Журнал «Травма» Том 12, №2, 2011

Вплив на організм несприятливих чинників виробничого середовища є актуальним питанням сучасної медицини, особливо в такому індустріально розвиненому регіоні, як Донбас. Підвищена температура навколишнього середовища й важка фізична праця — невід’ємна частина трудової діяльності робочих глибоких вугільних шахт, металургійних комбінатів, деяких сільськогосподарських підприємств, моряків [1, 2]. Проте хронічна гіпертермія (ХГ) загального або місцевого характеру застосовується в лікуванні ряду хронічних, запальних, комплексному лікуванні онкологічних захворювань [8]. Немає єдиної точки зору щодо режиму та тривалості температурної дії, що викликає необоротні патологічні зміни в органах і тканинах, щодо того, які є можливості з запобігання цим змінам, що й обумовлює актуальність нашої роботи.

Кісткова система постійно взаємодіє з внутрішнім середовищем організму. Проведені нами дослідження показали, що після впливу різних режимів ХГ спостерігається уповільнення росту кісток, зниження їх міцності і дисбаланс хімічного складу [3, 4, 11]. Для уточнення механізмів виявлених порушень і обґрунтування можливості їх корекції слід прослідкувати зміни, що виникають в ультраструктурі кісткового мінералу.

Метою дослідження стало вивчення в експерименті ультраструктури кісткового мінералу в білих статевозрілих щурів після впливу різних режимів ХГ, а також обґрунтування можливості корекції виявлених змін. Робота є фрагментом НДР ЛДМУ «Вплив хронічної гіпертермії і фізичного навантаження на морфогенез органів імунної, ендокринної і кісткової систем організму» (державний реєстраційний номер 0107U004485).

Матеріали і методи

Дослідження проведене на 270 білих щурах-самцях репродуктивного віку з початковою масою 154,65 ± 5,61 г. Утримання тварин та маніпуляції, які з ними проводили, відповідали Закону України № 3447-ІV від 21.02.06 р. «Про захист тварин від жорстокого поводження», які узгоджуються з положеннями «Європейської конвенції із захисту хребетних тварин, яких використовують для експериментальних і наукових цілей» (Страсбург, 1986) [12]. Тварини були розподілені на 9 груп по 30 тварин в кожній. 1-ша (К) — група інтактних тварин; 2-га — 8-ма — групи тварин, які упродовж 60 діб щодня по 5 годин знаходилися під впливом підвищеної температури у спеціальній термічній камері. 2-га (Е) група знаходилася під впливом температури 44–45 °С (режим екстремальної ХГ). 3-тя (С) група — під впливом температури 42–43 °С (режим ХГ середнього ступеня). 4-та (П) група — під впливом температури 39–41 °С (режим помірної ХГ). 5–6-та групи тварин піддавалися поєднаному впливу екстремального та середнього режимів ХГ на тлі динамічного фізичного навантаження (плавання в басейні 15–20 хвилин); відповідно Е + Н і С + Н. 7–8-й групі на тлі дії екстремального та середнього режимів ХГ уводили передбачуваний коректор — синтетичний препарат метаболічного ряду інозин; відповідно Е + І і С + І. Інозин застосовувався в дозі 20 мг/кг маси тіла внутрішньо­- шлунково 1 раз на добу за 1 годину до перебування тварин в умовах гіпертермії (згідно з рекомендаціями Ю.Р. Риболовлева та Р.С. Риболовлева) [10]; 9-й (І) групі тварин вводився інозин без подальшого поміщення в умови гіпертермії. Тварин виводили з експерименту на 1-шу, 7-му, 15, 30 і 60-ту добу після закінчення сеансів гіпертермії методом декапітації під ефірним наркозом.

