Вплив гіпокінезії на біоелектричні властивості кістки (стр. 4 из 6)
При збільшенні тривалості гіпокінезії до 45 діб у всіх дослідних щурів спостерігалися ознаки остеопенії. Маса стегнової кістки тварин була вірогідно меншою, ніж контролю (750,01±65,01 і 894,55±30,61 мг відповідно), а щільність кісткової тканини не перевищувала 1,62±0,04 мг/мм3 (р<0,05). Вміст мінеральних і органічних речовин у компактній кістці дослідних щурів вірогідно зменшувався, а вміст води - збільшувався. Якщо в контрольній групі щурів мінеральна насиченість кісткової тканини становила 1,46±0,03 мг/мм3, то у тварин дослідної групи вона не перевищувала 1,23±0,04 мг/мм3 (p<0,001). У щурів, що перебували в умовах 45-добової гіпокінезії, відзначалася більш висока гідратація кісткової тканини порівняно зі щурами контрольної групи і порівняно з тваринами, які знаходилися в умовах жорсткої 28-добової гіпокінезії (0,43±0,01, 0,73±0,05 і 0,52±0,03 мг/мм3 відповідно). Характер і загальна спрямованість змін діаметра діафіза та кістковомозкового каналу стегнових кісток щурів після жорсткої 45-добової гіпокінезії був таким, як і у тварин після жорсткої 28-добової гіпокінезії, проте ступінь їх виразності був найбільшим, що призводило до вірогідного зменшення товщини стінки діафіза на 22,2% (р<0,05).
Гіпокінетичні порушення складу й остеометричних параметрів стегнової кістки дослідних щурів супроводжувалися характерними змінами її ПЕВ. На рис.10 представлена динаміка ємності, імпедансу, активного та реактивного опору препаратів стегнової кістки тварин контрольної й дослідної груп при проведенні мультичаcтотного імпедансометричного тестування.
Загальна спрямованість змін ПЕВ препаратів тварин після 45-добової гіпокінезії на всьому діапазоні частот була такою самою, як і у тварин після 28-добової гіпокінезії, однак ступінь їх виразності був значно більшим. На частоті 104 Гц питома ємність і реактивний опір становили 773,8 і 17,1% відповідно щодо контролю. Вірогідно, хоча не так значно, зменшувалися імпеданс і активний опір (до 26,6 і 26,4% відповідно щодо контролю).
Залежність електричних показників кістки від змін складу та фізико-хімічних властивостей основних компонентів кісткового матриксу. Для моделювання змін водно-мінерального балансу кістки в умовах гіпокінезії використаний метод демінералізації препаратів in vitro. Контролем були недемінералізовані препарати тих самих тварин.
Демінералізація препаратів кістки супроводжувалася зменшенням їхньої вихідної маси на 55% та збільшенням вмісту води на 48%. Істотно змінювалися ПЕВ препаратів. Якщо імпедансу свіжовиділених препаратів сягав 1,5 кОм, то після демінералізації він не перевищував 40 Ом. Активний опір до кінця періоду демінералізації зменшувався більше ніж у 34 рази, а реактивний опір - в 60 разів. Демінералізовані препарати втрачали залежність показників ПЕВ від частоти тестового струму. Очевидно, що в умовах гіпокінезії повної демінералізації кістки ніколи не відбувається, але і сама модель хімічної модифікації кісткової тканини лише з відомим ступенем припущення відображає реальні процеси, що відбуваються в кістці при зменшенні функціонального навантаження. Однак два факти, що випливають із результатів цієї серії досліджень, становлять інтерес і можуть бути використані для пояснення особливостей зміни пасивних електричних властивостей кістки в умовах реальної гіпокінезії: 1 - процеси демінералізації та гіпергідратації кістки є двома взаємозалежними процесами, які протікають паралельно; 2 - гіпомінералізація та гіпергідратація кістки спричинюють збільшення її електропровідності й ємності.
Для дослідження впливу змін фізико-хімічних властивостей органічного матриксу на ПЕВ кісткової тканини використаний метод дозованої термічної денатурації. Встановлено, що при нагріванні препаратів кістки від 37 до 65єС ємність, імпеданс, активний і реактивний опір істотно не змінювалися. Подальше нагрівання препаратів до 100єС супроводжувалося вірогідним збільшенням ємності на 105% і зменшенням на 47% імпедансу, активного й реактивного опору, що свідчило про розвиток денатураційних процесів в органічному матриксі.
Той факт, що зони фазових змін основних електричних показників кістки відзначалися при температурі, що перевищувала 600С і були подібні до зон фазового переходу колагену у процесі його термічної денатурації, дає змогу говорити про наявність зв'язку між ПЕВ кістки та фізико-хімічними властивостями її органічного матриксу і, в першу чергу, колагену.
