CC BY
24
ИНДУЦИРОВАНИЕ РЕГЕНЕРАЦИИ ЭЛАСТИЧЕСКОГО ХРЯЩА КРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ АППЛИКАТОРАМИ ИЗ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ МЕТОД ЛЕЧЕНИЯ ГЛУБОКИХ ОЖОГОВ УШНОЙ РАКОВИНЫ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)
И.Е. Никитине, К.Л. Лфоничев, В.В. Петраш*, Л.В. Ильина*
ФГУ «Научно-исследовательский детский ортопедический институт им, Г.И, Турнера Росмедгпехнолотй>>, директор - дм.н. профессор А.Г. Баиндурашвили;
*ФГУП «Научно-исследовательский институт промышленной и морской медицины ФМБА России», директор - академик РАЕН, дм.н. профессор В.В. Дов/уша Санкт -Петербург
Лечение обширных глубоких травматических поражений кожи и глубжележащих тканей - одна из важнейших проблем современного здравоохранения. Особое клиническое значение имеет проблема стимуляции регенерации поврежденных биологических тканей в связи с острой необходимостью разработки эффективных методов полного восстановления тканевых структур в области их дефекта, особенно возникших в результате тяжелой ожоговой травмы. Природные и техногенные катастрофы приобретают все более массовый характер, при этом весьма уязвимыми являются органы в области головы. Глубокие ожога носа, ушных раковин могут сопровождаться поражением входящих в их состав хрящевых тканей, которые имеют небольшую ре-паративпую способность. Заживление высокодиф-ференцнрованного хряща происходит путем фор-М1 гровш и ш неэласт1 мной ф1 гброз110Й Т1Ш1 и I [ 13], что может приводить к провоцированию и усугублению деформации пораженных органов. Существующие мероприятия по восстановлению обширных дефектов хряща опираются, в основном, на различные модификации технологии пересадки хрящевых тканей. Но показатели неудовлетворительных результатов лечения продолжают оставаться высокими, а также значительные эстетические и психические нарушения у пациентов, перенесших обширные глубокие ожоговые повреждения. В связи с этим в настоящее время для развития современных медицинских технологий необходимо искать адекватные воздействия на биологические ткани с целью повышения их репаративного потенциала
До сих пор считалось, что для активизации метаболизма биологических клеток, в том числе хрящевых, необходимо улучшить их кровоснабжение. Однако современные авторы [15] считают, что организм может оказывать стимулирующее воздействие на хондроциты иными факторами, нежели клеточно-гуморальные, природа которых уточняется. В настоящее время установлено, что регулирующее влияние организма на гомеостаз собственных тканей осуществляется
генерацией электромагнитных полей в широком диапазоне спектров [ 1 ], которые являются небезразличными для организма и выполняют регулирующую функцию [3]. Не исключено, что собственные электромагнитные поля организма могут оказывать стимулирующее влияние на регенерацию хрящевой ткани. Это предположение можно проверить на модели эксплантатов ушной раковины, содержащих эластический хрящ, при их взаимодействии с материалами, обладающими выраженными электрооптическими свойствами, например, кристаллическими кремнием (Б!) и арсенндом галлия (СаЛз).
Цель исследования - изучение влияния полупроводниковых материалов, могущих преобразовывать электромагнитные поля на репара-тивную способность эластического хряща в условиях исключения воздействия на него клеточно-гуморальных факторов со стороны организма.
