ВОЗРАСТНАЯ  ДИНАМИКА  УЛЬТРАСТРУКТУРЫ  КОСТНОГО  БИОМИНЕРАЛА  У  БЕЛЫХ  КРЫС

Лузин  Владислав  Игоревич

д-р  мед.  наук,  профессор,  заведующий  кафедрой  анатомии  человека  Государственного  заведения  «Луганский  государственный  медицинский  университет»,  г.  Луганск

Верескун  Руслан  Валентинович

соискатель  кафедры  анатомии  человека  Государственного  заведения  «Луганский  государственный  медицинский  университет»,  г.  Луганск

Мирошниченко  Павел  Васильевич

соискатель  кафедры  анатомии  человека  Государственного  заведения  «Луганский  государственный  медицинский  университет»,  г.  Луганск

Гетманец  Александр  Вениаминович

соискатель  кафедры  анатомии  человека  Государственного  заведения  «Луганский  государственный  медицинский  университет»,  г.  Луганск

Глущенко  Роман  Николаевич

соискатель  кафедры  анатомии  человека  Государственного  заведения  «Луганский  государственный  медицинский  университет»,  г.  Луганск

Кочубей  Александр  Александрович

соискатель  кафедры  анатомии  человека  Государственного  заведения  «Луганский  государственный  медицинский  университет»  г.  Луганск

E-mail: 

AGE  DYNAMICS  OF  ULTRASTRUCTURE  OF  BONE’S  BIOMINERAL  IN  WHITE  RATS

Luzin  Vladyslav

doctor  of  medicine,  professor,  head  of  human  anatomy  department  of  State  institution  «Lugansk  state  medical  university»,Lugansk

Vereskun  Ruslan

aspirant  of  human  anatomy  department  of  State  institution  «Lugansk  state  medical  university»,  Lugansk

Miroshnichenko  Pavel

aspirant  of  human  anatomy  department  of  State  institution  «Lugansk  state  medical  university»,  Lugansk

Getmanets  Alexandr

aspirant  of  human  anatomy  department  of  State  institution  «Lugansk  state  medical  university»,  Lugansk

Glushenko  Roman

aspirant  of  human  anatomy  department  of  State  institution  «Lugansk  state  medical  university»,  Lugansk

Kochubey  Alexandr

aspirant  of  human  anatomy  department  of  State  institution  «Lugansk  state  medical  university»,  Lugansk

АННОТАЦИЯ

На  90  белых  крысах-самцах  изучена  возрастная  динамика  ультраструктуры  костного  биоминерала  при  помощи  метода  рентгеноструктурного  анализа.  Установлено,  что  наиболее  активные  процессы  роста  и  формирования  его  элементарных  ячеек  и  степень  упорядоченности  кристаллической  решетки  имели  место  у  белых  крыс  в  неполовозрелом  возрасте  и  стабилизировались  в  половозрелом  возрасте.  У  крыс  старческого  возраста  выявлялись  признаки  дестабилизации  кристаллической  решетки  и  увеличения  степени  аморфности  костного  биоминерала.

ABSTRACT

The  age  dynamics  of  the  ultrastructure  of  bone’s  biomineral  using  the  method  of  X-ray  diffraction  analysis  was  studied  in  90  white  male  rats.  It  was  found  that  the  most  active  processes  of  growth  and  formation  of  its  unit  cells  and  the  degree  of  order  of  the  crystal  lattice  were  in  white  rats  in  immature  age  and  stabilized  at  puberty.  The  elderly  rats  revealed  signs  of  destabilize  the  crystal  lattice  and  increase  the  degree  of  amorphous  of  bone’s  biomineral.

