CC BY
18Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «БИОЛОГИЯ» Том 14 № 2 (2001) 76-79
УДК 616.71:576:3/. 7:531.5
ВЛИЯНИЕ МИКРОГРАВИТАЦИИ НА СТРУКТУРУ ОСТЕОЦИТОВ КОСТНОЙ ТКАНИ ОБЕЗЬЯН
Золотова Н. В., Домашевская Е. А.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема воздействия факторов космического полета (микрогравитация, перегрузки и др.) на организм человека и животных является актуальной. Установлено, что микрогравитация существенно влияет на состояние опорно-двигательного аппарата, и прежде всего на костную ткань. Известно, что пребывание в условиях микрогравитации, а также в условиях сниженной функциональной нагрузки приводит к деминерализации костного матрикса, уменьшению скорости костеообразования, снижению механической прочности костей скелета [1, 2, 3]. Длительное воздействие этих факторов приводит к значительным отклонениям [4, 5, 6] в состоянии и функционировании костной системы.
Однако, структурные изменения костной ткани в условиях действия микрогравитации на организм остаются еще малоизученными. Недостаточно понятны клеточные механизмы изменений, происходящих в костной ткани, особенности дифференцировки и функционирования остеогенных клеток. В частности отсутствуют данные о структурных изменениях в популяции остеоцитов, которые выполняют в системе костной ткани важные функции (поддержание целостности костной структуры, стабилизация минерального компонента).
Задачей исследования явилось изучение состояния популяции остеоцитов в костной ткани обезьян (макаки-резус), пребывавших в течение двух недель на борту биоспутника «БИОН-11».
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование проведено на образцах костной ткани, полученные методом биопсии из гребня подвздошной кости обезьян. Образцы предоставленны Институтом медико-биологических проблем (Москва, Россия) в рамках Международного сотрудничества. Эксперимент состоял из 3-х серий: виварийный контроль (5 обезьян), синхронный наземный контроль (3 обезьяны) и полетная серия (2 обезьяны).
Образцы фиксировали в 2% глютаральдегиде с добавлением 1.5% параформола на фосфатном буфере, рН=7.4 в течение 24 ч. Гистопрепараты окрашивали гематоксилин-эозином и метиленовым синим. На препаратах подсчитывали
Влияние микрогравитации на структуру оотеоцчтов лестной ткани обезьян 77
количество остеоцитов и пустых остеоцитарных лакун (на условную единицу площади среза). Проводили статистическую обработку цифровых данных [7].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Биообразцы подвздошной кости от обезьян виварийного и синхронного контролей представляют собой кусочки минерализованной костной ткани, содержащие остеоциты. Гистологический а нал из показал, что биоптаты кости от виварийного и синхронного контролей сохраняет типичную структуру и по своим основным характеристикам не отличаются. Они содержат большое количество остеоцитов в лакунах, располагающихся равномерно и часто по всему основному веществу (рис. 1). Остеоциты в лакунах имеют овальную форму и отростки, характерные для нормы, со всех боков окружены межклеточным кальцифицированным веществом. На гистопрепаратах как в виварийном, так и в синхронном контролях, в остеоцитах не обнаружено различий по степени окраски гематоксилин-эозином и метиленовым синим. В биообразцах от виварийного и синхронного контролей встречаются лакуны без остеоцитов -пустые лакуны, при анализе их количества (на условную единицу площади среза) отмечено небольшое различие. Так, в образцах от синхронного контроля по сравнению с виварийным контролем, выявлена тенденция к увеличению количества пустых остеоцитарных лакун, однако различия не достоверны (рис. 2).
Рис. 1. Изменение количества остиоцитарных лакун в биообразцах подвздошной кости обезьян на единице площади гистосреза. ВК - виварийный контроль; СК -синхронный контроль; П - космический полет
Таким образом, в биообразцах подвздошной кости обезьян от виварийного и синхронного контролей принципиальных изменений в гистоструктуре костной ткани и клетках не выявлено.
Биообразцы костной ткани гребня подвздошной кости обезьян, находившиеся в условиях космического полета также представляют собой кусочки
78
Золопюва Н. В., Домвшсвская Е. А.
