CC BY
60
о £ f ® Оригинальные исследования
Цг^ /Original Researches/
International journal of endocrinology
УДК 616.718.43-001.5:616.441-002-019
КОВАЛЬЧУКП.е., ГАСЬКО М.В., ТУЛЮЛЮК С.В. Буковинський державний медичний унверситет, м. 4epHiBц
РЕПАРАТИВНИЙ ОСТЕОГЕНЕЗ У HOPMi ТА ЗА УМОВ ДЕФЩИТУ М^РОЕЛЕМЕНЛВ ЙОДУ ТА СЕЛЕНУ
Резюме. На сьогоднi без уваги дослщниюв залишаеться / потребуе вивчення низка нерозв'язаних пи-тань, серед яких: вплив селено- / йододефiцитних станiв на юсткову тканину, загоення юстковихдефектов i морфологiчнi особливост процесу за умов дефициту мiкроелементiв селену \ йоду. У данй робот/ наведенi результати експериментального дослiдження особливостей фiзюлопчного та репаративного остеогенезу при посттравматичних дефектах метадiафiза стегновоI кстки за умов дефициту мкроеле-менлв селену \ йоду. Наведенi нами данi св'щчать про негативний вплив дефициту мiкроелементiв на ре-паративний остеогенез, що проявляеться пригнiченням цього процесу / супроводжуеться порушенням формування ксткового регенерату, попршенням структурно-функцюнального стану кютково'1 тканини, розвитком дегенеративно-некротичнихзмн у юстковй тканинi та епiфiзарномухрящ Ключовi слова: остеогенез, йод, селен, дефiцит.
Вступ
Переб^ репаративного остеогенезу — складний бюлопчний процес, що перебувае шд постшним контролем внутршшх i зовшшшх чинниив [2—5].
Вплив йоду та селену на скелет i регенерацш истки носить непрямий характер. Йод вщграе ключову роль у функцюнуванш гормошв щитоподiбноí залози (ЩЗ) та входить до складу и основних гормошв — трийодти-роншу (Т3) i тироксину (Т4), яи е необхщними регуляторами для нормального розвинення та функцюнуван-ня скелета [6, 7].
На сьогодш численними дослщженнями доведений вплив тиреощних гормонiв на розвиток i метаболiзм скелетних тканин. Тиреощш гормони необхщш для нормального росту та розвитку. Вста-новлено, що у фiзiологiчних концентрацiях тирео1д-нi гормони стимулюють пролiферацiю та активнiсть остеобластiв, а саме — бюсинтез макромолекул мат-риксу i його формування поза клггинами, сприяють пролiферацií та дозрiванню хондроцитiв епiфiзарно-го хряща, що зумовлюе рiст кiсток у довжину [4—6, 9]. Ланкою мехашзму ди тиреощних гормонiв е на-явшсть ядерних рецепторiв в остеобластоподiбних клгганах та остеобластах, стромальних стовбурових клгганах кiсткового мозку, остеокластах i хондроци-тах епiфiзарного хряща [1, 3]. Дефщит тиреощних гормонiв призводить до розвитку остеопенп й осте-опорозу.
Спроби усунути йододефщитш захворювання лише йодовмюними препаратами, без усунення нестачi селену, збтьшують вiдносну кiлькiсть зобних трансфор-мацiй (дифузне збiльшення ЩЗ, вузловий i змiшаний
зоб, автсамунний тиреощит) з 18 до 83 % [6, 7, 9]. Це по-яснюеться тим, що дейодинази належать до селеновмь сних ферментав, активнiсть яких залежить вiд кшькосп цього мiкроелемента. Наприклад, дефiцит надходжен-ня селену в щурiв протягом 5—6 тижшв призводить до зниження продукцй' Т3 у мозку, печшщ та нирках. Вмiст Т3 i Т4 збiльшуеться i зменшуеться вщповщно у тварин iз селенодефiцитом.
