CC BY
12
© Мальцева В. 6.
УДК 519.4.:616.711-092.9-099:546.815/.819 Мальцева В. €.
В1КОВ1 ОСОБЛИВОСТ1 ОСТЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТР1В
Т1Л ХРЕБЦ1В ЩУР1В П1СЛЯ ВПЛИВУ СВИНЦЮ
ДУ «1нститут патологи хребта та суглоб1в !м. проф. М. I. Ситенка НАМН УкраТни» (м. Харк1в)
Робота е фрагментом НДР «Вивчити ремоде-лювання кiстковоI тканини тiл хребцiв та структурну органiзацiю мiжхребцевих дискiв в умовах остеопо-розу, обтяженого дiею несприятливих екологiчних чинниюв», 2014-2016 рр., ЦФ 2014.1. НАМНУ, № державно! реестраци 0114и003015
Вступ. Свинець е одним з головних токсич-них елемен^в. Згiдно з даними ВООЗ цей елемент включено до списку 10 провщних факторiв ризику виникнення хвороб в УкраIнi [1]. Основними дже-релами свинцю е спалювання викопного палива, виробництво кольорових металiв, чавуну та сталi, а також виробництво цементу та спалювання см^-тя [2]. Вщомо, що свинець негативно впливае на скелет людини, але в бiльшiй частин дослiджень, в яких це було встановлено, вивчали вплив великих доз свинцю. За останнм час зафксовано зниження вмюту свинцю в навколишньому середовищi, але навiть низькi концентрацп свинцю порушують мета-болiчнi показники [3]. Також юнують данi популяцй них дослiджень, якi свiдчать, що свинець пригычуе рiст у дтей навiть за умов його рiвня у сироватцi кровi до 10 мкг/Дл [4,5].
Залишаеться також невивченим вплив свинцю на хребет на фон остеопорозу, що е важливим через втрату кютково! тканини, яка вщбуваеться внасл^ док цього захворювання. Згщно з даними популя-цмного дослiдження iснуе непрямий кореляцiйний зв'язок мiж мiнеральною щiльнiстю кiстки i рiвнем у нiй свинцю [6]. ^м того, Ы.Р. КИаШ та ствавтори [7] виявили, що вплив свинцю може збтьшувати ризик нехребетних переломiв шляхом негативного впливу не ттьки на мiнеральну щiльнiсть кютки, а й через порушення нервово-м'язово! функци iндивiдуумiв, призводячи до падЫь.
Для дослiдження дiI свинцю велике значення мають експериментальн тварини [8,9]. Актуальним е дослiдження дiI свинцю на щурiв у перiод активного росту та на тварин з модельованим остеопорозом.
Метою дослщження було встановити особли-вост впливу свинцю на остеометричн показники тiл хреб^в поперекового вiдцiлу хребта щурiв у перюд активного росту та в щурiв зрiлого вiку з змодельо-ваним остеопорозом.
Об'ект I методи дослщження До^дження проведенi вiдповiдно до принцитв бiоетики, законодавчих норм та положень «6вро-пейсько! конвенцiI про захист хребетних тварин, що
використовуються для дослщних та наукових цтей» (Стразбург, 1986) i «Загальних етичних принцитв експериментiв на тваринах», ухвалених Першим На-цiональним конгресом з бюетики (Ки!в, 2001).
В експеримент було вивчено вплив свинцю на оргаызм щурiв, що вiдповiдае дм цього елементу на людей, якi мешкають в урбанiзованому середовищi. До^дження було виконано на 80 бтих лаборатор-них щурах (40 сам^в та 40 самиць) в двох серiях:
Сер'т 1. На самцях вивчали дто свинцю на хребет в перюд активного росту. Для цього тварин вком 1,5 мю. роздтили на двi групи - дослщну на контр-ольну. Щури дослiдноI групи отримували розчин ацетату свинцю (230 мг свинцю на 1 л дистильова-но! води) у якостi питно! води, а контрольно! - дис-тильовану воду 10 тижыв [9]. Використання в експе-риментi саме сам^в було обумовлено даними iнших доогмджень, згiдно з якими самцi е бтьш чутливими до дi! свинцю [10].
