Особливості росту, будови та формоутворення кісток скелета при інтоксикації організму солями свинцю

Размещено на http://allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ'Я УКРАЇНИ

КРИМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. С.І. ГЕОРГІЄВСЬКОГО

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук

14.03.01 - нормальна анатомія

ОСОБЛИВОСТІ РОСТУ, БУДОВИ ТА ФОРМОУТВОРЕННЯ КІСТОК СКЕЛЕТА ПРИ ІНТОКСИКАЦІЇ ОРГАНІЗМУ СОЛЯМИ СВИНЦЮ

Виконав Білоцерковський Віктор Павлович

Сімферополь - 2005

АНОТАЦІЯ

Білоцерковський В.П. Особливості росту, будови та формоутворення кісток скелета при інтоксикації організму солями свинцю. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук за спеціальністю 14.03.01 - нормальна анатомія. - Кримський державний медичний університет ім. С.І. Георгієвського МОЗ України, Сімферополь, 2004.

Дисертація присвячена вивченню особливостей росту, будови та формоутворення кісток скелета під впливом на організм ацетату свинцю. У роботі були використані анатомічні, гістологічні, морфометричні, електронномікроскопічні, хімічні, математичні методи дослідження та метод радіоавтографії з ³Н-тимідином. Встановлено, що свинцева інтоксикація призводить до виникнення морфологічних змін у кістках скелета усіх видів. Ступінь і спрямованість цих змін залежить від тривалості негативного впливу свинцю. Паралельне використання препарату “Магне-В₆” нівелює остеотоксичні ефекти сполук свинцю, що виявляється нормалізацією ростових процесів, гістоструктури, мінералізації кісток і ультраструктурної організації кісткових клітин. Результати дослідження впроваджено у навчальний і науково-дослідний процеси кафедр нормальної анатомії людини деяких медичних ВНЗ України.

свинцевий інтоксикація скелет морфогенез

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасна медицина вивчає етіологію, патогенез, клінічний перебіг і лікування не тільки типових соматичних захворювань. Однією з найбільш актуальних проблем сьогодення є дослідження техногенних аномалій, які формуються, як екологічно обумовлені і виникають внаслідок людської діяльності. Вони характерні для усіх вікових груп населення, не мають меж у своєму поширенні й одночасно впливають на перебіг і лікування соматичної патології. Сучасна терапевтична номенклатура виділяє мікроелементози як окрему нозологічну групу захворювань, викликаних загальнотоксичним впливом надлишкового надходження в організм різних мікроелементів.

Серед екологічно обумовлених поражень організму провідну роль відіграють етіологічні фактори, пов'язані з прогресуючим надходженням в організм сполук важких металів (ВМ). Дані ВООЗ і ЮНЕП свідчать, що пріоритетними забруднювачами серед ВМ є сполуки свинцю, щорічне надходження яких у навколишнє середовище досягло глобальних величин і становить 260 млн. т.

Встановлено, що сполуки свинцю в організмі накопичуються і відкладаються в різних органах і тканинах; однак основним місцем їх депонування є кісткова тканина, де вони осідають у вигляді нерозчинного трьохосновного фосфату (до 85-92 %) (Ветанабе, Шимбо,1994).

Останнім часом збільшився науковий інтерес до питань функціонування кісткової системи, який обумовлений прогресуючим збільшенням числа захворювань кістяка, особливо остеопорозу. Сучасними остеологічними дослідженнями (В.Г. Ковешніков; П.М. Мажуга, Я.І. Федонюк, 1997; В.С. Пикалюк, Н.В. Родіонова, 2000; В.З. Сікора; В.В. Поворознюк, 2001) доведено, що скелет характеризується вираженою пластичністю, має здатність тонко реагувати через обмінні процеси на вплив екзогенних хімічних факторів. При цьому проблема впливу різних екологічних факторів на будову, ріст і формоутворення кісток скелету, для яких характерний широкий і різноманітний спектр дії на функції і структуру різних систем організму, залишається недостатньо вирішеною.

На сьогодні вже проведено ряд досліджень, в яких вивчали вплив на остеогенні процеси свинцевої інтоксикації й описано структурно-функціональні зміни скелету при цьому (Т.Я. Довгалюк, 1998; Г.Ф. Ткач, 2003). Саме тому особливого значення набуває вивчення реакції різних за гістогенезом, будовою і функціональними навантаженнями кісток скелету на надходження і депонування в них сполук свинцю.

Практично не дослідженими залишаються питання вікових особливостей росту, будови, формоутворення кісток скелету, а також внутрішньоутробний остеогенез при свинцевій інтоксикації. Не виявлені потенціальні можливості нівелювання її наслідків фармакологічними засобами.

Мета і задачі дослідження. Комплексно вивчити вікові особливості росту, будови, формоутворення скелету, включаючи внутрішньоутробний остеогенез, при інтоксикації організму солями свинцю; дослідити можливість фармакологічної корекції остеотоксичного ефекту свинцевої інтоксикації препаратом “Магне-В₆”.

Для досягнення поставленої мети були визначені такі задачі:

1. Простежити особливості росту, будови, формоутворення і хімічного складу кісток скелету білих лабораторних щурів лінії “Вістар” при затравці організму солями свинцю в залежності від тривалості дії.

2. Вивчити вікові закономірності морфогенезу скелету лабораторних тварин при різній тривалості інтоксикації організму солями свинцю і застосуванні препарату “Магне-В₆”.

3. Визначити проліферативний потенціал скелета при екзогенному надходженні свинцю і ендогеннному його депонуванні.

4. З'ясувати характер і ступінь змін внутрішньоутробного остеогенезу під впливом хроничної свинцевої інтоксикації організму самок та її корекції препаратом “Магне-В₆”.