Зазначений процес пояснюеться стимулюючою дiею йодовмюних препаратiв на функцiю ЩЗ, що призводить до активацй' окислювально-вщновних процешв у тканинах. При збоях в антиоксидантному захисп в клiтинах, пов'язаних iз селенодефiцитом, ак-тивацiя редокспроцешв у залозистому епiтелiï не минае безслщно [8—11].
На сьогоднi поза увагою дослiдникiв залишаеться та потребуе вивчення низка нерозв'язаних питань, серед яких: вплив йодо- i селенодефщитних сташв на ысткову тканину та загоення посттравматичних ыст-кових дефеклв за умов дефiциту мшроелементав йоду та селену.
Мета роботи: дослiдити в експеримент особли-востi репаративного остеогенезу при посттравматичних дефектах метадiафiза стегново!' истки за умов де-фщиту мiкроелементiв йоду та селену.
Адреса для листування з авторами:
Ковальчук П.6.
E-mail: [email protected]
© Ковальчук П.6., Гасько М.В., Тулюлюк С.В., 2015 © «М1жнародний ендокринолопчний журнал», 2015 © Заславський О.Ю., 2015
Матерiал i методи
Експериментальна частина виконана на 105 рендобрендних бших щурах-самцях трьохмiсячного вiку. Особливостi репаративного остеогенезу вивча-ли на моделi травматичного ушкодження, яке мо-делювали однотипно в проксимальному метадiафiзi стегново! ыстки незалежно вiд умов експерименту у фронтальнш площинi у виглядi дiрчастого дефекту. Дефект отримували за допомогою свердла дiамет-ром 1 мм.
Експеримент виконано на двох групах тварин: контрольнiй (К) та основнш (О).
До групи К було взято 21 тварину, на яких вивча-ли переб^ репаративного остеогенезу без застосування певного медикаментозного чи фiзичного впливу.
Основну групу становили 84 щури, з яких було сформовано двi шдгрупи, у кожну з яких входили:
— перша (О1) — щури, в яких процес загоення посттравматичного дефекту вивчали на фош дефiциту селену (42 тварини);
— друга (О11) — щури, у яких загоення посттравматичного дефекту спостер^али на фош дефщиту йоду (42 тварини).
Кожна з основних дослщних пiдгруп щурiв, у свою чергу, подтялася на двi частини. До першо! частини (Ч1) кожно! пiдгрупи включено по 21 твариш, в яких отримували вщповщний штучний дефiцитний стан; кожна друга частина (Ч2) обох тдгруп — по 21 твариш, яким проводили корекцш дефщитних станiв. Перебiг репаративного остеогенезу п!д впливом вищеперера-хованих шдукованих станiв розладу функци ЩЗ вивчали гiстоморфологiчно в строки спостереження до 30 дiб тсля отримання дефекту.
У тварин О1 моделювали дефiцит селену шляхом використання харчового рацюну з низьким вмютом селену (до 6 мкг/100 г). За 72 доби ушм тваринам було виконано дiрчастий дефект на дшянщ проксимального метадiафiза стегново! ыстки. Першу части-ну тварин (О1Ч1) пiсля отримання дiрчастого дефекту стегново! ыстки продовжували утримувати в сташ дефщиту селену, а тварин друго! частини (О1Ч2) ви-водили з цього стану шляхом використання харчового рацюну з вищим вмютом селену (до 55 мкг/100 г) у поеднанш з препаратом селен-актив з розрахунку 55 мкг/кг/добу.
У тварин друго! пщгрупи (О11) дефщит йоду моде-лювали щоденним застосуванням препарату мерка-золiл (50 мг/кг маси тла щура), який вводили одноразово в шлунок у витвд водно-крохмально! суспензи. Поряд iз цим у рацiонi використовували корм iз низьким вмiстом йоду. З метою пщтвердження наявностi йододефщитного стану чи його вiдсутностi в пщдослщ-них тварин дослiджували концентрацш йоду в сечi за допомогою набору «Йодтест № 50».
Через 21 добу ушм тваринам О11 було виконано дiрчастий дефект. Першу частину тварин (О11Ч1) т-сля отримання дiрчастого дефекту стегново! ыстки продовжували утримувати в сташ дефщиту йоду, а тварин друго! частини (О11Ч2) виводили з цього ста-
ну шляхом використання харчового рацюну з вищим вмютом йоду у поеднанш з препаратом йодомарин i3 розрахунку 3,73 мкг/кг/добу.