Исследование проведено на 6 взрослых кроликах породы шиншилла обоих полов в возрасте от 10 месяцев до 1 года, содержание и использование которых соответствовало Международным требованиям и Европейской Конвенции по гуманному отношению к экспериментальным животным. У каждого кролика в области кончика левого уха выстригали шерсть и под проводниковой анестезией 2% раствором новокаина поперечным разрезом иссекали концевой отдел ушной раковины размерами, не превышающими '/ ее длины. Каждый ее эксплантат рассекали на 5-6 кусочков размерами 1,0x1,0 см, общее число которых от всех кроликов составило 33. Один из кусочков каждого ушного эксплантата, отнесенного к интактной группе, направляли на гистологическое исследование. Остальные кусочки ушной раковины (27) упаковывали в тонкую полиэтиленовую пленку толщиной 30 мкм для изоляции от среды и укладывали внутренней стороной на текстолитовые подставки в пластиковые контейнеры с относительной влажностью воздуха 100?4
Эксперимент в опытной группе кусочков проведен по 2 сериям (в каждой по 9 образцов). В первой серии на каждый кусочек ушной раковины укладывали монокристалл кремния размером '/4 от площади кусочка. Во второй серии на каждый кусочек укладывали монокристалл арсенида галлия таких же размеров, как и у кремния. На кусочки ушной раковины контрольной группы (9 штук) полупроводниковые аппликаторы не укладывали. Контейнеры с образцами контрольной и опытной групп выдерживали в термостате при температуре 37°С. Извлечение их из термостата и микроскопическое исследование производили через одни, двое и трое суток. Процессы, происходящие в тканях хряща, изучали классическим гистологическим методом, срезы окрашивали гематоксилином - эозином и альциаповым синим.
При гистологическом исследовании хряща термостатированных кусочков ушной раковины контрольной и опытной групп проводилось сравнение его структуры со структурой ннтактного хряща.
В норме хрящевая ткань ушной раковины представляет собой тонкую пластинку эластического хряща, покрытую с обеих сторон надхрящницей и кожей. Хондроциты имеют правильную округлую форму, в них отчетливо различаются ядра. Клетки надхрящницы имеют вытянутую форму и располагаются строго упорядочений параллельно поверхности хрящевой пластинки (рис. 1).
выраженнее, что проявлялось в разрушении ядерного вещества, ослаблении окрашиваемое™ хон-дроцнтов (рис. 2). Быстрая девнталнзацня хряща термостатированных кусочков контрольной группы может объясняться существенным ослаблением плазматического питания со стороны прилежащих тканей ввиду удаления из организма. Принято считать, что ушной хрящ выживает только находясь непосредственно в организме, например, при пересадках [14].
Иная структура хряща наблюдалась в опытной группе кусочков ушной раковины после их термостатирования в присутствии аппликаторов из полупроводниковых материалов. При этом динамика морфологических изменений эластического хряща была одинаковой как в первой, так и во второй сериях опытов, то есть независимо от того, происходила инкубация вблизи кремния или арсенида галлия. Во всех эксплантатах признаки деструкции эластического хряща хотя и имели место, однако оказались слабо выраженными, несмотря на изоляцию от организма и нарушение трофики. В структуре хряща отмечалась вакуолизация хондроцнтов, при этом они из округлых превратились в полигональные с некоторым увеличением объема. Интенсивность окраски их ядер основными красителями была снижена (рис. 3).
1ЖЧ
м- И
#
а б
Рис. 1. Структура эластического хряща ушной раковины кролика в норме: а — поперечный срез ушной раковины: 1 — хондроциты правильной округлой формы: 2 — надхрящница: 3 — эпидермис: 4 — волосяной фолликул. Окраска гематоксилином — эозином. Ув. х 100: б — область перехода хряща в надхрящницу: 1 — хондроциты: 2 — надхрящница. Окраска гематоксилином — эозином. Ув. х 600.