5. Вияснити можливість профілактики і фармакологічної корекції наслідків свинцевого ураження комплексним препаратом магнію та піридоксину (“Магне-В₆”).

Об'єкт дослідження: скелет білих лабораторних щурів різних вікових груп. Предмет дослідження: віковий морфогенез кісток скелету щурів при дії на організм сполук свинцю і її фармакологічній корекції.

Методи дослідження: відсотково-ваговий метод - визначення вмісту води, органічних і мінеральних речовин; остеометрія - дослідження темпів росту і формоутворення кісток; гістоморфометрія - описання структури проксимального епіфізарного хряща великогомілкової кістки, та вияснення особливостей окостеніння деяких кісток новонароджених щурів; біохімічне дослідження макро-, мікроелементного складу кісток; радіоавтографія з ³Н-тимідином - виявлення пролиферативної активністі ростових клітин кістково-хрящового ряду; трансмісійна електронна мікроскопія - вивчення ультраструктури клітин кісткової тканини; методи варіаційної статистики - визначення вірогідності отриманих результатів.

Наукова новизна отриманих результатів. За допомогою комплексу сучасних методів дослідження (остеометричних, гістологічних, біохімічних, електронномікроскопічних, радіоавтографічного методу із застосуванням іН-тимідину, морфометричних, математичних методів) отримано нові дані про характер росту, будови і формоутворення кістяка при хронічній свинцевій інтоксикації, ступінь порушення внутрішньоутробного остеогенезу при хронічному надходженні сполук свинцю в організм матері. Введення міченого попередника ДНК дозволило встановити особливості проліферації хондрогенних і остеогенних клітин у епіфізарному хрящі і новоутвореній кістці. Вперше запропонований і обґрунтований метод корекції несприятливих наслідків свинцевої інтоксикації препаратом “Магне-В₆”.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновано спосіб фармакологічної корекції остеотоксичних наслідків свинцевої інтоксикації за допомогою препарату “Магне-В₆”, застосування якого на ранніх термінах надходження свинцю в організм дозволяє значною мірою нівелювати загальнотоксичні й остеотропні ефекти солей свинцю. Результати дослідження можуть служити морфологічним обґрунтуванням для прогнозування несприятливих змін у кістяку при хронічному надходженні сполук свинцю з навколишнього середовища, профілактики антенатальної інтоксикації, дозволяють визначити механізми регуляції морфогенезу кістяка в різні вікові періоди при зазначеному впливі. Результати дослідження можуть бути використані у функціональній остеології, акушерстві, педіатрії, травматології, токсикології. Основні положення і висновки дисертаційної роботи впроваджені в навчально-педагогічний процес і науково-дослідну роботу ряду морфологічних кафедр медичних ВНЗ України (Тернопіль, Харків, Івано-Франківськ, Ужгород, Запоріжжя, Суми, Луганськ).

Особистий внесок здобувача. Отримані в роботі дані є результатом самостійного виконання дисертантом остеометричних, морфологічних і біохімічних досліджень. Дисертантом самостійно проведено експеримент і опрацьовано отриманий матеріал. Автор запропонував і обґрунтував метод корекції свинцевої інтоксикації за допомогою препарату “Магне-В₆”. Деякі статті за темою дисертації написані в співавторстві, але фрагменти статей, що належать до виконаних дисертантом досліджень, написані самостійно.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріал і методи дослідження. Експериментальне дослідження проведено на 122 білих лабораторних щурах-самцях, віком 6 місяців, вихідною масою 280-300 г і 28 новонароджених щурах, отриманих від 18 самок.

У ході експерименту було виділено 5 основних груп. Кожна з перших трьох вікових груп була розподілена на три серії. До серії 1 (контрольної) увійшли тварини, що одержували протягом всього експериментального періоду перорально дистильовану воду. У серію 2 ми включили тварин, що перорально одержували 5 % розчин ацетату свинцю з розрахунку 10 мг/кг маси тіла на добу. Серію 3 становили тварини, що одержували 5 % розчин ацетату свинцю в тому ж дозуванні і питний розчин препарату “Магне-В₆”. Підбір дози препарату здійснювали виходячи із середньої терапевтичної дози для дорослих, що становить 0,3 мл/кг маси тіла на добу. Забір матеріалу здійснювали після закінчення 30, 90, 180 діб експерименту.

Для вивчення впливу інтоксикації солями свинцю на внутрішньоутробний остеогенез і корекції його препаратом “Магне-В₆” було сформовано 4-та група експериментальних тварин, що складалась з 3-х серій. Материнські особи майбутнього потомства весь період вагітності одержували ацетат свинцю або ацетат свинцю в комбінації з препаратом “Магне-В₆”. До експерименту брали статевозрілих щурів-самок у зрілому репродуктивному періоді масою 220-240 г. Забір матеріалу здійснювали відразу ж після народження. Усього морфометрично досліджували кістяк 28-ми новонароджених тварин. У роботі використовували класичний метод фарбування кістяка алізариновим червоним (Даусон, 1926). Кістяк вивчали під мікроскопом МБС-1 при збільшенні в 16 разів. Реєстрували розміри первинних точок скостеніння.

З метою дослідження проліферації та диференціювання остеогенних клітин кісткової тканини було сформовано 5-ту групу тварин, що складалася з контрольної й експериментальної серій. Для дослідження застосовували ізотоп ³Н-тимідин (мічений тритієм тимідин). Досліди з однократним введенням ³Н-тимідина (6-а група) проводилися з метою простежити динаміку мітотичних циклів ДНК-синтезуючих клітин у зонах остеогенезу, визначити особливості розподілу радіонукліду за інтенсивністю мічення в різний термін після ін'єкції ³Н-тимідина. Матеріал для дослідження (стегнові кістки) відбирали через 1, 24 і 48 годин і 5 днів з моменту введення радіонукліда. Тваринам 5-ої групи вводили багаторазово ³Н-тимідин (методика насичення). Цей метод дає можливість встановити кількість проліферуючих клітин у популяції (проліферативний пул), а також визначити загальну тривалість мітотичного циклу і періоду синтезу ДНК.

