В диссертации приводятся результаты исследований влияния низкой функциональной нагрузки на биоэлектрические свойства кости, полученные методом отведения потенциала с поверхности бедренной кости и мультичастотного импедансометрического тестирования препаратов диафизарной части бедренной кости крыс линии Вистар в условиях дозированной механической нагрузки и жесткой 28- и 45-суточной гипокинезии. Получены новые данные о закономерностях изменений активных и пассивных электрических свойств кости в условиях низкой функциональной нагрузки, которые могут быть использованы для разработки неинвазивных методов диагностики и коррекции патологии костной системы. Установлено, что при ступенчатом увеличении механической нагрузки на кость, величина электрического потенциала, возникающего на поверхности кости в области ее максимальной деформации, возрастает в экспоненциальной зависимости. Наибольший прирост величины потенциала на единицу нагрузки имеет место при нагрузках физиологического уровня. В условиях стереотипной функциональной нагрузки межиндивидуальные вариации потенциала нагрузки бедренной кости крыс в значительной степени определяются возрастными изменениями состава и структуры костной ткани. Величина ПН у крыс пубертатного возраста на порядок меньше, чем у взрослых крыс. У крыс, вступивших в период старческой инволюции, ПН начинает вновь уменьшаться. Амплитуда и величина ПН, приходящаяся на единицу нагрузки, у крыс, находившихся в условиях жесткой 28-суточной гипокинезии, были на 20-25% меньше, чем у контрольных животных. Эти различия были наиболее отчетливо выражены при загрузках, достигавших 30% и 50% от массы тела крысы. Снижение эффективности биоэлектрической регуляции физиологической перестройки костной ткани может быть одной из причин низкой эффективности физических нагрузок при развитии возрастной остеопении и замедленного восстановления костной ткани в периоде последействия гипокинезии. Результаты мультичастотного импедансометрического тестирования показали, что пассивные электрические свойства компактной кости половозрелой крысы в условиях стереотипной функциональной нагрузки имели выраженную зависимость от частоты тестирующего тока. Максимальные значения реактивного сопротивления, а следовательно, и степени поляризации костной ткани, регистрировались на частоте 10000 Гц. Анализ результатов исследований показал наличие достоверной прямой корреляционной связи электрической емкости с содержанием воды (r=+0,858) и органических веществ (r=+0,485), а также импеданса, активного и реактивного сопротивления с содержанием минеральных веществ (r=+0,766; r=+0,765; r=+0,893). Установлено, что пассивные электрические свойства бедренной кости крыс в различные периоды постнатального развития определяются особенностями возрастной динамики ее состава и структуры.
Наиболее существенные изменения пассивных электрических свойств кости крыс происходят в периоды пубертации (1-3 мес) и инволюции (старше 18 мес), т.е. в периоды наиболее выраженных изменений массы, линейных размеров, степени минерализации и гидратации кости. Жесткая 28- и 45-суточная гипокинезия приводила к уменьшению массы, минеральной плотности и увеличению степени гидратации кости. Развернутая картина гипокинетической остеопении характеризовалась уменьшением импеданса, активного и реактивного сопротивления и значительным увеличением емкости кости. Установлено, что критическим этапом в изменении пассивных электрических свойств кости при низкой функциональной нагрузке является повышение гидратации костной ткани, что приводит к значительному увеличению ее электропроводности. Наличие тесной обратной корреляционной связи между содержанием воды и минералов в костной ткани (r=-0,890) позволяет использовать показатель гидратации в качестве дополнительного критерия степени ее деминерализации. Жесткая 28-суточная гипокинезия уменьшала напряжение кислорода в ненагруженных мышцах и снижала скорость потребления кислорода костной тканью. Использование прерывистой нормобарической гипоксии на протяжении периода ограничения подвижности уменьшало выраженность нарушений кислородного метаболизма, что приводило к активации анаболических процессов и увеличению содержания в костном матриксе органических веществ. Прерывистая нормобарическая гипоксия уменьшала проявления остеопении и нарушений пассивных электрических свойств кости в условиях жесткой гипокинезии. Максимальный остеопротекторный эффект наблюдается при использовании прерывистой нормобарической гипоксии на этапе преадаптации и периода ограничения подвижности.
Ключевые слова: кость, гипокинезия, потенциал нагрузки, пассивные электрические свойства.
ANNOTATION
Levashov O.M. Effects of hypokinesia on bone bioelectrical properties. - Manuscript. Dissertation on the candidate of medical sciences degree competition on the specialty 14.03.04 - pathological physiology. - O.O. Bogomoletz Institute of Physiology of the National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2008. The dissertation is devoted to studying of the bone bioelectric properties at the different loading and dosed hypokinesia. The methods of stress generated potential (SGP) taking from the fresh femur bone surface and bone multi-frequency bioelectrical impedance measurements were used in 233 mail Vistar rats. It was set that hard limitation of mobility during 28- and 45-day's for certain diminished of the SGP amplitude especially in the range of physiology level loadings. It was exposed, that hard hypokinesia decreased bone mass and mineral content in bone tissue. The mean of bone hydratation increased. Hypokinetic osteopenia is accompanied with the diminishing of impedance, active and reactive resistances value and considerable increase of bone electrical capacity. The oxygen tension in unloaded muscles and bone oxygen consumption diminished too. The intermittent normobaric hypoxia (INH) prevented of the oxygen metabolism disturbances and activated the anabolic processes in bone tissue. The bone passive electrical properties were improved too. The maximal osteoprotection effect was got in experiments when INH was used for 14 days of preadaptation period and for all period of hypokinesia. The results of this study may be used for development of new noninvasive diagnostic and correction methods of the bone system pathology.
Keywords: bone, hypokinesia, stress generated potential, passive electric properties.