Структурно-функціональні зміни в довгих трубчастих кістках скелету білих щурів при дії на організм свинцевої інтоксикації

Офіційні опоненти:

Ковтун Михайло Фотійович, доктор біологічних наук, професор, інститут зоології імені І.І. Шмальгаузена АН України, завідувач відділу еволюційної морфології хребетних;

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний етап розвитку морфології характеризується прагненням до вивчення структурних особливостей тканин, органів та їх систем як морфологічної основи різних функцій організму (Купріянов В.В., 1993). Останнім часом зріс науковий інтерес до питань функціонування кісткової системи. Доведено, що саме скелет характеризується вираженою пластичністю, йому властива чутлива реакція через обмінні процеси на вплив екзогенних хімічних факторів.

На сьогоднішній день вже нагромаджено значний матеріал про вплив деяких зовнішніх факторів різної етіології на морфо-функціональні зміни у кістковій системі (Недоступ М.Ф., 1989; Родіонова Н.В., 1989-1997; Сікора В.З., 1995, 1998; Ковешніков В.Г., 1975-1998; Волошин В.Д., 1995; Ремінецький Б.Я., 1995; Кравців С.І., 1995; Романюк Б.П., 1996; Велещук Я.Т., 1996; Бургарт М.Д., 1996; Флекей П.П., 1997; Шовдра Н.В., 1998; Пикалюк В.С., 1981-1998; Федонюк Я.І., 1979-1998; Піскун Р.П., 1998; Скрябіна О.Н.,1998; Лупир А.В., 1998; Лузін В.І., 1998; Маврич А.В., 1998).

Однак проблема впливу екологічних факторів на будову, ріст і формоутворення кісток скелета, для яких характерний широкий і різноманітний спектр впливу на функції та структуру різних систем організму, є недостатньо вирішеною. Одним із таких факторів є хімічні речовини, до яких належать важкі метали. В оточуюче середовище важкі метали потрапляють з підприємств кольорової металургії, родовищ корисних копалин, хімічних підприємств, автомобільного транспорту тощо (Шицкова А.П., 1992; Чумак В.М., 1995; Ігнатова М.С., 1997).

Поширеним забруднюючим хімічним елементом є свинець і його сполуки. В останні роки проведено ряд досліджень, які доводять можливість впливу на остеогенні процеси свинцевої інтоксикації (Мажуга П.М., 1991; Родіонова Н.В., 1996; Сікора В.З., 1998). Відомо, що в організмі у вигляді фосфорно-кальцієвих сполук свинець відкладається в різних органах і тканинах, переважно накопичуючись в кістковій. Але невідомо, який вплив спричиняє цей депонований важкий метал на структуру кісткової тканини, на ріст, проліферацію та формоутворення довгих трубчастих кісток скелета, хоч таке комплексне дослідження реакцій кісткової системи при надходженні свинцю і його солей в організм має суттєве значення як для біології, так і для медицини. На основі цього було сформульовано мету даного дослідження.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до тематичного плану наукових досліджень Волинського державного університету ім. Лесі Українки в рамках держбюджетної теми "Розробка растрово-електронно-мікроскопічних стереолого-стереометричних методів мікро-морфоструктурних досліджень вікових особливостей будови кістки під впливом екоантропогенних факторів", номер державної реєстрації 0196U006628.

Мета дослідження. Вивчити особливості структурно-функціональних змін в трубчастих кістках скелета білих щурів в умовах інтоксикації організму сполуками свинцю.

Для досягнення мети дослідження було визначено такі задачі:

1. Вивчити зміни в будові і гістоструктурі трубчастих кісток кінцівок при свинцевій інтоксикації.

2. Дати оцінку процесів проліферативних властивостей остеогенних клітин в зонах остеогенезу при ураженні організму солями свинцю.

3. Дослідити особливості біосинтезу колагенових білків і глікозаміногліканів в зонах активного остеогенезу при дії свинцевої інтоксикації з використанням методу радіоавтографії.

4. Встановити скелетні структури, які здатні до депонування свинцю.

Наукова новизна одержаних результатів. За допомогою комплексу сучасних методів (остеометричного, гістологічного, морфометричного, радіоізотопного, математичного) дослідження в експериментах отримані нові дані про особливості зміни в структурі довгих трубчастих кісток, а також про порушення в них інтенсивності ростових та остеопластичних процесів в умовах інтоксикації організму свинцем.

Виявлені чутливі та максимально ранимі функціональні структури кісток скелета (метаепіфізарна пластинка росту та періостальна зона діафізу) при остеотоксичній дії свинцю.

Вперше з'ясовано деякі механізми порушень, що виникли в структурах кістки; досліджено особливості проліферативних процесів, які проходять у зонах росту, вивчено особливості біосинтезу колагенових білків і сульфатованих глікозаміногліканів при свинцевій інтоксикації.

Практичне значення одержаних результатів. В експерименті виявлено морфо-функціональні зміни у довгих трубчастих кістках скелета при фізіологічних умовах існування, пов'язаних із отруєнням організму важкими металами, зокрема солями свинцю, що має важливе значення у виборі методів адекватної терапії лікування свинцевих отруєнь при професійних захворюваннях.