Здійснення експерименту відбувалося відповідно до вимог Європейської конвенції по роботі з експериментальними тваринами. Усі щурі утримувалися в стандартних умовах віварію. Під час експерименту проводилося спостереження за динамікою маси тіла піддослідних тварин кожні 10 днів. По закінченні термінів експерименту (через 30, 90, 180 днів) тварин декапітували під ефірним наркозом. Проводили скелетування, звільняючи від м`яких тканин великогомілкову, тім'яну кістки та третій поперековий хребець. Кістки зважували на торсійних вагах „ВТ-500” із точністю до 1 мг. Програма остеометрії для довгих трубчастих кісток включала показники найбільшої ширини проксимального та дистального епіфізів, передньозаднього розміру середини діафіза, максимальну довжину кістки і ширину середини діафіза. У тім'яній кістці та хребці вимірювали габаритні розміри: довжину, ширину і товщину (Duerst, 1926).

Для гістологічного дослідження брали фрагменти проксимального епіфіза і середини діафіза великогомілкової кістки, які фіксували в 10% розчині нейтрального формаліну, декальцинували в 5% розчині мурашиної кислоти, зневоднювали в спиртах зростаючої концентрації і толуолі, заливали в парафінові блоки. Парафінові гістологічні зрізи товщиною 10 - 15 мкм забарвлювали гематоксилін-еозином. Мікроморфометричне дослідження зрізів проксимального епіфізарного хряща великогомілкових кісток здійснювали за допомогою комплексу для морфометрических досліджень з цифровою обробкою отриманих даних.

Морфометрію епіфізарного хряща проводили за такою програмою: загальна ширина, ширина індиферентної, проліферативної і дефінітивної зон. Також визначали відсоткове співвідношення клітинних елементів і міжклітинної речовини епіфізарного хряща, частку первинної спонгіози.

Хімічне дослідження кісток складалося з визначення відсотково-ваговим методом співвідношення між органічною і неорганічною частинами кістки, її вологонасиченість. Отриману золу розтирали в фарфоровій ступці і зберігали в герметичних мікропробірках.

Вміст свинцю, кальцію, магнію, калію і натрію визначали атомно-абсорбційним методом з електротермічною атомізацією на атомно-абсорбційному спектрофотометрі “Перкін-Елмер”, модель 3030 Z з електротермичним атомізатором HGA-600. Відсотковий вміст фосфору визначали на спектрофотометрі “СФ-26”. Дослідження проводилося в повній відповідності з інструкціями до цих приладів.

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

Для ультраструктурних досліджень методом трансмісійної електронної мікроскопії шматочки дистального епіфізарного хряща довгої трубчастої кістки послідовно фіксували в 2,5 % розчині глютаральдегіду на 0,1 М фосфатному буфері (рН 7,4), дофіксовували 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.

Результати дослідження та їх аналіз. Проведене дослідження дозволяє стверджувати, що вплив сполук свинцю на організм білих щурів призводить до пригнічення ростових процесів кісток усіх видів. Аналізуючи зміни відсоткового співвідношення води, органічних і мінеральних речовин у великогомілкових кістках тварин, що піддавалися впливу свинцевої інтоксикації, на 30, 90 і 180-у добу експерименту, відзначаємо збільшення вмісту води щодо контрольних показників: у щурів 1-ї групи на 9,22 % (р<0,05), у тварин 2-ї групи - на 3,58 % (р>0,05), у 3-ій групі цей показник на 12,42 % (р<0,05) вище, ніж у контролі. Це є природною реакцією кісткової тканини на інтоксикацію. У великогомілкових кістках тварин, які піддавалися впливу свинцевої інтоксикації з корекцією препаратом “Магне-В6”, збільшення води виражене менше, ніж у щурів попередньої серії: у 1-й і 2-й групах спостерігається тенденція до збільшення вмісту води на 2,94 % (р>0,05) і 3,39 % (р>0,05) відповідно. На 180-й день експерименту ця тенденція переходить в статистично достовірне щодо контролю збільшення кількості води: 10,55 % (р<0,05).

Вміст органічних речовин у великогомілковых кістках щурів 2-ої серії вірогідно зменшується тільки на 30-у добу експерименту - на 4,25 % (р<0,05). У тварин, що одержували поряд з ацетатом свинцю препарат “Магне-В₆” органічні речовини виявляють незначну тенденцію до зменшення на всіх термінах експерименту.

Кількість мінеральних речовин у великогомілкових кістках щурів 2-ої серії зменшена значно: у тварин 1-ої групи - на 4,25 % (р<0,05), у 2-й групі - на 5,38 % (р>0,05) і в щурів 3-ої групи - на 10,95 % (р<0,05). Нами відзначене менш значне зниження мінералів у тварин 3-ої серії: у 1-й групі кількість мінералів практично збігається з такою у контрольних щурів, у 2-й групі - на 2,33 % (р>0,05) і в щурів 3-ої групи - на 8,94 % (р<0,05) менше контрольних показників.

Розглядаючи зміну відсоткового співвідношення води, органічних і мінеральних речовин у тім'яних кістках тварин 2-ої серії на 30, 90 і 180-у добу експерименту, відзначаємо збільшення вмісту води щодо контрольних показників: у щурів 1-ї групи на 13,84 % (р<0,05), у тварин 2-ої групи - на 15,05 % (р<0,05), у 3-й групі цей показник на 20,78 % (р<0,05) вище, ніж у контролі. Дане явище можна розцінити, як природну реакцію кісткової тканини на інтоксикацію. У тім'яних кістках тварин 3-ої серії збільшення води виражене менше, ніж у щурів попередньої серії: у 1-й і 2-й групах спостерігається тенденція до збільшення вмісту води на 3,81 % (р>0,05) і 2,03 % (р>0,05) відповідно. На 180-й день експерименту відзначається збільшення кількості води на 11,09 % (р>0,05).

