колчеданную руду, по сравнению с группой контроля установлено значительное повышение содержания Cu, Zn, Cr, Cd, Mg, Pb, As, Hg, снижение I и Se [1]. Длительное (в течение трех месяцев) ежедневное внутрижелудочное введение крысам суспензии порошка медно-цинковой колчеданной руды приводило к резкому увеличению в костях периферического и лицевого скелета содержания ряда металлов: Hg, Pb, Cd, Mn, Fe, Cu, Zn, Sr, ингибированию основных ферментов антиоксидантной защиты и усилению свободнорадикального окисления, что позволило прийти к заключению о ведущей роли интенсификации свободнорадикальных процессов в снижении костной прочности [7,9]. Однако в механизмах контроля костного метаболизма и ремоделирования особое место занимают паратиреоидный гормон (ПТГ), витамин Д и цитокиновая система RANKL-RANK - остеопротегерин [4,13]. RANKL (лиганд рецептора ядерного фактора каппа В) продуцируется остеобластами, взаимодействует на предшественниках остеокластов с рецептором RANK, активирует внутриклеточные механизмы, формирующие процессы созревания остеокластов, осуществляющих резорбцию костной ткани. Параллельно региструется торможение апоптоза зрелых остеобластов [13]. Остеопротегерин (OPG) является растворимым рецептором также экспрессируется остеобластами, связывает RANKL, являясь «ловушкой» для этого лиганда. Связывание RANKL с OPG ингибирует пролиферацию остеокластов, их дифференцировку, что в конечном итоге снижает резорбцию костной ткани [6,8,13]. Общее «конвергентное» соотношение RANKL/OPG, таким образом, контролирует степень остеокластной дифференцировки, активацию и апоптоз остеокластов.

Важнейшими регуляторами дифференцировки остеогенного дифферона являются секреторные белки семейства Wnt: суперсемейство трансформирующего рост фактора - в1, - в2, - в3, активины, ингибины; факторы роста фибробластов -2, -9; инсулиноподобный фактор роста I; костные морфогенетические белки [6,8]. Склеростин, который вырабатывается остеоцитами и гипертрофированными минерализованными хондроцитами, ингибирует каноническую сигнальную систему Wnt/в-catenin, необходимую для стимуляции остеобластогенеза и функции остеобластов [4,5], и является бета негативным регулятором остеобластогенеза.

Цель работы. Определить уровень цитокинов, регулирующих уровень ремоделирования и отражающих интенсивность течения остеокластогенеза и остеобластогенеза при длительном действии элементов, содержащихся в медно-цинковой колчеданной руде.

Материал и методы исследования. Эксперименты проведены на 27 половозрелых крысах-самцах массой 200-240 г. Животные были разделены на две группы: контрольную и подопытную. Крысам подопытной группы ежедневно внутрижелудочно вводили суспензию порошка медно-цинковой колчеданной руды (Учалинское месторождение) в 2% растворе крахмала в течение трех месяцев из расчета 60 мг на 100г массы животного. Вводимую дозу руды рассчитывали, исходя из минимальной токсичной дозы меди, составляющей для крыс 2,11 мг на 100г массы [7], и среднего содержания ее в руде - 3,5%. Крысы контрольной группы получали внутрижелудочно раствор крахмала. У животных в плазме крови с использованием коммерческих тест - наборов методом иммуноферментного анализа определяли содержание растворимого RANKL (реагенты «FREs RANKL»), остеопротегерина («Osteoprotegerin»), склеростина («Sclerostin») фирмы Biomedica Medizinprodukte Gmb H и CoKG, 25-гидроксивитамина Д («OSTEIA 25-Hydroxy Vitamin D») фирмы «БиоХимМакс» на автоматическом анализаторе «Униплан», а также ПТГ («IRMA PTH», Франция) с подсчетом радиоактивности на гамма-счетчике ГСБ «Гамма - 12».

Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программы Statistica 6,0 (Stat Soft).

Результаты и обсуждение. Длительное поступление в оорганизм животных компонентов медно-цинковой колчеданной руды приводило в плазме крови к статистически значимым изменениям содержания OPG, склеростина, ПТГ и 25 (ОН) вит Д, в то время как уровень растворимого лиганда активатора ядерного фактора каппа В (sRANKL) практически не изменялся (таблица).

Уровень паратиреоидного гормона, кальцидиола и регуляторных цитокинов в плазме крови при длительном действии элементов медно-цинковой колчеданной руды, Ме [Q _1; Q ₃]

плазма кровь костный дифферон

В результате соотношение этих регуляторных факторов существенно смещалось с превалированием sRANKL. Коэффициент sRANKL/OPG у контрольной группы крыс составил 1,46 ± 0,22 (М ± SD), у подопытных 2,1 ± 0,20 (р=0,0415). Угнетение OPG с повышением общего «конвергентного» соотношения RANKL/OPG характеризуются многие состояния, протекающие с доминнированием резорбции над формированием костной ткани [4]. В ранее проведенных исследованиях нами было установлено, что длительное поступление элементов руды в организм экспериментальных животных приводит в трубчатой кости и кости нижней челюсти к снижению содержания белковосвязанного и повышению свободного оксипролина, отражая усиление катаболизма коллагена. Было также показано, что у животных подопытной группы в плазме крови увеличивается уровень С - концевых телопептидов коллагена типа I, в то время как активность костной изоформы щелочной фосфатазы изменяется незначительно, указывая на доминирование процессов резорбции над костеобразованием [7, 9]. Результаты исследования содержания склеростина показывают увеличение секреции этого цитокина остеоцитами, косвенно характеризуя и ингибирование остеобластогенеза на фоне активации резорбтивных процессов.