Отримані морфологічні дані мають істотне значення для розробки лікувально-профілактичних заходів з метою запобігання розвитку патологічних процесів та поглибленню змін у довгих трубчастих кістках після свинцевої інтоксикації.

Основні положення та висновки дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес і наукові дослідження морфологічних та гігієнічних кафедр Волинського державного університету ім. Лесі Українки, Луганського державного медичного університету, Тернопільської державної медичної академії ім. І.Я. Горбачевського.

Особистий внесок здобувача. Автором проведені основні морфо-функціональні дослідження, аналіз гістопрепаратів і гістоавтографів, статистична обробка результатів дослідження, а також їх узагальнення. Інтерпретація отриманих результатів, основні положення, що виносяться на захист, та висновки дисертації сформульовані автором.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи апробовано на науково-практичних конференціях Волинського державного університету ім. Лесі Українки (Луцьк, 1997-1999), ІІ Національному конгресі анатомів, гістологів, ембріологів і топографоанатомів "Актуальні питання морфології" (Луганськ, 1998), Всеукраїнської наукової конференції "Проблеми вікової фізіології" (Луцьк, 1998), на розширеному засіданні кафедри анатомії і фізіології людини Волинського державного університету імені Лесі Українки (Луцьк, 1999).

Публікації. Основний зміст даних досліджень відображено у 6 наукових працях, з них 4 - у наукових фахових виданнях, 1 - у збірнику статей, 1 - у матеріалах конференції.

Структура і обсяг дисертації. Матеріали дисертації викладено на 157 сторінках машинописного тексту. Робота включає вступ, аналітичний огляд літератури, розділ "Матеріали та методи дослідження", розділ власних досліджень, аналіз і узагальнення результатів досліджень, висновки, практичні рекомендації, список використаних джерел. Дисертаційна робота ілюстрована 33 рисунками, 17 таблицями. Перелік використаних літературних джерел містить 229 найменувань, у тому числі 69 зарубіжних.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали і методи дослідження. Дослідження проведено на 176 білих щурах-самцях лінії Вістар (чистих інбридингованих ліній), віком 6 місяців. Ці тварини зручні для вивчення остеогенезу наявністю безперервного росту і характерними однотипними реакціями на вплив різноманітних факторів.

Робота виконана на матеріалах досліджень, які були проведені відділом цитології і гістогенезу інституту зоології імені І.І. Шмальгаузена АН України (зав. відділом доктор біологічних наук, професор Родіонова Н.В.). Для дослідження фондами відділу цитології і гістогенезу надані парафінові блоки, гістопрепарати, гістоавтографи. Нами було виготовлено препарати для морфо- і остеометричного дослідження, а також препарати контрольних груп тварин. Проведений аналіз гістопрепаратів та гістоавтографів.

Щоденно з їжею щурам вводили ацетат свинцю дозою 10 мг/кг маси тіла у вигляді 1 %-го водного розчину протягом 3,5 місяців (105 діб). Тваринам контрольної групи вводили дистильовану воду. Сумарна доза отруювання щурів ацетатом свинцю близька до тих концентрацій, які знаходяться в природному середовищі.

Всіх тварин було поділено на 5 груп по дві серії в кожній групі (контрольна і піддослідна). Після закінчення експериментів здійснювали забір матеріалу для дослідження. Тварин виводили із експерименту під ефірним наркозом методом декапітації з наступним скелетуванням. Виділяли довгі трубчасті кістки задньої кінцівки (стегнові кістки), фіксували в 10 %-му нейтральному формаліні.

Застосовували методи остео- і морфометрії. Штангенциркулем з точністю до 0,01 мм проводили остеометрію за методикою W. Duerst. Для довгих трубчастих кісток кінцівки визначали такі показники: найбільшу ширину дистального епіфізу, найбільшу ширину середини діафізу.

Готували гістологічні повздовжні зрізи товщиною 4-6 мкм. Для фарбування препаратів застосовували гематоксилін Майєра-тіонін-еозин.

Морфометричні дослідження діафізу, дистального епіфізу довгих трубчастих кісток проводили за методикою Г.А. Автандилова за допомогою гвинтового мікрометра МОВ-1-15х та стандартної сітки ІМБІ-3.

Для характеристики епіфізарного хряща використовували класифікацію зон В.Г. Ковешнікова, яка є найбільш адаптована до описання змін епіфізарного хряща під впливом екзогенних факторів. Морфометрію дистальних епіфізів довгих трубчастих кісток проводили за такою програмою: визначали ширину епіфізарного хряща, ширину зони індиферентного хряща, ширину зони проліферації, ширину зони дефінітивного хряща, довжину трабекул первинної спонгіози, кількість проліферуючих клітин у стовпчиках зони проліферації, а також вимірювали ширину суглобового хряща. В губчатій кістці підраховували кількість остеобластів у первинній спонгіозі.

