Дослідження механізмів деструкції кісткової тканини під впливом модельованої мікрогравітації

У гіпоксичному газовому середовищі щільність стегнової кістки молодих тварин ІІІ групи через 28 діб обмеження рухливості виявлялася вірогідно зниженою (Р< 0,05) на 10%. У молодих щурів VI групи після 45-добової гіпокінезії і при диханні ШГС у режимі 20/20 хвилин щільність КТ стегнової кістки поверталася до вихідного рівня. У дорослих щурів щільність КТ стегнової кістки мала тенденцію до зниження у межах 3% після 28 діб обмеження рухливості і дещо підвищувалася (4,0%) через 45 діб. Таку ж саму тенденцію змін відзначали і при дослідженні стану великогомілкової кістки. Ці дані можуть свідчити про те, що 45-добова експозиція дозволяє організму включити механізми пристосування і відносної стабілізації стану КТ, чого не спостерігалося при 28-добовому впливі.

Аксіальне розвантаження задніх кінцівок молодих (ІІ група) і дорослих (V група) щурів у атмосферному повітрі гальмувало ріст стегнових і великогомілкових кісток. Це проявлялося в зниженні їх маси та об’єму. Маса стегнових і великогомілкових кісток у щурів ІІ і V груп була нижчою від контрольних значень на 10 і 12% відповідно. У молодих і дорослих тварин, що в стані безопорного положення задніх кінцівок дихали ШГС (20/20 хвилин), маса стегнових кісток вірогідно не відрізнялася від контролю. Такий ефект свідчить про наявність стабілізуючої дії сеансів дозованої нормобаричної гіпоксії на процеси ремоделювання КТ.

Зменшення маси та об’єму стегнових кісток у щурів після розвантаження в атмосферному повітрі супроводжувалось зниженням їх щільності, мінеральної насиченості і зольності. У різних ділянках стегнової кістки ці процеси розвивалися нерівномірно.

В епіфізах стегнових кісток щурів з АРЗК в атмосферному повітрі (ІІ група) вірогідно знижувалася щільність, мінеральна насиченість, зольність. У молодих щурів ІІ групи щільність епіфізів була на 10%, мінеральна насиченість – на 23%, зольність – на 15% нижчою порівняно з контролем. У дорослих тварин V групи ці показники знизилися порівняно з контролем на 10, 27 і 18% відповідно. Істотне зниження цих показників скоріше за все пов’язано з гальмуванням процесів мінералізації, які, як відомо, регулюються механічним навантаженням. Крім того відомо, що швидкість та інтенсивність змін у губчастих структурах КТ значно вище, ніж у компактних. Аксіальне розвантаження задніх кінцівок молодих і дорослих щурів у атмосферному повітрі гальмує ріст стегнових і великогомілкових кісток. Це проявляється в зниженні їх маси та об’єму. 

У діафізах не зареєстровано вірогідного зниження щільності, мінерального насичення і зольності у щурів всіх експериментальних груп. Такі наслідки можуть бути пов’язані з тим, що за умов АРЗК гальмуються як процеси фізіологічного формування, так фізіологічної деструкції КТ. Внаслідок цього збільшується частка старої КТ з високим ступенем мінералізації. Це призводить до відносного збільшення вмісту високомінералізованих структур.

Дихання гіпоксичною газовою сумішшю нормалізувало щільність, мінеральну насиченість, зольність КТ, повертало основні показники її стану до рівня контрольних значень, не зважаючи на обмеження рухливості. Це можна розглядати як ще один доказ стабілізуючої дії дозованого зниження парціального тиску кисню при обмеженні рухливості та моделюванні умов мікрогравітації.

Стан органічного матриксу кісткової тканини щурів при обмеженні рухливості. Метаболічний стан клітинних елементів КТ, які характеризують інтенсивність її фізіологічного відновлення-руйнування, ми оцінювали на підставі активності відповідних біохімічних маркерів обох основних типів клітин, які беруть участь у фізіологічному ремоделюванні КТ. Оцінювали функцію остеобластів, що формують нові елементи кісткової тканини. Для цього вимірювали в сироватці крові та КТ активність лужної фосфатази (ЛФ). Визначали також функцію остеокластів, які здійснюють резорбцію КТ. Для цього вимірювали в сироватці крові та КТ активність кислої фосфатази (КФ) і тартратрезистентної кислої фосфатази (ТРКФ). Вимірювали також концентрацію ПТГ та остеокальцину. Основні біохімічні механізми обміну колагену та протеогліканів у КТ аналізували, визначаючи С-термінальні пропептиди колагену І типу (СІСР), концентрацію глікозаміногліканів (ГАГ), гіалуродідазну активність, креатинін. 

Отримані нами дані свідчать, що у молодих щурів з обмеженням рухливості протягом 28 діб, які дихали атмосферним повітрям, вірогідно зростала активність КФ (у 1,2 рази ) і ТРКФ (у 4,4 рази) у сироватці крові порівняно з контролем. Аналогічно більш високою була активність цих ферментів у щурів V групи (у 2,1 та 3,2 рази) відповідно (рис.3 і 4). Водночас у КТ активність КФ і ЛФ виявляла тенденцію до зниження. 

Добре відомо, що креатинін як кінцевий продукт розпаду креатину, відіграє важливу роль у кістковому метаболізмі. Проведені дослідження показали, що концентрація креатиніну у молодих щурів ІІ групи (28 діб обмеження рухливості) не змінювалася. У щурів V групи (45 діб обмеження рухливості) рівень креатиніну мав тенденцію до підвищення. Таким чином, даних за те, що обмеження рухливості істотно змінює метаболізм креатиніну немає. 

Глікозаміноглікани (кислі полісахариди) входять до складу протеогліканів. Їх фізіологічна функція в КТ полягає в підтриманні цілісності органічного матриксу та неорганічного компонента сполучної тканини, в регуляції фібрилогенезу колагену. Проведені нами експерименти показали, що концентрація ГАГ у молодих щурів ІІ групи (28 діб обмеження рухливості) не змінювалася. У щурів V групи (45 діб обмеження рухливості) рівень ГАГ вірогідно зменшувався в 1,7 рази (рис.5). 

ПТГ – гормон паращитоподібної залози. Він діє безпосередньо на КТ, збільшуючи її резорбцію та вивільнюючи іони