CC BY
121
УДК 616.717/718.5/.6-003.8-018.4:[615.9:549.2:622]-092.9
© Н.В. Нургалеев, Э.Ф. Аглетдинов, Е.Р. Фаршатова, Э.Р. Бикметова, И.А. Меньшикова, Ф.Х. Камилов, 2013
Н.В. Нургалеев, Э.Ф. Аглетдинов, Е.Р. Фаршатова, Э.Р. Бикметова, И.А. Меньшикова, Ф.Х. Камилов ГИСТОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ТРУБЧАТОЙ КОСТИ У БЕЛЫХ КРЫС ПРИ
ДЕЙСТВИИ КОМПОНЕНТОВ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ КОЛЧЕДАННЫХ РУД
ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздрава России, г. Уфа
У горняков, добывающих медно-цинковую колчеданную руду, установлена высокая частота снижения костной прочности. Рабочие при добыче руды подвергаются действию рудничной пыли сложного химического состава. Представленная работа направлена на установление характера остеотоксического влияния компонентов руды на костную ткань в условиях эксперимента. Установлено развитие структурных изменений гистологии трубчатых костей при внутрижелудочном введении взвеси порошка медно-цинковой колчеданной руды белым половозрелым крысам в течение трех месяцев. В диафизах и эпифизах костей выявлены признаки деструктивно-дегенеративных процессов, связанных с нарушением состояния межклеточного матрикса. Одной из причин развития этих изменений является накопление в костной ткани экспериментальных животных таких элементов, как свинец, ртуть, кадмий, железо, стронций, марганец.
Ключевые слова: трубчатая кость, гистоструктура костной ткани, влияние компонентов медно-цинковой колчеданной руды.
N.V. Nurgaleev, E.F. Agletdinov, E.R. Farshatova, E.R. Bikmetovа, I.A. Menshikova, F.Kh. Kamilov HISTOLOGICAL STRUCTURE OF THE TUBULAR BONES IN WHITE RATS
UNDER THE INFLUENCE OF COPPER-ZINC SULPHIDE ORES COMPONENTS
The miners, working with copper-zinc sulfide ore, are found to have a high frequency of bone strength decrease. Mining ore workers are affected by mine dust with a complex chemical composition. This work aims to establish the nature of osteotoxic influence of ore components on bone tissue in experimental conditions. After 3 months' intragastric injection of suspended powder of copper-zinc sulphide ore to white adult rats the development of structural changes in histology of tubular bones was established. In the diaphyses and epiphyses of bones the signs of destructive and degenerative processes associated with disorders of the extracellular matrix have been revealed. One of the causes of these changes is the accumulation of lead, mercury, cadmium, iron, strontium, manganese in the bony tissue of experimental animals.
Key words: tubular bone, histological structure of bony tissue, the influence of the components of copper-zinc sulphide ores.
Ранее проведенные исследования показали, что у рабочих ОАО «Учалинский горнообогатительный комбинат» (проходчики, машинисты погрузочно-разгрузочных машин, крепильщики и др.), добывающих медно-цинковую колчеданную руду подземным способом, значительно чаще и в более раннем возрасте, чем у других рабочих, обнаруживается снижение костной прочности с высокой угрозой остеопоротических переломов [2, 4]. Основными вредными факторами рабочей среды при добыче руды подземным способом являются производственный шум, общая вибрация, отсутствие естественного света, неблагоприятный микроклимат, выделение в воздух рабочей зоны рудничной пыли. Однако ведущее значение среди них, по данным некоторых авторов [5], имеет воздействие рудничной пыли различной степени интенсивности -от 1 до 2,5 ПДК. Все основные производственные процессы добычи руды (бурение, взрывания, крепление, погрузка, транспортировка, доставка) сопровождаются пылевыде-лением. Пыль сложного химического состава попадает в организм рабочих и оказывает негативное воздействие на метаболизм и функциональное состояние различных тканей, включая и костную, поскольку среди компо-
нентов руды медно-цинковых колчеданных отложений имеются тяжелые металлы и другие токсичные элементы, обнаруживаемые в повышенной концентрации в волосах рабочих
[2,7].