Ключевые  слова:  крыса;  костный  биоминерал;  ультраструктура;  возрастная  динамика

Keywords:  rat;  bone’s  biomineral;  ultrastructure;  age  dynamics

Общеизвестно,  что  костная  система  обладает  высокой  реактивностью  на  воздействие  различных  экзо-и  эндогенных  факторов  (изменения  гормонального  статуса  организма,  нарушения  водно-электролитного  обмена,  высокой  или  низкой  температуры,  ионизирующего  излучения,  введения  некоторых  лекарственных  средств,  воздействие  промышленных  экзотоксикантов  и  др.)  [4,  с.  87—91;  6,  с.  463—473;  14,  с.  29—30;  15,  с.  93—96.].  Морфологические  изменения  структуры  ее  органов  наблюдаются  на  всех  уровнях  организации,  при  этом  наиболее  ранние  по  времени  изменения  развиваются  на  ультраструктурном  уровне  [2,  с.  35—36]. 

Поэтому  целью  данной  работы  явилось  при  помощи  метода  рентгеноструктурного  анализа  изучить  возрастную  динамику  ультраструктуры  костного  биоминерала  у  интактных  белых  крыс  для  создания  массива  контрольных  значений,  что  позволит  облегчить  исследователям  количественную  оценку  возникающих  в  нем  изменений.

При  этом  следует  учитывать,  что  метод  рентгеноструктурного  анализа  позволяет  рассчитать  размеры  кристаллических  структур,  имеющие  порядок  менее  1  М^-10  с  высокой  точностью  [5,  с.  61—64],  и  сравним  по  точности  с  методом  электронной  микроскопии.  Единственное  отличие  этих  методов  друг  от  друга  заключается  в  том,  что  в  электронной  микроскопии  оценивается  изображение  солей  тяжелых  металлов,  абсорбированных  на  биологических  структурах,  а  в  рентгеноструктурном  анализе  оценивается  графическая  запись  интенсивности  тормозного  рентгеновского  излучения,  по  которой  математически  рассчитывается  размер  искомых  структур  [13,  c.  125—130].

Исследование  проведено  на  90  белых  интактных  крысах-самцах  трех  возрастных  групп  по  30  особей  в  каждой:  неполовозрелого  (с  исходной  массой  35—40  г),  половозрелого  (130—140  г)  и  старческого  возраста  (310—320  г).  Сроки  наблюдения  составили  7,  15,  30,  90  и  180  сутки. 

Животные  содержались  в  помещении,  где  постоянно  поддерживалась  температура  на  уровне  20—25˚С.  Количество  животных  в  клетках  было  не  более  шести.  Все  подопытные  животные  удерживались  на  общем  рационе  вивария  и  находились  под  постоянным  наблюдением  в  соответствии  с  правилами  работы  с  лабораторными  животными  [3,  с.  45—48]

Все  манипуляции  с  животными  выполняли  в  соответствии  с  правилами  Европейской  конвенции  защиты  позвоночных  животных,  использующихся  в  экспериментальных  и  других  научных  целях  [16,  с.  23].

По  окончании  эксперимента  животных  декапитировали  под  эфирным  наркозом,  выделяли  кости  скелета  и  по  общепринятой  методике  получали  их  золу  [11,  с.  200—203].  Ультраструктуру  их  биоминерала  изучали  методом  рентгеноструктурного  анализа  [9,  с.  15—18].  Для  этого  золу  большеберцовых  костей,  приготовленную  в  агатовой  ступке,  исследовали  на  аппарате  ДРОН–2,0  с  гониометрической  приставкой  ГУР–5,  использовали  К  излучение  меди  с  длиной  волны  0,1542  нм  [7,  c.  102—106].  Напряжение  и  сила  тока  на  рентгеновской  трубке  составляли  соответственно  30  кВ  и  10  мА.  Дифрагированные  рентгеновские  лучи  регистрировали  в  угловом  диапазоне  от  3  до  37  со  скоростью  записи  10  мм  в  1  минуту.  На  полученных  дифрактограммах  изучали  кристаллографические  характеристики  гидроксилапатита–основного  кальцийсодержащего  минерала  кости.  Вычисляли  размеры  блоков  когерентного  рассеивания  по  формуле  Селякова-Шерера  [7,  c.  104],  коэффициент  микротекстурирования  по  методу  соотношения  рефлексов  [10,  c.  23—25]  и  определяли  параметры  кристаллической  решетки  гидроксилапатита  с  учетом  гексагональной  сингонии  кристаллов  [1,  с.  56—65;  8,  c.  56—60].  Все  полученные  цифровые  данные  обрабатывали  методами  вариационной  статистики  с  использованием  стандартных  прикладных  программ  [12,  c.  63—69].

