Мiнiстерство охорони здоров'я України

Тернопільська державна медична академія

ім. І.Я.Горбачевського

БОРКОВСЬКИЙ ВIКТОР ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 611. 71: 612. 766. 1 /. 2

МОРФОГЕНЕЗ КIСТОК СКЕЛЕТУ ПРИ ФIЗИЧНИХ НАВАНТАЖЕННЯХ ПIСЛЯ ГIПОКIНЕЗIЇ ТА В ПЕРIОД РЕАДАПТАЦIЇ

(анатомо-експериментальне дослiдження)

14. 03. 01 - нормальна анатомiя

Автореферат

дисертацiї на здобуття наукового ступеня

кандидата бiологiчних наук

Тернопіль - 1998

Дисертацiєю є рукопис

Робота виконана в Тернопiльськiй державнiй медичнiй академiї

ім. І.Я.Горбачевського МОЗ України (ТДМА)

Науковi керiвники:

канд. бiол. наук, Довгань Олена Михайлiвна, Тернопільська державна медична академія, доцент кафедри фізвиховання і здоровя;

канд. бiол. наук, Барна Микола Миколайович, Тернопільський державний педагогічний університет, професор кафедри загальної біології

Офiцiйнi опоненти:

1. доктор біол. наук, професор Ковтун Михайло Фотійович, Інститут зоології АН України, зав. відділом еволюційної морфології хребетних;

2. доктор біол. наук, професор Мицкан Богдан Михайлович, Прикарпатський університет ім. В.Стефаника МО України, зав. кафедри теорії і методики фізичної культури і спорту

Провiдна установа:

Харківський державний медичний унiверситет МОЗ України, кафедра нормальної анатомії

Захист вiдбудеться "_21"_січня__199 9 р.

о 11__год. на засiданнi спецiалiзованої вченої ради К 58.601.01 при Тернопільській державній медичній академії за адресою: 282001, м. Тернопіль, майдан Волі, 1.

З дисертацiєю можна ознайомитись у бiблiотецi Тернопільської державної медичної академії (282001, м.Тернопіль, вул. Руська,12)

Автореферат розiсланий "_18_"_грудня__199 9 р.

Вчений секретар

спецiалiзованої вченої ради

д.м.н., професор О.М.Кіт

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми.Морфологічними дослідженнями показана тісна залежність форми і будови кісток скелету від умов функціонального навантаження. У звичайних умовах структура кісток змінюється шляхом фізіологічної перебудови, що залежить не тільки від механічних, фізичних, але й від генетичних, нервових, гормональних, обмінних та інших факторів (М.Г.Прівес,1983; В.Г.Ковєшніков, 1987; Б.О.Никитюк, 1990; М.Ф.Ковтун, 1990; Н.В.Родіонова, 1991; О.М.Довгань, 1995; Н.В.Дєдух, 1995; Я.І.Федонюк, 1996).

Зростання ролі фізичної культури і бурхливе зростання спортивної майстерності виявились поєднаними із збільшенням обєму інтенсивних тренувальних навантажень, що вимагає від організму значних адаптивних реакцій та викликає у ньому ряд структурно-функціональних змін, вивчення яких є одним з найбільш актуальних завдань морфології (Б.О.Никитюк, 1980; В.Г.Ковєшніков, 1990; Б.М.Мицкан, 1993; Я.І.Федонюк, 1996; О.М.Довгань, 1997).

Особливої важливості набувають дослідження морфологічних змін, що проходять у кістках скелету при заняттях фізичною культурою, спортом, дії на них космічних польотів та трудової діяльності. Ця обставина визначається тим, що кісткова система є лабільною і виконує не тільки функцію остова і опори тіла, але й бере участь в обмінних процесах організму, її перебудова свідчить про суттєві функціональні зрушення в організмі і може слугувати показником ступеня адаптивної реакції організму на режим рухової активності (Я.І.Федонюк, 1994; О.М.Довгань, 1995), що є одним із актуальних завдань сучасної теоретичної, спортивної та клінічної медицини.