Сер'т2. У самиць (вком 6 мю.) моделювали осте-опороз шляхом проведення оварiектомi! [11]. Через 4 мю. пiсля проведення оварiектомi! тварин розд^ лили на 2 групи. Щури дослщно! групи отримували розчин ацетату свинцю 10 тижыв, аналопчно експе-рименту на самцях, а контроль - дистильовану воду.
Щурiв у вц 4 мю. (серiя 1) та 12,5 мю. (серiя 2) пiсля закшчення експерименту по впливу свинцю були виводили з експерименту шляхом декаттаци пщ ефiрним наркозом. Для проведення остеоме-тричних вимiрювань вилучали фрагменти поперекового вщдту хребта Ц-1_|у. Експериментальне досл^ дження було виконано з дотриманням законодавчих норм з бюетики [12].
Остеометрю тт хреб^в проводили за допомо-гою штангенциркуля (ШЦ-1-125-0,1 ГОСТ 166-89). Вимiрювали таю параметри [13]:
• висоту тта хребця - вiдстань мiж серединними точками верхньо! i нижньо! поверхонь тт хреб-цiв;
• краыальну ширину - вiдстань мiж найбтьш в^аленими одна вiд одно! крапками на бiчних краях кранiально! поверхн тiл хребцiв;
• кранiальний сагггальний дiаметр - вiдстань мiж точками перетину медiально-сагiтально! пло-щини з передым i заднiм краями краыально! поверхнi тiл хребцiв;
Таблиця 1.
Остеометричш показники тiл хребцiв Ц-Цу поперекового вiддiлу хребта щурiв дослщжуваних груп у перiод активного росту (М ± т) (мм)
• каудальну ширину - вщстань мнж найбiльш вiдцаленими одна вiд одно! крапками на бiчних краях каудально! поверхнi тiл хреб-цiв;
• кауцальний саптальний цiаметр - вщстань мiж точками перетину медiально-сапталь-но! площини з перецнiм i задым краями кауцально! поверхнi тiл хреб^в.
Статистичну обробку отриманих даних ви-конали за допомогою метоцiв описово! статистики, перевiрки нормальностi розподту та t-критерiю Стьюдента для порiвняння серецнiх значень. Рiзницю мiж середыми значеннями вважали статистично значущою, за умов Р < 0,05.
Результати дослщжень та 'Гх обговорен-
ня. Сер'т 1. У результат вимiрювання остеоме-тричних показникiв тварин у перюд активного росту встановлено, що вплив свинцю призво-дить до значущого зниження всiх вимiрюва-них параметрiв (табл. 1). Зокрема, показник висоти тт хребцiв у щурiв цослiцно! групи був нижчий порiвняно з контрольною групою: - на 11,1 %, _,, - на 10 %; _,,, - на 12,2 %; _,у - на 8,5 %.
Порiвняння показниюв кранiально! ширини тiл хребцiв дослщно! групи з показниками тва-рин контрольно! групи виявило !х значне зни-ження: - на 11,8 %; _,, _,, - на 9,8 %; _,,, - на 15,1 %, _,у - на 9,4 %.
Вимiрянi показники кранiального сантального дiаметру тiл хребцiв у дослщнм групi були нижчими за показники тварин контрольно! групи: _, - 8,3 %, _,, - на 14,3 %; _,,, - на 13,8 %, _,у - на 13,3 %.
За результатами вимiрювань каудально! ширини тiл хреб^в встановлено, що в цослiцнiй груп показники були нижчими порiвняно з тва-
ринами контрольно! групи: - на 7,7 %; I_,, - на
9,4 %; - на 9,4 %; _,у - на 7,5 %.
Показники каудального сагiтального дiа-метру тiл хребцiв у дослщнм групi були нижче нiж показники тварин контрольно! групи: _, -
на 17,9%, - на 17,5 %; 1—,,, - на 15,2 %; _,у - на Примiтка. *Р < 0,05, порюняння з контрольною групою.
9,4%.
