Введение к работе
Актуальность проблемы
Проблема радиационных поражений приобрела за последние десятилетия особую актуальность во всем мире. Это связано с широким использованием ядерной энергии и радиоактивных веществ, как в военных целях, так и в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, научно-исследовательских учреждениях (А. В. Аверьянова и др., 1992, В. А. Шевченко, 1996, Е. Ф. Романцев, 1996, В. Б. Нестеренко, 1997, А. Н. Стожаров и др., 2002, С. П. Ярмоненко, 1997, 2004, Г. М. Батян, 2005) Массовые поражения людей высокими дозами ионизирующей радиации происходят при проведении испытательных взрывов новых видов ядерного оружия, а также в результате аварий на АЭС. Радиационные катастрофы приводят к загрязнению окружающей среды. В результате чернобыльской катастрофы пострадали значительные территории, на которых проживает сотни тысяч человек (Ю. Б. Кудряшов, 2000, Л. М. Мажуль, 2000, А. Б. Кутузова, 2002, Я. В. Поровский и др., 2005). Особенно чувствительны к действию радиации растущие организмы, у которых облучение может замедлить или полностью остановить рост костей, вызвать аномалии развития скелета. (П. И. Лобко, 1992, В. Б. Нестеренко, 1997, С. Mothersill, 2002).
Известно, что рост костей обеспечивает метаэпифизарный хрящ. (Ю. И. Афанасьев и др., 1999, В. В. Семченко и др. 1999) Особенности репродукции и метаболизма хондроцитов метаэпифизарного хряща предопределяют интенсивность и продолжительность роста костей (В. Н. Павлова и др.,1988).
Анализ литературных данных свидетельствует, что вопросы морфогенеза лучевых поражений метаэпифизарного хряща практически не исследованы. В связи с этим, проведение настоящих исследований актуально и необходимо для решения ряда задач, имеющих не только фундаментально-теоретическое, но и практическое значение, в частности, для изучения механизмов радиационного воздействия на ростковые зоны костей и научного обоснования путей направленной стимуляции процессов восстановления пострадиационных сдвигов в организме
Цель исследования
Анализ морфофункциональных особенностей метаэпифизарного хряща большеберцовой кости крыс после общего внешнего воздействия у-излучения в среднелетальной дозе.
Задачи исследования
-
Провести клинико-физиологические исследования экспериментальных животных в различные периоды после воздействия у-излучения, выявить и проанализировать влияние у-излучения на рост большеберцовых костей.
-
Изучить морфометрические показатели и особенности строения ме-таэпифизарного хряща после воздействия у-излучения.
-
Изучить гистохимические показатели метаэпифизарного хряща после воздействия у-излучения.
-
Изучить особенности минерального состава метаэпифизарного хряща после воздействия у-излучения.
Научная новизна работы Впервые с помощью методов остеометрии, световой микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, гистохимического, гисто-морфометрического и рентгеновского электронно-зондового микроанализа дана качественная и количественная характеристика морфогенеза лучевых повреждений метаэпифизарного хряща большеберцовой кости крыс, патологических и восстановительных процессов в метаэпифизар-ном хряще после острого лучевого поражения. Впервые показано, что общее воздействие у-излучения в среднелетальной дозе замедляет рост большеберцовых костей крыс, снижает темп увеличения их продольных размеров, объема, массы и плотности, что сопровождается изменением мофометрических показателей, строения и функции всех морфофункцио-нальных зон метаэпифизарного хряща. Впервые установлено, что толщина зон покоящегося, пролиферирующего и созревающего хряща значительно снижается, уменьшается численная плотность хондроцитов в них вследствие гибели части облученных клеток. Нарушается пролифератив-ная и биосинтетическая деятельность хондроцитов. Возрастает протяженность зоны кальцифицированного хряща, что связано с замедлением темпов минерализации хрящевого и костного матрикса. Впервые показано, что изменения химического состава метаэпифизарного хряща большеберцовой кости крыс после воздействия у-излучения характеризуются тем, что на начальном этапе лучевого поражения (1-5 суток после облучении) снижается содержание гиалуроновой кислоты, нуклеиновых кислот, серы и сульфатированных гликозаминогликанов, возрастает концентрация кальция и фосфора. В середине и конце экспериментального периода (15-30 суток после облучения) содержание кальция и фосфора в хряще снижается, увеличивается концентрация серы, сульфатированных гликозаминогликанов, гиалуроновой кислоты и нуклеиновых кислот, что
свидетельствует о репаративно-восстановительных процессах.
Приоритетность результатов проведенного исследования защищена охраноспособными документами - патентами на полезные модели: «Держатель образца для сканирующего электронного микроскопа и элек-тронно-зондового микроанализатора». Патент на полезную модель № 58027. Заявл. 04.07.2006; опубл. 10.11.2006. Бюл. № 31; «Предметный столик для замораживания образца к охлаждающему устройству для вакуумного напылителя». Патент на полезную модель № 72050. Заявл. 02.05.2007; опубл. 27.03.2008. Бюл. № 9. Разработаны усовершенствованные медицинские технологии:
«Гистологическая техника и методы окрашивания полутонких срезов костной ткани»; «Подготовка образца кости к исследованию в сканирующем электронном микроскопе».
Теоретическая и практическая значимость работы
1. Полученные новые знания о строении, функции, химическом составе и процессах минерализации метаэпифизарного хряща дополняют современные представления о его значении в формообразовательных процессах, в том числе и в условиях лучевого поражения и могут быть рекомендованы в учебные планы на биологических факультетах университетов, медицинских и ветеринарных академий, а также в учебные программы средней школы, например, по экологии.