У подопытных крыс при действии компонентов руды наблюдается некоторое увеличение секреции паратиреоидного гормона, что также приводит к усилению остеолиза остеоцитами и активирует дифференцировку и функционирование остеокластов. Одновременно ПТГ уменьшает старение и апоптоз остеобластов, поддерживает дифференциацию мезенхимальных стволовых клеток по клеточному циклу в остеогенную линию клеток [11], а также инициирует в остеобластах выработку инсулиноподобного фактора роста - 1 [14]. Однако анаболические эффекты ПТГ на костную ткань проявляются лишь при кратковременных повышениях функции паращитовидных желез или при прерывистом введении препаратов гормона.

При длительном действии повышенного уровня ПТГ активированное ремоделирование кости характеризуется некомпенсированным усилением резорбции над костеобразованием с уменьшением костной массы [11,14].

Механизм действия ПТГ на обмен костной ткани обусловлен и тем, что он контролирует в клетках эпителия проксимальных канальцев коркового слоя почек активность 1б - гидроксилазы (СУР 271В) с образованием из 25 - гидроксивитамина Д его активной гормональной формы - 1,25 дигидроксивитамин Д, который оказывает анаболический эффект на костную ткань, повышает реабсорбцию кальция в почках и его абсорбцию в тонком кишечнике [12]. Однако этот опосредованный механизм действия ПТГ на костный и фосфорно-кальциевый обмен, вероятно, недостаточно эффективен при действии элементов медно - цинковой колчеданной руды, поскольку содержание 25 - гидроксивитамина Д в крови животных подопытной группы снижено.

Заключение. При длительном действии металлов, содержащихся в медно-цинковых колчеданных рудах в костной ткани усиливаются процессы остеокластогенеза и подавляется дифференцировка клеток костного дифферона, отражением которых являются изменения плазменных концентраций регуляторных цитокинов на фоне повышения секреции паратиреоидного гормона и снижения содержания 25 - гидроксивитамина Д. Полученные результаты уточняют механизмы развития остеопенического синдрома у горняков, добывающих руду цветных металлов.

Литература

плазма кровь костный дифферон

1. Аглетдинов Э.Ф., Нургалеев Н.В., Фаршатова Е.Р. и др. Влияние полиметаллической пыли медно-цинковых колчеданных руд на состояние минерального обмена и костной ткани // Вестник Оренбургского ГУ. - 2011. - №15 (134). - с. 15-18.

2. Аскарова З.Ф., Чащин В.П., Денисов Э.И. Профессиональный риск у работников горнодобывающих предприятий. - Спб.: Норд-медиздат, 2010. - 216 с.

3. Баттакова Ж.Е., Исмаилова А.А., Султанбекова З.К. и др. Оценка общей и профессиональной заболеваемости на предприятиях горнорудной промышленности Казахстана // Медицина труда и промэкология. - 2008. - №2. - с. 1-5.

4. Белая Ж.Е., Рожинская Л.Я., Драгунова Н.В. и др. Сывороточная концентрация белков регуляторов остеобластогенеза и остеокластогенеза у пациентов с эндогенным гиперкортицизмом // Остеопороз и остеопатии. - 2012. - №2. - с. 3-8.

5. Дыдыкина С.И., Веткова Е.С. Склеростин и его роль в регуляции метаболизма кости кости // Научно-практическая ревматология. - 2013. - т. 51, №3. - с. 296-301.

6. Захаров Ю.М., Макарова Э.Б. Регуляция остеогенной дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток костного мозга // Росс. физиологический журнал им. И.М. Сеченова. - 2013. - т. 99, №4. - с. 417-432.

7. Камилов Ф.Х., Фаршатова Е.Р., Нургалеев Н.В. и др. Особенности обмена костной ткани при хронической интоксикации элементами, содержащимися в медно-цинковых колчеданных рудах // Медицинская наука и образование Урала. - 2013. - №1. - с. 76-79.

8. Камилов Ф.Х., Фаршатова Е.Р., Еникеев Д.А. Клеточно-молекулярные механизмы ремоделирования костной ткани и ее регуляция // Фундаментальные исследования. - 2014. - №7. - с. 836-842.

9. Нургалеев Н.В., Фаршатова Е.Р., Аглетдинов Э.Ф., Камилов Ф.Х. Метаболизм костной ткани нижней челюсти при длительном поступлении элементов медно-цинковых колчеданных руд в эксперименте // Мед. вестник Башкортостана. - 2012. - №5. - с. 78-81.

10. Профессиональная и производственно обусловленная заболеваемость у горнорабочих: особенности формирования и профилактика / Под ред. З.С. Терегуловой, Л.К. Каримовой, А.Б. Бакирова. - Уфа, 2010. - 176 с.

11. Bernardo G.D., Galderisi U., Fiorito C. et al. Dual role parathyroid hormone in endothelial progenitor cells and marrou stromal mesenhymal stem cells // J. Cell. Physiology. - 2009. - vol.222. - p. 474-480.

12. Bikle D.D. Vitamin D and bone // Curr. Osteoporos. Rep. - 2012. - vol. 10, №2. - P. - 151-159.

13. Sagalovsky S., Schonert M. RANKL - RANK - OPG system and bone remodeling: a new approach on the treatment of osteoporosis // Clin. Exprt. Pathol. - 2011. - vol. 10, №2. - P.146-153.

14. Yang C., Frei H., Brat H.M. et al. Effects of constinuons and pulsative PTH treatmens of rat bone marrow stromal cells // Biochem. biophys. Com. - 2009. - vol.380. - P.791-796.

Размещено на Allbest.ru