Для дослідження ультраструктури мінерального компонента кістки використовували метод рентгеноструктурного аналізу. Кістковий порошок великогомілкової кістки досліджували на апараті ДРОН-2,0 з гоніометричною приставкою ГУР-5. Використовували Кa випромінювання міді з довжиною хвилі 0,1542 нМ; напруга і сила анодного струму становили відповідно 30 кВ і 20 мА. На отриманих дифрактограмах досліджували найбільш виражені дифракційні піки, за кутовим положенням яких розраховували міжплощинні відстані та параметри елементарної комірки кісткового гідроксилапатиту. Крім цього, визначали розміри блоків когерентного розсіювання за рівнянням Селякова — Шерера та розраховували коефіцієнт мікротекстурування за методом співвідношення рефлексів і визначали параметри кристалічної решітки гідроксилапатиту з урахуванням гексагональної сингонії кристалів [6, 9]. Отримані дані обробляли методами варіаційної статистики з використанням пакету програм Statistica 5.11 for Windows.

Результати і обговорення

В інтактних тварин у ході спостереження розміри елементарних комірок уздовж осей а і с збільшувалися з 9,410 ± 0,005 М–10 до 9,422 ± 0,006 М–10 і з 6,872 ± 0,003 М–10 до 6,884 ± 0,001 М–10 (табл. 1). Співвідношення параметрів с/а при цьому залишалося практично незмінним і коливалося в межах 73,02–73,06 ґ 102 ум.од., що свідчить про рівновагу між процесами резорбції та кристалізації кісткового мінералу. Розміри блоків когерентного розсіювання при цьому зростали з 41,91 ± 0,50 нМ до 43,79 ± 0,86 нМ, а коефіцієнт мікротекстурування, що свідчить про однорідність орієнтації кристалів у кристалічній решітці, також збільшувався — з 0,4721 ± 0,0165 до 0,4851 ± 0,0092. Отримані дані про ультраструктуру кісткового мінералу у білих щурів репродуктивного віку збігаються з описаними в літературі [5].

Вплив умов ХГ протягом 60 діб супроводжувався де­стабілізацією кристалографічних параметрів кісткового біомінералу, збільшенням ступеня аморфності й зменшенням його загальної обмінної поверхні. Такі відхилення свідчать про дестабілізацію елементарних комірок і їх руйнування. Слід зазначити, що параметри елементарної комірки гідроксилапатиту у тварин, які піддалися впливу ХГ, часто статистично вірогідно відрізнялися від контрольних, незважаючи на те що амплітуда відхилень становила, як правило, лише 0,3–0,4 %. Це пояснюється тим, що саме параметри елементарної комірки зі всієї сукупності досліджуваних кристалографічних показників є найбільш стабільними і їх величина визначає тип мінералу [7]. Статистична вірогідність відмінностей виявлялася за рахунок достатньої високої точності вимірювань і кількості спостережень.

Після впливу екстремальної ХГ розміри елементарних комірок уздовж осей а і с були збільшені на 0,26 і 0,42 %, а співвідношення параметрів с/а — на 0,16 % (р > 0,05). Коефіцієнт мікротекстурування був меншим за контрольні дані на 11,39 %, кристаліти збільшені на 18,34 %. Після впливу ХГ середнього ступеня розміри комірок уздовж осей а і с перевищували показники групи К на 0,23 і 0,37 %, а співвідношення параметрів с/а — на 0,13 % (р > 0,05). Коефіцієнт мікротекстурування був менший за контроль на 13,25 %, а розміри кристалітів зросли на 16,71 %. Дані відхилення подібні за спрямованістю з умовами Е, але в цілому менші за амплітудою.

Нарешті, 60-денний вплив умов групи П також супроводжувався явищами дестабілізації кісткового мінералу, але вираженість їх була значно меншою. Слід відзначити лише вірогідне збільшення кристалітів на 6,19 % та зменшення коефіцієнту мікротекстурування на 7,21 %.