У програму морфометрії діафізу включали такі показники: ширина зовнішнього шару періосту, ширина внутрішнього остеонного шару періосту, кількість остеобластів в ендості, кількість остеобластів у періості.

Для ультраструктурних досліджень кусочки кістки фіксували в 2,5 %-му розчині глютаральдегіда на 0,1 М фосфатному буфері. Розглядали в електронних мікроскопах ЕВМ-100ЛМ та ЕВМ-100К.

Для дослідження активності ростових процесів, клітинної проліферації, метаболічних властивостей остеогенних клітин і їх участі в продукуванні компонентів кісткового матриксу був застосований метод радіоавтографії. Метод базується на введенні в об'єкт, який досліджується, радіоактивного метаболіту і виявлення місця його включення шляхом фотографічної реєстрації опромінення. В дослідженнях було використано такі радіонукліди, як ³Н-тимідин, ³Н-гліцин, ³⁵S-сульфат, які вводили тваринам внутрішньоочеревинно після закінчення експерименту за 1, 24, 48, 120 годин (для ³Н-тимідину) та 1, 24, 192 години (для ³Н-гліцину і ³⁵S-сульфату) до забору матеріалу.

Під світловим мікроскопом (імерсійний об'єктив, збільшення ОБх 100, ОКх 12,5) на гістоавтографах визначали індекс мічення ядер при одно- і багаторазовому введенні радіонукліда. Також визначали інтенсивність радіоактивної мітки за концентрацією зерен срібла над ядрами клітин у різні терміни після одноразового введення ізотопу.

На гістоавтографах з ³⁵S-сульфатом і ³Н-гліцином підраховували кількість зерен срібла над остеогенними клітинами й основною речовиною кістки. Підрахунок мітки проводили на еквівалентних площах гістозрізів у зонах активного остеогенезу.

Отримані цифрові дані обробляли статистично методами варіаційної статистики. Обчислення проводили на комп'ютері типу "ІВМ-486" з використанням спеціальних програм.

Результати дослідження та їх обговорення. Дані остеометрії свідчать про затримку росту і формоутворення довгих трубчастих кісток скелета в умовах свинцевої інтоксикації. Так, ширина дистального епіфізу стегнової кістки зменшилась на 14,3 % (р < 0,001), а ширина середини діафізу на 19, 8 % (р < 0,001).

Спостерігається звуження епіфізарного хряща дистального епіфізу стегнової кістки на 36,6 % (р < 0,001) у тварин, які знаходились в умовах свинцевої інтоксикації. Краї його нерівні і межі між зонами є згладженими. Втрачається зональна будова епіфізарного хряща, збільшується кількість проміжної речовини. Кількість клітин у зоні індиферентного хряща дещо зменшена. Ширина цієї зони зменшилась на 14,8 % (p < 0,05) порівняно з тваринами контрольної групи.

Зона проліферації дистального епіфізарного хряща звужена на 21,9 % (р < 0,001). Тут спостерігається скупчення клітин, які формують колонки, а хондроцити набувають клиноподібної форми. Місцями ці колонки хондроцитів втрачають свою безперервність і повздовжній напрямок розташування; вони є викривленими і часто перериваються ділянками проміжної речовини. Між стовбчиками (колонками) хондроцитів проникають у вигляді тяжів колагенові фібрили, оточені проміжною речовиною. Спостерігається пригнічення мітотичної активності клітин і відмічено лише поодинокі фігури мітозів; кількість проліферуючих клітин зменшилась у середньому на 45,48 % (р < 0,001). У цій зоні з'являються навіть клітини типу фібробластів, які лежать у недостатньо сформованому фібрилярному матриксі.

В зоні дефінітивного хряща відмічається порушення стовпчастого розміщення хондроцитів і зменшення їх кількості. Протяжність цієї зони зменшилась на 29,3 % (р < 0,05). Межі між зонами згладжуються і зона дефінітивного хряща поступово без різких границь переходить у зону деструктивного хряща, де процес диференціювання звапненого хряща в типових кісткових балках різко пригнічується. В зоні деструкції спостерігається інтенсивне руйнування хондроцитів, її товщина відповідає діаметру однієї чи декількох клітин, а межі досить чіткі. Ця зона безпосередньо межує з метафізом, звідки в неї проникають капіляри та остеогенні клітини. Внаслідок кальцинації хрящового матриксу хондроцити тут гинуть.

Такі глибокі структурні перетворення пояснюються високою метаболічною активністю ростової зони, внаслідок чого ця ділянка кістки найбільш порушується при дії екстремального фактора.