Представлен результати проведеного осте-ометричного дослщження свiцчать, що пiц впливом свинцю в молодих тварин вщбуваеться пригычення росту тiл хребцiв у вЫх площинах, але найбiльше - у сагггальнм. Це пояснюеться тим, що рют тiл хребцiв вщбуваеться майже рiвномiрно як у довжину, так i в iнших площинах, на вщмЫу вiц росту довгих кюток.
Сер 'т 2. У щурiв цослiцно! групи з модельованим остеопорозом пщ впливом свинцю виявлено значу-
Дослщжува-н1 групи Висота тт хребц1в
ц Ц| ци Цу
Досл1д 5,6 ± 0,15* 6,3 ± 0,07* 6,5 ± 0,09* 7,3 ± 0,12*
Контроль 6,3 ± 0,25 7 ± 0,15 7,4 ± 0,17 7,98 ± 0,11
Крашальна ширина т1л хребц1в
Дослщ 4,5 ± 0,14* 4,6 ± 0,10* 4,5 ± 0,12* 4,8 ± 0,11*
Контроль 5,1 ± 0,05 5,1 ± 0,06 5,3 ± 0,16 5,3 ± 0,12
Кран1альний саг1тальний д1аметр тт хребц1в
Досл1д 2,2 ± 0,04* 2,4 ± 0,08* 2,5 ± 0,10* 2,6 ± 0,09*
Контроль 2,4 ± 0,04 2,8 ± 0,11 2,9 ± 0,05 3,2 ± 0,07
Каудальна ширина тт хребц1в
Досл1д 4,7 ± 0,11* 4,8 ± 0,09* 4,8 ± 0,11* 4,9 ± 0,07*
Контроль 5,1 ± 0,06 5,2 ± 0,08 5,2 ± 0,08 5,3 ± 0,11
Каудальний саптальний д1аметр т1л хребц1в
Дослщ 2,3 ± 0,05* 2,5 ± 0,07* 2,8 ± 0,09* 2,9 ± 0,07*
Контроль 2,8 ± 0,11 3,03 ± 0,07 3,3 ± 0,05 3,2 ± 0,06
ще зниження висоти тiл хреб^в: —, - на 10,9 %; I_,, - на
6,9 %; I_,,, - на 3,6 %. Висота тта хребця —,у не змЫи-
лася порiвняно з показниками тварин з модельованим остеопорозом без впливу свинцю (табл. 2).
Вiрогiцно! рiзницi мiж показниками кранiально! ширини i кранiального сагiтального цiаметру, каудально! ширини та каудального сантального дiа-метру (в ттах I_,, - —,у) та показниками тварин контрольно! групи не встановлено (табл. 2). Але виявлено
вiрогiцну рiзницю мiж показниками тварин дослщно! та контрольно! груп у тьж хребця _, при вимiрюван-н каудального сагiтального цiаметру. Цей показник був меншим на 16,2 % у порiвняннi з показниками щурiв контрольно! групи.
Аналiзуючи отриманi результати виявлено, що вплив свинцю на хребет щурiв е вагомшим у перiоц активного росту. Зокрема, у тварин молодого в^ вщбувалося зниження всiх остеометричних показ-никiв пiц цiею свинцю. Особливютю впливу свинцю на тварин зртого вiку з остеопорозом виявилося суттеве зменшення показникiв висоти (_, - _) та са-гiтального дiаметру в тiлi хребця порiвняно з Ыши-ми тiлами хреб^в, тоцi як у молодих тварин такого не було виявлено. Це може свщчити, що зниження висоти тт хреб^в у тварин з остеопорозом мае шший мехаызм, не пов'язаний з зоною росту, як у молодих щурiв. Вщомо, що щури досягають тку кютково!
Таблиця 2.