Кількість органічних речовин в тім'яних кістках щурів 2-ої серії вірогідно зменшуються тільки на 90 добу експерименту - на 10,21 % (р<0,05). У тварин 3-ї серії органічні речовини змінюються статистично невірогідно й у різному напрямку на різних термінах досліду.

Мінеральні речовини в тім'яних кістах щурів 2-ої серії зменшені значно: у тварин 1-ої групи - на 16,41 % (р<0,05), у 2-й групі - на 12,16 % (р<0,05) і в щурів 3-ої групи - на 17,46 % (р<0,05). Нами відзначено, що кількість мінеральних речовин у тім'яній кістці тварин до 30-ї і 90-ї доби експерименту змінюється щодо контролю невірогідно. У щурів 3-ої групи цей показник зменшується на 12,53 % (р<0,05) порівняно з даними тварин контрольної серії.

Таким чином, найбільш виражені порушення хімічного складу відбуваються в тім'яній кістці і губчастій кістковій тканині хребців, менше змінюється хімічний склад довгих трубчастих кісток скелету. При хронічній свинцевій інтоксикації відзначається виражена демінералізація кісткової тканини на тлі підвищення її гідратованості; зі збільшенням терміну експерименту ступінь патологічних зрушень збільшується.

Демінералізація кісткової тканини щурів 2-ї серії найбільш виражена до 30-ї і 180-ї доби експерименту, менший ступінь остеопорозу спостерігається до 90-ї доби досліду.

Більш виражене зменшення мінеральних речовин у порівнянні з органічними свідчить про більше пригнічення мінерального обміну (процесу мінералізації кісткової тканини), ніж продукції клітинами органічного матриксу. Ця тенденція пояснюється подвійним механізмом токсичної дії сполук свинцю на кісткову тканину: порушенням включення кальцію до структури кристала гідроксіапатиту за рахунок його витіснення і цитотоксичною дією свинцю внаслідок пригнічення ферментативних систем клітин шляхом блокади SH-груп ферментів (І.М. Трахтенберг, 1999; М.Є. Аксьонова, 2001).

Зменшення кількості таких основних мінералів кісткової тканини як кальцій і фосфор більш яскраво виражене в тім'яній кістці і хребцях, що є наслідком більш активного мінерального обміну в даних кістках у порівнянні з компактною речовиною великогомілкових кісток. Підвищена гідратованість скелета, особливо яскраво виражена в тім'яних кістках, пов'язана з затримкою натрію, а також, меншою мірою, калію - елементів, що мають гідрофільні властивості. Збільшення вмісту натрію та калію відбувається за рахунок дії свинцю на нирки і підвищення рівня альдостерону. Крім вищесказаного, свинцева інтоксикація приводить до порушення функції печінки, у результаті чого в ній знижується перетворення альдостерону в тетрагідроформу, здатну до елімінації з організму. Таким чином, затримка солі визначається сполученням гіперпродукції й уповільнення інактивації головного мінералкортикоїду (Теппермен Дж., Теппермен Х., 1989).

Крім цього, нами виявлено тенденцію до посилення порушень хімічного складу скелета зі збільшенням терміну експерименту у тварин 3-ї серії, що свідчить про зменшення корегуючого впливу препарату “Магне-В₆” зі збільшенням тривалості інтоксикації.

При хронічній свинцевій інтоксикації у тварин на 30-й добі експерименту відзначається збільшення вмісту калію і натрію - на 19,52 % (р<0,05) і 14,96 % (р<0,05), до 90-й доби досліду кількість калію і натрію виявляє незначну тенденцію до збільшення, на 180-у добу вірогідно і значно збільшується вміст калію - на 13,51 % (р<0,05), натрій виявляє тенденцію до збільшення. Це відбувається паралельно з підвищенням гідратованості кісток. У великогомілкових кістках щурів, що одержували поряд з ацетатом свинцю препарат “Магне-В₆”, на 30-й день досліду відзначається підвищення рівня калію - на 11,11 % (р>0,05), вірогідно щодо контролю збільшується вміст натрію - на 8,54 % (р<0,05). Дані показники у тварин до 90-ї доби досліду змінюються невірогідно. У великогомілкових кістках щурів 3-ї групи (180-а доба експерименту) рівень калію і натрію підвищується щодо контрольних показників: на 3,7 % (р>0,05) і 5,66 % (р>0,05) відповідно.

Зменшено вміст основних мінералів кісткової тканини кальцію і фосфору у щурів 2-ї серії на всіх термінах эксперименту; причому зі збільшенням терміну ступінь демінералізації збільшується. У великогомілкових кістках тварин, що одержували на тлі хронічної свинцевої інтоксикації препарат “Магне-В₆”, нами також виявлено зниження вмісту кальцію і фосфору, але менш виражене відносно даних 2-ї серії. Зі збільшенням терміну експерименту демінералізація кісток відносно контролю зростає, що говорить про зниження ефективності застосування препарату.

Вміст магнію вірогідно збільшений у щурів 2-ї серії на 30-у добу експерименту - на 10,8 % (р<0,05), що може свідчити про включення природних процесів детоксикації при інтоксикації свинцем, з огляду на той факт, що магній є конкурентом свинцю за зв'язок у кристалічних ґратках гідроксиапатиту, хоч і з меншим ступенем спорідненості. На більш пізніх термінах досліду зміни рівню магнію статистично недостовірні. У великогомілкових кістках щурів 3-ї серії кількість магнію значно збільшено у всіх групах, через те що магній надходить до організму у складі препарату.