В контрольной группе кусочков ушной раковины в хрящевой ткани с первого дня термостатирования начали наблюдаться явления прогрессирующего некроза. К концу третьих суток некротические процессы в хряще стали значительно
Вместе с тем структура хрящевой ткани всех образцов имела отличительный признак, а именно: наличие тенденции к регенерации хондроцнтов. Это проявлялось как за счет деления самих хондробластов, прилежащих к надхрящнице, так
46
1(47)-2008
ТРАВМАТОЛОГИЯ И О Р Т О П Е Д И Я Р О С С И И
Рис. 2. Структура эластического хряща контрольной группы кусочков ушной раковины кролика после 3-суточного тер-мостатирования: а — общий вид хряща: 1 — нскротизированные хондроциты: 2 — надхрящница. Окраска гематоксилином — эозином. Ув. х 100: б — область перехода хряща в надхрящницу: 1 — нскротизированные хондроциты: 2 — надхрящница. Окраска гематоксилином — эозином. Ув. х 600.
Рис. 3. Типичная структура эластического хряща опытной группы кусочков ушной раковины кролика, характерная для образцов, термостатированных 3 суток вблизи кристаллов кремния и арсенида галлия: а — общий вид хряща: 1 — хондроциты полигональной формы: 2 — надхрящница: 3 — делящиеся клетки на границе хряща с надхрящницей. Окраска гематоксилином — эозином. Ув. х 100: б — область перехода хряща в надхрящницу: 1 — хондроциты: 2 — надхрящница: 3 — делящийся хондробласт: 4 — делящаяся клетка надхрящницы. Окраска гематоксилином — эозином. Ув. х 600.
и за счет деления хондрогенных клеток надхрящницы (см. рис. 3) по обеим сторонам хрящевой пластинки. То есть, в первой и второй сериях опытов эластический хрящ проявил способность к интерстициалыюму (внутритканевому) и аппозиционному (за счет продукции клеток надхрящницы) росту, несмотря на то, что необходимым условием протекания указанных процессов является обеспечение оптимальной трофики [2].
В последние годы обнаружены многочисленные эффекты воздействия структурных форм, таких как кристаллы, на процессы, протекающие в биологических системах [8]. Природа этого взаимодействия
пока окончательно не выяснена, хотя хорошо показано его дистанционное проявление [7]. Возможно, полупроводниковые монокристаллы в обеих сериях проведенного исследования могли повлиять на эластический хрящ опосредованно. Хорошо известно, что кристаллы кремния и арсенида галлия имеют свойство преобразовывать электрические сигналы, усиливая их мощность, и генерировать под их действием собственные электромагнитные поля [9]. Можно предположить, что в проводимых экспериментах источниками электрических полей могли быть клетки биологических тканей, например, хрящевой, так как доказано, что хондроциты генернру-
ют электрические потенциалы [11]. Однако, учитывая значительное ослабление электрического поля хопдроцитов в межтканевой жидкости, следует допустить, что основным источником электрических полей, скорее всего, является покровная ткань -кожа, причем наибольшее значение в создании внешнего поля кожи имеет ее поверхностный слой - эпидермис [4, 5]. Согласно расчетным данным внутри базальных клеток эпидермиса напряженность поля составляет 1000000 В/см [12]. Если учесть, что изменения биофизических, физиологических и генетических функций клеток и тканей наблюдаются при напряженности поля 10 -1000 В/см [10], то из приведенных данных следует, что напряженность электрического поля вблизи эпидермиса сопоставима или даже превосходит значения напряженности электрических полей, которые достаточны для изменения свойств биомакромолекул и функций клеток. Кроме того, генерируемые эпидермисом электрические сигналы, дополнительно преобразованные кристаллами полупроводников, могли оказать стимулирующее влияние на эластический хрящ, что привело к индуцированию в нем процессов регенерации. Следует отметить, что хрящевой ткани свойственно реагировать на другие биологические ткани организма в условиях изоляции от них и отсутствия с их стороны клеточно-1уморалы1ых воздействий [6].
Заключение
Проведенные эксперименты позволяют предположить, что эластический хрящ ушных раковин может проявить способность к регенерации в условиях нарушения трофики, в зависимости от того, находились ли они вблизи монокристаллов полупроводников - материалов, способных преобразовывать электромагнитные волны. Дальнейшее изучение выявленных закономерностей может быть перспективным в плане разработки клинических неинвазивных методов регенерации пораженного хряща с целью предотвращения и исправления деформаций поврежденных органов, что весьма актуально при лечении глубоких ожоговых ран.