минерализованной костной ткани, включающие остеоциты. Гистологический анализ показал, что биообразцы костной ткани полетной серии содержат большое количество остеоцитарных лакун. По сравнению с виварийным и синхронным контролями их количество на условную единицу площади среза достоверно не изменяются (рис. 1). Размещаются остеоцитарные лакуны в костной ткани относительно равномерно, однако размеры некоторых из них значительно увеличены. Большинство остеоцитов в биообразцах кости от животных полетной группы сохраняют типичную структуру и по своим основным характеристикам почти не отличаются от клеток контрольных животных. Остеоциты представляют собой полиморфные клетки с цитоплазматическими отростками, которые внедряются в канальца минерализованного матрикса. Клетки располагаются в лакунах и со всех боков окружены межклеточным кальцифицированным веществом. В некоторых лакунах встречаются остеоциты, которые отделены от кальцированного матрикса значительным по ширине пространством. Исследование показало, что имеются и некоторые различия. Так, в биообразцах обезьян полетной серии наблюдается деструкция минерализованного матрикса по периферии остеоцитарных лакун. Возрастает количество разрушающихся остеоцитов, в связи с чем достоверно увеличивается количество пустых остеоцитарных лакун на условную единицу площади гисгосреза по сравнению с контролем (рис. 2). Выявленные изменения в остеоцитах по-видимому носят адаптивно-компенсаторный характер. Наши результаты согласуются с данными А. С. Капланского, Г. Н. Дурновой [8] и Н. В. Родионовой [9] о снижении в условиях микрогравитации функциональной активности клеток в костной ткани. Увеличение количества пустых лакун происходит в результате деструкции остеоцитов и свидетельствуют о тенденции к развитию остеопоротических перестроек в кости, особенно при длительных полетах.
0,8 0,6 0,4 0,2 0
/
/ /
0,41* 0,47
0,76*
ВК СК П Серия эксперимента
* р < 0,05
Рис.2. Изменение относительного количества пустых лакун в биообразцах подвздошной кости обезьян по сравнению с количеством остеоцитов на единице площади гистосреза. ВК - виварийный контроль; СК - синхронный контроль; П - космический полет.
Влияние микрогравитации на структуру остеоцитов костной ткани обезьян 79
ВЫВОДЫ
1. Костная ткань в биообразцах подвздошной кости обезьян из виварийного и синхронного контролей по своим основным гистоструктурным характеристикам не имеет принципиальных различий.
2. Увеличение в биообразцах костной ткани животных полетной группы количества пустых лакун в связи с деструкцией части остеоцитов свидетельствуют о тенденции к появлению остеопоротических перестроек при снижении гравитационной нагрузки на скелет.
3.Выявленные изменения в костной ткани носят адаптивный характер и не отражают развития выраженной патологии, в условиях двухнедельного космического полета.
Список литературы
1. Оганов В. С., Рахманов А. С., Терновой С. К.. Новиков В. Е., Дубонос С. Л. Минеральная плотность костей скелета у человека при моделировании сниженной гравитационной нагрузки // Космич. биология и авиакосмич. медицина. - 1989. -№5. - С. 43-47.
2. Григорьев А. И., Воложин А. П., Ступаков Г. Г1. Минеральный обмен у человека в условиях измененной гравитации. - М.: Наука, 1994. - 216 с.
3. Газенко О. Г., Григорьев А. И., Егоров А. Д. и др. Физиологические проблемы невесомости/ Под ред. О. Г. Газенко, И. И. Касьяна. - М.: Медицина, 1990. - 286 с.
4. Оганов В. С.. Бакулин А. В.. Мурашко Л. М.. Моргун В. В.. Воронин Л. И.. Чердаков Н. В. и др. Клинико-физиологическая оценка изменений минерализации костной ткани у космонавтов // Космич. биология и авиакосмич. медицина. Тезисы докладов XI конферен. - 1998. - Т. 2. - С. 99-100.
5. Орлов О. И., Шашков В. С.. Григорьев А. И. Влияние дифосфоиатов на обмен кальция, его регуляция и состояние костной ткани при моделировании физиологических эффектов невесомости //Эксперим. и клинич. фармакология. - 1992. - Т. 55, №5. - С. 61-65.
6. Кнетс И. В. Влияние невесомости, гиподинамии и гипокинезии на биомеханическое состояние костей // Современные проблемы биомеханики. - 1993. - №7. - С. 186-195.
7. Лакин Г. Ф. Биометрия. - М.: Высш.шк., 1980.-293 с.
8. Капланский А. С.. Дурнова Г. И., Ильима-Какцева Е. И., Сахарова 3. Ф. Гистоморфометрический анализ костей крыс, экспонированных на биоспутнике «Космос-1887» // Результаты исследований на биоспутниках. - М.: РАН, отделение физиологии. 1992. -С. 181-187.
9. Родионова Н. В., Оганов В. С., Золотова Н. В.Ультраструктурные изменения остеоцитов в условиях микрогравитации // 3-тя науково-пракч ична конф. «Актуальш проблеми експериментально1 медицини». - Кшв: НДЛЦ НМУ. - 1999. - С. 36-37.
