Структурно-функціональна характеристика губчастої кісткової тканини на 21-шу добу репаративного остеогенезу за умов модельованого мікроелементозу

Гусак Є.В.

7. Сенчакович Ю.В. Морфометрична характеристика ланок мжроциркуляторного русла тднебшних залоз при експериментальнш riпосалiващI / Ю.В. Сенчакович, Г.А. Срошенко // Вiсник проблем бюлогп та медицини. -2014. -Вип. 3, Т. 3 (112). - С. 275 - 278.

8. Якименко Д. О. Особливост профшактики i лжування протезних стоматитiв у хворих з метаболiчним синдромом : автореф. Дис. на здобуття наук. Ступеня канд. мед. наук : спец. 14.01.22 «стоматолопя» / Д. О. Якименко. - Одеса, 2012.- 20 с.

9. European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. -Strasbourg: Council of Europe, - 1986. - 53 р.

10. Yeroshenko G.A. Methacrylate-induced changes in metric parameters of rat palatine glands / Yeroshenko G.A., Senchakovich Yu.V. Yeroshenko A.I. // European International Journal of Science and Technology.- 2015. - Vol.4, No.3 . -P.132-135.

СТРУКТУРНАЯ ПЕРЕСТРОЙКА СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ДЕСНЫ КРЫС ПОСЛЕ ДЕЙСТВИЯ МЕТАКРИЛАТА Герасименко С. Б.

Влияние 1% раствора метилового эфира метакриловой кислоты в течение 14 суток приводит к структурным изменениям слизистой оболочки прикрепленной части десны крыс, которые проявляются утолщением эпителиальной пластинки за счет увеличения рядов клеток в шиповатом и роговом слоях. Увеличивается количество интраэпителиальных лимфоцитов. В собственной пластинке развивается полнокровие сосудов гемомикроциркуляторного русла и периваскулярный отек. До 30 суток наблюдения установлено уплотнение роговых чешуек и уплощение клеток зернистого слоя, в собственной пластинке увеличилось количество тучных клеток. Полученные гистологические данные подтвердились при морфометрическом исследовании. Установленные гистологические и морфометрические изменения слизистой оболочки прикрепленной части десны крыс обусловлены как непосредственным раздражающим воздействием 1% раствора метилового эфира метакриловой кислоты, так и изменениями в системе микроциркуляции, что приводит к нарушению трофики компонентов слизистой оболочки.

Ключевые слова: десна, прикрепленная часть, слизистая оболочка, метакрилат.

Стаття надшшла 12.06.2015 р.

STRUCTURAL ADJUSTMENT OF RATS' GUMS MUCOSA AFTER THE

METHACRYLATE INTRODUCTION Gerasimenko S.B.

Effect of 1% methyl ester of methacrylic acid solution for 14 days leads to structural changes in the mucosa of rats' gum attached parts which appear of epithelial thickening of the plate due to the increase in the rows of cells in the corneum and spinosum layesr. The number of intraepithelial lymphocytes increased. In the lamina propria developing vascular congestion of hemomicrocirculatory bed and perivascular edema. Up to 30 days of observation set the seal horny scales and flattening of granular layer's cells, the number of mast cells increased in the lamina propria. These histological findings were confirmed at the morphometric study. Installed histological and morphometric changes of gum's attached part mucosa of rats caused a direct irritant effect of 1% methyl ester of methacrylic acid, and changes in the microcirculation system, that causing a disruption of the mucosa's components trophics.

Key words: gum, attached part, mucosa, methacrylate.

Рецензент Бшаш С.М.