Результаты  исследования  показали,  что  у  неполовозрелых  интактных  крыс  в  ходе  наблюдения  (с  7  по  180  сутки)  размеры  элементарных  ячеек  костного  биоминерала  вдоль  оси  а  увеличивались  с  9,360±0,002  10^-10  М  до  9,383±0,002  10^-10  М,  а  размеры  вдоль  оси  с  —  с  6,825±0,001  10^-10  М  до  6,844±0,002  10^-10  М.  Соотношение  размеров  элементарных  ячеек  с/а  при  этом  варьировало  в  пределах  72,91—72,94  (10^-2).  Размеры  блоков  когерентного  рассеивания  в  ходе  наблюдения  увеличивались  с  36,20±0,60  нМ  до  41,14±0,88  нМ,  так  же,  как  и  коэффициент  микротекстурирования  —  с  0,3151±0,0093  у.  е.  до  0,3931±0,0111  у.  е.

Полученные  результаты  свидетельствуют  об  активном  росте  и  формировании  костного  биоминерала,  а  также  об  увеличении  с  возрастом  степени  упорядоченности  кристаллической  решетки  у  интактных  животных  данной  возрастной  группы.

У  половозрелых  интактных  животных  в  ходе  наблюдения  размеры  элементарных  ячеек  костного  биоминерала  вдоль  оси  а  увеличивались  с  9,378±0,002  10^-10  М  до  9,383±0,003  10^-10  М,  а  размеры  вдоль  оси  с  —  с  6,842±0,003  10^-10  М  до  6,851±0,001  10^-10  М.  В  результате  соотношение  размеров  элементарных  ячеек  костного  гидроксилапатита  с/а  постепенно  увеличивалось  с  72,95±0,03  (10²)  до  73,01±0,03  (10²).  Это  свидетельствует  о  продолжающемся  в  данном  возрасте  росте  элементарных  ячеек  костного  минерала  и  стабилизации  их  симметрии.  Размеры  блоков  когерентного  рассеивания  также  продолжали  увеличиваться  —  с  40,81  ±  0,60  нМ  до  44,26  ±  0,36  нМ,  а  коэффициент  микротекстурирования  —  с  0,3896  ±  0,0061  у.  е.  до  0,4293  ±  0,0043  у.  е.  Это  также  свидетельствует  о  дальнейшем  росте  размеров  кристаллитов  и  дальнейшей  стабилизации  кристаллической  решетки  костного  биоминерала.

У  интактных  крыс  старческого  возраста  размеры  элементарных  ячеек  костного  гидроксилапатита  вдоль  оси  а  в  ходе  наблюдения  увеличивались  с  9,393±0,002  10^-10  М  до  9,403±0,002  10^-10  М,  а  вдоль  оси  с  —  с  6,862±0,002  10^-10  М  до  6,879±0,001  10^-10  М.  Соотношение  с/а  также  постепенно  увеличивалось  в  ходе  наблюдения  с  73,05±0,04  (10²)  до  73,16±0,02  (10²),  а  размеры  кристаллитов  —  с  41,97  ±  0,61  нМ  до  52,09  ±  0,71  нМ.  При  этом  коэффициент  микротекстурирования  с  7  по  180  сутки  наблюдения  уменьшался  с  0,4047  ±  0,0038  у.  е.  до  0,3412  ±  0,0041  у.  е.

Это  свидетельствует  об  уменьшении  общей  обменной  поверхности  костного  биоминерала  и  дестабилизации  его  кристаллической  решетки  вследствие  развития  явлений  сенильного  остеопороза.

На  основании  этого  можно  сделать  вывод,  что  костный  биоминерал  интактных  белых  крыс  имеет  возрастные  особенности  ультраструктуры,  что  может  объясняться  различными  темпами  перестройки  костной  ткани  на  различных  этапах  постнатального  онтогенеза.