-
Проведенные экспериментальные исследования метаэпифизарного хряща - уникальной самообновляющейся клеточной системы, нормально функционирующей в условиях тканевой и клеточной гипоксии, позволили установить перспективность этого научного направления в области фундаментальной и прикладной радиобиологии и более подробно изучить механизмы радиационного поражения ростковых зон костей и репарационные возможности хрящевой ткани с целью научного обоснования путей направленной стимуляции процессов коррекции пострадиационных сдвигов в гомеостазе организма.
-
Результаты проведенного исследования могут быть использованы в научно-исследовательской работе в морфологических и патомор-фологических лабораториях, как основа для осуществления дальнейших экспериментов по разработке новых методов диагностики и терапевтического воздействия при острой лучевой болезни, а также стимуляции процессов формообразования и регенерации при лучевых поражениях.
-
В лабораториях морфологического и патоморфологического профиля могут быть использованы разработанные в рамках настоящего исследования полезные модели: «Держатель образца для сканирующего
электронного микроскопа и электронно-зондового микроанализатора», «Предметный столик для замораживания образца к охлаждающему устройству для вакуумного напылителя» и усовершенствованные медицинские технологии: «Гистологическая техника и методы окрашивания полутонких срезов костной ткани», «Подготовка образца кости к исследованию в сканирующем электронном микроскопе», которые будут способствовать повышению эффективности научного процесса при проведении экспериментально-морфологических исследований. Актуально применение методик количественного анализа гистохимических препаратов при помощи рентгеновского электронно-зондового микроанализатора.
Основные положения, выносимые на защиту
1 .Общее внешнее воздействие у-излучения в среднелетальной дозе замедляет рост большеберцовых костей крыс, снижает темп увеличения их продольных размеров, объема, массы и плотности, что сопровождается изменением мофометрических показателей, строения и функции всех морфофункциональных зон метаэпифизарного хряща, нарушением пролиферативной и биосинтетической деятельности хондроцитов.
2. Общее внешнее воздействие у-излучения в среднелетальной дозе изменяет химический состав органического и минерального компонентов метаэпифизарного хряща большеберцовых костей крыс, что проявляется на начальном этапе лучевого поражения уменьшением содержания гиалуроновой и нуклеиновых кислот, серы и сульфатированных гликоза-миногликанов, увеличением концентрация кальция и фосфора, а в середине и конце экспериментального периода - увеличением концентрация серы, сульфатированных гликозаминогликанов, гиалуроновой и нуклеиновых кислот и снижением содержания кальция и фосфора.
Апробация работы
Апробация работы проведена в научном экспериментально-клиническом отделе морфологических исследований и на проблемной комиссии ФГУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г. А. Илизарова Росмедтехноло-гий». Основные положения и материалы диссертации доложены на 13 научных форумах: конференции с международным участием «Новые технологии в медицине», Курган, 2000; научно-практической конференции молодых ученых «Медицина в XXI веке: эстафета поколений», Курган, 2001; международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биологии и ветеринарной медицины мелких домашних животных», Троицк, 2001; международной дистанционной научно-
практической конференции «Современные информационные технологии в диагностических исследованиях», СИДТИ, Днепропетровск, 2002; XIII Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел, Черноголовка, 2003; Всероссийской научной конференции «Реактивность и пластичность гистологических структур в нормальных, экспериментальных и патологических условиях», Оренбург, 2003; научной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы гистологии. Гистогенез и регенерация тканей», Санкт-Петербург, 2004; «Морфологические науки - практической медицине», Омск, 2004; XV Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (РЭМ-2007), Черноголовка, 2007; Всероссийской научно-практической конференции «Клиника, диагностика и лечение больных с врожденными аномалиями развития», Курган, 2007; Всероссийской научно-практической конференции «Клеточные и нанотехнологии в биологии и медицине», Курган, 2007; международной гистологической конференции «Морфогенезы в эволюции, индивидуальном развитии и эксперименте», Тюмень, 2008; Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы экспериментальной биологии и медицины», Курган, 2008.
Публикации По теме диссертации опубликовано 28 работ, получены 2 патента на полезные модели.
Внедрение результатов исследования в практику
Результаты работы используются при выполнении морфологических исследований в научном экспериментально-клиническом отделе морфологических исследований ФГУ «РНЦ «ВТО» им. академика Г. А. Илизарова Росмедтехнологий», включены в учебный план кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии Ижевской государственной медицинской академии. Диссертационная работа является частью комплексного исследования, проводимого по основному плану НИР ФГУ «РНЦ «ВТО» им. акад. Г. А. Илизарова Росмедтехнологий» на тему «Разработка методов стимуляции процессов формообразования и регенерации при лучевом поражении» № 35/1. Соглашение 06/1027 от 13.07. 2006 г., № гос. регистрации 0120.0 802850. Материалы работы включены в 2 заключительных отчета НИР ФГУ «РНЦ «ВТО» им. академика Г.А. Илизаров Росмедтехнологий»: «Разработка способов и устройств для создания в организме дополнительных очагов кроветворения». - Курган, 2000. - 36 с. № гос.
регистрации 01.9.800.04838; «Разработка способа стимуляции кроветворения и исследование функциональной морфологии костеобразования после лучевого поражения». - Курган, 2005. - 59 с. Подготовлены 2 усовершенствованные медицинские технологии: «Гистологическая техника и методы окрашивания полутонких срезов костной ткани», «Подготовка образца кости для сканирующей электронной микроскопии, которые используются в научном экспериментально-клиническом отделе морфологических исследований ФГУ «РНЦ «ВТО» им. академика Г. А. Илизарова Росмедтехнологий».
Объем и структура диссертации