Поєднання ХГ з фізичним навантаженням супроводжувалося посиленням негативних змін в ультраструктурі кісткового мінералу. Комбінація з екстремальним режимом призводила до збільшення розмірів елементарних комірок уздовж осей а і с на 0,29 і 0,37 %. Розміри кристалітів перевищували контрольні значення на 26,81 %, що більше, ніж у групі з ізольованим впливом. Коефіцієнт мікротекстурування при цьому був збільшений на 8,41 % (р > 0,05). Оскільки раніше нами було показано зниження міцності кісток в умовах експерименту, це можна пояснити тим, що з метою підтримки міцності кристали кісткового мінералу шикуються вздовж ліній силового навантаження. За умов комбінації гіпертермії середнього ступеня та фізичного навантаження розміри елементарних комірок уздовж осей а і с перевищували показники контрольної групи на 0,30 і 0,43 %, коефіцієнт мікротекстурування був зменшений на 17,51 %, розміри кристалітів збільшені на 19,36 %.

Застосування під час перебування в умовах ХГ інозину деякою мірою згладжувало негативний вплив умов експерименту. Після впливу умов Е + І розміри елементарних комірок уздовж осей а і с перевищували показники групи К на 0,18 і 0,23 %, розміри кристалітів були збільшені на 16,56 %, а коефіцієнт мікротекстурування зменшений на 6,62 % (р > 0,05), що значно ближче до К, ніж у групі з ізольованим впливом. При комбінації С + І на 1-шу добу реадаптації розміри елементарних комірок уздовж осей а і с перевищували показники групи порівняння на 0,18 і 0,30 %, розміри кристалітів були збільшені на 13,55 %, а коефіцієнт мікротекстурування зменшений на 10,03 % (р > 0,05).

Застосування інозину у тварин без перебування в умовах ХГ не супроводжувалося змінами ультраструктури кісткового біомінералу.

На 60-ту добу реадаптації в групах з ізольованим впливом ХГ спостерігалось відновлення розмірів елементарних комірок, розміри кристалітів були збільшені на 8,23–9,33 %, коефіцієнт мікротекстурування вірогідно не відрізнявся від К, що свідчить про відновлення однорідності орієнтації кристалів у кристалічній решітці.

Процес реадаптації у групах із впливом двох чинників характеризувався стабілізацією елементарних комірок і кристалітів, проте підвищений ступінь аморфності та зниження впорядкованості кристалічної решітки зберігались і були особливо виражені у групі Е + Н, де ступінь упорядкованості кристалічної решітки перевищував дані К на 15,14 %.

Реадаптаційний період у групах із застосуванням інозину під час експериментального впливу характеризувався відновленням всіх показників ультраструктури кісткового мінералу: при комбінації з екстремальним режимом — на 60-ту, а з середнім — на 15-ту добу.

Висновки

Вплив умов ХГ протягом 60 діб супроводжується дестабілізацією елементарних комірок і кристалітів кісткового гідроксилапатиту, збільшенням ступеня його аморфності, а також зниженням впорядкованості кристалічної решітки. Вираженість змін залежала від режиму: максимальні відхилення реєструвалися при Е, мінімальні — при П ХГ.

Порівняно з режимами ізольованої гіпертермії поєднання її з фізичним навантаженням супроводжується подібними за спрямованістю, але більшими за амплітудою відхиленнями.

Внутрішньошлункове застосування інозину в дозуванні 20 мг/кг щодоби згладжує негативний вплив умов експерименту на ультраструктуру кісткового мінералу, ефективність залежала від режиму ХГ: амплітуда відхилень від К в групі С + І була меншою, ніж у групі Е + І.

Після закінчення реадаптаційного періоду у групах з ізольованим впливом ХГ і з поєднанням двох чинників відбулося відновлення розмірів елементарних комірок, однорідності орієнтації кристалів у кристалічній решітці, проте кістковий мінерал все ще характеризувався підвищеним ступенем аморфності та зниженням загальної обмінної поверхні. Реадаптаційний період у групах із застосуванням коректора характеризувався більш швидким і повним відновленням усіх показників ультраструктури кісткового мінералу.