CC BY
50
УДК 613.63:622:[616.71-007.234:616.716.4]
© Н.В. Нургалеев, Е.Р. Фаршатова, Э.Ф. Аглетдинов, Ф.Х. Камилов, 2012
Н.В. Нургалеев, Е.Р. Фаршатова, Э.Ф. Аглетдинов, Ф.Х. Камилов МЕТАБОЛИЗМ КОСТНОЙ ТКАНИ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ
ПОСТУПЛЕНИИ ЭЛЕМЕНТОВ МЕДНО-ЦИНКОВЫХ КОЛЧЕДАННЫХ РУД
В ЭКСПЕРИМЕНТЕ
ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Минздравсоцразвития России, г. Уфа
При ежедневном введении per os в течение трех месяцев суспензии порошка медно-цинковой колчедановой руды из расчёта 60 мг/100г массы половозрелым крысам-самцам выявлено накопление в костной ткани нижней челюсти Zn, Fe, Mn, Sr, Pb, Cd, Hg и Cr. Методом хемилюминесценции в гомогенате кости подопытных животных установлены активация свободнорадикального окисления, снижение активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и каталазы, а также усиление катаболизма основного белка межклеточного матрикса - коллагена. Результаты исследования подтверждают взаимосвязь поражения пародонта с развитием остеопенического синдрома у горняков, добывающих медно-цинковую колчедановую руду.
Ключевые слова: костная ткань, медно-цинковая колчедановая руда, свободнорадикальное окисление.
N.V. Nurgaleev, E.R. Farshatova, E.F. Agletdinov, F.Kh. Kamilov METABOLISM OF MANDIBULAR BONY TISSUE IN CASE OF LONG-TERM
INFLOW OF COPPER-ZINC PYRITE ORE ELEMENTS UNDER EXPERIMENT
It has been determined that mandibular bony tissue accumulate Zn, Fe, Mn, Sr, Pb, Cd, Hg and Cr if powder suspension of copper-zinc pyrite ore is given to male rats per os for three months daily at 60 mg per 100 g of weight. Chemiluminescence method was used to determine in the bones gomogenate of tested animals activation of free radical oxidation, reduced activity of superoxide dismutase, glutathione peroxidase and catalase, and increase of catabolism of main intercellular matrix protein - collagen. The results of the study confirm the connection of periodontal disease with the development of osteopenic syndrome among miners extracting copper-zinc pyrite ore.
Key words: bony tissue, free radical oxidation, copper-zinc pyrite ore
Под влиянием химических факторов окружающей и производственной среды происходит интенсификация процессов, приводящих к патологическим изменениям тканей пародонта, развитию воспалительнодистрофических состояний [6, 7, 14]. В ряде исследований показана взаимосвязь поражения пародонта и системного остеопороза [3, 4, 5, 10, 12]. У пациентов с заболеваниями пародонта, приводящими к выпадению зубов, выявляются низкие показатели минеральной плотности кости [3]. У пациентов с остеопо-розом более чем в 40% случаев диагностируется хронический генерализованный пародонтит, а у пациентов без такового - лишь в 12,5% [4]. Основные факторы риска развития хронического генерализованного пародонтита и остеопороза совпадают [12, 13]. При заболеваниях пародонта первоначальные поражения возникают в альвеолярном отростке челюстей как локальный участок, при этом выраженным является генерализованный остеопороз, а воспалительная фаза поражения тканей пародонта наступает лишь после резорбции ме-жальвеолярных перегородок. Тяжесть поражения пародонта пропорциональна уровню минеральной плотности кости [3,5].
Исследование минеральной плотности костной ткани у 500 рабочих ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат» (Республика Башкортостан) выявило высокую
распространенность остеопенического синдрома - 66,6% [2]. Условия труда на комбинате при добыче руды подземным способом сопряжены с воздействием на организм горняков комплекса вредных факторов, ведущим из которых является пылевыделение различной степени интенсивности от 1 до 2,5 ПДК [16]. В рудах медно-серных колчеданных отложений обнаружено более 80 минералов, содержащих биоэлементы и токсичные металлы, которые поступают в организм рабочих. Изучение состояния тканей пародонта у рабочих комбината выявило высокую распространенность (98%) заболеваний пародонта и слизистой оболочки полости рта (76%), а также некариозных поражений зубов (33%).