У хребцях щурів під дією свинцевої інтоксикації, а також при використанні препарату “Магне-В₆” спрямованість і ступінь зміни макро- мікроелементного складу аналогічні таким у великогомілкових кістках. Привертає до себе увагу підвищення рівня магнію у тварин, що піддавалися дії свинцевої інтоксикації протягом 30 діб і поступове зниження його кількості вподальшому. Імовірно, це є природною відповіддю кісткової тканини на кумуляцію в ній сполук свинцю.

Для тім'яних кісток щурів, що одержували ацетат свинцю, на всіх термінах досліду характерною була бурхлива реакція у вигляді підвищення гидратації кісткової тканини і досить вираженої демінералізації. Зі збільшенням тривалості експерименту прогресивно знижується вміст фосфору. Застосування препарату “Магне-В₆” на 30-і добу дозволяє значною мірою попередити декальцинацію і зменшити кількість натрію і калію в тім'яній кістці. Зі збільшенням терміну експерименту в хребцях і тім'яних кістках тварин, що одержували як коректор препарат “Магне-В₆”, вміст магнію зменшується. На тлі цього зростає кількість свинцю, що свідчить про поступове витіснення магнію, як елемента з меншою спорідненістю до кристалічних ґраток гідроксиапатиту, свинцем.

У кістках щурів першої контрольної серії кількість свинцю збільшується протягом усього життя (рис. 1). Більшість усього свинцю відкладається в тім'яних кістках і поперекових хребцях, причому в останніх його вміст вищий. Це відбиває підвищений рівень функціональної активності губчастої кісткової тканини, що бере активну участь у різних видах обміну, у тому числі, мінеральному. При інтоксикації солями свинцю останній відкладається значною мірою в тім'яній кістці і поперекових хребцях, у довгих трубчастих кістках кінцівок він накопичується менше. Залежність вмісту свинцю від терміну експерименту уявляється такою: до 90-ї доби відбувається накопичення свинцю в кістковій тканині, у більш пізній термін кількість свинцю в кістковій тканині залишається стабільно високою, що підтверджує дані про залежність кумуляції свинцю в кістці від добової дози, а не від тривалості введення (Baranowska I., Czemicki K., Aleksandrowisz R., 1995).

Застосування препарату “Магне-В₆” у тварин, що піддавалися свинцевій інтоксикації, має виражений позитивний результат на 30-у добу; зі збільшенням терміну експерименту ступінь корекції остеотоксичних наслідків інтоксикації зменшується. Це свідчить про зменшення з часом мобільності сполук свинцю (рис. 1).

Рис. 1. Вміст свинцю в кістках скелету у тварин різного віку (у % щодо загальної кількості мінералів)

Розглядаючи показники остеометрії великогомілкових кісток тварин, що одержували протягом 30 діб експерименту ацетат свинцю, відзначаємо, що довжина кістки і ширина її проксимального епіфіза зменшені відповідно на 3,73 % (р<0,05) і 9,33 % (р<0,05) щодо контролю. У щурів 3-ї серії відбувається збільшення розмірів великогомілкової кістки на 30-у добу експерименту. Так, збільшуються ширина проксимального епіфіза на 7,42 % (р<0,05), довжина великогомілкової кістки на 6,44 % (р<0,05); ширина дистального епіфіза і товщина діафіза мають тенденцію до збільшення - на 4,72 % (р>0,05) і 5,72 % (р>0,05) відповідно.

На 90-й день досліду розміри великогомілкових кісток тварин, що піддавалися свинцевій інтоксикації, зменшуються значніше, ніж на 30-у добу: ширина і товщина середини діафіза - на 9,31 % (р<0,05) і 5,47 % (р<0,05) відповідно. Довжина великогомілкової кістки нижча, ніж дані контролю на 3,57 % (р<0,05). У щурів 3-ї експериментальної групи в великогомілковій кістці виявляється виражена тенденція до зменшення ширини і товщини середини діафіза на 5,03 % (р>0,05) і 3,61 % (р>0,05). Інші розміри істотно не відрізняються від даних контролю.

У тварин 2-ї серії 3-ї групи розміри великогомілкової кістки значно і вірогідно знижені щодо контролю: ширина проксимального і дистального епіфізів на 12,05 % (р<0,05) і 12,89 % (р<0,05) відповідно. Ширина і товщина середини діафіза - на 27,79 % (р<0,05) і 14,37 % (р<0,05) відповідно. Довжина великогомілкової кістки зменшена на 7,21 % (р<0,05) порівняно з даним розміром контрольних тварин. У щурів 3-ї серії 3-ї групи розміри великогомілкової кістки також значно знижені щодо контрольних показників, хоч і не на стільки, як у тварин, що піддавалися свинцевій інтоксикації.

Таким чином, аналіз даних остеометрії великогомілкових кісток свідчить про пригнічення ростових потенцій довгих трубчастих кісток при свинцевій інтоксикації. При цьому ступінь остеодепресії прямо пропорційний тривалості токсичного впливу. Застосування препарату “Магне-В₆” протягом одного місяця (1-а група) як протектора при хронічній свинцевій інтоксикації призводить до достовірного збільшення максимальної ширини проксимального епіфіза і загальної довжини великогомілкової кістки. Аналізуючи інші розміри, відзначаємо тенденцію до їх збільшення. Зміни розмірів великогомілкової кістки у щурів на 90-й день експерименту невірогідні й незначні. На 180-у добу досліду ми спостерігаємо значну остеодепресію. З вищезазначеного випливає, що застосування препарату “Магне-В₆” протягом 30 і 90 діб при хронічній свинцевій інтоксикації дозволяє нівелювати негативний вплив свинцю на процеси росту довгих трубчастих кісток. При тривалій інтоксикації корекція препаратом не призводить до очікуваного результату.