В зоні заміщення хряща кісткою трапляються порожнини резорбції з остеокластами на периферії. Деякі порожнини зливаються по декілька в одну велику, утворюючи неправильної форми печери. Глибина проникнення хрящових трабекул у кістково-мозкову речовину зменшується, а губчаста речовина своїми виростами у вигляді балочок менше занурюється в цю порожнину. Кістково-мозковий канал заповнений жовтим кістковим мозком. Кісткові балки тонкі, розрізнені, міжбалочні простори і щілини заповнені жировою і ніжноволокнистою сполучною тканиною. Остеоцити дрібніші, витягнутої форми з гіперхромними ядрами, нерідко розміщуються поодиноко. Відзначається зменшення кількості остеобластів, а довжина трабекул первинної спонгіози зменшилась на 46,1 % (р < 0,05) у порівнянні з довгими трубчастими кістками контрольних тварин. Остеобласти розміщуються короткими ланцюжками або розрізнено. Спостерігається відсутність остеоїдної речовини біля них. Губчаста речовина займає велику площу за рахунок зменшення товщини компактного шару.

Деструктивні зміни виявляються і в компактній речовині. Вона містить шар остеоїду і відмежовується від міжбалочних просторів одним або двома рядами остеобластів, кількість яких у первинній спонгіозі зменшилась на 20,4 % (p < 0,05).

При морфометричному вивченні на поздовжніх зрізах середини зони діафізу довгих трубчастих кісток звертає на себе увагу активна структурна перебудова, яка призводить до поступового заміщення первинної грубоволокнистої тканини компактною пластинчастою і перериванням ліній склеювання. Відмічається гальмування аппозиційного росту. Глибока перебудова структури кістки регресивного характеру при свинцевій інтоксикації пояснюється дисбалансом в інтенсивності біосинтезу основних компонентів кісткового матриксу.

В основній речовині багато ніш резорбції з великими темними клітинами по периферії і накопиченням некротичних мас. Препарати повздовжніх зрізів середини діафізу містять ділянки з різною інтенсивністю забарвлення, що надає їм вигляду мозаїки. Ці мозаїчні ділянки змінюють одна одну і кісткова тканина виглядає "плямистою". В компактній речовині проявляються ознаки остеопорозу, який супроводжується лакунарним розсмоктуванням кісткових балок, зменшенням площі компактної речовини. Кісткоруйнівні процеси переважають над кісткоутворюючими. По ходу численних мозаїчних смуг відмічено ділянки атрофії кісткової тканини. Резорбтивна діяльність остеокластів призводить до збільшення кістково-мозкового каналу. Кісткова тканина містить менше звапненої проміжної речовини. Все це свідчить про значну морфо-функціональну перебудову.

Відмічається звуження зовнішнього шару періосту на 17,1 % (р < 0,05), а межі між зовнішнім і внутрішнім (остеонним) шаром відрізняються нерівністю. Є поодинокі фібробласти й еластичні волокна. Остеогенні клітини малоактивні і слабо проліферують. Серед них досить рідко трапляються фігури мітозів. Ділянки, які інтенсивно забарвлені, чергуються з блідими у тих місцях, де проходять деструктивні зміни. Новоутворена кісткова тканина є прозорою і пухкою, що призводить до розвитку явищ остеопорозу. Загальна ширина внутрішнього (остеонного) шару зони діафізу зменшилась на 7,2 % (р > 0,05); в метафізі ширина цього шару зменшилась на 14,2 % (р < 0,05).

В ендостальній кістці часто трапляються поля резорбції або остеоїдні чи кісткові нарощення. Кількість остеобластів як в ендості, так і в періості діафізу, на умовну одиницю площі гістозрізу, зменшилась відповідно в середньому на 29,3 % і 24,4 % (р < 0,05). Це свідчить про те, що в зоні ендосту діафізу відбувається уповільнення ростових процесів.

У суглобовому хрящі піддослідних тварин також відмічено істотні відмінності порівняно з контрольними. В основному він представлений дезорганізованими хрящовими стовпчиками. Межі між зонами суглобового хряща є нечіткими і згладженими. Переважають функціонально активні клітини з великим базофільним ядром; відмічено гіперплазію хондроцитів в окремих ділянках суглобового хряща. Найбільш цих деструктивних змін зазнає середній шар, який представлений хрящовими клітинами (хондроцитами). В них спостерігається пригнічення біосинтетичної і репродуктивної активності. Значно вужчими стають поверхневі зони суглобового хряща (оксифільна, перехідна і зона ізогенних груп), які є більш молодими. В зоні кальцинації слід відмітити розриви і фрагментацію базофільної лінії. Це вказує на те, що в умовах свинцевої інтоксикації порушується дисбаланс у взаємодії хряща і кістки; хрящова тканина в цих умовах пошкоджується, некротизується і кальцинується. Середня ширина суглобового хряща зменшилась на 22,5 % (р < 0,001).

В умовах щоденного тривалого (3,5 місяців) надходження в організм свинцю дозою 10 мг/кг маси накопичення його відбувається в основному в кістковій тканині. Найбільш вираженими є процеси перебудови в метафізах, де переважно накопичується свинець. Відмічено розрідження і зменшення кількості кісткових трабекул з розширенням кістково-мозкових просторів, про що можна судити зі зниження питомого об'єму кісткових трабекул в метафізах у піддослідної групи тварин.

