Журнал «Травма» Том 13, №1, 2012

Вступ

Останнім часом унаслідок великої кількості чинників, що негативно впливають на репаративну регенерацію кісток, значно збільшилася кількість укладнень при загоєннях переломів кісток [1]. Одним із таких чинників і є цукровий діабет (ЦД) [3]. Доведено, що у хворих на цукровий діабет швидкість загоєння переломів кісток зменшується, проте детальних досліджень хімічного складу кісткового регенерату, що формується в цих умовах, не проводилося [9]. Це й визначає мету нашого дослідження.

Мета дослідження — вивчити хімічний склад регенерату кісткової тканини, що формується в місці дефекту на тлі стрептозотоцинового діабету у щурів статевозрілого віку. Дана стаття є фрагментом науково-дослідної роботи «Морфогенез кісток скелету при заповненні кісткових дефектів гідроксіапатитними матеріалами різного складу» (номер державної реєстрації 0109U004621).

Матеріали і методи

Із метою вивчення перебігу особливостей хімічного складу регенерату кісткової тканини в місці дефекту при цукровому діабеті проведений експеримент на 105 білих щурах (самцях) із початковою масою 136,00 ± 2,64 г.

Надалі вказана вікова група щурів була розподілена на три групи по 35 тварин у кожній. Першу, контрольну групу (К1) становили інтактні тварини. Друга група (Д1) — щури, яким наносили дірчастий дефект у ділянці проксимального метафізу великогомілкової кістки (ВГК) (дефект без діабету). Третю групу (Д1Д1) становили тварини, яким на тлі стрептозотоцинового діабету наносили дірчастий дефект у ділянці проксимального метафізу ВГК.

Роботу з тваринами здійснювали відповідно до положень «Загальних етичних принципів експериментів на тваринах», ухвалених Першим національним конгресом із біоетики (Київ, 2001) та міжнародних вимог згідно з «Європейською конвенцією захисту хребетних тварин, що використовуються в експериментальних та інших наукових цілях» [10].

Для ініціації цукрового діабету щурам вводили стрептозотоцин (2-дезоксиметил-нітрозосечовина-глюкозо­пі­ранозу).

На 17-й день із початку експерименту проведено операцію нанесення дефекту великогомілкової кістки. Моделювання кісткового дефекту в ділянці проксимального метаепіфізу ВГК лабораторних щурів при збереженні функціонального навантаження на кінцівку здійснювали за методикою В.И. Лузина и соавт. [5].

Щурів розміщували в клітки по групах та тримали в умовах віварію. Утримання й харчування тварин здійснювали згідно з «Санитарными правилами по устройству, оборудованию и содержанию экспериментально-биологических клиник (вивариев)» від 06.04.73 р. і доповненням від 04.12.78 р. до Наказу МОЗ СРСР № 163 від 10.03.66 р. «О суточных нормах кормления животных и процедур» [4].

Вірогідних розбіжностей у темпах приросту маси тіла тварин усіх піддослідних груп упродовж усього періоду спостереження не відзначалося.

Щурів виводили з експерименту шляхом декапітації під ефірним наркозом через 7, 15, 30, 60 та 90 діб після операції.

Визначали масу тварини, потім препарували та скелетували ВГК, які зважували на аналітичних вагах ВЛА-200 із точністю до 0,1 мг.

Мінеральну насиченість, кількість води, органічних і мінеральних речовин визначали процентно-ваговим методом окремо в експериментальних і контрольних ВГК (у ділянках нанесеного дефекту або у відповідних їм в інтактних тварин). Кістки зважували на аналітичних вагах ВЛА-200 із точністю до 0,1 мг. Потім їх висушували в сушильній шафі до постійної маси при температурі 105 °С. За різницею ваги до і після висушування визначалася наявність води в кістці. Далі кістки в фарфорових тиглях спалювали в муфельній печі при температурі 450–500 °С протягом 12 годин до білуватого кольору й розтирали в порцеляновій ступці. Отриману золу зберігали в герметично закритих мікропробірках. Різниця в масі сухої кістки й золи давала можливість визначити кількість органічних і мінеральних речовин [7].

Для хімічного дослідження 10 мг золи з ділянки нанесеного дефекту розчиняли в 2 мл 0,1 Н соляної кислоти та доводили до 25 мл бідистильованою водою. В отриманому розчині визначали вміст натрію, калію та кальцію на фотометрі атомної абсорбції типу «Сатурн-2» у режимі емісії в повітряно-пропановому полум’ї, а також уміст фосфору — колориметрично за Брігсом на електрофотоколориметрі КФК-3 [2].

Результати та їх обговорення

У тварин групи К1 уміст води та органічних речовин у ділянці проксимального метадіафіза ВГК під час спостереження поступово знижувалися відповідно з 28,18 ± 0,52 % до 24,99 ± 0,48 % та з 31,06 ± 0,44 % до 28,68 ± 0,13 %, а частка мінерального компоненту зростала з 40,25 ± 0,51 % до 45,98 ± 0,22 %.

При нанесенні дірчастого дефекту ВГК (група Д1) уміст води в регенераті у період із 7-го по 60-й дні експерименту переважав значення тварин групи К1 відповідно на 25,48; 14,01; 9,98 та 8,48 %, а частка мінеральних речовин була меншою відповідно на 10,55; 7,57; 8,35 та 8,06 %. При цьому вміст органічних речовин на 7-й день був меншим за показники тварин групи К1 на 8,56 %, а на 30-й і 60-й дні вже переважав їх на 3,81 та 4,83 %. Такі зміни відповідають висвітленій у літературі динаміці змін мінерального складу кісткової речовини регенерату, що формується [6, 8, 11].