Цель работы. Охарактеризовать метаболизм костной ткани нижней челюсти экспериментальных животных при длительном введении суспензии порошка медно-цинковой колчеданной руды.
Материал и методы
Экспериментальные исследования выполнены на 54 половозрелых крысах-самцах массой 180-220г. Животным подопытных групп внутрижелудочно ежедневно вводили суспензию порошка руды в 2,5% растворе крахмала из расчета 60мг/100г массы в течение трех месяцев. Контрольная группа животных (группа 1, п=17) получала идентичный объем раствора крахмала. При введении дозы
порошка руды исходили из учета минимальной токсичной дозы меди, содержащейся в руде в среднем в 3,5%. В гомогенатах передней части кости нижней челюсти после удаления передних зубов через 2 ( группа 2, n=17) и 3 месяца (группа 3, n=20) от начала затравки крыс определяли интенсивность хе-милюминесценции (хемилюминомер ХЛ-003, Россия), содержание ТБК-реагирующих продуктов (набор реагентов «АГАТ-МЕД»), общую антиокислительную активность [9], активность супероксиддисмутазы и глутати-онпероксидазы (наборы реагентов «Randox Labor Ltd»), каталазы [11], уровень свободного и белковосвязанного оксипролина (СО, БСО), гликозаминогликанов (ГАГ) по [17]. В кости нижней челюсти после удаления зубов исследовали также содержание некоторых биоэлементов и токсичных элементов методом атомно-абсорбционной спектрометрии
(Spectr АА 110).
Статистическую обработку результатов проводили по программе «Statistica for Windows 6,0» с определением медианы (Ме), ин-терквартильного интервала (Q1-Q3) и достоверности различий средних величин между группами по критерию Манна-Уитни (U).
Результаты и обсуждение
В костной ткани нижней челюсти у подопытных крыс, получавших порошок руды, обнаружено увеличение содержания цинка (Zn), железа ^е), кадмия (Cd), свинца (РЬ), ртути (Hg), стронция (Sr), хрома (Cr), марганца (Мп), в то время как уровни меди (Cu), магния (Mg) и кальция (Са) практически не подверглись изменению (табл. 1). Содержание токсичных элементов - кадмия (Cd), ртути (Hg), свинца (Pb) - у контрольной группы животных установлено в следовых количествах или на крайне низком уровне.
Таблица 1
Содержание некоторых элементов в кости нижней челюсти крыс (объединенной кости от 5 животных), мг/кг сухой массы
Группы крыс Си Zn Mg Mn Sr Cd Са Fe Hg Cr Pb
Группа 1 1,08 192 2993 1,94 45,7 <0,0001 98015 30,4 0,0007 2,75 <0,0001
Группа 2 1,18 249 2812 4,06 60,7 0,0031 118495 37,5 0,0021 3,56 0,0010
Группа 3 0,93 288 2938 3,91 70,6 0,0042 118029 48,7 0,0040 3,36 0,0010
У подопытных крыс уровень ^ повысился в 3-6 раз, появилось определяемое, хотя и низкое, содержание Cd и РЬ. В костной ткани РЬ замещает кальций в кристаллической решетке гидроксиапатита, снижает включение в костную ткань Са, Р и Mg [1, 8]. Кадмий вызывает остеомаляцию и стимулирует развитие остеопороза [15]. Ртуть, кадмий и свинец являются прооксидантами и антагонистами Se, 2п и витамина С, образуют лиганды с сульфгидрильными группами, фосфатами, имидазольными ядрами, ингибируют большую группу ферментов и других белков [1, 15]. Уровень стронция у подопытных крыс повысился в 1,5 раза. Sr повышает лабильность кристаллов гидроксиапатита костей [1] и может привести к развитию «стронциевого рахита». Си и Fе усиливают процессы свободнорадикального окисления, в то время как
марганец и цинк обладают в определенных условиях антиоксидантным действием [15].