Переб^ репаративного остеогенезу тд впливом вищеперерахованих шдукованих сташв щурiв вивчали гютоморфолопчно у строки спостереження 7, 15 та 30 дiб тсля отримання дефекту.
Шд час експерименту тварин утримували у вь варш при належних клiматичних умовах, з дотри-манням 12-годинного режиму освiтлення та стандартного рацюну харчування вщповщно до вимог та мiжнародних принципiв бвропейсько! конвенцп про захист хребетних тварин, яы використовують-ся для експериментальних та шших наукових цiлей (European convention for the protection of vertebrate animal soused for experimental and other scientific purpose: Council of Europe 18.03.1986. — Strasburg, 1986. — 52 р.), Закону Укра!ни № 3447-IV вщ 21.02.2006 «Про захист тварин вщ жорсткого пово-дження» та бюетичних норм.
При плашметрп площу дефекту приймали за 100 %. Розмiри ысткового регенерату, що фор-муеться в дефекп, визначали планiметрично на комп'ютерному зображеннi за допомогою вимiрю-вально! сiтки зi стороною квадрата залежно вiд роз-мiру зображення об'екта вимiрювання та виражали у вщсотках. Методика впроваджена у вщдш пато-морфологп ДУ «1нститут травматологи та ортопедп НАМН Укра!ни».
Статистичну обробку матерiалу проводили з вико-ристанням програмного забезпечення Statistica v. 5.5. Нормальнють розподiлу перевiряли за допомогою теста Шатро — У!лка. Перевiрку гiпотези про статистичну однорщнють двох вибiрок проводили за допомогою критерив Стьюдента, кореляцiйний аналiз — з використанням критерiю Стрмена.
Результати дослiдження та Тх обговорення
За 7 дiб пiсля отримання дефекту у тварин контрольно! групи спостер^али активну клггинну пролiферацiю з боку перюсту та ендосту з форму-ванням грубоволокнисто! кiстково! тканини на rai слабко виражених явищ повнокров'я та набряку, заповнення дефекту новоутвореною кiстковою тканиною становило 31,86 ± 1,06 %. У основно! групи спостерiгали схожiсть перебiгу репаративного процесу у вщповщних частинах на вах термь нах дослщження (О1Ч1 та О11Ч1, О1Ч2 та О11Ч2) з вiдмiннiстю у заповненш травматичного дефекту. Гiстоморфологiчно вiдзначалася мережа нерiвно-мiрно! товщини кiсткових перекладок, мiжтрабе-кулярнi комiрки мiж якими заповнеш переважно фiброретикулярним кiстковим мозком, з пошире-ним просвiтом повнокровних капiлярiв i з вира-женим плазмостазом та явищами набряку. Заповнення дефекту становило: О1Ч1 — 19,57 ± 0,95 %, О1Ч2 — 22,36 ± 0,82 % та О11Ч1 — 18,00 ± 0,82 %, О11Ч2 — 20,96 ± 0,54 %.
За 15 дiб шсля нанесення дiрчастого дефекту у тварин контрольно! групи мшроскошчно ви-значали сповiльнене формування периостального ысткового регенерату, який обмежувався переваж-но дiлянкою травми метадiафiза стегново! кiстки. Ендостальний репаративний процес характери-зувався формуванням грубоволокнисто! кiстково! тканини та !! перебудовою, заповнення дефекту новоутвореною кiстковою тканиною становило 48,71 ± 2,03 %. У тварин О1Ч1 та О11Ч1 мiжтра-бекулярш комiрки заповненi переважно фiбро-ретикулярним ыстковим мозком, з поширеним просвггом повнокровних капiлярiв i вираженими явищами набряку i плазмостазу, компактна ыст-кова тканина кра!в дефекту стегново! ыстки мь стила поширенi дшянки некрозу, за периферiею яких спостер^али формування шару кiстково! тканини за типом замикаючо! пластинки. Заповнення дефекту — 23,57 ± 0,95 % та 21,48 ± 1,76 % вщповщно. В О1Ч2 та О11Ч2 спостерiгали по-ступове вщновлення репаративно! активностi формування кiстково! тканини, що супроводжу-валося збiльшенням активност пролiферацi! та остеобластних клiтинних елеменпв. Заповнення становило 29,00 ± 0,82 % та 28,39 ± 1,08 % вщпо-вiдно.