УДК 57.017.3:577.118:548:539.4:616.71-003.93

СТРУКТУРНО-ФУНКЦЮНАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ГУБЧАСТО1 К1СТКОВО1

ТКАНИНИ НА 21-ШУ ДОБУ РЕПАРАТИВНОГО ОСТЕОГЕНЕЗУ ЗА УМОВ МОДЕЛЬОВАНОГО М1КРОЕЛЕМЕНТОЗУ

В робой представлен результати дослщження структурно-функщонально! характеристики ГКТ на 21-шу добу репаративного остеогенезу за умов мжроелементозу з використанням методiв рентгешвсько! дифракцп та ударно! в'язкоси. Аналiз мкроструктурних характеристик ГКТ показав меншi розмiри кристалтв та бшьший рiвень мкродеформацп кристатно! реш^ки в експериментальнш грут порiвняно з контролем. Вивчення показниюв ударно! в'язкост як енергетично! характеристики ГКТ показало зниження рiвня стшкостп до крихкого руйнування в 2,7 рази в експериментальнш грут. Результати дослщження свщчать про негативний вплив важких металiв на регенераторний потенщал ГКТ, а саме змш параметрiв мкроструктури мшералу та попршення тривюсних властивостей.

Ключовi слова: губчаста юсткова тканина, апатит, репаративний остеогенез, рентгешвська дифракщя, ударна в'язюсть, кристалiчна реш™а, тривюсш властивость

Робота е фрагментом НДР «Морфофункщональш особливостi перебудови скелета та внутрштх оргатв в умовах порушення гомеостазу оргашзму» (№ держреестрацн 0110и001287).

Арх1тектошка губчасто! юстково! тканини (ГКТ) - це шдивщуальна штегральна вщповщь юстки на напруження { деформаци, яких вона зазнае при р1зноман1тних навантаженнях. ГКТ за сво!ми мехашчними властивостями е неоднорщною, нелшшною 1 ашзотропною [14]. Кр1м того вони можуть ютотно змшюватись залежно вщ вшу, стал, структурно-функцюнального стану юстково! тканини, наявност1 локальних { системних патолопчних процешв. Не зважаючи на те,

що переломи серед губчастих юсток складають до 5% вщ загально1 кiлькостi травм, ïx загоення ускладнене за рахунок трабекуляр^' будови i мiсць лок^заци в органiзмi [8].

На сьогодшшнш час iснуе проблема забруднення навколишнього середовища важкими металами (ВМ), яю мають широкий спектр антагошстичних i синергiчниx властивостей та можуть стати причиною появи патолопчних сташв у кiстковiй тканинi [2, 4, 9, 11, 15].

Метою роботи було дослщити дда комбiнацiï важких металiв на структурно-функцiональну характеристику ГКТ в перюд репаративного остеогенезу, а саме мшроструктурш особливостi структури мшералу ГКТ та ïï мехашчш властивостi на 21 добу загоення перелому шд час надходження до оргашзму пiдвищеноï кiлькостi ВМ.

Матерiал та методи дослiдження. До початку експерименту тварин ушх серiй утримували на звичайному харчовому рацiонi та в умовах, що вщповщають «Саштарним правилам створення, обладнання та утримання експериментально-бюлопчних клiнiк ^варив)» вiд 06.04.73 р. та доповненням вiд 04.12.78 р. до Наказу МОЗ СРСР № 163 вщ 10.03.66 р. «Про добовi норми харчування тварин та продуцента». Уся експериментальна частина дослщження була проведена згщно з вимогами мiжнародниx принципiв „€вропейськоï конвенци щодо захисту хребетних тварин, яю використовуються в експериментi та шших наукових цшях" (Страсбург, 1986 р.), принцитв Гельсiнськоï декларацiï, прийнятоï Генеральною асамблеею Всесвiтньоï медичноï асоцiацiï (1964-2004 рр.) та вщповщного закону Украши „Про захист тварин вiд жорстокого поводження" (№ 3446-IV вiд 21.02.2006 р., м. Кшв) [5, 6, 7, 13].