Целью данного исследования явилась оценка изменений гистоструктуры трубчатых костей экспериментальных животных при длительном введении суспензии порошка медно-цинковой колчеданной руды.
Материал и методы
Эксперименты проведены на 30 половозрелых белых крысах, которые были разделены на две группы: контрольную (п=10) и подопытную (п=20). Группа подопытных животных ежедневно в течение 3-х месяцев внутрижелудочно с помощью специального зонда получала взвесь порошка медно-цинковой колчеданной руды из Учалинского месторождения в 2% растворе крахмала из расчета 60 мг на 100 г массы животных с учетом минимальной токсической дозы меди, содержащейся в руде. По завершении эксперимента крыс под легким эфирным наркозом декапитировали, извлекали бедренные кости и изучали гистологическую картину диафизов и эпифизов. Кусочки костей фиксировали в 10% нейтральном формалине, декальцинировали в
течение 3-х недель в 7% растворе азотной кислоты со сменой растворителя каждую неделю. Тщательно промывали в проточной воде в течение двух суток и осуществляли проводку этанолом в возрастающих концентрациях, этанол-хлороформом, парафин-хлороформом, двумя порциями парафина и заливали в парафин. Изготавливали срезы толщиной 7-9 мкм и окрашивали гематоксилином и эозином. Изучение срезов тканей проводили под микроскопом МС-300 (Австрия), а микрофотографирование — с помощью фотоаппарата Nikon Cool Pix 4500.
Результаты и обсуждение
У животных контрольной группы диа-физ образован костной тканью со сплошной архитектоникой. Компактное (кортикальное) вещество снаружи покрыто надкостницей (рис. 1), состоящей из наружного и внутреннего слоев. Наружный слой образован плотной волокнистой тканью, волокна ориентированы параллельно поверхности кости. Внутренний слой образован рыхлой волокнистой тканью. Среди тонких коллагеновых волокон обнаруживаются фибробласты и остеобласты, а также кровеносные капилляры. Под надкостницей располагается наружная общая пластинка, глубже определяется и внутренняя общая пластинка. Со стороны костного мозга располагается эндоост, содержащий остеобла-стические клетки. Основную массу компактного вещества диафиза составляют остеоны, имеющие вид цилиндров и расположенные вдоль длинной оси кости. В промежутках между остеонами располагаются вставочные (интерстициальные) пластинки. Между костными пластинками имеются лакуны с остео-цитами, отростки которых простираются в костные канальцы (рис. 2). В канальцах остеонов располагаются мелкие кровеносные сосуды, обнаруживаются также и прободающие каналы, обеспечивающие кровоснабжение со стороны надкостницы.
Губчатое вещество эпифиза характеризуется сетью анастомозирующих трабекул, в пространстве между которыми располагается красный костный мозг (рис. 3). Трабекулы губчатого вещества кости образованы параллельно расположенными костными пластинками, объединенными в пакеты. Между костными пластинками губчатого вещества имеются лакуны с телами остеоцитов с выраженными отростками. Более толстые трабекулы, расположенные вокруг кровеносных сосудов, имеют сходное строение с остеонами. В костных дугах и арках различаются неактивные и активные остеобласты. В зоне перехода эпи-
физа в диафиз определяется эпифизарная хрящевая пластинка роста (рис. 4) - гиалиновая хрящевая ткань с хондробластами, расположенными в виде хрящевых колонок с признаками обызвествления.