За 30 дiб у тварин контрольно! групи пролiфера-тивна активнiсть клiтин епiфiзарного хряща та наяв-нiсть процесу ендохондрiального окостенiння вка-зують на достатньо високу актившсть i фiзiологiчно! регенераци (формування) кiстково! тканини в про-цесi поздовжнього росту ыстки, заповнення дефекту новоутвореною ыстковою тканиною становило 95,42 ± 2,03 %. У тварин О1Ч1 та О11Ч1 спостерiгали певнi особливостi формування ысткового регенерату, що шдуковаш браком надходження вiдповiдних мiкроелементiв в оргашзм. Виявленi змiни торкали-ся у першу чергу пролiферацi! та диференцшвання клiтин в остеобласти, яы й вiдповiдають за утворен-ня ыстково! тканини. Заповнення дефекту становило 38,14 ± 1,50 % та 35,72 ± 2,01 % вщповщно. При О1Ч2 та О11Ч2 вiдновнi процеси прогресували та призводили до формування ыстково! тканини i до Г! аппозицп на поверхш кiсткових перекладок, мiжтра-бекулярнi комiрки були заповненi пролiферуючими остеогенними клгганами, також визначали дiлянки нечисленних остеокласпв, якi резорбували дистро-фiчно та некротично змшену кiсткову тканину. Заповнення становило 51,28 ± 1,50 % та 49,24 ± 1,09 % вщповщно.
Отже, наведенi нами даш свiдчать про негатив-ний вплив дефщиту мiкроелементiв селену та йоду на репаративний остеогенез, що проявляеться пригшченням цього процесу та супроводжуеться порушенням формування ысткового регенерату, попршенням структурно-функцiонального стану кiстково! тканини, розвитком дегенеративно-не-кротичних змiн у ыстковш тканинi та епiфiзарно-му хрящь
Висновки
1. У тварин дослщних груп Í3 модельованим дефщи-том йоду та селену формування ысткового регенерату було уповтьненим та перебрало на тлi виражених роз-ладiв кровопостачання.
2. Термiни формування ысткового регенерату були уповтьненими, у тварин дослщних груп Í3 модельова-ними дефiцитними станами йоду та селену пригшчен-ня стадiй ремоделювання регенерату вiдображаeться у зменшеннi вщносно! площi пластинчасто! ыстково! тканини порiвняно з контролем.
3. Корекцгя дефщитних станiв йоду та селену у тсля-операцiйному перiодi призводить до переб^ репаратив-ного остеогенезу, характерного для контрольних тварин.
Список лператури
1. Автандилов Г.Г. Медицинская морфометрия. Руководство /Г.Г. Афтандилов. — М.: Медицина, 1990. — 384с.
2. Бруско А.Т. Теоретичш та бiологiчнi аспекти загоення переломiв шсток // Хiрургiчне лкування, медична реабшта-ця, фiзiотерапiя при переломах шсток та захворюваннях су-глобiв: мiжнар. наук.-практ. конф. з мiжнар. уч., 10—11 квт-ня 2008р.: тези доп. — Кит — Манькiвка, 2008. — С. 14-17.
3. Гайко Г.В. Теоретические аспекты физиологической и патологической регенерации костей с позиций системных представлений/Г.В. Гайко, А.Т. Бруско//Журнал НАМН Украины. — 2013. — Т. 19, № 4. — С. 471-481.
4. Григоровский В.В. Метаболическая реакция организма и репаративная регенерация кости при инициированном по-вреждении/В.В. Григоровский, С.М. Магомедов// Ортопед. травматол. — 2000. — № 2. — С. 101-102.