Список  литературы:

1.Азаров  Л.В.  Метод  порошка  в  рентгенографии  /  Л.В.  Азаров,  М.Й.  Бургер.  М.:  Изд.-во  иностранной  литературы,  1961.  —  363  с.

2.Ковешников  В.Г.  Скелетные  ткани:  хрящевая  ткань,  костная  ткань  /  В.Г.  Ковешников,  М.Х.  Абакаров,  В.И.  Лузин  Луганск:  Издательство  Луганского  госмедуниверситета,  2000.  —  154  с.

3.Лабораторные  животные.  Разведение,  содержание,  использование  в  эксперименте  /  И.П.  Западнюк,  В.И.  Западнюк,  Е.А.  Захария,  Б.В.  Западнюк.  К.:  «Вища  школа»,  1983.  —  383  с.

4.Лузин  В.И.  Биомеханические  параметры  костей  белых  половозрелых  крыс  после  воздействия  различных  режимов  хронической  гипертермии  в  комбинации  с  физической  нагрузкой  и  возможным  корректором  инозином  /  В.И.  Лузин,  С.М.  Смоленчук  //  Український  журнал  екстремальної  медицини  імені  Г.О.  Можаєва.  —  2009.  —  Том  10,  —  №  3.  —  С.  87—91.

5.Лузин  В.И.  Применение  рентгеноструктурного  анализа  для  исследования  фазового  состава  костного  минерала  //  Український  морфологічний  альманах.  —  2005.  —  Том  3,  —  №  4.  —  С.  61—64.

6.Лузин  В.И.  Формообразование  нижней  челюсти  белых  крыс  в  условиях  употребления  производных  барбитуровой  кислоты  и  силибора  /  В.И.  Лузин,  А.В.  Носкова  //  Проблеми  екологічної  та  медичної  генетики  і  клінічної  імунології.  —  2009.  —  Вип.  9  (96).  —  С.  463—473.

7.Миркин  Л.И.  Рентгеноструктурный  анализ.  Индицирование  рентгенограмм  (Справочное  руководство):  монография.  М.:  Наука,  1981.  —  496  с.

8.Михеев  В.И.  Рентгенометрический  определитель  минералов:  монография.  М.:  Госгеолтехиздат,  1957.  —  868  с. 

9.Подрушняк  Е.П.  Ультраструктура  минерального  компонента  и  прочность  костной  ткани  позвонков  у  людей  различного  возраста  /  Е.П.  Подрушняк,  А.И.  Новохацкий  //  Ортопедия,  травматология.  —  1983.  —  №  8.  —  С.  15—18.

10.Пономарев  В.В.  Рентгеноструктурные  методы  исследования  в  инженерной  геологии:  монография.  М.:  Недра,  1981.  —  194  с.

11.Пупышев  А.А.  Атомно-абсорбционный  спектральный  анализ:  монография  М:  Техносфера,  2009.  —  782  с.

12.Реброва  О.Ю.  Статистический  анализ  медицинских  данных.  Применение  пакета  прикладных  программ  STATISTICA.  М.:  «Медиа  Сфера»,  2002.  —  312  с.

13.Саркисов  Д.С.  Микроскопическая  техника:  Руководство  для  врачей  и  лаборантов  /  Д.С.  Саркисов,  Ю.Л.  Перов.  М.:  Медицина,  1996.  —  544  с.

14.Сікора  В.З.  Зміни  репаративного  остеогенезу  при  порушеннях  водно-сольового  обміну  /  В.З.  Сікора,  В.І.  Каваре,  Л.І.  Кіптенко  //  Вісник  проблем  біології  та  медицини.  —  2003.  —  №  1.  —  С.  29—30.

15.Шутов  Е.Ю.  Влияние  60-ти  дневной  ингаляции  парами  толуола  на  химический  состав  большеберцовых  костей  половозрелых  белых  крыс  //  Український  морфологічний  альманах.  —  2012.  —  Том  10,  —  №  3.  —  С.  93—96.

16.European  convention  for  the  protection  of  vertebrate  animals  used  for  experimental  and  other  scientific  purpose:  Council  of  Europe  18.03.1986.  Strasbourg,  1986.  —  52  p.