Біохімічна характеристика посттравматичного репаративного остеогенезу при застосуванні наноаквахелатів металів

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Лікування переломів та їх ускладнень завжди було складним завданням для практикуючих ортопедів-травматологів. В той же час принципи лікування, репозиції та фіксації кісткових відламків залишилися практично незмінними протягом декількох останніх століть [1].

Для вирішення сучасних проблем травматології та ортопедії необхідні нові інноваційні підходи. Враховуючи те, що сама кістка є прикладом нанокомпозиту, застосування наноматеріалів повинно відіграти ключову роль у майбутніх дослідженнях. Планується, що саме із застосуванням нанотехнологій вдасться вирішити актуальні питання травматології і ортопедії: досягнення необхідних властивостей імплантів, стимуляція остеорегенерації, можливість кісткової тканинної інженерії [2].

Багатообіцяючими є результати досліджень вітчизняних науковців В.Б. Борисевича, В.Г Каплунека та співав. [3, 4], які вивчали вплив наноаквахелатів металів (Fe, Cu, Co, Zn, Mg) на процеси утворення кісткової мозолі при переломах довгих трубчастих кісток у собак. У даних роботах було показано, що при застосуванні наноаквахетатів металів спостерігається поліпшення морфологічних, рентгенологічних та деяких біохімічних показників, що характеризують остеогенез. Метою нашої роботи стало вивчення біохімічних маркерів остеорегенерації та остеорезорбції у щурів з травматичним кістковим дефектом, яким вводили суміш наноаквахелатів Са, Fe, Cu, Co, Zn, Mg.

Досліди проводили на білих статевозрілих щурах (n=72) масою 200-220 грам, яких утримували на стандартному раціоні віварію. Піддослідних тварин поділили на три групи: І -- інтактні, ІІ -- контрольна група (тварини із травматичним кістковим дефектом), ІІІ -- тварини із травмою, ліковані сумішшю наноаквахелатів. Тваринам другої та третьої груп за допомогою стоматологічного бору було створено кістковий дефект розміром 2,0 мм в діаметрі у проксимальному відділі великогомілкової кістки. Рану пошарово ушивали, тваринам проводили антибактеріальну та знеболюючу терапії.

Наноаквахелати вводились перорально за допомогою зонду в дозі 1,0 мл одноразово щоденно протягом всього експерименту (1 мл суміші містив 0,02 мг кожного металу).

Тварин декапітували під тіопенталовим наркозом на 3-ю, 7-у, 14-у та 28-у добу після створення експериментального кісткового дефекту.

Утримання тварин та експерименти проводились у відповідності до положень «Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що використовуються для дослідних та інших наукових цілей» (Страсбург, 1986) та Закону України «Про захист тварин від жорстокого поводження».

У сироватці крові вивчали наступні біохімічні показники: активність лужної (ЛФ) та кислої фосфатаз (КФ) [5], індекс мінералізації (ЛФ/КФ) [6], вміст кальцію, фосфору (за допомогою стандартних наборів реактивів), вміст оксипроліну [7] і сіалових кислот [8].

Математична обробка отриманих даних проводилась у відділі статистичних досліджень Тернопільського державного медичного університету ім. І.Я. Горбачевського з використанням статистичних прикладних програм Microsoft Excel 2007 і STATISTICA v10. Достовірність отриманих результатів визначали за критерієм Манна-Уітні.

Отримані біохімічні показники наведені в таблиці 1. Після травматичного пошкодження кістки наступає розлад мікроциркуляції, ішемія та некроз прилеглих м'яких тканин, запалення. Очевидно тому на І стадії репаративного остеогенезу (3-я доба дослідження) ми спостерігали гіперкаль- ціємію та гіперфосфатемію. Якщо в інтактних тварин рівень Са та Р були 2,23+0,13 ммоль/л та 1,81±0,1 ммоль/л відповідно, то у контрольній групі ці показники підвищувались на 56% і на 45%, а у лікованих тварин на 51% і на 24% відповідно (табл. 1). Отримані зміни мікроелементів можна пояснити пошкодженням неорганічного компоненту кісткової тканини та посиленим надходженням Са та Р до кров'яного русла. Варто зазначити, що достовірної статистичної різниці показників Са і Р на 3-ю добу дослідження між контрольною групою та лікованими тваринами не було.