При надходженні в організм тварин ацетату свинцю спостерігається підсилення, порівняно з контролем, резорбтивних процесів в кортикальній кістці. Цей процес супроводжується розростанням фіброзної тканини і відбувається за участі остеокластів. На початкових стадіях розгортання процесів резорбції остеокласти концентруються поблизу судин біля самої поверхні кістки, даючи початок кістковим лакунам, куди потім занурюються судини з фібробластичними клітинами, які їх супроводжують, заміщуючи кістку. Ці перебудови зумовлені значною мірою змінами в клітинах зон остеогенезу інтенсивності процесів специфічного метаболізму.

При ультрамікроскопічному вивченні дистальних епіфізарних хрящів стегнових кісток у зоні проліферації відбувається часткова деструкція хондроцитів. Вони лежать у погано сформованій міжклітинній речовині і містять у собі колагенові волокна без вираженої посмугованості. Спостерігається багато темних електронно-щільних хондроцитів, які характеризуються зменшеними розмірами і незначною кількістю виростів. Окремі хондроцити збільшені в об'ємі і містять пікнотичні зморшкуваті ядра з ядерцями невеликих розмірів.

В ядрах простежується місцеве розширення перинуклеарних цистерн і конденсація периферійного гетерохроматину вздовж внутрішньої мембрани ядра, за рахунок якого вони набувають темного кольору. Ядра округлої форми з невеликими перетяжками, у їх каріолемі слабо розрізняються ядерні пори. Цитоплазма таких хрящових клітин має зменшену щільність органел і великі безструктурні зони.

Відмічено розчинення крист мітохондрій і просвітлення їх матриксу. Цистерни гранулярної ендоплазматичної сітки слабо розвинені і фрагментовані. Вони містять невелику кількість поодиноких рибосом та полісом. Елементи пластинчастого комплексу набряклі. Біля них виявлено ліпідні включення та структури типу лізосом.

Слід відмітити і те, що в межах однієї ізогенної групи хондроцити відрізняються за характером перетворень: одні з них зменшуються в об'ємі, мають електронно-щільну цитоплазму, в якій виділяють зони просвітлення і вакуолі; інші - набряклі, оптично-прозорі, містять ліпідні включення і шматкоподібні безструктурні утворення, поодинокі зруйновані органели. Нерідко довкола таких клітин з'являються просвітлені зони з дрібнозернистим вмістом безколагенових мікрофібрил. Вище описана картина, яку отримано при субмікроскопічному дослідженні, свідчить про зниження активності хондроцитів.

Таким чином, за даними остео- і морфометрії, а також електронної мікроскопії свинцева інтоксикація помітно впливає на структуру та формоутворення довгих трубчастих кісток скелета. В зонах росту і перебудови кісток спостерігаються сповільнені процеси кісткоутворення, поряд з цим в ділянці діафізів відзначаються ознаки підсилення процесів резорбції та атрофії. В компактній речовині, окрім функціональної перебудови, трапляються й остеоїдні ділянки, які свідчать про появу ознак патологічного перетворення кісткової тканини.

Про зниження темпів ростових і остеопластичних процесів у кістці при свинцевій інтоксикації свідчать і дані радіоавтографії з ³Н-тимідином, ³Н-гліцином і ³⁵S-сульфатом.

При одноразовому міченні ДНК-синтезуючих клітин шляхом введення ³Н-тимідину виявлено зменшення кількості ДНК-синтезуючих клітин у зонах активного остеогенезу, насамперед у популяції периваскулярних клітин, які містять остеогенні клітини-попередники. В цих ділянках кістки виявлено максимальні значення індексу мічених ядер (ІМЯ, %) клітин при експозиції 48 годин після введення ³Н-тимідину у тварин контрольної (ІІІ серія) і експериментальної (ІV серія) груп.

Встановлено також, що популяція остеобластів в зонах остеогенезу поповнюється за рахунок проліферації і диференціювання малодиференційованих периваскулярних клітин (через сиадію преостеобластів). Диференціювання клітин проходить через ряд (1-3) ділень і супроводжується зменшенням проліферативної активності клітин. В дефінітивній кістці регуляція інтенсивності ростових процесів забезпечується кількісними змінами проліферативного пулу преостеобластів, які входять в склад ендосту і періосту, а також судинних каналів.

Середня інтенсивність мічення клітин через 1 годину після введення ³Н-тимідину має максимальне значення 17 зерен срібла. До 120 години експерименту цей показник знижується майже в 2 рази і в популяції ДНК-синтезуючих клітин збільшується кількість клітин з міткою 4-7 зерен срібла. Це свідчить про те, що в умовах свинцевої інтоксикації відбувається зменшення інтенсивності мічення клітин і, як наслідок, пригнічення процесів проліферації і диференціювання остеогенних клітин.

