Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ЗАКЛАДОК ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Асадулаева М.Н. 1 Лазько А.Е. 2
1 БГОУ ВПО «Дагестанская Государственная медицинская академия Минздрава России»
2 БГОУ ВПО «Астраханская Государственная медицинская академия Минздрава России»
Методами световой и трансмиссионной электронной микроскопии исследовались морфологические этапы минерализации в закладках бедренных костей человека от 6 до 12 недель пренатального развития в различных геохимических условиях Нижнего Поволжья (г. Астрахань) и Северного Кавказа (г. Махачкала). Минерализация закладок бедренных костей человека проходит следующие этапы: 1. образование везикул матрикса хондроцитами и остеобластами, а в дальнейшем остеоцитами. Активность этого процесса прямо пропорциональна интенсивности минерализации в данном отделе закладки кости и выше в геохимической зоне с большей минерализацией, 2. конгломерация везикул матрикса и превращение их в калькосфериты - кристаллоидные структуры, состоящие из аморфного кальций-фосфата. Они служат центрами эпитаксиального роста крис­таллов гидрооксиапатита в форме коротких игл, 3. фиксация калькосферитов и кристаллов гидрооксиапатита на активных участках коллагеновых волокон. Новообразованные балки костной ткани минерализуются по этому механизму и быстро накапливают соли кальция.
минерализация
закладки трубчатых костей человека
геохимические условия
трансмиссионная электронная микроскопия
1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология /А.П. Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, Л.С. Строчкова. – М.: Медицина, 1991. – 496 с.
2. Бутаев А.М. Тяжелые металлы в речных водах дагестана / А.М. Бутаев, М.А. Гуруев, У.Г. Магомедбеков, Н.Ф. Осипова, Х.М. Магомедрасулова, А.Д. Магомедова, А.А. Мухучев // Вестник дагестанского научного центра. – 2006. – № 26. – С. 43–50.
3. Ермаков, В.В. Современные проблемы биогеохимии /В.В. Ермаков// Материалы 6-й Международной биогеохимической конференции по биогеохимии. – Астрахань, АГТУ, 2008. – С. 6–7.
4. Лилли P. Патогистологическая техника и практическая гистохимия. -М.: Мир, 1969, с.405.
5. Сусликов В.Л. Геохимическая экология болезней. Атомовиты. – М.: Гелиос АРВ, 2000. – 672 с.

Процессы остеогенеза и минерализации костной ткани являются весьма сложными и зависящими от многих факторов, как эндогенных, так и экзогенных. В числе последних, как весьма важных, нужно отметить минеральные компоненты окружающей среды, в частности, металлы [1, 3, 5]. На территории России имеется значительное количество районов, различающихся по содержанию металлов в воде, которую использует население в быту и на производстве. К таким районам можно отнести Нижнее Поволжье и Дагестан. Не слишком далеко отстоя друг от друга географически, они резко отличаются по содержанию металлов в воде источников водопотребления. Так содержание Cr, Co, Cu, Se, Cd и Sb в реках Дагестана весьма значительно и достоверно выше, чем в р.Волга [2].

Цель исследования

Выявление этапов и структурных особенностей минерализации закладок бедренных костей человека в различных геохимических условиях Нижнего Поволжья и Северного Кавказа.

Материалы и методы исследования

Материалом для исследования служили бедренные кости и их закладки 47 зародышей и предплодов женского пола от 6 до 12 недель пренатального развития, полученных в результате искусственного прерывания беременности у практически здоровых женщин и преждевременных родов, обусловленных экзогенным воздействием, из прозектур, акушерских и гинекологических клиник г. Астрахани и г. Махачкалы в осенне-зимний период. Женщины, от которых был получен материал исследования, имели сходный социальный и бытовой статус.

Подготовка препаратов для рутинной трансмиссионной электронной микроскопии проводились по стандартной методике. Просматривался и фотографировался материал на трансмиссионных электронных микроскопах ЭМВ-100 ЛМ и «Tesla BS 242 Е».

Этапы минерализации в закладках бедренных костей человека на светооптическом уровне изучались с помощью реакции выявления кальция ализариновым красным по Мак-Ги – Расселу [4], а на электронномикроскопическом уровне с использованием метода, изложенного в авторском свидетельстве на изобретение № 1286931 «Способ выявления солей кальция в хряще при электронно-микроскопическом исследовании» авторов А.Е. Лазько и Р.И. Асфандиярова. Целью изобретения являлось выявление водорастворимых соединений кальция в минерализующемся хряще путем фиксации раствором четырехокиси осмия в смеси органических растворителей и последующей дегидратации в смеси данных растворителей с изменяющимся соотношением ингредиентов.

Количественные данные, полученные в ходе выполнения исследования, проанализированы с помощью методов вариационной статистики и определения достоверности различий. При проведении статистической обработки использовалась утилита OpenOffice Calc из свободно распространяемого программного продукта OpenOffice (Ver. 3.0), работающая под управлением операционной системы Windows XP Home Edition (сертификат OEM X12-53766).