Експеримент був проведений на 12 бших лабораторних щурах 6-мюячного вiку. Лабораторнi щури були розподшеш на 2 серiï. Вшм тваринам з медiальноï поверxнi тша п'ятковоï кiстки наносився дiрчастий дефект зубним бором дiаметром 1,2 мм з постшним зрошенням рани фiзiологiчним розчином. Операцiю виконували пiд кетамшовим наркозом в асептичних умовах. yd пiддослiднi тварини були подiленi на двi серiï. 1-шу серiю складали тварини контрольноï групи, якi отримували звичайний питний та харчовий ращон протягом усього експериментального термiну. Щурам експериментальноï серiï протягом мiсяця i в перюд репаративноï регенерацiï моделювали мiкроелементоз солями важких металiв, розчиненими у питнш водi в такш концентрацiï: Zn2+ - 5мг/л, Mn2+ - 0,1мг/л, Cu2+ - 1мг/л; Pb2+ - 0,1мг/л, Cr3+ - 0,1мг/л. На 21-шу добу тварин обох серш виводили з експерименту шляхом передозування наркозу.

Для мiкроструктурноï характеристики бюмшералу губчастоï кiстковоï видаляли по 6 тазових кiсток з обох експериментальних серш. Пюля меxанiчноï очистки матерiал спалювали у муфельнш печi при 2000 C i 900° C протягом 1 години. Отриману золу розтирали в ступщ у порошок i дослiджували методом рентгеноструктурного аналiзу. Низькотемпературний вiдпал при 200 оC призводив до декомпозицiï органiчноï складовоï кiстковоï тканини та видаленню не зв'язаноï кристалiтами води при збереженш незмiнноï структури мшералу. Вщпалювання при 900 оC, що призводить до рекристалiзацiï бiоапатиту та появи нових фаз, застосовувалось для оцшки досконалостi структури первiсного апатиту [3]. Рентгеноструктурш дослiдження структури зразюв були виконанi на автоматизованому дифрактометрi ДР0Н-4-07.

Для вивчення тривкiсниx властивостей кiстковоï тканини на 21 добу репаративного остеогенезу взято по 6-ть зразюв п'ятковоï кiстки щурiв обох груп. Зразки з дiрчатим дефектом обох експериментальних серш були закршлеш в алюмшевих оправах цилiндричноï форми за допомогою епоксидного клею. Фiксування юстки проводилось на меж1 закрiплювач-зона регенерату.

В експеримеш! використовувався маятниковий копр вагою 5 кг. Для вимiру площини зламу кiстки, утвореного при ди копра, використовувався мiкроскоп МПБ-2. Ударну вязюсть ан визначали за формулою ан = Ан / F, де Ан - робота, F — площа поперечного перерiзу[10]. Статистична обробка одержаних даних проводилася методами варiацiйноï статистики за допомогою стандартного пакета статистичних розрахунюв Microsoft Excel. Вiрогiднiсть розбiжностей середнix величин визначали за t критерiем Ст'юдента. Розбiжностi вважалися значущими при p=0,001.

Результати дослщження та ïx обговорення. Основним структурним мшеральним компонентом кiстковоï тканини е апатит. Електронна i атомна структура його кристалiчноï реш^ки може змiнюватись, пристосовуючись до xiмiчниx замiщень. Такими замiсниками виступають двозарядш метали [3, 12]. Атомна будова кристалу визначае його морфолопю, фiзико-xiмiчнi властивостi всього мiнералу i фiзiологiчнi властивостi цiлоï тканини.

Фазовий аналiз зразюв юстково! тканини 1-1 експериментально! серп при температурнiй обробцi при 1 200°С показав наявнiсть лише одше! фази - гiдроксиапатиту. Зпдно Таблицi 1 отриманi за формулою Шерера розмiри кристалiтiв пiсля вщпалу матерiалу при 900°С демонструють тенденщю до зменшення у результатi експериментального мiкроелементозу. Ця ж тенденцiя спостерпаеться при врахуваннi двохфакторно! залежностi розширення дифракцшно! лшн (метод апроксимацiй).

Це явище можна пояснити тим, що кожний варiант вакансiй i замщень визначае особливостi накопичення напруг в кристалт i створюе нездоланний енергетичний бар'ер для подальшого росту бюмшералу при досягненнi !м певного розмiру. Особливо! уваги потребуе факт значного зростання мiкродеформацiй кристалiчно! решiтки бюапатиту у зразках пiсля впливу важких металiв [1].