При багаторазовому введенні ³Н-тимідину проліферативний пул в зоні енхондрального процесу в стегнових кістках 6-місячних щурів при отруюванні ацетатом свинцю дозою 10 мг/кг максимальних значень досягає до 72 години експерименту і становить 20 % в контролі і 18 % в досліді, р < 0,05. Зниження інтенсивності процесів росту кістки відбувається, зокрема, в результаті зниження пулу ДНК-синтезуючих остеогенних клітин-попередників. трубчаста остеогенна свинцева інтоксикація

Встановлено, що ³Н-гліцин асимілюється остеогенними клітинами періосту й ендосту з різною інтенсивністю у тварин піддослідної групи, яка отримувала щоденно протягом 105 днів ацетат свинцю дозою 10 мг/кг, і контрольної групи. Більш низьке, порівняно з контролем, включення ³Н-гліцину в остеогенні клітини піддослідних тварин свідчить про зниження в умовах свинцевої інтоксикації інтенсивності процесів біосинтезу колагенових білків. Причому інтенсивність включення ³Н-гліцину в остеогенні клітини ендосту в метафізі як у контролі, так і в досліді вище, ніж у періості діафізарної зони, і свідчать про те, що в ендості процеси біосинтезу колагенових білків проходять більш інтенсивно, ніж у періості.

Порівняльний аналіз динаміки мітки ³Н-гліцину в клітинах і міжклітинному матриксі ендосту і періосту через 0,5, 24 і 192 години показав, що асимільований клітинами ³Н-гліцин у контрольних тварин виводиться і включається в кістковий матрикс швидше ніж у тварин, які отримували свинець. Тобто свинцева інтоксикація відображається і на інтенсивності секреції та метаболізму колагенових білків.

У дослідах з використанням ³Н-гліцину у хондроцитах відмічено пригнічення біосинтезу колагенових білків. Вважається, що під дією свинцю в організмі відбувається денатурація тканинних білків, порушення абсорбтивних властивостей білкових молекул (Мажуга П.М., 1991; Житніков А.Я., 1998).

Зменшення інтенсивності біосинтезу колагенових білків в остеогенних клітинах при свинцевій інтоксикації відбувається разом з підсиленням асиміляції клітинами ³⁵S-сульфату, що відображає інтенсифікацію біосинтезу сульфатованих глікозаміногліканів, які входять до складу органічного матриксу кістки. Так, через 1 годину після введення ³⁵S-сульфату мітка виявляється в основному над остеогенними клітинами в трабекулярному ендості. Однак на 192-у годину досліду мітка радіонукліда майже повністю виводиться в кістковий матрикс і виявляється у вигляді так званої "смуги мічення", а над остеогенними клітинами спостерігається достовірне зменшення цього показника. Це вказує на те, що інтоксикація організму ацетатом свинцю веде до порушення процесів їх синтезу та метаболізму. Дисбаланс в інтенсивності біосинтезу остеогенними клітинами основних компонентів кісткового матриксу зумовлює перебудову структури кістки остеопоротичного характеру.

Таким чином, свинець, будучи остеотропним елементом, викликає виражений остеотоксичний ефект. Перш за все, свинцева інтоксикація веде до пригнічення процесів проліферації і диференціювання остеогенних клітин та порушення в них синтезу органічних компонентів, зокрема колагенових білків і глікозаміногліканів.

Також при дії свинцю спостерігається зменшення питомого об'єму кісткових трабекул і товщини епіфізарного хряща; у діафізі відбувається розширення кістково-мозкових каналів кістки, а сама кісткова тканина стає більш демінералізованою. Відбувається утворення пустот, щілин. Ці зміни відображають розвиток остеопоротичних процесів у кістковій тканині. Найбільш вони виражені в зонах метафізу, де активно проходять процеси росту і формоутворення кісток скелета. В зоні середини діафізу значних перебудов зазнає ендостальний шар.

Проведене дослідження дало змогу вияснити особливості структурно-функціональних перетворень довгих трубчастих кісток скелета в умовах свинцевої інтоксикації.

ВИСНОВКИ

1. Інтоксикація організму ацетатом свинцю протягом 3,5 місяців дозою 10 мг/кг маси тіла викликає деструктивні зміни в метаепіфізарній пластинці росту довгих трубчастих кісток, які проявляються у порушенні зональної структури, будови тканинного матриксу, ультраструктури хрящових та остеогенних клітин, а також пригнічення процесів проліферації, диференціювання та синтетичної активності остеогенних клітин. Все це веде до затримки процесів росту і формоутворення, а в кінцевому результаті - до розвитку патологічних змін у довгих трубчастих кістках кінцівок.

2. Негативні зміни, які викликані інтоксикацією сполуками свинцю, поширені і в зоні діафіза. Шар періосту стає тоншим (порівняно з контролем); звужується зона остеонів в остеонному шарі; відбувається демінералізація кісткової тканини і розширення кістково-мозкового каналу за рахунок кортикального і ендостального шарів кістки. Все це свідчить про розвиток остеопоротичних процесів в кістковій тканині довгих трубчастих кісток.

3. В умовах свинцевої інтоксикації проліферативна активність остеогенних клітин пригнічена. Відбувається зменшення індексу мічення, кількості ДНК-синтезуючих клітин в зонах активного остеогенезу. Максимального значення інтенсивність мічення клітин досягає через 1 годину після введення ³Н-тимідину, а через 120 годин досліду цей показник знижується вдвічі.