За сучасних тенденцій розвитку фізкультурного руху, який вимагає застосування великих фізичних навантажень, необхідно чітко уявляти закономірності виникнення небажаних наслідків гіпокінезії. В умовах останньої можуть знаходитись хворі спортсмени, космонавти, люди важкої фізичної праці, які після виліковування приступають до тренування чи трудової діяльності знову, отримуючи великі фізичні навантаження. Інколи це призводить до виснаження кісткової системи і як наслідок - до остеопорозу, патологічних переломів і т.п. Вивчення закономірностей змін, які відбуваються при фізичних навантаженнях після гіпокінезії, допоможе прогнозувати перебудову кісткової тканини і проводити корекцію росту і будови кісток скелету в оптимальному режимі. У літературі обмежена кількість публікацій про вплив фізичних навантажень після гіпокінезії.

Суттєве значення для практики спорту і спортивної медицини становить зясування закономірностей морфогенезу за реадаптаційних процесів, що проходять в кістках скелету і окремих органів при дії на організм різних чинників зовнішнього середовища (Я.І.Федонюк, 1990; С.І.Кравців, 1994; О.М.Довгань, 1995; Б.Я.Ремінецький, 1995; В.Д.Волошин, 1995; Я.Т.Велещук, 1996, П.П.Флекей, 1998). Однак, реадаптаційні перетворення в кістках скелету при гіперкінезії після гіпокінезії у літературі не висвітлені.

Отже, питання теоретичного та практичного аналізу змін, що проходять в кістках скелету при фізичних навантаженнях після гіпокінезії і в умовах реадаптації недостатньо вивчені і є актуальними.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з планом наукових досліджень Тернопільської медичної академії і є частиною науково-дослідної теми кафедри нормальної анатомії та кафедри фізичного виховання і здоровя “Закономірності росту і формоутворення кісток скелету за різних режимів рухової активності”.

Мета роботи. Встановити в експерименті особливості морфогенезу кісток скелету при гіперкінезії після гіпокінезії та в період реадаптації.

Задачі дослідження:

1. Простежити ріст, будову, хімічний склад довгих трубчастих кісток інтактних тварин у віці від пяти до двадцяти місяців з метою співставлення отриманих даних з результатами експерименту.

2. Зясувати динаміку морфогенезу довгих трубчастих кісток в умовах гіпокінезії з наступною дією довготривалих динамічних фізичних навантажень.

3. Дослідити направленість росту, будови і хімічного складу довгих трубчастих кісток при довготривалих статичних фізичних навантаженнях після гіпокінезії.

4. Встановити динаміку реадаптаційних перетворень у довгих трубчастих кістках від періоду припинення дії факторів гіперкінезії до останніх вікових періодів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше експериментально вивчені особливості росту, будови і хімічного складу довгих трубчастих кісток при довготривалих фізичних навантаженнях динамічного та статичного характеру після перебування тварин в умовах гіпокінезії. Встановлено, що ступінь дії фізичних навантажень залежить від інтенсивності та виду гіперкінезії.

Вперше встановлена закономірність реадаптаційних перетворень у довгих трубчастих кістках після припинення впливу гіпокінезії з наступною дією фізичних навантажень. Показано, що розвиток і ступінь структурних змін у динаміці реадаптаційних перетворень кісток скелету після фізичних навантажень у тварин, які знаходились попередньо в умовах гіпокінезії, залежать від виду, інтенсивності, а також тривалості відновлюваного періоду.

Практичне значення одержаних результатів. В роботі вперше, на основі результатів експериментальних досліджень довгих трубчастих кісток, встановлені закономірності росту, будови, хімічного складу кісток після гіпокінезії, а також у відновний період. Отримані дані можуть служити основою для теоретичного обгрунтування профілактичних мір попередження перевантаження кісткової тканини в процесі інтенсивних спортивних тренувань або важкої фізичної праці (особливо у ранньому віці, при інтенсивному рості кісток). Це дозволило по-новому підійти до розуміння морфологічної суті проявів адаптаційно-компенсаторних змін. Практична значимість проведених досліджень полягає в тому, що з гіпокінезії спортсмена потрібно виводити, даючи йому навантаження помірного характеру, з поступовим збільшенням часу та інтенсивності навантаження, враховуючи при цьому режим тренування, вид спорту, вік, величину м’язового компонента.