У тварин, що піддавалися свинцевої інтоксикації, відзначається розширення загальної ширини проксимального епіфізарного хряща великогомілкової кістки на 14,48 % (р<0,05) в основному за рахунок проліферативної зони, ширина якої збільшується на 14,34 % (р<0,05). Краї епіфізарної пластинки нерівні і межі між зонами згладжені. Частково втрачається зональна будівля епіфізарного хряща, значно збільшується кількість міжклітинної речовини в індиферентній і, особливо, у проліферативній зоні. Кількість хондроцитів в індиферентній зоні незначно зменшена щодо контролю.

Для хондроцитів зони проліферації характерна клиноподібна форма. Місцями стовпчики хондроцитів втрачають безперервність і подовжній напрямок розташування щодо вісі кістки. “Монетні стовпчики” викривляються, найчастіше перериваючись ділянками проміжної речовини. У розширеній основній речовині хряща між стовпчиками хондроцитів зустрічаються колагенові фібрили у вигляді тяжів, оточених основною речовиною. Спостерігається пригнічення мітотичної активності клітин і поодинокі фігури мітозів. У зоні проліферації зустрічаються фібробластоподібні клітини, що розташовуються в недостатньо сформованому фібрилярному матриксі. Вміст клітин статистично вірогідно зменшений щодо контролю на 5,61 % (р<0,05). Це пов'язано з тим, що свинець, потрапляючи внутрішньоклітинно, токсично діє на стан мембранних органел, а також сприяє пригніченню внутрішньоклітинних процесів у результаті зв'язування з активними центрами ферментів, зокрема окислювально-відновними. Крім того, у хондроцитах, за рахунок зазначеного механізму, знижується вміст глікогену та інгібуються процеси специфічного біосинтезу (П.М. Мажуга, 1997). Однак, вплив свинцю на процес мінералізації шляхом заміщення кальцію в кристалічних ґратках гідроксіапатиту превалює над хондропатичною дією. Крім цього, свинець інгібує функцію часткового руйнування хрящових трабекул остеокластами в зоні первинного остеогенезу та пригнічує остеобласти, відповідальні за кальцифікацію залишків хрящових трабекул. З цього випливає, що процес мінералізації в зоні первинного остеогенезу порушується значніше, ніж проліферативні процеси в зоні проліферації епіфізарної пластинки і загальна ширина останньої зростає щодо контрольних показників. У дефінітивній зоні відзначається часткове порушення стовпчастого розташування хондроцитів. Границі між зонами стираються і дефінітивна зона поступово переходить у зону деструкції. Ширина цієї зони більше контрольних даних на 13,11 % (р<0,05), що говорить про пригнічення диференціювання зневапненого хряща в кісткових балках. У деструктивній зоні епіфізарного хряща спостерігається інтенсивне руйнування хондроцитів. Ця зона безпосередньо межує з метафізом, звідки до неї проникають капіляри й остеогенні клітини. У зоні первинного остеогенезу спостерігаються порожнини резорбції, по краях яких розташовані остеокласти. Деякі порожнини зливаються разом, утворюючи печери неправильної форми. Хрящові трабекули глибше проникають у кістковомозкову речовину, ніж у інтактних тварин, що свідчить про пригнічення процесів осифікації. Така глибока перебудова структури кістки регресивного характеру під дією свинцевої інтоксикації зумовлена дисбалансом між інтенсивністю біосинтезу основних органічних компонентів кісткового матриксу та зниженням процесів мінералізації кістки, що підтверджує думку деяких авторів про наявність тісного взаємозв'язку двох зазначених процесів (Касавіна Б.С., Торбенко В.П., 1979).

Під впливом умов експерименту на 30-у добу у щурів, що отримували поряд з ацетатом свинцю препарат “Магне-В₆”, збільшується загальна ширина епіфізарного хряща тварин щодо контролю на 4,5 % (р>0,05). Це відбувається здебільшого за рахунок збільшення проліферативної зони. Нами відзначено чітко зоновану будову епіфізарного хряща. Проліферативна зона представлена клиноподібної форми хондроцитами, що накладаються один на одний у вигляді “монетних стовпчиків”. Кількість хондроцитів у стовпчиках зони проліферації - 7-12. Прошарки основної речовини хряща незначно збільшені щодо контролю. Дефінітивна і деструктивна зони зберігають будову, властиву інтактним тваринам.

Зі збільшенням терміну експерименту відбувається прогресуюча деструктуризація епіфізарного хряща щурів 3-ї серії, і на 180-й добі він практично не відрізняється від такого у тварин, отруєних ацетатом свинцю. Таким чином, дані світлової мікроскопії та морфометрії епіфізарного хряща свідчать, що зі збільшенням тривалості експерименту рівень корекції препаратом “Магне-В₆” остеотоксичної дії солей свинцю падає.

При дослідженні епіфізарного хряща тварин 2-ї серії на субмікроскопічному рівні методами трансмісійної та растрової електронної мікроскопії нами відзначено найбільш виражені зміни клітин і міжклітинної речовини в зоні проліферації. У ній значно зростає число хондроцитів, що мають електроннощільну цитоплазму. Клітини мають менші розміри, ніж у нормі, різко сплющену форму. Ядра їх невеликі, з гомогенно-темною каріоплазмою. Цитоплазма має невеликий обсяг і містить щільно розташовані канальці гранулярного ендоплазматического ретикулума, невелика кількість рибосом і полісом. Окремі області ендоплазматичної мережі фрагментовані. Мітохондрії нечисленні. В основній частині мітохондрій виявляється темний матрикс, невелика кількість коротких крист. Окремі мітохондрії ущільнені чи вакуолізовані. Недостатньо виявляються структури пластинчастого комплексу Гольджі, що складаються з розширених цистерн і осміофільних елементів. Аутофагосомоподібні структури свідчать про виснаження резервного потенціалу клітини, руйнування її мембранних компонентів і, як наслідок, - руйнування органел. Внутрішньоклітинні органели хондроцитів цієї зони малоконтрастні. У частини хондроцитів відзначено часткову резорбцію органел і появу безструктурних зон, що містять великі вакуолі. У цитоплазмі з'являються зони “просвітління”, що може бути пов'язане з набряком клітин і зниженням їх біосинтетичної активності.

