Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Киреева Ю.В. 1 Грызлова Л.В. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт имени М.Е. Евсевьева»

Проведено гистологическое и морфометрическое исследование влияния ацетата свинца на формирование эпифизарного хряща трубчатых костей белых крыс в раннем постнатальном онтогенезе. Полученные данные свидетельствуют о токсическом воздействии ацетата свинца на формирование эпифизарного хряща трубчатых костей, что сопровождается уменьшением толщины эпифизарной пластинки, длины трабекул первичной спонгиозы, истончением зоны пролиферирующего хряща, снижением количества остеобластов в первичной спонгиозе и пролиферирующих клетках в зоне пролиферации. Доказано, что свинцовая интоксикация материнского организма в период беременности вызывает отставание процессов развития костной ткани в эпифизе трубчатой кости потомства. Целью настоящей работы явилось экспериментальное изучение влияния ацетата свинца на формирование эпифизарного хряща трубчатых костей белых крыс в раннем онтогенезе.

Статья в формате PDF

285 KB

клетка

воздействие

ацетат свинца

эпифизарный хрящ

хондроцит

остеобласт

костные трабекулы

остеогенез

1. Зайцева Н. В. Свинец в системе мать – новорожденный как индикатор опасности химической нагрузки в районах экологического неблагополучия / Н.В. Зайцева, Т.С. Уланова, Я.С. Морозова и др. // Гигиена и санитария, 2002. – № 4. – С. 45–46.

2. Измеров Н.Ф. Свинец и здоровье. Гигиенический и медико-биологический мониторинг / Н.Ф. Измеров. – М.: Наука, 2000. – 256 с.

3. Корбакова А.И. Свинец и его действие на организм / А.И. Корбакова, Н.С. Соркина, Н.Н. Молодкина и соавт. // Мед. труда и пром. экология. – 2001. – № 5. – С. 29–34.

4. Панков Е.Я. Структурно-функциональные единицы органов (сферорганы) опорно-двигательного аппарата (ОДА) / // Тез. докладов XI съезда АГЭ. – Смоленск, 1993. – С. 182–183.

5. Пиголкин Ю.И. Возрастные изменения костной ткани / Ю.И. Пиголкин, Г.В. Золотенкова // Морфология. – СПб., 2006. – № 4. – С. 101.

6. Привес М.Г. Функциональная анатомия точек окостенения эпифизов длинных трубчастых костей / М.Г. Привес, Л.А. Алексина. – Ярославль, 1986. – С. 41–46.

7. Шубина О.С. Изменение морфологического состояния сердца крыс в условиях хронической интоксикации ацетатом свинца / О.С. Шубина, В.С. Бардин, Н.А. Мельникова, Ю.В. Киреева // Фундаментальные исследования. – М.: Академия естествознания, 2011. – № 7. – С. 230–232.

8. Shybina O.S. The interaction in the system mother-placenta-fetus in the conditions of exogenous influence of plumbum / O.S. Shybina, Yu.V. Kireeva, N.A. Smertina, N.A. Melnicova, L.V. Gryslova, N.V. Gromova // European journal of natural history. – 2010. – № 4. – P. 13–16.

Среди токсических элементов, загрязняющих окружающую среду, по-прежнему пристальное внимание привлекает свинец. Отравления соединениями свинца сопровождаются многочисленными заболеваниями и некоторыми физиологическими состояниями, поэтому изучение структурных и функциональных аспектов свинцовой интоксикации является актуальной задачей [1, 2, 3, 7, 8]. Особый интерес вызывает эмбриотоксическое действие свинца, в первую очередь, его влияние на костную систему потомства. Несмотря на очевидную связь между ростом и формообразованием костей скелета, с одной стороны, и его структурой и метаболизмом, с другой, эти вопросы остаются невыясненными. Решение этой проблемы имеет важное значение для выявления механизмов развития скелета в условиях действия соединений свинца.

Материалы и методы исследования

В эксперименте были использованы половозрелые белые беспородные крысы-самки и их потомство на 1-е, 10-е, 20-е, 30-е, 60-е сутки постнатального периода развития. Данный период отображает рост и процессы формообразования костей скелета. В соответствии с поставленными задачами животные разбивались на две группы. Первую группу животных (контроль) составили крысята от самок с физиологически протекающей беременностью, содержащихся на общем режиме вивария. Вторую группу животных (опыт) составили крысята от самок, получавших с 8-х по 22-е сутки беременности ежедневно перорально ацетат свинца в дозе 45 мг/кг массы тела.