Остеометричш показники тiл хребцiв L(-L|V поперекового вiддiлу хребта щурiв дослщжуваних груп з оварiектомieю (М ± m) (мм)
Дослщжуваш групи Висота тт хребц1в
li lii liii liv
Дослщ 5,41 ± 0,14* 6,52 ±0,15* 6,75 ± 0,09* 7,83 ± 0,11
Контроль 6,07 ± 0,07 7,00 ± 0,00 7,00 ±0,00 8,00 ± 0,00
Крашальна ширина тт хребц1в
Дослщ 5,04 ± 0,04 5,04 ± 0,04 5,04 ± 0,04 5,06 ± 0,06
Контроль 5,07 ± 0,03 5,07 ± 0,03 5,07 ± 0,07 5,07 ± 0,07
Крашальний саптальний д1аметр тт хребц1в
Дослщ 2,09 ± 0,06 2,83 ± 0,12 2,83 ± 0,12 2,99 ± 0,1
Контроль 2,20 ± 0,10 3,00 ± 0,00 3,00 ± 0,00 3,03 ± 0,03
Каудальна ширина тт хребц1в
Дослщ 5,03 ± 0,02 5,03 ± 0,02 5,06 ± 0,04 5,06 ± 0,04
Контроль 5,03 ± 0,02 5,03 ± 0,02 5,1 ± 0,04 5,1 ± 0,04
Каудальний саптальний д1аметр тт хребц1в
Дослщ 2,43 ± 0,09 2,89 ± 0,07 2,96 ± 0,08 3,11 ± 0,06
Контроль 2,9 ± 0,08* 3,03 ± 0,03 3,07 ± 0,05 3,1 ± 0,05
Примiтка. *Р < 0,05, порiвняння з контрольною групою.
маси у вiцi 10 мю., пiсля чого значно пригы-чуються процеси росту внаслщок частково-го закриття зон росту [11]. Треба зазначити, що показник сагiтального дiаметру суттево знизився пiсля впливу свинцю в обох вкових групах порiвняно зi зниженням iнших вимiря-них показниюв. Зменшення остеометричних показникiв пщ впливом свинцю у щурiв молодого в^ ймовiрно пов'язано з пригыченням росту, тодi як зменшення висоти тт хребцiв у груп тварин зрiлого вiку з остеопорозом можна пояснити виникненням компресмних деформацм, що можуть призводити до зменшення цього показника.
Висновки
1) Пщ впливом свинцю в молодих тварин зменшуються вс вимiрянi показники тт хребцiв: висота - на 10,5%, краыальна ширина - на 11,5%, каудальна ширина - на 8,5%; краыальний саптальний дiаметр - на 12,4%; каудальний саптальний дiаметр - на15 % по-рiвняно з контрольною групою.
2) У щурiв з оварiектомiею пiсля впливу свинцю зменшуеться висота тт хребцiв в се-редньому на 7% в ттах хреб^в _|, _||, та _|||, а також каудальний саптальний дiаметр в тьж хребця _| на 16,2%.
3) Хребет щурiв у перюд активного росту зазнае бiльшого негативного впливу свинцю порiвняно зi зртими щурами з модельованим остеопорозом.
Перспективи подальших досл1джень. Плануеться виконання морфологiчного анал^ зу структури тiл хребцiв, мiжхребцевих дискiв та дуговiдросткових суглобiв щурiв з модельованим остеопорозом пюля впливу свинцю.
Л1тература
1. Алексеев В. П. Остеометрия. Методика антропологических исследований / В. П. Алексеев. - М.: Наука, 1966. - С. 53-55.
2. бвропейська конвенц1я про захист хребетних тварин, що використовуються для дослщних та шших наукових цшей. - [Елек-
троний ресурс] - Режим доступу: http://zakon.rada.gov.ua/cgi-bin/laws/main.cgi?nreg= 994_137
3. Международная программа по химической безопасности. Свинец. - 2010. - [Электронный ресурс]. - Точка доступа: http://
www.who.int/ ipcs/assessment/public_health/lead/ru/
4. Обзорная сводка о состоянии здоровья в Украине. - 2005. - [Электронный ресурс]. - Точка доступа: http://www.euro.who.int/
ru/ countries/ukraine/publications3/highlights-on-health-in-ukraine
5. Beier E. E. Heavy metal lead exposure, osteoporotic-like phenotype in an animal model, and depression of Wnt signaling / E. E. Beier,
J. R. Maher, T. J. Sheu [et al.] // Environ. Health Perspect. - 2013. - Vol. 121, № 1. - P. 97-104.
6. Carmouche J. J. Lead exposure inhibits fracture healing and is associated with increased chondrogenesis, delay in cartilage mineral-
ization, and a decrease in osteoprogenitor frequency / J. J. Carmouche, J. E. Puzas, X. Zhang [et al.] // Environ. Health Perspect. -2005. - Vol. 113, № 6. - P. 749-755.