Для виявлення й оцінки активності клітинної проліферації довгих трубчастих кісток використовували ізотоп ³Н-тимідин (5-а і 6-а група тварин).

При одноразовому міченні ДНК-синтезуючих клітин шляхом введення ³Н-тимідину виявлено особливості проліферативної активності цих клітин. У зоні остеогенезу хондроцити утворюють хрящові трабекули з диференціюванням остеобластів і продукуванням органічного компоненту кісткового матриксу. У цих ділянках кістки визначаються максимальні значення індексу мічених ядер (ІМЯ, %) остеобластів при експозиції 48 годин після введення ³Н-тимідину у тварин контрольної (1-а серія) і при експозиції 24 години у тварин експериментальної (2-а серія) груп.

Середня інтенсивність мічення клітин через 1 годину після введення ³Н-тимідину має максимальне значення - 16,28 зерен срібла. В основному переважають клітини із середньою кількістю 11-17 зерен срібла. На 120-у годину експерименту цей показник знижується майже вдвічі й у популяції ДНК-синтезуючих кліток збільшується кількість клітин з міткою 4-7 зерен срібла. Це свідчення того, що в умовах свинцевої інтоксикації відбувається зменшення інтенсивності мічення клітин і, як наслідок, пригнічення процесів проліферації та диференціювання остеогенних клітин.

При багаторазовому введенні ³Н-тимідину проліферативний пул у зоні енхондрального процесу в стегнових кістках 6-місячних щурів при інтоксикації ацетатом свинцю дозою 100 мг/кг протягом 1,5 місяців становить в середньому 26 %, у той час як у контролі цей показник дорівнює 32 %. При дозі 10 мг/кг проліферативний пул сягає максимальних значень на 72-й годині експерименту і складає 18 % і 20 % відповідно (р < 0,05). Зниження інтенсивності процесів росту кістки відбувається, зокрема, у результаті зниження пула ДНК-синтезуючих остеогенних клітин-попередників.

Перш, ніж аналізувати ступінь змін темпів внутрішньоутробної осифікації первинних острівців скостеніння в різних кістках скелету новонароджених щурів, слід зазначити факт зменшення кількості приплодів і кількості плодів у приплоді самок 2-ї серії. За час експерименту від самок 1-ї серії ми одержали 3 приплоди по 6 - 7 новонароджених у кожному - усього 20 щурів; самки 2-ї серії привели 2 приплоди - 3 і 4 новонароджених відповідно; від самок 3-ї серії отримано 4 приплоди по 5 - 6 новонароджених щурів у кожному. Окрім цього, встановлено вірогідну різницю середніх показників довжини тіла новонароджених тварин у різних серіях. У 2-й серії довжина тіла менша за контрольну в 1,14 раза. У серії, де материнські особини весь період вагітності одержували ацетат свинцю, середня довжина тіла новонароджених тварин у 1,1 рази більша, ніж у 2-ї серії. Аналізуючи ступінь пригнічення внутрішньоутробної осифікації (первинних острівців скостеніння) в трубчастих кістках передніх кінцівок тварин, які були травлені свинцем протягом 30-и діб експерименту, відзначаємо, що подовжні розміри острівців окостеніння довгих трубчастих кісток кінцівок значно зменшуються порівняно з даними контролю. Також зменшуються поперечні розміри острівців окостеніння довгих трубчастих кісток кінцівок щуренят 2-ї серії, а у тварин, що одержували весь внутрішньоутробний період сполуки свинцю і препарат “Магне-В₆”, пригнічення остеогенезу виражене значно менше. Застосування “Магне-В₆” має позитивний ефект у всіх кістках.

Результати цієї частини експерименту не суперечать думці інших авторів (Зайцева Н.В., Уланова Т.С., Морозова Я.С., 2002) про те, що високий рівень свинцю в організмі матері зумовлює підвищене надходження його через фетоплацентарний бар'єр до організму плода. Наслідком цього, з огляду на тропність свинцю до кісткової тканини і високу функціональну активність останньої у плодів і немовлят унаслідок протікання процесів мінералізації, є уповільнення процесів росту закладок різних кісток.

ВИСНОВКИ

1. Сьогодні особливої актуальності набула проблема взаємодії людини та довкілля у зв'язку з інтенсивним надходженням у біосферу різних ксенобіотиків. Пріоритетними забруднювачами є сполуки важких металів, серед яких домінують сполуки свинцю. Доведено, що свинець є отрутою політропної дії, здатною впливати на всі без винятку органи і системи організму.

2. Солі свинцю, що мають загальнотоксичну дію на організм, виявляють яскраво виражені остеотропні властивості. Дані, отримані в результаті експерименту, свідчать про пригнічення мобільності сполук свинцю, які кумулюються в кістковій тканині. Можна стверджувати, що паралельно з процессами глибшого проникнення свинцю в матрикс кістки, здатність його до екскреції падає.

3. Сполуки свинцю зумовлюють остеодепресивні прояви в різних кістках скелету, уповільнюючи остеогенез у епіфізарній пластинці трубчастих кісток і викликаючи зменшення усіх остеометричних показників.

4. При хронічній свинцевій інтоксикації знижується вміст мінеральних речовин в скелеті на тлі підвищення його гідратованості. Солі свинцю демінералізують кістки в основному за рахунок заміщення кальцію в кристалічних ґратках гідроксиапатиту. Ці патологічні зміни поширюються при збільшенні терміну депонування.