5. Змти гормонального стану при ускладненому перебiгу репаративного остеосинтезу мсля множинних та поеднаних переломiв довгих шсток / О. О. Коструб, В. О. Литовченко, М.1. Березка [та т.] // Проблеми остеологи. — 2000. — Т. 3, № 4. — С. 35-36.
6. Danish investigation on iodine intake and thyroid disease Dan Thyr: status and perspectives / P. Laurberg, T. Jorgensen, H. Perrild, L. Ovsen [et al.]//European Journal ofEndrinology. — 2006. — Vol. 155. — P. 219-228.
7. Holmgren A. Selenoproteins of the thioredoxin system // Selenium. Its Molecular Biology and Role in Human Health / Ed. by D.L. Hatfield. — Boston, 2001. — P. 189-205.
8. Ren F.L. Effect of selenium and iodine deficiency on bone, cartilage growth plate and chondrocyte differentiation in two generations of rats / F.L. Ren R.X. Guo // Osteoarthritis Cartilage. — 2007. — Vol. 15. — P. 1171-1177.
9. Visser T.J. The elemental impotance of ufficient iodine intake /T.J. Visser// Endocrinology. — 2006. — Vol. 147, № 5. — P. 4039-4045.
10. Thyroid status during skeletal development determines adult bone structure and mineralization / K. Basset, K. Nordstrom, A. Boyde [et al.] // Mol. Endocrinology. — 2007. — Vol. 21, № 8. — P. 1893-1904.
11. Volzke H. Association Between Serum Insulin-Like Growth Factor I Levels and Thyroid Disorders in a Population-Based Study // J. of Clinical Endocrinology & Metabolism. — 2007. — Vol. 92, № 10. — P. 4039-4045.
Отримано 28.04.15 U
Ковальчук П.Е., Гасько М.В., Тулюлюк С.В.
Буковинский государственный медицинский университет,
г. Черновцы
РЕПАРАТИВНЫЙ ОСТЕОГЕНЕЗ В НОРМЕ И В УСЛОВИЯХ ДЕФИЦИТА МИКРОЭЛЕМЕНТОВ ЙОДА И СЕЛЕНА
Резюме. На сегодня без внимания исследователей остается и требует изучения целый ряд нерешенных вопросов, среди которых: влияние селено- и йододефицитных состояний на костную ткань, заживление костных дефектов и морфологические особенности процесса в условиях дефицита микроэлементов селена и йода. В данной работе представлены результаты экспериментального исследования особенностей физиологического и репаративного остеогенеза при посттравматических дефектах метадиафиза бедренной кости в условиях дефицита микроэлементов селена и йода. Приведенные нами данные свидетельствуют о негативном влиянии дефицита микроэлементов на репаративный остеогенез, которое проявляется подавлением этого процесса и сопровождается нарушением формирования костного регенерата, ухудшением структурно-функционального состояния костной ткани, развитием дегенеративно-некротических изменений в костной ткани и эпи-физарном хряще.
Ключевые слова: остеогенез, йод, селен, дефицит.
KovalchukP.Ye., Hasko M.V., TuliuliukS.V. Bukovinian State Medical University, Chernivtsi, Ukraine
REPARATIVE OSTEOGENESIS IN NORMAL CONDITIONS AND IN MICRONUTRIENT IODINE AND SELENIUM DEFICIENCY
Summary. Today, a number of unresolved issues remains without researchers' attention and should be explored, among them: the impact of selenium and iodine deficiencies on bone tissue, healing of bone defects and morphological peculiarities of the process under micronutrient iodine and selenium deficiency. This paper presents the results of experimental study of physiological features and reparative osteogenesis in posttraumatic defects of femoral metadiaphysis under selenium and iodine deficiency. The data that we have shown testify the negative impact of micronutrient deficiency on reparative osteogenesis that is manifested by inhibition of this process and is accompanied by the formation of bone regenerate, deterioration of structural and functional state of bone tissue, development of degenerative and necrotic changes in bone tissue and epiphyseal cartilage.
Key words: osteogenesis, iodine, selenium, deficiency.