7. Fleisch A. F. Blood lead levels and serum insulin-like growth factor 1 concentrations in peripubertal boys / A. F. Fleisch, J. S. Burns,
P. L. Williams [et al.] // Environmental Health Perspectives. - 2013. - Vol. 121, № 7. - Р 854-858.
8. Health risks of heavy metals from long-range transboundary air pollution. Joint WHO / Convention task force on the health aspects of
air pollution. - 2007. - [Электронный ресурс]. - Точка доступа: http://www.euro.who.int/_data/assets/pdf_file/0007/78649/
E91044.pdf?ua
9. Khalil N. Associations between bone mineral density, grip strength, and lead body burden in older men / N. Khalil, K. A. Faulkner,
S. L. Greenspan, J. A. Cauley // J. Am. Geriatr. Soc. - 2014. - Vol. 62. - P. 141-146.
10. Khalil N. Relationship of blood lead levels to incident nonspine fractures and falls in older women: the study of osteoporotic fractures / N. Khalil, J. A. Cauley, J. W. Wilson [et al.] // J. Bone Miner. Res. - 2008. - Vol. 23. - P. 1417-1425.
11. Lelovas P. P. The laboratory rat as an animal model for osteoporosis research / P. P. Lelovas, T. T. Xanthos, S. E. Thoma [et al.] // Comparativa medicine. - 2008. - Vol. 58, № 4. - P. 424-430.
12. Ronis M. J. Skeletal effects of developmental lead exposure in rats / M. J. Ronis, J. Aronson, G. G. Gao [et al.] // Toxicol Sci. -2001. - Vol. 62. - P. 321-329.
13. Yang H. Effects of lead and cadmium exposure from electronic waste on child physical growth / H. Yang, X. Huo, T. A. Yekeen [et al.] // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. - 2013. - Vol. 20, № 7. - P. 4441-4447.
УДК 519.4.:616.711-092.9-099:546.815/.819
В1КОВ1 ОСОБЛИВОСТ1 ОСТЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТР1В Т1Л ХРЕБЦ1В ЩУР1В П1СЛЯ ВПЛИВУ СВИНЦЮ
Мальцева В. 6.
Резюме. В експериментальному доотджеы вивчено вплив свинцю на остеометричн параметри тт хребцiв поперекового вiдцiлу хребта щурiв у молодому вiцi в перюд активного росту, та у щурiв 3piroro вiку на фонi модельованого шляхом оварiектомiI остеопорозу. Щури отримували розчин ацетату свинцю (230 мг/л) 2,5 мю. та були виведен з експерименту у вщ 4 та 12,5 мю. Виявлено, що вплив свинцю у щурiв в пер^ од активного росту викликае зниження усiх вимiряних остеометричних параметрiв тiл хребцiв у середньому на 11,5%, порiвняно з контролем. На фон остеопорозу у щурiв спостерталося лише зниження висоти тiл хреб^в Ц - Lm. Таким чином, хребет щурiв у перiод активного росту зазнае бтьшого негативного впливу свинцю порiвняно зi зрiлими тваринами з моделюваним остеопорозом.
Ключовi слова: щур, хребет, свинець, тта хреб^в, остеометрiя, остеопороз.
УДК 519.4.:616.711-092.9-099:546.815/.819
ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОСТЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕРОВ ТЕЛ ПОЗВОНКОВ КРЫС ПОСЛЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ СВИНЦА
Мальцева В. Е.