Рис. 1. Диафиз бедра с надкостницей (1), общей пластинкой (2) и красным костным мозгом (3) у крыс контрольной группы. Окраска гематоксилином и эозином. (х200)
1
Рис. 2. Костная пластинка, остеоциты в лакунах (1) и прободающий канал (2) общей пластинки костной ткани диафиза бедра у крыс контрольной группы. Окраска гематоксилином и эозином. (х400)
Рис. 3. Губчатое вещество эпифиза бедра с трабекулами (1) и костным мозгом (2) у крыс контрольной группы. Окраска гематоксилином и эозином. (х400)
Рис. 4. Эпифизарная хрящевая пластинка (1) с надкостницей (2) бедра крыс контрольной группы. Окраска гематоксилином и эозином. (х400)
У подопытных животных, подвергнутых воздействию компонентов медно-цинковой колчеданной руды, в диафизе бедренной кости наблюдаются изменения гисто-
структуры как надкостницы, так и общих пластинок и остеоидной системы. В наружном слое надкостницы коллагеновые волокна расщепляются неравномерно и имеют пучковое строение. Внутренний слой надкостницы различим слабо, среди тонких коллагеновых волокон мало покоящихся клеток остеобла-стического ряда. В наружной общей пластинке наряду с нормальной гистологической структурой определяются участки с выраженной неравномерной базофилией, особенно на границе с надкостницей (рис. 5). Остеоны и вставочные пластинки также окрашиваются неравномерно, наблюдается извилистость костных пластинок. Неравномерная окраши-ваемость и извилистость костных пластинок свидетельствуют о нарушении метаболического гомеостаза компактной кости, характерном для явлений деструкции и деминерализации. На некоторых участках общей костной пластинки диафиза выявляются щели, заполненные полупрозрачной жидкостью. Остеоциты, расположенные в костных лакунах, окрашиваются слабо и в большей степени характеризуются оксифильностью. Костные лакуны несколько большего размера, чем остеоциты, и костные пластинки не имеют четкого разграничения. При этом встречаются остеоны, отслаивающиеся от остальных костных структур по, так называемой цементирующей, или спаивающей, линии (рис. 6).
2
1
Рис. 5. Выраженная базофилия наружной общей костной пластинки (1), извилистость и неравномерная окрашиваемость костных пластинок (2) диафиза бедра подопытной крысы. Окраска гематоксилином и эозином. (х400)
3
2
1
Рис. 6. Неравномерная окрашиваемость и извилистость костных пластинок (1), увеличенные размеры костных лакун (2), отслойка цементирующей линии (3) остеона диафиза бедра подопытной крысы Окраска гематоксилином и эозином. (х400)
Рис. 7. Общая структура трабекул губчатого вещества эпифиза бедра крысы подопытной группы. Окраска гематоксилином и эозином. (х400)
1
Рис. 8. Зона деминерализации костных трабекул губчатого вещества эпифиза бедра крысы подопытной группы (1). Окраска гематоксилином и эозином. (х400)
В губчатом веществе эпифиза трубчатой кости анастомозирующие костные трабе-кулы отличаются разнообразной толщиной и окрашиваемостью, в основном это неактивные остеобласты. Отмечаются выраженные разветвления костных трабекул с отслойкой красного костного мозга от костных структур (рис. 7). В трабекулах определяются базо-фильные линии волнообразной формы (рис. 8), возникающие в результате процессов деминерализации и нарушения минерализации межклеточного вещества костной ткани.
Таким образом, при длительном введении экспериментальным животным суспензии порошка медно-цинковой колчеданной руды в трубчатых костях выявляются изменения гистологической структуры как диафиза, так и эпифиза, характеризующие развитие деструктивно-дегенеративных процессов с нарушением минерализации межклеточного матрикса.
Развитие деструктивных явлений, вероятнее всего, связано с действием на состояние костной ткани ряда токсичных металлов, содержащихся в руде. Определение содержания некоторых элементов в костной ткани экспериментальных животных, проведенное методом атомно-абсорбционной спектрометрии, показало накопление таких элементов, как кадмий (Cd), свинец (РЬ), ртуть (^), железо ^е), стронций ^г), марганец (Мп) (см. таблицу), которое приводит к деструкции костной ткани, способствуя развитию остеопениии и
снижению костной прочности [1,3,5]. Токсич- ций, а также вызывать нарушения обмена в ные металлы могут встраиваться в состав костной ткани и дисрегуляцию процессов ре-кристаллов гидроксиапатита, вытесняя каль- моделирования.