4. При свинцевій інтоксикації відмічено низьке включення радіонукліда ³Н-гліцину в остеогенні клітини ендосту і періосту. Відбувається зниження процесів їх синтезу, що відображається на інтенсивності секреції остеогенних клітин та метаболізмі колагенових білків.

5. Дослідження інтенсивності біосинтезу сульфатованих глікозаміногліканів та динаміки переміщення їх із остеогенних клітин в кістковий матрикс свідчать, що інтоксикація організму ацетатом свинцю веде до порушення процесів їх синтезу та метаболізму.

6. Встановлено, що найбільш чутливі та максимально ранимі функціональні структури кісток скелета на свинцеву інтоксикацію - епіфізарний хрящ та періостальна зона діафіза.

Практичні рекомендації:

1. Отримані результати доповнюють теоретичні аспекти проблеми функціональної морфології. Дані про особливості будови, росту і формоутворення довгих трубчастих кісток скелета можуть бути використані в наукових дослідженнях опорно-рухового апарату і в навчальному процесі при вивченні питань впливу екологічних факторів на кістковий скелет.

2. Проведене дослідження прояснює суть структурно-функціональних змін, які відбуваються у довгих трубчастих кістках скелета при інтоксикації організму солями свинцю.

3. Описані морфо-функціональні зміни обгрунтовують для клініцистів проведення лікувально-профілактичних заходів з метою запобігання розвитку патологічних процесів у кістках скелета після свинцевої інтоксикації, або ж її фармакологічної корекції при виникненні.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Довгалюк Т.Я. Вплив свинцю на біосинтез глікозаміногліканів в остеогенних клітинах // Укр. медичний альманах. - Луганськ, 1998. - № 3.

– С. 76-79.

2. Родіонова Н.В., Довгалюк Т.Я. Проліферація і диференціювання остеогенних клітин при тривалому поступанні свинцю в організм // Наук. вісник ВДУ. Біологія. Медицина. - 1998. - №4. - С. 16-19.

3. Довгалюк Т.Я. Зміни в структурі довгих трубчастих кісток скелету щурів під впливом ацетату свинцю // Наук. вісник ВДУ. Біологічні науки. - 1999. -№ 4. - С. 55-58.

4. Довгалюк Т.Я. Особливості будови і росту довгих трубчастих кісток скелету щурів під впливом солей свинцю // Наук. вісник Ужгородського держ. університету: Серія "Медицина". - 1999. - № 9. - С. 23-26.

5. Деякі аспекти остеогенезу трубчастих кісток скелету в експерименті під впливом екзогенного впливу ацетату свинцю та при хронічному надходженні радіонуклідів / Пикалюк В.С., Родіонова Н.В., Довгалюк Т.Я., Музиченко О.С., Романенко Н.В. // Актуальні питання морфології. Матеріали ІІ Нац. конгресу АГЕТ України. - Луганськ, 1998. - С. 199-200.

6. Пикалюк В.С., Родіонова Н.В., Довгалюк Т.Я. Біосинтез глікозаміногліканів під дією ацетату свинцю // Проблеми вікової фізіології: Матеріали конференції. - Луцьк, 1998. - С. 63-64.

АНОТАЦІЯ

Довгалюк Т.Я. Структурно-функціональні зміни в довгих трубчастих кістках скелету білих щурів при дії на організм свинцевої інтоксикації. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 14.03.01 - нормальна анатомія. - Тернопільська державна медична академія імені І.Я. Горбачевського. - Тернопіль, 1999.

Дисертацію присвячено дослідженню особливостей будови, росту і формоутворення довгих трубчастих кісток скелета білих щурів в умовах свинцевої інтоксикації. Встановлено, що інтоксикація свинцем негативно впливає на організм людини. Особливу чутливість на наявність остеотропного свинцю має скелет, який росте. Саме в ньому спостерігаються найбільш активні процеси розмноження і диференціювання клітин, що забезпечують метаболічну і структурну основу для росту хряща і формування кістки. При дії солей свинцю відбувається уповільнення росту і формоутворення кісток скелета, пригнічення процесів проліферації і диференціювання остеогенних клітин, а також біосинтетичних процесів, що проходять у цих клітинах. Окрім того, свинцева інтоксикація викликає структурні зміни.

Ключові слова: довгі трубчасті кістки, остеогенні та хрящові клітини, ріст, формоутворення, метаепіфізарний та суглобовий хрящі, радіоавтографія, проліферація, свинцева інтоксикація.

АННОТАЦИЯ

Довгалюк Т.Я. Структурно-функциональные изменения в длинных трубчатых костях скелета белых крыс при действии на организм свинцовой интоксикации. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности 14.03.01 - нормальная анатомия. - Тернопольская государственная медицинская академия имени И.Я. Горбачевского. - Тернополь, 1999.