Отримані результати досліджень впроваджені в навчальний процес та науково-дослідну роботу кафедр нормальної анатомії, цитології і ембріології людини; валеології; оперативної хірургії з топографічною анатомією; фізичної культури і спорту; спортивної морфології; лабораторії патоморфології та патофізіології національного (Київ), Донецького, Харківського, Вінницького, Львівського, Одеського, Санкт-Петербурзького, Ростовського медичних університетів; Буковинської, Дніпропетровської, Семипалатинської, Ставропольської медичних академій; Кримського аграрного університету; Української медичної стоматологічної академії; Російської державної академії фізичної культури (Москва); Мінського медичного інституту; Мелітопольського педагогічного інституту; Харківського науково-дослідного інституту травматології та ортопедії; Українського науково-дослідного інституту травматології та ортопедії (Київ); Ужгородського та Волинського державних університетів; Санкт-Петербурзької академії фізичної культури ім. П.Ф.Лесгафта.

Декларація конкретного особистого внеску дисертанта у розробку наукових результатів, що виносяться на захист. Автором проведені експериментальні та морфофункціональні дослідження, статистична обробка результатів, їх аналіз і узагальнення, інтерпретація отриманих результатів, основні положення, що виносяться на захист та висновки дисертації. У публікаціях, виконаних у співавторстві, 70 % розробок та матеріалу належать автору.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації викладені та обговорені на міжнародних наукових конференціях (Тернопіль, Санкт-Петербург, Саратов, Полтава, Томськ, Красноярськ, Астрахань, Тюмень), конгресах (Вінниця, Тернопіль, Польща, Португалія, Москва, Китай, Вірменія), симпозіумах (Харків, Чернівці, Донецьк, Вінниця, Київ).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 33 роботи. З них у фахових наукових журналах - 7, збірниках праць -8, матеріалах конференцій - 12, закордонних публікаціях - 14, 6 робіт опубліковано самостійно.

Структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 203 сторінках і складається із вступу, аналітичного огляду літератури, характеристики матеріалу та методів дослідження, пяти розділів власних досліджень, післямови (обговорення отриманих результатів дослідження), висновків, списку використаних джерел літератури (243), з яких 75 -зарубіжна література та додатку (35 ст.). Дисертація ілюстрована 34 рисунками, 23 графіками та 38 таблицями.

Основний зміст роботи

Матеріали та методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань проведено дослідження на 288 білих щурах-самцях. Обгрунтуванням вибору тварин для даної роботи служить той факт, що щурі мають порівняно невеликий життєвий цикл, крім того, вони є тваринами безперервного росту. Це дозволило протягом короткого проміжку часу прослідкувати закономірності росту та формоутворення скелета. В.И. Махинько, В.И. Никитин (1987) доводять, що швидкість обмінних процесів у білих щурів в 30 разів більша, ніж у людини, що дає можливість порівняти один день життя білих щурів з одним місяцем життя людини.

В експериментальних дослідженнях на дрібних лабораторних тваринах більш зручною є постановка дослідів на групі (серії) тварин з моделюванням однотипних режимів фізичного навантаження. При моделюванні фізичних навантажень ми провели їх стандартизацію для даних тварин в залежності від інтенсивності і виду навантаження. В наших дослідах ми розділили статичні і динамічні фізичні навантаження на помірні та інтенсивні. При режимі помірних фізичних навантажень тварини отримували 55 % від максимального навантаження, а інтенсивні - 80 %.

Моделювання динамічних навантажень проводилось в третбані нашої конструкції (свідоцтво на винахід № 818/573). Швидкість руху третбана складала 1,8 км/год., при якій всі тварини бігали добре. Статичні фізичні навантаження моделювались на вертикальних жердинах теж нашої конструкції (свідоцтво на винахід за № 1/393/395). Гіпокінезія моделювалась у спеціальних клітках-касетах, які являють собою єдиний блок, призначений для одноразового утримання в ідентичних умовах 10-12-ти тварин з регулюючою обмеженістю рухової активності.