5. Застосування препарату “Магне-В₆” при хронічній інтоксикації сполуками свинцю в ранні терміни сприяє максимальному прояву коригуючого ефекту на темпи остеогенезу і структуру кісткової тканини в різних кістках скелету. Однак, зі збільшенням терміну експерименту ефективність дії препарату “Магне-В₆” знижується.

6. В умовах свинцевої інтоксикації проліферативна активність остеогенних клітин пригнічена. Відбувається зменшення індексу мічення, кількості ДНК-синтезуючих клітин у зонах активного остеогенезу. Інтенсивність мічення клітин сягає максимального значення через 1 годину після введення ³Н-тимідину; через 120 годин дослідного періоду цей показник вдвічі менший.

7. Хронічна кумуляція сполук свинцю в організмі самок щурів призводить до вираженого депресорного впливу на внутрішньоутробний остеогенез плодів. Порушення його остеогенетичних закономірностей виражаються в уповільненні росту кісткових закладок. Значною мірою зазначеним змінам піддаються трубчасті кістки передніх кінцівок, менше - плоскі кістки. Коригування остеодепресивного впливу свинцевої інтоксикації препаратом “Магне-В₆” практично нівелює порушення внутрішньоутробного остеогенезу.

Рекомендації:

1. Отримані результати доповнюють теоретичні аспекти однієї з проблем функціональної морфології. Ці результати можуть бути використані у наукових дослідженнях опорно-рухового апарату та учбово-педагогічному процесі.

2. Дані, отримані у роботі, послужать морфологічним обгрунтуванням прогнозування несприятливих змін скелета при хронічному надходженні сполук свинцю з навколишнього середовища; дозволять виявити механізми регуляції морфогенезу скелета в різні вікові періоди при зазначеному впливі.

3. Запропонований спосіб фармакологічної корекції остеотоксичних наслідків свинцевої інтоксикації за допомогою препарату “Магне-В6” дозволяє в значній мірі нівелювати загальнотоксичні і остеотропні ефекти солей свинцю.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

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

2. В.П. Белоцерковский, В.С. Пикалюк, А.С. Шумский. К вопросу о минеральной насыщенности длинных и губчатых костей при интоксикации организма солями тяжелых металлов: Материалы 3-го Национального конгресса АГЕТ, Киев, 2002. - С. 22-23.

3. В.П. Белоцерковский, А.С. Шумский, Д.В. Шатов, М.И. Стилиди, И.С. Максимов, К.В. Хартонюк. Особенности строения, формообразования костей скелета при интоксикации организма солями свинца: Материалы 74-ой итоговой студенческой научной конференции, Симферополь, 2002. - С. 14.

4. В.П. Белоцерковский. Качественные и количественные биохимические сдвиги в костной ткани при свинцовой интоксикации организма и ее коррекции препаратом “Магне-В₆” // Современные аспекты реабилитации больных в условиях Сакского центрального военного клинического санатория (сборник научно-практических работ). - 2002.- выпуск 3.- С. 243-244.

5. Пикалюк В.С., Довгалюк Т.Я., Родіонова Н.В., Білоцерковський В.П. Прикладні аспекти морфогенезу клітин ростового ряду при експериментальній дії ацетату свинцю: Материалы ІХ конгреса СФУЛТ.- Луганськ - Київ - Чикаго - 2002 - С. 449-450.

6. В.С. Пикалюк, В.П. Белоцерковский, Т.Я. Довгалюк. Оценка пролиферативных свойств остеогенных клеток при интоксикации организма солями свинца // Вестник проблем биологии и медицины. - 2003. - вып.2. - С.74-76.

7. В.П. Белоцерковский, Д.В. Шатов, М.И. Стилиди, В.А. Лавренчук, А.Ш. Максудов, И.Н. Василенко. Биохимические сдвиги в костной ткани и нарушение внутриутробного остеогенеза при свинцовой интоксикации организма: Материалы 75-ой научно-практической конференции. - Симферополь. - 2003. - С. 74 - 75.

8. В.С. Пикалюк, В.П. Белоцерковский, Т.Я. Довгалюк. Уровень пролиферативной активности остеогенных клеток по данным авторадиографии с ³Н-тимидином // Український морфологічний альманах. - 2003. - том.1, вып.1. - С.53 - 57.

9. В.С. Пикалюк, В.Е. Лавренюк, В.П. Белоцерковский, С.А. Кутя. Особенности внутриутробного остеогенеза при воздействии на организм ряда веществ различной химической природы // Вісник морфології. - 2003. - №2. - С. 277 - 281.

10. Мостовой С.О., Пикалюк В.С., Белоцерковский В.П. Остеометрические особенности роста и формообразования нижней челюсти при воздействии пороговых доз ацетата свинца и антитоксической коррекции свинцовой интоксикации препаратом “Магне-B6” // Таврический медико-биологический вестник. - 2003. - №4. - С. 119 - 122.

11. Белоцерковский В.П. Остеометрические особенности роста и формообразования некоторых костей скелета при интоксикации организма солями свинца и ее коррекции препаратом “Магне-B6”: Материалы 7-й международной научно-практической конференции “Наука і освіта - 2004”. - Днепропетровск, 2004. - С.45 - 46.

12. Мостовой С.О., Пикалюк В.С., Белоцерковский В.П. Остеометрические особенности роста и формообразования нижней челюсти при воздействии пороговых доз ацетата свинца и антитоксической коррекции свинцовой интоксикации препаратом “Магне-B6”: Тезисы 12-й и 13-й всероссийских научно-практических конференций и труды 9 съезда стоматологической ассоциации России. - Москва, 2004. - С. 74.

Размещено на Allbest.ru