Животные забивались путем декапитации под наркозом эфира с хлороформом с соблюдением принципов гуманности, изложенных в директивах Европейского сообщества (86/609/ЕЕС) и Хельсинкской декларации, и в соответствии с требованиями правил проведения работ с использованием экспериментальных животных.

Для гистологического исследования выделялись длинные трубчатые кости передних и задних конечностей. Образцы костной ткани фиксировали 10 % раствором формалина и после соответствующей проводки заливали в парафин. Готовили гистологические срезы толщиной 10 мкм, окрашивали их гематоксилин-эозином.

С помощью штангенциркуля по методу Дуерста (1926) с точностью до 0,1 мм измеряли наибольшую ширину дистального эпифиза. С помощью окулярного винтового микрометра МОВ-1-15 и окулярной измерительной системы УМБИ-3 осуществляли морфометрические измерения дистального эпифиза длинных трубчатых костей: измерялись толщина эпифизарного хряща, толщина зоны пролиферирующего хряща, толщина зоны индифферентного хряща, толщина зоны дефинитивного хряща, длина трабекул первичной спонгиозы, количество остеобластов в первичной спонгиозе, количество клеток в столбике зоны пролиферирующего хряща.

Статистическая обработка полученных цифровых данных проводилась с помощью программ FStat и Excel. Проверка статистических гипотез осуществлялась по t-критерию Стьюдента. При оценке статистических гипотез принимались следующие уровни значимости: p < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты гистологических и морфометрических исследований показали, что свинцовая интоксикация материнского организма вызывает изменения в механизме роста кости потомства, при этом меняется ее гистологическая картина. Особенно изменения сказываются на зоне роста длинных трубчатых костей.

Известно, что рост кости в длину обеспечивает эпифизарный хрящ, являющийся небольшим участком хрящевой ткани между костным эпифизом и диафизом. Он сохраняется на протяжении всего периода роста кости, и в нем довольно интенсивно происходят процессы репродукции и дифференциации клеток, биосинтеза и минерализации основного межклеточного вещества [4, 5, 6].

В ходе исследования установлено, что у крысят, матери которых получали ацетат свинца в период беременности, толщина эпифизарного хряща (пластинки) меньше, чем у животных в контроле во всех возрастных группах: у новорожденных крысят – на 14,7 % (ρ ≤ 0,001), у 10-суточных крысят – на 24,9 % (ρ ≤ 0,001), у 20-суточных крысят – на 18,9 % (ρ ≤ 0,001), у 30-суточных крысят – на 14,8 % (ρ ≤ 0,001), у 60-суточных крысят – на 29,3 % (ρ ≤ 0,001) соответственно (таблица). Анализируя изменение толщины эпифизарного хряща в возрастном аспекте, можно отметить, что у крысят обеих групп его толщина с возрастом уменьшается. Однако у крысят контрольной группы уменьшение толщины эпифизарного хряща наиболее ярко проявляется к возрасту 30 суток (на 28,6 %), тогда как у крысят опытной группы – к возрасту 60 суток (на 26 %) (таблица). Уменьшение толщины эпифизарного хряща у крысят опытной группы происходит не за счет толщины зоны дефинитивного хряща, а за счет уменьшение толщины зоны пролиферирующего хряща, что свидетельствует о нарушении механизма формирования эпифизарной пластинки.

Морфометрические показатели эпифизарного хряща длинных трубчатых костей белых крыс в разные сроки постнатального периода развития в норме и воздействии ацетата свинца на организм матери

Примечание: * – Р ≤ 0,05, ** – Р ≤ 0,001 по сравнению с животными контрольной группы.