Тварини вводились в експеримент, починаючи з двомісячного віку. Вони були розподілені на наступні серії і групи рухової активності.

Перша серія тварин знаходилась в умовах гіпокінезії (3 міс.) з наступним тренуванням помірними динамічними навантаженнями (3 міс.). Тварини другої серії після гіпокінезії (3 міс.) отримували помірні статичні фізичні навантаження (3 міс.). Третя серія тварин утримувалась в умовах гіпокінезії (3 міс.) з наступним тренуванням інтенсивними динамічними фізичними навантаженнями (3 міс.). Тварини четвертої серії знаходились в умовах гіпокінезії (3 міс.). Тварини пятої серії є інтактними і слугували контролем до четвертої серії досліду. Шоста серія тварин була контрольною до першої, другої та третьої серій досліду.

Реадаптаційні зміни в довгих трубчастих кістках вивчались після закінчення тренувань фізичними навантаженнями після гіпокінезії у тварин, які знаходились у звичайних умовах віварію протягом: 15 днів-

2-а група, 1 міс. - 3-я група, 4 міс. - 4-а група, 6 міс. - 5-а група, 12 міс. - 6-а група.

Тварини 6-ої серії були контролем до 1-ї, 2-ї та 3-ї дослідних серій і розподілені на шість вікових груп, відповідно до термінів експерименту:

1-а група - 8 міс., 2-а група - 8,5 міс., 3-я група - 9 міс., 4-а група - 12 міс., 5-а група - 14 міс., 6-а група - 20 міс.

Тварини 5-ї серії були контролем до 4-ї серії (гіпокінезія протягом 3-х міс.) і розподілені на наступні шість вікових груп, відповідно до термінів дослідження: 1-а група - 5 міс., 2-а група - 5,5 міс., 3-а група - 6 міс., 4-а група - 9 міс., 5-а група - 11 міс., 6-а група - 17 міс.

Тварин виводили з експерименту шляхом декапітації під ефірним знечуленням на столику конструкції Мороза М.М, Барни О.М., БарниМ.М., (1993), проводили скелетування кісток. Виділялись довгі трубчасті кістки передніх і задніх кінцівок, зважувались на аналітичних терезах ВП-206 з точністю до 0,01 мм. Програма остеометрії включала наступні показники: найбільшу ширину проксимального епіфіза, найбільшу ширину дистального епіфіза, найбільшу ширину середини діафіза, передньо-задній розмір середини діафіза, найбільшу довжину кістки.

Гістологічно вивчались компактна і губчаста речовини, епіфізарний хрящ проксимального і дистального відділів довгих трубчастих кісток. При характеристиці епіфізарного хряща використовували класифікацію В.Г. Ковєшнікова, 1980. Морфометрію епіфізарного хряща проводили за наступною програмою: ширина епіфізарного хряща, ширина зони проліферуючого хряща, ширина зони дефінітивного хряща, кількість клітин у стовпчиках зони проліферуючого хряща та кількість клітин у стовпчику зони дефінітивного хряща. При цьому кількість хондроцитів підраховували в стовпчику відповідно до місця вимірювання ширини епіфізарного хряща.

У програму морфометрії діафіза включали наступні вимірювання: площу поперечного перетину діафіза, площу поперечного перетину кістковомозкового каналу, ширину шару внутрішніх оточуючих пластинок, ширину шару зовнішніх оточуючих пластинок, ширину остеонного шару, діаметр остеонів, діаметр каналу остеонів.

Кісткова тканина є основним депо мінеральних речовин, які відіграють роль не тільки в механічній міцності довгих трубчастих кісток, але й беруть участь в електролітному гомеостазі організму. Ми вивчали макро- (кальцій, калій, натрій, магній) і мікроелементи (мідь, марганець, свинець, алюміній) на атомному абсорбційному спектрофотометрі С-115 і фосфору - на ФЕК-М за Брігсом.