Результаты исследования и их обсуждение

Хондроциты закладок бедренных костей человека на различных этапах развития несут на своей поверхности неодинаковое количество везикул матрикса, которые представляют собой осмиофильные электроноплотные глобулярные структуры диаметром 0,1 – 0,3 мкм, окруженные мембраной. Везикулы матрикса могут быть связаны с клеточной поверхностью хондроцитов и остеобластов на их теле или отростках, располагаться в межклеточном пространстве хряща и остеоида в соседстве с волокнами коллагена (рис. 1).

asad1.wmf

Рис. 1. Трансмиссионная электронограмма. Везикулы матрикса на цитолемме хондроцита и в межклеточном веществе метафизарного отдела закладки бедренной кости человека на 7 неделе пренатального развития (г. Астрахань). Ув.х12000

На всех изучаемых стадиях пренатального развития и в г. Астрахани и в г. Махачкале наименьшее число этих структур ассоциировано с хондроцитами зоны пролиферации, а наибольшее – с хрящевыми клетками зоны дегенерации. Выявлено резкое статистически высокодостоверное увеличение числа везикул матрикса в зоне гипертрофии по сравнению с зоной роста. Обращает на себя внимание более интенсивное, статистически достоверное (P < 0,05) увеличение числа везикул матрикса в зоне роста закладок бедренных костей в г.Махачкале по сравнению с г.Астраханью на всех изучаемых этапах пренатального онтогенеза. Этот факт сочетается с общим большим количеством везикул матрикса в первом геохимическом регионе, которое было отмечено в нашем исследовании, и наводит на мысль о более интенсивных процессах ранней минерализации в г. Махачкале.

Морфологическим выражением следующего этапа минерализации закладок бедренных костей человека в изучаемых геохимических регионах являются кристаллоидные образования или калькосфериты. По нашим данным это сфероидальные структуры диаметром 0,6 – 1,6 мкм, состоящие из высоколабильного в водной среде аморфного кальций-фосфата, что объясняет невозможность их визуализации в случае обычной подготовки препаратов для трансмиссионной электронной микроскопии.

Безводная методика обработки материала для ультраструктурного изучения позволяет выявить тонкую структуру калькосферитов – это игло- и лентообразные кристаллиты, радиально отходящие от одного или, чаще, нескольких (до 5) центров кристаллизации, которые размерами и повышенной электронной плотностью походят на везикулы матрикса (рис. 2).

asad2.wmf

Рис. 2. Трансмиссионная электронограмма кристаллоидной структуры (калькосферита) из метафизарного отдела закладки бедренной кости предплода человека 9 недель пренатального развития из г. Астрахани. Видна сложная структура калькосферита, имеющего 3 ядра кристаллизации. Ув.х35000

В ходе развертывания процессов минерализации хряща и остеоида в закладках бедренных костей человека происходит рост кристаллов калькосферитов, являющихся в данном случае центрами кристаллизации. Кристаллы приобретают форму коротких игл, что свидетельствует о переходе аморфного, лабильного кальций-фосфата в кристаллический гидрооксиапатит.

Предпосылкой к эндохондральному остеогенезу в закладках бедренных костей человека является минерализация межклеточного вещества хряща диафизарного отдела их закладок. Новообразованные балки костной ткани минерализуются по вышеизложенному механизму и быстро накапливают соли кальция (рис. 3).

asad3.wmf

Рис. 3. Локализация кальция на костных балках метафизарного отдела закладки бедренной кости предплода человека II недель пренатального развития из г. Махачкалы. Реакция по Мак-Ги – Расселу. Об.8, ок.10

На основании полученных данных можно представить этапы минерализации закладок бедренных костей человека в г. Астрахани и г. Махачкале на ранних стадиях остеогенеза (6 – 12 недель пренатального развития) с морфологической точки зрения следующим образом:

1. Образование везикул матрикса хондроцитами и остеобластами, а в дальнейшем остеоцитами. Активность этого процесса прямо пропорциональна интенсивности минерализации в данном отделе закладки кости и выше в геохимической зоне с большей минерализацией.

2. Конгломерация везикул матрикса и превращение их в калькосфериты – кристаллоидные структуры, состоящие из аморфного кальций-фосфата. Калькосфериты, лежащие свободно в перицеллюлярной области служат в дальнейшем центрами эпитаксиального роста кристаллов гидрооксиапатита, что особенно характерно для биоминерализации диафизарного отдела закладок до начала процесса эндохондральной оссификации. Данная минерализация, как известно, протекает до врастания сосудов и формирования системы циркуляции.

3. Фиксация калькосферитов на активных участках коллагеновых-оссеиновых волокон, присущая биоминерализации костной ткани, происходящей после врастания сосудов и формирования системы циркуляции кости.

Рецензенты:

Молдавская А.А., д.м.н., профессор, профессор кафедры анатомии человека Астраханской государственной медицинской академии, г. Астрахань;

Сентюрова Л.Г., д.м.н., профессор, зав. кафедрой медицинской биологии Астраханской государственной медицинской академии, г. Астрахань.

Работа поступила в редакцию 24.06.2014.


Библиографическая ссылка

Асадулаева М.Н., Лазько А.Е. МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ЗАКЛАДОК ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА В РАЗЛИЧНЫХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 9-3. – С. 567-570;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34888 (дата обращения: 01.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074