Таблица
Содержание некоторых элементов в костной ткани подопытных крыс
(объединенный минерализат от 5 животных), мг/кг сухой массы_
Группа крыс Си Zn Mg Mn Sr Cd Fe Hg Cr Pb
Контроль 0,71 198 3138 0,6 33,4 следы 12 0,0008 3,64 следы
Опыт 0,89 295 2237 1,41 56,3 0,0044 31,9 0,0045 3,67 0,0011
Полученные результаты гистологической структуры костной ткани отражают снижение ее прочности, наблюдаемое при обследовании работников горно-обогатительного комбината, добывающих медно-цинковую колчеданную руду, которые в результате своей профессиональной деятельности длительно подвергаются воздействию рудничной пыли и с высокой долей вероятности в костной ткани накапливается ряд тяжелых металлов и токсичных элементов.
Выводы
Длительное поступление в организм компонентов медно-цинковой колчеданной руды у экспериментальных животных приводит к развитию структурных изменений гистологии трубчатых костей. В диафизах и эпифизах костей появляются признаки деструктивно-дегенеративных процессов, связанные с нарушением состояния межклеточного матрикса, что, несомненно, влечет снижение костной прочности.
Сведения об авторах статьи: Нургалеев Никита Валерьевич - аспирант кафедры биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: г. Уфа, ул. Ленина, 3.
Аглетдинов Эдуард Феликсович - д.м.н., профессор кафедры биохимии биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: г. Уфа, ул. Ленина, 3. Тел. 273-61-71.
Фаршатова Екатерина Рафаэлевна - к.м.н., ассистент кафедры патологической физиологии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: г. Уфа, ул. Ленина, 3. Тел. 273-85-71. E-mail: [email protected].
Бикметова Эльвира Рафинатовна - к.б.н., ассистент кафедры биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: г. Уфа, ул. Ленина, 3. Тел. 273-61-71.
Меньшикова Ирина Асхатовна - к.м.н., ст. преподаватель кафедры биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: г. Уфа, ул. Ленина, 3. Тел. 273-61-71.
Камилов Феликс Хусаинович - д.м.н., профессор, зав. кафедрой биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздрава России. Адрес: г. Уфа ул. Ленина, 3. Тел. 272-66-07. E-mail: [email protected].
ЛИТЕРАТУРА
1. Авцын, А.П. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология / А.П Авцын, А.А. Жаворонков, М.А. Риш, А.С. Строчкова. - М.: Медицина, 1991.- 496 с.
2. Влияние полиметаллической пыли медно-цинковых колчеданных руд на состояние минерального обмена и костной ткани / Аглетдинов Э.Ф., Нургалеев Н.В., Фаршатова Е.Р. [и др.] // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011. -№15 (134). - С. 14-18.
3. Казимирко, В.К. Остеопороз: патогенез, клиника, профилактика и лечение / В.К. Казимирко, В.А. Коваленко, В.И.Мальцев. -Киев: Марион, 2006. - 160 с.
4. Кудашева, А.Р. Частота остеопенического синдрома и отдельные показатели гормонального статуса у рабочих подземного рудника / А.Р Кудашева // Здравоохранение Башкортостана. - 2005. - №2. - С. 30-33.
5. Скальный, А.В. Биоэлементы в медицине / А.В. Скальный, И.А Рудаков. - М.: ОНИКС 21 век, Мир, 2004. - 272 с.
6. Чащин, В.П. Априорный профессиональный риск для здоровья работников горно-обогатительного предприятия / В.П.Чащин, З.Ф. Аскарова // Медицина труда и промышленная экология. - 2008. - №9. - С. 18-22.
7. Элементный статус работников горно-обогатительного предприятия / В.П. Чащин, З.Ф. Аскарова, Т.К.Ларионова, А.Р.Кудашева // Медицина труда и промышленная экология. - 2007. - .№10. - С. 9-13.