Таблиця 1

Мiкроструктурнi характеристики мшералу зразкiв губчато'1 кiстки пiсля вщпалу 900°С

Зразки Розм1р кристалтв за Шерером, нм Параметри мкроструктури

Розм1р кристалтв, нм Величина мжродеформацш, 10-3

Контрольш 71,76±0,46 45,71±0,3 1,38±0,005

Експериментальш 29,92±0,39* 20,93±0,29* 2,48±0,05*

Примака: * - р1зниця достов1рна при р=0,001

Важливо, що не тшьки внутрiшня структура мшералу контролюе його розмiр, але i розмiр бiомiнералу, в свою чергу, контролюе його внутршню структуру. В середиш кристалiту кожний катiон оточений сусщшми анiонами i навпаки, створюючи утримуюче поле. Однак на поверхш немае повного екранування iонiв i зовнiшня поверхня характеризуеться перерваними зв'язками. Цей деформований шар стабшзуеться за рахунок води. При замш вакантних мюць кальщю на катiони важких металiв та негативному впливi цих елементiв на обмiннi процеси в аморфному шарi апатиту рiвень величини мiкродеформацiй решiтки може збiльшуватись[1]. При збшьшенш концентрацн iонiв у оточуючому розчинi кристалiту можна вважати метастабшьним, так як дiйсна величина розчинносп перевищуе нормальну розчиннiсть. Рiвень розчинносп карбонат апатитiв корелюе з рiвнем мшродеформацн i погано - з розмiром кристалiтiв [1].

Атомна будова кристалтв важлива для розумiння ролi механiзмiв, якi визначають морфологiю !х росту, механiчних i фiзико-хiмiчних властивостей. Складшсть ще! будови пов'язана з великою юльюстю рiзних атомiв, яю входять або можуть вбудовуватись до складу одного кристаллу.

Кожний iз таких нехарактерних замiсникiв може здшснювати суттевий вплив на його властивють, збiльшувати його розчиннiсть. Збiльшення каношв в аморфнiй фазi кристашчно! реш^ки призводить до метастабiльностi кристалiтiв. Отримаш вище результати пiдтверджують негативний вплив мшроелементозу на кристалiчний стан структури бiоапатиту, оскiльки мiкрокристали розчиняються краще за макрокристали [1].

Оскiльки регенераторний потенщал юстково! тканини залежить вщ функцiонального стану юстково! тканини на момент травми, це може вщзначитись на тривюсних властивостях новоутворено! юстково! тканини i кiстки як органу. Ударна в'язюсть пiд час згинання оцiнюе енергетичнi характеристики матерiалу, а саме його схильнють до крихкого руйнування та здатнiсть зазнавати пластичное' деформацi!, поглинати енергiю в складних умовах навантаження. Фiксування оправок з юсткою дозволяе визначати величину роботи руйнування яка витрачена на одиницю площi зразка в площинi удару [10].

Таблиця 2

Значення ударно'1 в'язкостi ГКТ на 21-шу добу репаративного остеогенезу в умовах

мжроелементозу

Зразки ан, кгс-м/см2.

Контрольш 8,14±0,299

Експериментальш 2,92 ±0,244*

Примака: * - р1зниця достов1рна при р=0,001

Значення ударно! в'язкосн характеризують величини трiщиностiйкостi губчасто! юстково! тканини в мющ прикладено! сили. Тривюсш характеристики зразкiв контрольно! групи в 2,78 рази бiльшi шж в експериментальнiй. Отриманi низькi значення в'язюсно! характеристики ГКТ на 21-шу добу репаративного остеогенезу можуть бути наслщком змш параметрiв мшроструктури мiнералу, а саме зниження розмiв кристалiтiв та збiльшення величини мшродеформацш кристалiчно! решiтки бiоапатиту.

Отримаш значения структурних характеристик губчасто! юстково! тканини (розм1ри кристалтв, ступть мшродеформацш реш1тки пдроксиаттиту) та ударно! в'язкосп, як метода вивчення тривюсних властивостей юстково! тканини в умовах м!кроелеменгоз1в вказують на комплексний негативний вплив метатв на структурио-фуикцiоиальиий стан новоутвореш! губчасто! юстково! тканини.