Первой зоной в направлении от эпифиза к диафизу является зона индифферентного хряща. Эта зона отделена сплошной костной пластинкой от костного эпифиза. Клеточные элементы в ней, как правило, размещены в основном межклеточном веществе двумя-тремя неправильными рядами. Хондроциты крысят опытной группы расположены хаотически одиночно, попарно, а ближе к следующей зоне небольшими группами, по 4–5 клеток среднего размера. Форма хондроцитов эллипсовидная или веретенообразная, иногда встречаются клетки округлой формы. В центре хондроцита размещается сферической или округлой формы ядро, окруженное цитоплазмой. Незначительное количество этих клеток имеет ядра сплющенной формы. Границы эпифизарной пластинки неровные и сглаженные.

Морфометрические исследования индифферентного хряща крысят опытной группы показали, что у новорожденных и 60-суточных крысят толщина зоны индифферентного хряща меньше по сравнению с контролем соответственно на 12,5 и 8,2 %. В возрасте 10, 20, 30 суток его толщина незначительно отличается от показателей индифферентного хряща в контрольной группе животных (таблица).

Зона пролиферирующих хондроцитов направлена к диафизу. Пролиферативные процессы в этой зоне предопределяют рост кости в длину, которая обеспечивается как за счет активного роста клеток, так и за счет образования последними коллагена и протеогликанов. Зона представлена хрящевыми клетками, которые имеют клинообразную форму и накладываются одна на одну в виде монетных столбиков, формируя таким образом «колонки» по 12–15 клеток в каждой. Колонки хондроцитов отделены от соседних столбиков прослойками основного вещества с хорошо выраженными фибриллами, которые идут в продольном направлении. У клеток данной зоны выявлены фигуры митозов. Отмечено, что у крысят опытной группы фигуры митозов встречаются одиночно. Среди колонок хондроцитов выявлены расширенные пустоты.

У животных опытной группы толщина зоны пролиферирующего хряща уменьшается в возрастном аспекте и значительно отстает от указанного параметра у 10-, 20- и 60-суточных животных на 30,3 % (ρ ≤ 0,05), 23,8 % (ρ ≤ 0,05) и 38,7 % (ρ ≤ 0,001) по сравнению с животными контрольной группы соответствующих возрастов (таблица).

Количество пролиферирующих клеток, которые имеют высокую пролиферативную активность и находятся на разных стадиях деления, у новорожденных крысят опытной группы меньше на 19,3 %, по сравнению с контролем. У 10-, 20-, 30- и 60-суточных животных, матери которых получали ацетата свинца в период беременности, количество пролиферирующих клеток с возрастом увеличивается, но отстает от контрольных значений на 32,2 %, (р ≤ 0,05), 29,7 %, (р ≤ 0,001), 39,3 % (р ≤ 0,001) и 32,5 % (р ≤ 0,001) соответственно по сравнению с контролем (таблица).

Зона дефинитивного хряща содержит хондроциты разных стадий созревания, которые также организованы в колонки по 5–10 клеток в каждой. Клетки имеют округлую форму и являются большими по размерам, чем хондроциты предыдущей зоны, содержат большое количество цитоплазмы. Ядро занимает центральную часть клетки. Наблюдается значительное количество двуядерных клеток. Фигуры митозов хондроцитов встречаются очень редко в отличие от животных опытной группы, где фигуры митозов не встречаются вообще.

Морфометрические исследования показали, что при свинцовой интоксикации материнского организма у крысят опытной группы толщина зоны дефинитивного хряща меньше по сравнению с животными в контроле. Наибольшая разница на 20,8 % (р ≤ 0,05) и 27,4 % отмечается у 10- и 60-суточных крысят соответственно (таблица).

Зона дефинитивного хряща постепенно сливается со следующей зоной – зоной деструкции. В этой зоне хондроциты размещены в 1–2 ряда. Они приобретают неправильную форму. В большинстве случаев в хондроцитах отсутствуют ядра, цитоплазма местами вакуолизирована. В пустотах этой зоны встречаются эритроциты, эндотелиальные клетки и другие элементы.

У животных, матери которых получали ацетат свинца во время беременности, остатки зоны деструкции сохраняются лишь в периферических областях, которые непосредственно прилегают к перихондральной костной манжетке. Измерить толщину этой зоны довольно сложно, так как она очень тонкая, часть прерывается и не имеет четких границ. В некоторых местах зона деструкции представлена одиночными безъядерными клетками. Вокруг этих клеток межклеточное вещество кальцинируется, вследствие чего разрушаются оболочки клеток, и хондроциты начинают гибнуть.