Резюме. В экспериментальном исследовании изучено влияние свинца на остеометрические показатели тел позвонков поясничного отдела позвоночника у животных молодого возраста в период активного роста, а также у крыс зрелого возраста на фоне моделированного путем овариэктомии остеопороза. Крысы получали раствор ацетата свинца с водой (230 мг/л) в течении 2,5 мес. и были выведены из эксперимента в возрасте 4 и 12,5 мес. Обнаружено, что влияние свинца у крыс в период активного роста вызывает уменьшение всех измеренных показателей тел позвонков в среднем на 11,5% по сравнению с контролем. На фоне остеопороза у крыс зрелого возраста после воздействия свинца наблюдалось только снижение высоты в позвонках Ц - Lm в среднем на 7%. Таким образом, позвоночник крыс в период активного роста больше подвежен негативному влиянию свинца по сравнению с крысами зрелого возраста с моделированным остеопорозом.
Ключевые слова: крыса, позвоночник, свинец, тела позвонков, остеометрия, остеопороз.
UDC 519.4.:616.711-092.9-099:546.815/.819
AGE-SPECIFIC FEATURES OF OSTEOMETRIC PARAMETERS OF RAT SPINE VERTEBRAE AFTER LEAD EXPOSURE
Maltseva V. E.
Abstract. Lead is one of the main toxic elements in the environment. According to WHO, this element included in the list of 10 leading risk factors of disease in Ukraine. It's know that lead causes a negative impact on the human skeleton, but most of the studies in which it was studied, investigated the effect of high doses of lead. The effect of lead on the spine with osteoporosis and during active growth remains unclear.
The aim of the study was to determine the features of lead exposure on osteometric parameters of vertebral bodies of the lumbar spine of rats during the period of active growth and in rats with osteoporosis.
Object and methods. The study was performed on 80 white laboratory rats (40 males and 40 females). The experiment was investigated the lead exposure in rats, which corresponding to effect of this element on the people living in the urban environment. Series 1. On males studied the effect of lead on the spine during active growth. For this purpose animals aged 1.5 months were divided into two groups - experimental and control. The experimental group received lead acetate solution (230 mg of lead per 1 liter of distilled water) with drinking water, and the control group received distilled water for 10 weeks. Series 2. The modeling of osteoporosis was performed on the female rats (aged 6 months) by ovariectomy. After 4 months after ovariectomy rats were divided into 2 groups. The experimental group received lead acetate solution for 10 weeks, similar experimental study on male rats, and the control group received distilled water.
Rats aged 4 months (Series 1) and 12.5 months (Series 2) were removed from the experiment by decapitation and fragments of lumbar spine LI-LIV were removed for the osteometric analysis. Osteometric measurements of vertebral bodies were performed using caliper. These osteometric parameters of vertebrae were measured: height, cranial width, cranial sagittal diameter, caudal width and caudal sagittal diameter.
Results. In younger animals was found that lead exposure causes a statistically significant decrease of all measured parameters of vertebrae in average: height - by 10.5%, cranial width - by 11.5%, caudal width - by 8.5%; cranial sagittal diameter - by 12.4%; caudal sagittal diameter - by 15%, compared with the control group. Thus lead
exposure during period of active growth lead to inhibition of growth of vertebral bodies in all planes, but greater sign was showed in the sagittal plane.
In the experimental group of rats with modeling osteoporosis after lead exposure was found a statistically significant reduction in the height of the vertebral bodies: LI - by 10.9%, LII - by 6.9%, LIII - by 3.6%, and LIV - no change compared with control group (rat with osteoporosis without of lead exposure). It was not established significant differences in these parameters: cranial width, cranial sagittal diameter, caudal width and caudal sagittal diameter (in vertebral bodies LII, LIII, LIV) of vertebrae of rats with modeling osteoporosis after lead exposure, compared with control group. Showed decrease in caudal sagittal diameter by 16.2% in the LI. Reducing of all measured osteo-metric parameters after lead exposure in young rats probably due to the inhibition of growth, while reducing of the height of the vertebral bodies in the group of rats with osteoporosis probably explains the emergence compressic deformation that may lead to decrease of this parameter.
Conclusion. The spine of younger rats during the period of active growth is more sensitivity to the negative impact of lead exposure compared with older rats with osteoporosis.
Keywords: rat, spine, lead, vertebrae, osteometry, osteoporosis.
Рецензент - проф. Костенко В. О.
Стаття надшшла 17.09.2015 р.