Таким образом, изменения минерального состава костной ткани при действии элементов, обладающих близкими к кальцию величиной и зарядом атома, вносят определенную дезорганизацию минеральной структуры кости и снижают ее механическую прочность. С другой стороны, обнаруженные в кости тяжелые металлы активируют свободнорадикальные процессы и подавляют антиокислительную защиту, что способствует нарушению течения тканевых метаболических процессов.
Действительно, исследование свободнорадикального окисления в костной ткани нижней челюсти у подопытных животных методом хемилюминесценции выявило интенсификацию этих процессов (табл. 2).
Таблица 2
Интенсивность хемилюминесценции и содержания ТБК- активных продуктов в нижней челюсти при введении суспензии порошка
Показатели Г руппа животных
Контрольная (n=12) Через 2 месяца (n=12) Через 3 месяца (n=15)
Спонтанная светимость, ЕД 1,20 [1,03; 1,40] 1,92 [1,67;2,27] Р=0,00029 2,18 [1,82;2,56] P=0,0000 P1=0,12715
Амплитуда быстрой вспышки, ЕД 4,33 [4,10;4,70] 5,34 [5,16;5,90] Р=0,00061 5,71 [5,15;6,30] Р=0,00008 P1=0,18309
Светимость, ЕД 2,54[2,31;2,91] 2,77 [2,59;3,08] Р=0,26231 2,90 [2,56;3,18] Р=0,05393 Р1=0,00628
Светосумма, ЕД 4,87 [4,78;5,57] 5,42 [5,16;5,68] Р=0,11353 5,77[5,61;6,06] Р=0,00628 Р1=0,02650
ТБК-активные продукты, мкмоль/г 1,67[1,43;1,81] 1,78[1,51;2,53] Р=0,23488 2,43 [2,16;2,83] Р=0,02288 Р1=0,00068
Примечание. В этой и последующих таблицах: Р - различие с группой контроля; Р1- различие между 2- и 3-м месяцами.
У подопытных животных в кости статистически значимо повышены спонтанная светимость, отражающая течение свободнорадикальных процессов в ткани без инициации; амплитуда быстрой вспышки, характеризующая выраженность радикалообразования после инициации процесса ионами двухвалентного железа, а также величины максимальной светимости и светосуммы, выражающие способность тканей к окислению. Об интенсификации окислительных процессов в костной ткани челюсти при действии смеси биоэлементов и токсичных микроэлементов свиде-
Таблица 3
Показатели антиоксидантной защиты костной ткани нижней челюсти у крыс при длительном действии суспензии порошка медноцинковой колчеданной руды, Ме ^1^3].
тельствует и повышение содержания одного из вторичных продуктов липопероксидации-ТБК-активных соединений.
В костной ткани нижней челюсти у подопытных животных обеих групп выявилось снижение активности основных антиок-сидантных ферментов -супероксиддисмутазы (СОД), глутатионпероксидазы (ГПО) и ката-лазы, а также общей антиоксидантной защиты (ОАА), отражающей в основном состояние неферментативного звена антиокислительных систем ткани (табл. 3).