Подібні зміни також спостерігались щодо показників активності кислої та лужної фосфатаз. Активність ЛФ у контрольній групі тварин зросла на 46%, а у лікованих тварин -- на 50%. Активність кислої фосфатази у контрольній групі зросла на 75%, у лікованих тварин -- на 78%. Дані зміни пояснюються некрозом остеобластів та остеокластів у зоні кісткового дефекту та післятравматичної гематоми. Як і у випадку з вмістом Са та Р, різниця між змінами рівнів ЛФ та КФ у ІІ та ІІІ групах на 3ю добу була статистично недостовірна (табл. 1).

На 3-ю добу відмічали тенденцію до зниження індексу мінералізації у контрольній групі (5,66) та у лікованих тварин (5,49), у порівнянні із інтактними тваринами (6,63), що також підкреслює перевагу катаболічних процесів на даній стадії остеорегенерації.

У цей же термін дослідження також спостерігали різке зростання рівня оксипроліну у сироватці крові: у контрольній групі на 90%, а у лікованих тварин на 99%. Подібні зміни відмічали і щодо вмісту сіалових кислот (підвищення у контролі на 7% та у лікованих -- на 44% порівняно з інтактними тваринами. Отримані результати свідчать про наявність запального процесу у місці дефекту кісткової тканини. Як і в попередніх випадках статистичної достовірності між показниками оксипроліну та сіалових кислот між ІІ та ІІІ групами не було.

На наступному етапі (7-а доба) спостерігали тенденцію до нормалізації всіх біохімічних маркерів. Згасання запального процесу та катаболічних реакцій проявилось зниженням рівня оксипроліну та сіалових кислот, проте ці показники залишались вищими порівняно із інтактними тваринами: у ІІ (на 54% і 38%) та ІІІ групах (на 18% і 15% відповідно). Зниження рівня оксипроліну та СК у групі лікованих тварин на 7-у добу було достовірно нижчим порівняно з контролем (табл. 1). Зниження також було характерним і для ЛФ на даному етапі дослідження. У групі тварин, що отримували нано-аквахелати, відмічалось достовірне зниження даних ферментів: КФ на 20% та ЛФ на 25% порівняно із контрольною групою. Очевидно, суміш нано-аквахелатів сприяє швидшому загоєнню післяопераційної рани та зменшенню остеорезорбції. Показники індексу мінералізації практично не змінились у порівнянні із 3-ю добою (табл. 1).

На 7-му добу рівень Са у лікованих тварин зріс на 12% відносно контрольної групи тварин. У цей термін експерименту вміст Р в контрольній групі та у групі тварин, що отримували наноаквахелати був практично однаковим 2,30+0,09 та 2,2+0,11 ммоль/л відповідно.

На 14-у добу експерименту рівень оксипроліну та сіалових кислот у ІІ та ІІІ групах повертались до норми, що характеризує завершення запальних процесів у зоні кісткового дефекту (ста- тистисної різниці між групами не виявили). Оцінюючи показники ЛФ та КФ на 14-у добу, варто відмітити, що рівень ЛФ у лікованих тварин був достовірно вищим на 24% (р<0,01), у порівнянні з контрольною групою. Ці зміни можемо пов'язати з підвищенням активності остеобластів, які містять даний фермент. Що стосується рівня КФ, то даний фермент був достовірно нижчим на 22% (р<0,05) у порівнянні з контролем. Дані зміни ферментів, безумовно, відобразились на величині індексу мінералізації. У тварин, що отримували наноаквахелати, виявлено зростання даного показника на 59% (р<0,01). По змінах ЛФ, КФ та ІМ на 14-у добу можна прийти до висновку, що застосування наноаквахелатів сприяло стимуляції остеогенезу за рахунок підсилення остеорегенерації та послаблення остеорезорбції.