1. Аврунин А. С. Влияние воды, различных включений и замещений на физико-химические свойства биоапатита и механические свойства минерализованных тканей / А.С. Аврунин, Ю.И. Денисов // Травматология и ортопедия России. - 2015. - № 3. - С. 37-50 .

2. Вашкулат Н. П. Установление уровней содержания тяжелых металлов в почвах Украины / Н. П. Вашкулат, В. И. Пальгов, Д. Р. Спектор [и др.] // Довкшля та здоровя. - 2002.- N2. -C. 44-47.

3. Данильченко С. Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения / С. Н. Данильченко // "Вюник СумДУ. Серiя Фiзика, математика, мехашка". - 2007. - № 2. - С. 33-59.

4. Доповщь про стан навколишнього природного середовища в Сумськш област у 2009 рощ. - Суми:РКР "Ellada S", -2010. - 84 c.

5. Закон Украши «Про захист тварин вщ жорстокого поводження» №3447 - IV вщ 21.02.2006. - К., -2006. - 18 с.

6. Западнюк В. И. Лабораторные животные / В. И. Западнюк, И. П. Западнюк, Е. А. Захария // - Киев: Вища школа, -1985. - 385 с.

7. Кожемяюн Ю. М. Науково-практичш рекомендацй з утримання лабораторних тварин та роботи з ними / Ю. М. Кожемяюн, О. С. Хромов, М. А. Фшоненко, Г. А.

8. Копысова В. А. Реконструктивный остеосинтез пяточной кости / В. А. Копысова, В. А. Каплун, А.А. Федоров [и др.] // Травматология и ортопедия России. - 2(56). - С. 7-12.

9. Погорелов М. В. Макро- та мжроелементи (обмш, патолопя та методи визначення): монографiя / М. В. Погорелов, В. I. Бумейстер, Г. Ф. Ткач [та ш.] // - Суми: Вид- во СумДУ, - 2010. - 147 с.

10. Пименов М. Ю. Определение ударной вязкости пястной и плюсневой костей крупного рогатого скота костромской породы, в сравнительном аспекте / Ю. М. Пименов // Мир современной науки. - 2011. - №2. - С. 1-5.

11. Рустембекова С. А. Микроэлементозы и факторы экологического риска: для практикующих врачей / С. А. Рустембекова, Т. А. Барабошкина //- М.: Логос, -2006. - 512 с.

12. Brigitte Wopenka A mineralogical perspective on the apatite in bone / Brigitte Wopenka, Jill D. Pasteris // Materials Science and Engineering.- C 25 -2005. - P. 131 - 143.

13. European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purpose: Council of Europe 18.03.1986. - Strasbourg, -1986. - № 123. - 52 p.

14. Janus Lukowski Anisotropic properties of trabecular bone. Conductometric and ultrasonic studies / Janus Lukowski, Mariusz Kaczmarek, Josef Kubik // Acta of Bioengineering and Biomechanics. - 2000. - Vol. 2, No. 1. - С. 17-27.

15. Tchounwou P. B. Heavy Metals Toxicity and the Environment / P. B. Tchounwou, C. G. Yedjou, A. K. Patlolla [et al.] // EXS. - 2012. - №101. - P.133-164.

2. Вашкулат Н. П. Установление уровней содержания тяжелых металлов в почвах Украины / Н. П. Вашкулат, В. И. Пальгов, Д. Р. Спектор [и др.] // Довкшля та здоровя. - 2002.- N2. -C. 44-47.

3. Данильченко С. Н. Структура и свойства апатитов кальция с точки зрения биоминералогии и биоматериаловедения / С. Н. Данильченко // "Вюник СумДУ. Серiя Фiзика, математика, мехашка". - 2007. - № 2. - С. 33-59.

4. Доповщь про стан навколишнього природного середовища в Сумськш област у 2009 рощ. - Суми^^ "Ellada S", -2010. - 84 c.