Показатели Г руппа животных
Контрольная (п=12) Через 2 месяца (п=12) Через 3 месяца (п=15)
СОД, Ед/мг белка 72,0 [68,6;75,7] 53,5 [50,6;58,4] Р=0,00076 47,6 [42,9;52,2] Р=0,00001,Р1=0,02650
ГПО, Ед/ мг белка 491 [469;523] 394 [373;415] Р=0,00013 341 [315;376] Р=0,00014, Р1=0,00189
Каталаза, мкмоль/мг белка 6,80 [6,47;7,17] 5,23 [5,09;5,32] Р=0,00008 5,08 [4,76;5,72] Р=0,00014, Р1=0,47084
ОАА, % 49 [45,8;52,5] 37,1 [36,6;40,2] Р=0,00017 29,3 [ 24,6;36,6] Р=0,00002, Р1=0,02276
Ряд тяжелых металлов, входящих в состав руды, может непосредственно вызывать угнетение антиоксидантной защиты и функциональной активности биомолекул, блокируя сульфгидрильные группы белков, глута-тиона и других соединений. Другие металлы с переменной валентностью являются инициаторами образования активных форм кислорода и таким образом могут создавать напряженный уровень свободнорадикальных процессов, вызывая развитие хронического окислительного стресса. Имеются также указания о нарушении всасывания ряда антиоксидант-ных витаминов (аскорбиновой кислоты, токоферола, ретинола) при воздействии на организм некоторых тяжелых металлов [15].
Комплекс патогенетических механизмов, оказывающих негативное влияние на состояние костной ткани, вызывает в ней интенсификацию катаболических процессов, способствующих деградации межклеточного матрикса. Так, у животных, получавших токсикант на протяжении 3 месяцев, в костной ткани нижней челюсти статически значимо повышается СО, а БСО снижается (табл. 4). Эти изменения позволяют констатировать усиление распада основного белка межклеточного матрикса - коллагена.
Содержание ГАГ в кости при интоксикации компонентами руды несколько возрастает, что, вероятно, связано с перестройкой структуры кости и активацией процессов остеогенеза.
Таким образом, результаты экспериментальных исследований свидетельствуют об усилении в костной ткани челюсти экспери-
ментальных животных процессов липоперок-сидации и развития окислительного стресса на фоне недостаточной эффективности действия факторов антиокислительной защиты.
Таблица 4
Содержание фракций оксипролина и гликозаминогликанов в кости нижней челюсти у экспериментальных животных, _____________________Ме ^1 - дз]______________________
Г руппа крыс Показатели, мкмоль/г ткани
СО БСО ГАГ
Контрольная (п=12) 1,005 [0,96; 1,10] 2,00 [1,85; 2,15] 1023 [1013; 1083]
Через 3 мес. (п=15) 1,33 [1,00; 1,38] Р=0,00009 1,70 [1,50; 1,90] Р=0,00221 1144 [1100; 1213] Р=0,00631
Данный факт не противоречит концепции о роли окислительных изменений в патогенетических механизмах развития хронического генерализованного пародонтита [14] и подтверждает взаимосвязь поражения паро-донта с развитием остеопороза. Это может служить объяснением высокой распространенности заболеваний пародонта у горняков при длительном воздействии токсичных элементов, поступающих в организм в процессе профессиональной деятельности, хотя и в малых концентрациях [16].
Выводы:
1. Установлено, что длительное поступление в организм компонентов медноцинковой колчеданной руды приводит к нарушению метаболизма костной ткани лицевого скелета и накоплению в ней ряда токсичных металлов.
2. Показано, что одним из патохимических механизмов остеотоксического действия компонентов руды является интенсификация свободнорадикального окисления в костной
ткани со снижением антиокислительной за- сопровождается усилением в костной ткани щиты. нижней челюсти катаболизма коллагена, ос-
3. Выявлено, что воздействие компо- новного белка межклеточного матрикса. нентов медно-цинковой колчеданной руды
Сведения об авторах статьи:
Нургалеев Никита Валерьевич - аспирант кафедры биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздравсоцразвития России. Адрес: 450000, г. Уфа, Ленина, 3.
Фаршатова Екатерина Рафаэлевна - к.м.н., ассистент кафедры патологической физиологии ГБОУ ВПО БГМУ Минздравсоцразвития России. Адрес: 450000, г. Уфа, Ленина, 3. Тел. 273-85-71.
Аглетдинов Эдуард Феликсович - д.м.н., профессор кафедры биохимии биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздравсоцразвития России. Адрес: 450000, г. Уфа, Ленина, 3.