Диссертация посвящена изучению особенностей строения, роста и формообразования длинных трубчатых костей скелета белых крыс в условиях свинцовой интоксикации. Материалом для исследования послужили длинные трубчатые (бедренные) кости белых крыс-самцов, возрастом 6 месяцев.

Установлено, что интоксикация свинцом неблагоприятно влияет на организм человека. Особой чувствительностью на присутствие остеотропного свинца обладает растущий скелет, в котором максимально активны процессы размножения и дифференциации клеток, обеспечивающих метаболическое и структурное основание для роста хряща и формообразования кости.

У животных, которые находились в условиях свинцовой интоксикации, отмечается сужение ширины эпифизарного и суглобового хрящей. В зоне пролиферации колонки хондроцитов теряют свою непрерывность и продольное направление. Наблюдается угнетение митотической активности клеток, а количество пролиферующих клеток уменьшено.

В зоне первичного остеогенеза встречаются полости резорбции. Костные балки тонкие, межбалочные просторы и щели заполнены жировой и нежноволокнистой тканью.

В диафизе отмечается сужение наружного и внутреннего слоев периоста; костномозговые каналы расширяются. Остеогенные клетки малоактивны и слабо пролиферуют. Новообразованная костная ткань становится прозрачной и рыхлой, что ведет к развитию остеопоротических процессов.

При ультрамикроскопическом исследовании дистальных эпифизарных хрящей бедренных костей в зоне пролиферации прослеживается деструкция хондроцитов, которые лежат в слабо сформированном межклеточном веществе. Наблюдается уменьшение их размеров с незначительным количеством выростов. Отмечается растворение крист митохондрий; цистерны гранулярной эндоплазматической сетки слабо развиты, элементы пластинчастого комплекса - набухшие.

Свинцовая интоксикация нарушает в остеогенных клетках процессы биосинтеза органических компонентов (коллагеновых белков и сульфатированых гликозаминогликанов).

Установлено, что ³Н-глицин ассимилируется остеогенными клетками периоста и эндоста с разной интенсивностью у животных подопытной и контрольной групп. Более низкое включение радионуклида в клетки подопытных животных свидетельствует о снижении в условиях свинцовой интоксикации интенсивности процессов синтеза коллагеновых белков. В зоне метафиза интенсивность включения изотопа выше, чем в периосте диафизарной зоны, что свидетельствует о более интенсивном биосинтезе коллагеновых белков в метафизе.

Уменьшение интенсивности биосинтеза коллагеновых белков в остеогенных клетках при свинцовой интоксикации происходит вместе с усилением ассимиляции клетками ³⁵S-сульфата, что отражает интенсификацию биосинтеза сульфатированых гликозаминогликанов. Метка радионуклида почти выводится в костный матрикс и проявляется "полосами мечения".

Вышеупомянутые изменения свидетельствуют о остеотропности свинца с выраженным остеотоксическим эффектом. Свинцовая интоксикация угнетает процессы пролиферации и дифференцирования остеогенных клеток, а также нарушает синтез органических компонентов (коллагеновых белков и гликозаминогликанов). Замедление этих процессов способствует интенсивному отложению свинца в костной ткани. Свинцовоя интоксикация ведет и к структурным изменениям. Они наиболее выражены в метафизах - зонах максимально активных процессов роста и формообразования.

Ключевые слова: длинные трубчатые кости, остеогенные и хрящевые клетки, рост, формообразование, метаэпифизарный и суставной хрящи, радиоавтография, пролиферация, свинцовая интоксикация.

SUMMARY

Dovgalyuk T.Y. Structurional and functional changes in long tubular bone of white rat's skeleton with the influence lead's intoxication on organism. - Manuscript.

Thesis for scientific degree of Candidate of Biological Sciences. Specialty: 14.03.01. - Normal Anatomy. - Ternopil State Medical Academy named after I.Y. Gorbachevsky. - Ternopil, 1999.

The thesis is dedicated to the studies of pecularities of structure, growth and formation of long tubular bones of white rat's skeleton in condition of lead's intoxication. It is proved, that the lead's intoxication has unfavourable consequences on man's organism. Grouring skeleton processes special sensitiveness on lead's presence. Processes of reproduction and differentiation of cells provide metabolical and structural base for the development of cartilage and forming of bone in the increasing on the growth and the formation of skeleton's bones. During the influence of lead's salt the slowing of growth and formation of bone, of skeleton, the depression processes of proliferation and differentiation of bone's cells as well as biosynthetic processes in these cells take place. Besides during the lead's intoxication the structural changes in cells take place.

Key words: long tubular bones, bone's and cartilage cells, growth, formation, metaepiphysial and articular cartilages, radioautography, proliferation, lead's intoxication.

Висловлюємо щиру подяку науковому консультанту доктору біологічних наук, старшому науковому співробітнику, завідуючій відділом цитології та гістогенезу Інституту зоології ім. І.І. Шмальгаузена НАН України Родіоновій Наталії Василівні, за цінні високопрофесійні поради щодо виконання цієї дисертаційної роботи.

Размещено на Allbest.ru