Відмічали подальше лінійне зростання рівня Са на 14-у (+163%) та 28-у (+168%) добу у групі лікованих тварин, порівняно з інтактними тваринами. Дані зміни були статистично достовірними у порівнянні і з контрольною групою (табл. 1). Отримані результати свідчать про те, що Са накопичувався в організмі тварин за рахунок щоденного перорального введення даного мікроелементу у вигляді наночастинок. Натомість рівень Р на 14-у та 28-у добу статистично не різнилися між контрольною та лікованою групами.

Таблиця 1. Біохімічні зміни репарації кісткової тканини при посттравматичному кістковому дефекті у щурів інтактної, контрольної груп, та у тварин, лікованих наночастинками металів

Примітка: - показники достовірні у порівнянні із інтактними тваринами (р<0,05); " - показники достовірні у порівнянні із інтактними тваринами (р<0,01); * - показники достовірні у порівнянні із контрольною групою (р<0,05); ** - показники достовірні у порівнянні із контрольною групою (р<0,01). кістковий перелом посттравматичний біохімічний

Показник кислої фосфатази на 28-му добу у контрольній групі та групі лікованих тварин статистично не різнився. Варто відмітити, що ці показники також статистично не різнилися у порівнянні з інтактними тваринами, що характеризує відсутність остеорезорбтивних явищ (табл. 1).

Рівень ЛФ достовірно зростав у тварин, що отримували наноаквахелати і на 28-у добу у порівнянні з контролем (+28,47%, р<0,01), що вказує на початок мінералізації кісткової мозолі.

При аналізі показників оксипроліну та сіало- вих кислот на 28--у добу експерименту відмічали нормалізацію даних величин до рівня інтактних тварин, достовірних змін між якими не було.

Застосування наноаквахелатів Ca, Cu, Co, Zn, Mg, Fe призводить до стимуляції посттравматичного остеогенезу, про що свідчить часткова нормалізація показників активності ЛФ та КФ, і вмісту Са, сіалових кислот, оксипроліну в сироватці крові тварин з кістковим дефектом при такій корекції.

Перспективним є подальше вивчення впливу наноаквахелатів металів на репарацію кісткової тканини при переломах, у тому числі дослідження рентгенологічної та морфологічної динаміки формування кісткової мозолі.

Література

1. Augat P. Mechanics and mechano-biology of fracture healing in normal and osteoporotic bone / Augat P, Simon U., Liedert A., [et al.]. / Osteoporos. - 2005. - № 16 (Suppl 2). - P 36-S43.

2. Zhao-Gui Zhang. Advances in bone repair with nanobiomaterials: mini-review / Zhao-Gui Zhang, Zhi- Hong Li, Xin-Zhan Mao., [et al.]. / Cytotechnology. - 2011. - № 63. -Р 437-443.

3. Нанотехнологія у ветеринарній медицині /[В.Б. Борисевич, Б.В. Борисевич, В.Г. Каплуненко та ін.]. - Київ: Поліграфцентр «Ліра», 2009. - 232 с.

4. Борисевич В.Б. Наноматериалы и нанотехнологии в ветеринарной практике / В.Б. Борисевич, В.Г. Каплуненко, Н.В. Косинов и др. // Учебное и практическое пособие. - К.: Авицена, 2012. - С. 267.

5. Левицький А.П. Экспериментальные методы исследование стимуляторов остеогенеза: Метод. рекомендации / А.П. Левицький, О.А. Макаренко, О.В. Деньга та др. - К.: ГФЦ, 2005. - 30с.

6. Ферментативний метод оцінки стану кісткової тканини / А.П. Левицький, О.А. Макаренко, І.В. Ходаков та ін. / / Одеський мед. журнал. - 2006. - № 3. - С. 17-21.

7. Тетянец С.С. Метод определения свободного окси-пролина в сыроватке крови // Лаб. дело. -- 1985. -- № 1. -- С. 61-62.

8. Колб В.Г. Клиническая биохимия / В.Г. Колб, В.С. Камышников. - Минск: Ураджай, 1976. - 145с.

Размещено на Allbest.ru