Нанесення дірчастого дефекту ВГК на тлі стрептозотоцинового діабету порівняно з групою Д1 на 7-й день спостереження супроводжувалося зниженням умісту води в регенераті на 8,64 %, а з 15-го по 90-й дні вміст води зростав і був більшим за показники контрольної групи відповідно на 10,13; 15,46; 18,63 та 15,17 %. Частка органічних речовин у період із 15-го по 90-й дні була меншою за контрольні значення (група Д1) відповідно на 9,89; 11,52; 7,76 та 3,33 %, а частка мінерального компоненту в період із 30-го по 90-й дні спостереження — відповідно на 2,77; 6,64 та 6,41 %.

Зміни складу регенерату супроводжувалися й змі­на­ми вмісту макроелементів у ньому. У щурів групи К1 під час спо­стереження вміст основних остеотропних макро­еле­­мен­тів — кальцію, фосфору та магнію — у метафізі ВГК збіль­шувався відповідно з 21,44 ± 0,33 % до 23,28 ± ± 0,30 %, із 19,26 ± 0,45 % до 20,38 ± 0,63 % та з 3,68 ± ± 0,10 % до 4,09 ± 0,07 %. Співвідношення кальцій/фосфор при цьому також незначно зростало із 1,12 ± 0,02 ум.од. до 1,15 ± 0,03 ум од.

При нанесенні дефекту у проксимальному метафізі ВГК макроелементний склад регенерату характеризувався такими ознаками: на 7-й день уміст кальцію та фосфору був меншим за показники тварин групи К1 на 25,04 та 31,39 %. Оскільки вміст фосфору знижувався більше, це призводило до збільшення співвідношення кальцій/фосфор на 8,98 %. Уміст магнію, що знаходиться в конкурентних взаємовідношеннях із кальцієм, також переважав показники тварин групи К1 на 12,71 %.

На 15-й день визначена тенденція зберігалася, але дещо згладжувалась: уміст кальцію та фосфору був меншим за показники тварин групи К1 на 20,69 та 25,16 %, а співвідношення кальцій/фосфор та вміст магнію переважали їх на 5,77 % (р > 0,05) та 9,82 % (р > 0,05). На 30-ту добу вірогідно від показників контролю відрізнявся лише вміст кальцію — він був меншим на 10,62 %. Надалі вірогідні відхилення від контролю не реєструвалися.

Отримані результати збігаються як із даними наших попередніх досліджень, так і з даними літератури щодо динаміки макроелементного складу кісткового регенерату, що формується [6, 8, 11].

При нанесенні дефекту на тлі стрептозотоцинового діабету (група Д1Д1) зміни макроелементного складу були більш визначеними та тривалішими. Уміст кальцію був меншим за показники тварин групи К1 із 7-го по 60-й дні відповідно на 25,03; 24,43; 16,46 і 7,99 %, уміст фосфору на 7-й та 15-й дні — на 25,16 та 21,26 %, а співвідношення кальцій/фосфор на 30-й та 60-й дні — на 19,21 та 14,61 %. Уміст магнію переважав показники тварин групи К1 із 7-го по 60-й дні на 16,98; 16,21; 11,09 % (р > 0,05) та 5,18 % (р > 0,05).

Порівняння отриманих результатів із показниками щурів групи Д1 засвідчило, що вміст кальцію був меншим за контрольні показники на 15-й, 30-й та 60-й дні — відповідно на 3,46; 6,48 та 6,48 % (рис. 1).

Уміст фосфору, навпаки, був більшим за контрольні показники з 7-го по 60-й дні на 9,08; 5,20; 6,10 і 5,77 % (рис. 2). У результаті співвідношення кальцій/фосфор було меншим за контрольні показники в ті ж терміни на 8,20; 8,25; 11,09 та 10,75 %. Це може бути свідченням збільшення аморфності кісткового мінералу регенерату [6, 11].

Уміст магнію був більшим за контрольні показники в ті ж терміни, проте меж вірогідності не досягав. На 90-й день спостереження вірогідні відмінності не спостерігались.

Висновки

1. Нанесення дірчастого дефекту на тлі стрептозотоцинового діабету супроводжувалося зростанням у регене­ра­ті вмісту води та зменшенням частки органічних та міне­раль­них речовин.

2. Уміст кальцію був меншим за контрольні показники з 15-го по 60-й дні експерименту, а вміст фосфору, навпаки, був більшим за контрольні показники з 7-го по 60-й дні. У результаті співвідношення кальцій/фосфор було меншим за контрольні в ті ж терміни на 8,20; 8,25; 11,09 та 10,75 %. Це може бути свідченням збільшення аморфності кісткового мінералу регенерату.

3. Уміст магнію був більшим за контрольні показники в ті ж терміни, проте меж вірогідності не досягав.

На 90-й день спостереження вірогідні відмінності не спостерігались.

4. Нанесення дефекту на тлі стрептозотоцинового діабету у щурів статевозрілого віку супроводжувалося дисбалансом макроелементного складу регенерату, що свідчить про гальмування процесів його утворення.

Перспективи подальших досліджень. Для підтвердження отриманих результатів буде проведено рентгеноструктурний аналіз кісткового регенерату, що формується в ділянці дефекту, в умовах нашого експерименту.