Литература
1. Антонов, В.Ф. Биофизика: учеб. для студ. высш. учеб.
заведений / В.Ф. Антонов. — М.: Гуманит. изд. центр
"ВААДОС", 2003. - 288 с.
2. Беллендир, Э.Н. Экспериментально-морфологические особенности перихондрального хондрогенеза / Э.Н. Беллендир, Б.М. Ариель // Морфология. — 2005. - Т. 127, № 3. - С. 63-67.
3. Бурлаков, А.Б. Дистантное оптическое взаимовлияние эмбрионов низших позвоночных в процессе развития / А.Б. Бурлаков, О.В. Бурлакова, Ю.Н. Королев // Онтогенез. - 1999. - Т. 30, № 6. - С. 471-473.
4. Ильинский, А.В. Биологические структуры как фотонные объекты / А.В. Ильинский, Ф. Сильва-Анд-раде, Е.Б. Шадрин // Биофизика. — 2006. — Т. 51, вып. 4. - С. 743-748.
5. Кулин, Е.Т. Биоэлектретный эффект / Е.Т. Кулин. — Минск: Наука и техника, 1980. — 216 с.
6. Никитюк, И.Е. Структура хряща метаэпифизарных пластинок роста в условиях полной изоляции от кле-точно-гуморальных воздействий при пересадке в мягкие ткани (экспериментальное исследование) / И.Е. Никитюк, И.В. Попов, В.А. Полянский // Морфология. - 2007. - Т. 131, № 3. - С. 45-49.
7. Петраш, В.В. Спонтанное дистанционное биологическое воздействие кристаллических структур / В.В. Петраш, Л.В. Ильина, В.А. Морозов / Человек и электромагнитные поля: тезисы докл. II Междунар. конф. — Саров, 2007. - С. 32-33.
8. Петраш, В.В. Использование эффектов фотонно-вол-новых взаимодействий биосистем с веществом в продлении жизнеспособности изолированных кожных лоскутов / В.В. Петраш, И.Е. Никитюк // Вестник Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И. Мечникова. — 2007. — № 1. - С. 118-121.
9. Петров, К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника / К.С. Петров. — СПб.: Питер, 2006. — 522 с.
10. Altmann, С. Einfluss des luftelektrischen Feldes auf das Haut-Potential von Rana esculenta / G. Altmann, G. Andress, M. Lehmair // Experientia. — 1972. — Vol. 28, N 4. - P. 422-424.
11. Friedenberg, Z.B. Electro-osteograms of long bones of immature rabbits / Z.B. Friedenberg, R.H. Dyer, C.T. Bringhton //J. Dent. Res. - 1971. - Vol. 50, N 3.
- P. 635-639.
12. Menefee, E. Charge separation associated with dipole disordering in proteins / E. Menefee // Ann. N.Y. Acad. Sci. - 1974. - Vol. 238. - P. 53-67.
13. Motoki, D.S. The healing of bone and cartilage / D.S. Motoki, J.B. Mulliken // Clin. Plast. Surg. - 1990." - Vol. 17, N 3.
- P. 527-544.
14. Peer, L.A. Further studies on the growth of rabbit ear cartilage grafts / L.A. Peer, I.S. Walia, W.G. Bernhard // British J. Plast. Surg. - 1966. - Vol. XIX, N 2. - P. 105109.
15. Synder, M. Experimental epiphysiodesis: magnetic resonance imaging evaluation with histopathologic correlation / M. Synder, H.T. Harcke, K. Conard // Internat. Orthop. (SICOT). - 2001. - Vol. 25, N 6. -P. 337-342.
48
1(47)-2008
ТРАВМАТОЛОГИЯ И О P T О П E Д И Я Р О С С И И