В зоне остеогенеза или зоне первичной спонгиозы четко прослеживается формирование первичного костного губчатого вещества в виде трабекул, которые приобретают в направлении до дистального конца более согласованную пространственную ориентацию. Между трабекулами находятся остатки хрящевой ткани в виде островков. Ячейки губчатого вещества по размерам мелкие или средние, овальной формы. Костные балки отдалены одна от другой на значительное расстояние.

У животных опытной группы костные балки являются утонченными. Глубина проникновения костных трабекул первичной спонгиозы в костно-мозговую пустоту значительно меньше, чем у животных в контроле. Костномозговой канал непосредственно прилегает к метаэпифизарной пластинке, в нем преобладает желтый костный мозг. При этом наблюдается разреженное расположение костных балок. В разных плоскостях появляются участки некроза, близ которых иногда находятся пустоты в виде щелей. Рядом с последними часто оказываются костные балки с остеоидной тканью. Чаще встречаются старые, чем новообразовавшиеся балки. Остеобласты в этой зоне не пролиферируют.

У крысят опытной группы длина трабекул первичной спонгиозы меньше по сравнению с животными контрольной группы у новорожденных крысят на 45,9 %, у 10-суточных – на 27,4 %, у 20-суточных – на 8,3 % (р ≤ 0,001), у 30-суточных – на 20,3 % (р ≤ 0,001), у 60-суточных – на 35,2 % (р ≤ 0,001) соответственно (таблица). Изучение возрастной динамики длины трабекул показало, что их длина уменьшается от рождения до 60 суток. Однако у животных опытной группы значительное уменьшение длины трабекул первичной спонгиозы происходит, начиная с 20-суточного возраста, тогда как у животных контрольной группы – с 10-суточного, то есть с опозданием на 10 суток (таблица). Эти показатели свидетельствуют об отставании в развитии трабекул у крысят, матери которых получали ацетат свинца.

При исследовании зоны остеогенеза установлено, что в контрольной и опытной группах животных с возрастом увеличивается количество остеобластов (таблица). Однако у животных опытной группы количество остеобластов в первичной спонгиозе меньше по сравнению с животными контрольной группы во всех возрастах, наибольшей разницы достигая у 20- и 30-суточных крысят на 31,4 % (р ≤ 0,001) и 33,1 % (р ≤ 0,001) соответственно (таблица).

Заключение

Исследования показали, что костная система испытывает существенные изменения в процессе развития и жизнедеятельности организма в раннем постнатальном онтогенезе. Это проявляется в перестройке внутренней структуры в процессе развития хряща. Изменения характеризуются определенной направленностью и динамикой в зависимости от экзо- и эндогенных влияний.

Морфометрический анализ показал, что у крысят опытной группы сохраняется общая закономерность уменьшения толщины структур, составляющих эпифизарный хрящ, увеличения количества пролиферирующих клеток в зоне пролиферации, количества остеобластов в первичной спонгиозе в возрастном аспекте.

Установлено, что в условиях свинцовой интоксикации материнского организма у крысят уменьшена длина трабекул первичной спонгиозы, а также снижено количество остеобластов в первичной спонгиозе. Наибольшие изменения испытывает зона пролиферирующего хряща, которая значительно утончена, количество клеток в ней уменьшено. Процесс дифференциации хряща в типичных костных балках резко ухудшается, в связи с чем расширяется зона деструкции эпифизарного хряща трубчатой кости.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют об отставании процессов развития всех составляющих структур эпифиза трубчатых костей крысят при свинцовой интоксикации материнского организма в период беременности.

Работа проводилась при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Программы стратегического развития «Педагогические кадры для инновационной России» (госзадание № 2 от 16.03.2013 г.).

Рецензенты:

Федотова Г.Г., д.б.н., профессор кафедры теории и методики физической культуры и спорта, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный педагогический институт им. М.Е. Евсевьева», г. Саранск;

Здоровинин В.А., д.в.н., доцент, зав. кафедрой морфологии и физиологии животных, ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева», г. Саранск.

Работа поступила в редакцию 10.12.2013.

Библиографическая ссылка