Дослідження механізмів деструкції кісткової тканини під впливом модельованої мікрогравітації

Об’єкт досліджень – сироватка крові, кісткова тканина хребетних.

Предмет досліджень – механізми редуктивної адаптації кісткової тканини в умовах дефіциту навантаження.

Методи досліджень – фізіологічні, біохімічні, морфологічні, гістохімічні, імунно-ферментні, електронно-мікроскопічні, рентгено-структурні та варіаційно-статистичні.

Мета роботи. Метою даної роботи було дослідження адаптивної перебудови кісткової тканини при дефіциті навантаження та механізмів її відновлення під впливом дозованої гіпоксичної стимуляції.

Завдання дослідження

1. Вивчити наслідки обмеження рухливості протягом 28 та 45 діб на фізіологічні, біохімічні та морфологічні показники стану кісткової тканини у молодих щурів;

2. Вивчити наслідки обмеження рухливості протягом 28 та 45 діб на фізіологічні, біохімічні та морфологічні показники стану кісткової тканини у дорослих тварин;

3. Дослідити вплив фенотипових відмінностей спонтанної рухової активності щурів на показники стану кісткової тканини при дефіциті навантаження;

4. Вивчити наслідки моделювання впливу мікрогравітації шляхом аксіального розвантаження задніх кінцівок щурів на фізіологічні та біохімічні показники стану кісткової тканини;

5. Вивчити ефективність дії різних режимів дозованої переривчастої нормобаричної гіпоксії на стан кісткової тканини щурів під час обмеження рухливості та аксіального розвантаження задніх кінцівок;

6. Дослідити можливість преадаптації щурів до впливу обмеження рухливості шляхом періодичного дихання газовою сумішшю зі зниженим парціальним тиском кисню; 

7. Проаналізувати механізми стимулюючої дії штучної газової суміші зі зниженим парціальним тиском кисню на стан кісткової тканини після поєднаного впливу дефіциту навантаження та дозованої нормобаричної гіпоксії.

Наукова новизна одержаних результатів. У роботі вперше показано, що обмеження рухливості щурів лінії Вістар в атмосферному повітрі протягом 45 діб знижує масу кісткової тканини та активність біохімічних маркерів ремоделювання кісткової тканини у молодих тварин у більшій мірі, ніж у дорослих. Доведено, що аксіальне розвантаження задніх кінцівок щурів в атмосферному повітрі пригнічує біохімічні показники метаболізму кісткової тканини, аналогічно тому, що спостерігається в умовах гіпокінезії та реальної мікрогравітації. Вперше встановлено, що у молодих тварин з обмеженням рухливості періодичне дихання газовою сумішшю зі зниженим парціальним тиском кисню (Ро2 = 91±8 мм рт.ст) зменшує втрати кісткової маси та пригнічення метаболізму кісткової тканини, викликаних дефіцитом навантаження. Показано, що у дорослих щурів з обмеженням рухливості протягом 45 діб періодичне дихання газовою сумішшю зі зниженим парціальним тиском кисню (Ро2 = 91±8 мм рт.ст) викликає менш виразні зміни, ніж у молодих тварин. У роботі вперше встановлено, що в субпопуляції молодих щурів з високою фенотиповою спонтанною руховою активністю в умовах періодичного дихання гіпоксичною газовою сумішшю 45-добове обмеження рухливості викликає більш виразні зміни стану кісткової тканини, порівняно із тваринами з низькою спонтанною руховою активністю. Стимулюючий вплив гіпоксичної газової суміші виявився більш ефективним у тварин з високою спонтанною руховою активністю. Показано, що преадаптація дорослих тварин шляхом періодичного дихання газовою сумішшю зі зниженим парціальним тиском кисню протягом двох тижнів позитивно впливає на стан кісткової тканини після наступного впливу жорсткої гіпокінезії протягом 28 діб в атмосферному повітрі. Вперше одержано докази на користь того, що на щурів з аксіальним розвантаженням задніх кінцівок максимально позитивний ефект справляє дозована переривчаста гіпоксія у режимах 10/10 та 10/20 хвилин, які характеризуються найбільшою кількістю повторних циклів деоксигенації-реоксигенації. Вперше показано, що дозована переривчаста гіпоксія підвищує ступінь структурного зв’язку між глікозаміногліканами і колагеновими волокнами в ділянках активної продукції кристалів гідроксиапатиту, що забезпечує високу стабільність фізіологічних властивостей кісткової тканини.

Теоретичне і практичне значення отриманих результатів. Теоретичні положення, отримані за результатами проведеної роботи, розширюють уявлення про спрямованість адаптації кісткової системи щурів різного віку до умов гіпокінезії та дефіциту навантаження. Отримані дані свідчать, що гіпокінезія протягом 45 діб уповільнює фізіологічні темпи зростання кісткової маси молодих щурів у більшій мірі, ніж дорослих. Відсутність навантаження задніх кінцівок у щурів призводить до встановлення нового динамічного співвідношення між процесами утворення і руйнування кісткової тканини. Дозоване зниження парціального тиску кисню з різним співвідношенням періодів деоксигенації та реоксигенації гальмує розвиток остеопенії, підвищує ступінь структурного зв’язку між глікозаміногліканами і колагеновими волокнами в ділянках активної продукції кристалів гідроксиапатиту, підвищує біомеханічні властивості кістки.

Періодичне дихання газовою сумішшю з дозованим зниженням парціального тиску кисню може бути рекомендовано до апробації у клінічних умовах для профілактики остеопенії, відновлення маси і фізіологічних властивостей кісткової тканини у осіб з малорухомим способом життя та недостатнім обсягом фізичних навантажень.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно сформулювала мету та завдання дослідження, розробила методику градації ступеня гіпокінезії у щурів різного віку, що дозволило дослідити зміни в процесах ремоделювання кісткової тканини (заявка на винахід №20041210501). Брала участь у розробці методики аксіального розвантаження кінцівок у щурів.