Кисневий метаболізм і пасивні електричні властивості кістки при гіпокінезії в умовах нормоксії і переривчастої нормобаричної гіпоксії. Напруження кисню (РО2) у литковому м'язі щурів, які перебували в умовах жорсткої 28-добової гіпокінезії в атмосферному повітрі, не перевищувала 13,5±1,7 мм рт.ст., що на 43,7% менше відповідного показника контрольних тварин. РО2 у литковому м'язі щурів, які перебували в умовах жорсткої гіпокінезії та дихали нормобаричними гіпоксичними газовими сумішами, було вірогідно вище і сягало 19,2±1,9 мм рт.ст. (p<0,05).
Споживання кисню (VО2) кістковою тканиною діафізарної частини стегнової кістки контрольних щурів становило 0,09±0,012 млО2·100г-1·хв-1.
У тварин, які перебували в умовах жорсткої 28 добової гіпокінезії в атмосферному повітрі, VО2 не перевищувало 0,03±0,011 млО2·100г-1·хв-1 (p<0,05). При аналогічних режимах гіпокінезії в умовах переривчастої нормобаричної гіпоксії величини споживання кисню практично не відрізнялися від показників контрольної групи тварин. У щурів, які перебували в умовах гіпокінезії та протягом 8 год щодня дихали НГГС, маса стегнової кістки була лише на 15,5% (p<0,05) меншою, ніж у тварин контрольної групи. Діаметр діафіза та просвіту кістковомозкового каналу, а також товщина стінки діафіза не відрізнялися від відповідних показників контрольної групи тварин, хоча загальна тенденція до їх зменшення ще спостерігалася.
Аналіз складу кістки показав, що у щурів, які перебували в умовах гіпокінезії та дихали НГГС, відмінності у вмісті мінеральних речовин і води із тваринами контрольної групи не перевищували 9 і 21% відповідно (p<0,05). При цьому відзначалася характерна тенденція до збільшення вмісту органічних речовин. У щурів, що одержували НГГС на етапі преадаптації й у період дії гіпокінезії, маса та щільність кістки не відрізнялися від маси кістки тварин контрольної групи. Не було статистично достовірних відмінностей і у значеннях основних остеометричних показників, а також у вмісті мінеральних речовин і води. Однак тенденція до збільшення вмісту органічних речовин мала характер статистично значимої закономірності. Якщо вміст органічних речовин у компактній кістці тварин контрольної групи становив 0,52±0,03 мг/мм3, то у тварин дослідної групи він сягав 0,72 ±0,02 мг/мм3 (p<0,05).
Дихання НГГС у період обмеження рухливості щурів хоча й не попереджало повністю порушень ПЕВ кісткової тканини щурів, але істотно зменшувало ступінь їх виразності. Розбіжності у значеннях ємності, імпедансу, активного і реактивного опору між дослідними та контрольними тваринами не перевищували 26,5, 30,6, 30,5 і 22,5% відповідно. Використання НГГС на етапі 14-добової преадаптації та в умовах гіпокінезії призводило до вірогідного зменшення ємності на 42,2%, p<0,05, збільшення імпедансу, активного та реактивного опору на 43,2, 43,3 і 78,5% відповідно, p<0,05. Такі зміни показників ПЕВ кістки цілком закономірно можна пов'язати зі зміною її складу й, у першу чергу, збільшенням вмісту органічних речовин, які, як це відомо, мають більшу поляризаційну здатність і меншу електропровідність.
Виходячи з результатів проведених досліджень, вплив гіпокінезії на біоелектричні властивості кістки можна представити у вигляді наступної схеми:
Таким чином, на підставі проведених досліджень можна стверджувати, що відсутність адекватного навантаження на кістку може бути причиною виникнення низки змін з боку клітинних і позаклітинних елементів кісткової тканини, які призводять до порушень її здатності генерувати електричні потенціали у відповідь на механічне навантаження та забезпечувати необхідний рівень біоелектричної регуляції процесів фізіологічної перебудови кістки
ВИСНОВКИ
У дисертації наведено результати досліджень впливу гіпокінезії на біоелектричні властивості стегнової кістки щурів, які отримані методом визначення електричного потенціалу навантаження на поверхні кістки та мультичастотного імпедансометричного тестування в умовах дозованого механічного навантаження й обмеження рухливості. Отримано нові результати про закономірності змін потенціалу навантаження та пасивних електричних властивостей кістки в різних режимах гіпокінезії і переривчастої нормобаричної гіпоксії, які можуть бути використані для розробки нових підходів до діагностики й корекції патології кісткової системи.
1. Електричний потенціал, який виникає на поверхні стегнової кістки щура при механічному навантаженні, зростає в експоненціальній залежності від величини прикладеного зусилля. Найбільший приріст потенціалу на одиницю навантаження забезпечують впливи, що не перевищують 50% маси тіла тварини.
2. У періоді постнатального життя щурів електричний потенціал навантаження стегнової кістки залежить від віку тварини. Амплітуда потенціалу та його приріст на одиницю навантаження найменші у щурів пубертатного періоду, у дорослих - вони сягають максимальних значень, а в періоді вікової інволюції – зменшуються.