Камилов Феликс Хусаинович - д.м.н., профессор, зав. кафедрой биологической химии ГБОУ ВПО БГМУ Минздравсоцразвития России. Адрес: 450000, г. Уфа, Ленина, 3. Тел. 227-66-07.
ЛИТЕРАТУРА
1. Авцын, А.П., Жаворонков, А.А., Риш, М.А., Строчкова, Л.С. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология.- М.: Медицина, 1991. - 496 с.
2. Аглетдинов, Э.Ф., Влияние полиметаллической пыли медно-цинковых колчеданных руд на состояние минерального обмена и плотности костной ткани / Э.Ф. Аглетдинов, Н.В. Нургалеев, Е.Р. Фаршатова // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2011. - №15. - С. 14-18.
3. Артюшкевич, А.С. Остеопороз в клинике болезней пародонта. Часть 2. Генерализованный пародонтит и системный остеопороз / А.С. Артюшкевич // Российский стоматологический журнал. - 2008. - N° 1. - С. 48-51.
4. Арутюнов, С.Д. Особенности пародонтального статуса пациентов с потерей минеральной плотности костной ткани периферического скелета / С.Д. Арутюнов, А.Л. Верткин, Н.В. Плескановская // Стоматология. -2008. - № 2. - С. 61-65.
5. Арутюнов, С.Д. Характер поражения пародонта при системной потере минеральной плотности кости / С.Д. Арутюнов, А.Л. Верткин, Н.В. Плескановская //Российский стоматологический журнал. - 2009. - № 1. - С. 23-26.
6. Даутов, Ф.Ф. Влияние условий труда в резинотехнологическом производстве на стоматологическую заболеваемость рабочих / Ф.Ф. Даутов, И.В. Филлипова // Гигиена и санитария. - 2008. - № 2. - С. 37-60.
7. Кабирова, М.Ф. Влияние неблагоприятных факторов производства этилбензола и спирола на состояние ткани пародонта / М.Ф. Кабирова, И.И. Гиниятуллин, А.Б. Бакиров // Казанский медицинский журнал. - 2008. - № 4. - С. 526-528.
8. Казимирко В.К., Коваленко В.А., Мальцев В.И. Остеопороз: патогенез, клиника, профилактика и лечение. - Киев: Марион, 2006. - 160 с.
9. Оценка антиокислительной активности крови с применением желточных липопротеидов / Г.И. Клебанов, И.В. Бабенкова, Ю.О. Теселкин [и др.] // Лабораторное дело. - 1988. - № 5. - С. 59-62.
10. Козлова, М.В. Атрофия альвеолярной кости при частичном и полном отсутствии зубов как фактор наличия остеопенического синдрома / М.В. Козлова, А.М. Панин, В.Ф. Бизяев // Российский стоматологический журнал. - 2009. - № 1. - С. 23-26.
11. Королюк, М.А. Метод определения каталазы / М.А. Королюк, Л.И. Иванова, И.Г. Майорова, В.Е. Токарев // Лабораторное дело.
- 1988. - № 1. - С. 16-19.
12. Мухаметдинова, Л.Р. Биохимические и рентгеноденситометрические показатели ремоделирования костной ткани в диагностике генерализованного пародонтита / Л.Р. Мухаметдинова, Ф.Х. Закиров // Современная медицина. Теория и практика. - 2003. - № 6. - С. 14-116.
13. Остеопороз. Диагностика, профилактика и лечение/ под ред. О.М. Лесняка, Л.И. Беневоленского. - М.: ГЭОТАР - Медиа, 2010.
- 269 с.
14. Этиопатогенетические аспекты хронического пародонтита / М.А. Пузин, Е.С. Кипарисова, В.Д. Вагнед // Российский стоматологический журнал. - 2012. - № 1. - С. 28-32.
15. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. -М.: ОНИКС 21 век, Мир, 2004. - 272 с.
16. 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.
17. Биохимические методы анализа показателей обмена биополимеров соединительной ткани: методические рекомендации / П.Н. Шараев, В.Н. Пишков. О.Н. Зубарев [и др.]. - Ижевск, 1990. - 14 с.