Цифрові дані, отримані в результаті дослідження, оброблялись методом варіаційної статистики на персональному компютері.

Основні результати досліджень.Важливе мiсце в морфологiчнiй науцi займає спортивна морфологiя, котра вивчає морфогенез пiд впливом зовнiшнiх фокторiв, а також морфофункцiональнi прояви адаптацiї органiзму до умов спортивної дiяльностi та процес вiдновлення органів і систем пiсля рiзних режимiв рухової активностi. Результати дослiджень в областi спортивної морфологiї використовуються для вирiшення практичних завдань фiзичного виховання та сучасного спорту. Важливим напрямком цiєї науки являється вивчення питань адаптацiї i реадаптацiї кiсткової системи до рiзних режимiв рухової активностi.

Виходячи з теоретичної i практичної значимостi цiєї проблеми, ми поставили перед собою завдання: вивчити особливостi росту, будови та хiмiчного складу трубчастих кiсток тварин, якi розвивались в рiзних режимах рухової активностi, їх поєднання, а також динамiку реадаптацiйних переутворень в кiстках скелета вiд перiоду припинення дiї факторiв пiдвищеного чи пониженого фiзичного навантаження пiсля гiпокiнезiї до останнiх вiкових перiодiв життя.

Виконання вказаних завдань вимагало вивчити будову, рiст та хiмiчний склад трубчастих кiсток iнтактних тварин у вiковому аспектi, оскiльки данi, що є в лiтературi по цих питаннях, в основному стосуються раннiх перiодiв розвитку тварин.

У бiлих щурiв репродуктивного перiоду чiтко виявляються в будовi епiфiзарного хряща п'ять зон: 1)зона iндиферентного хряща з поодинокими клiтинами, якi розмiщенi в промiжнiй речовинi i мають витягнуто-овальну форму з ядром в центрі, що обрамлене незначною кiлькiстю цитоплазми; 2)зона пролiферативного хряща, представлена хрящовими клiтинами, зiбраними в iзогеннi групи, що формують колонки, якi нагадують "монетнi" стовпчики; в клiтинах добре вираженi ознаки мiтозу; 3)зона дефiнiтивного хряща, яка складається iз хрящових клiтин, що розмiщенi у виглядi стовпчикiв, мiж якими мiститься невелика кiлькiсть промiжної речовини; хрящовi клiтини тут досягають передзруйнованого стану, мають круглу форму; 4)зона деструкцiї, де спостерiгається багато зруйнованих хондроцитiв, проходить подальша кальцифiкацiя матрикса хряща i розвиток проостеобластичних елементiв; 5)зона остеогенезу, в котрiй проходить утворення первинних кiсткових трабекул.

До перiоду виражених старечих змiн ширина епiфiзарного хряща зменшується, але хрящова пластинка повнiстю не зникає. В репродуктивному вiцi щомiсячно ширина епiфiзарного хряща зменшується на 13,86 мкм. Серед зон епiфiзарного хряща бiльш рiзко звужується зона пролiферативного та дефiнiтивного хрящiв. Довжина трубчастих кiсток в середньому збiльшується на 0,66-0,30 мм, в перiодi виражених старечих змiн - на 0,10 мм у кожнiй кiстцi; максимальна ширина епiфiзiв збiльшується вiдповiдно на 0,88-0,05 мм i на 0,04-0,02 мм, що свiдчить про постiйний рiст кiсток як у довжину, так i в товщину, хоча i досить незначно.

Морфометричне дослiдження дiафiза кiсток iнтактних тварин в репродуктивному перiодi показало, що гiстоструктура його представлена цiлком сформованою кiстковою тканиною i складається з пластинчастих структур із вторинними остеонами при незначному вмiстi грубоволокнистої кiсткової тканини. Процеси кiсткоутворення переважають над процесами резорбцiї. Однак, в перiодi виражених старечих змiн спостерiгається поступове переважання резорбцiйних процесiв. Аналiз хiмiчного складу трубчастих кiсток у вiковому аспектi показав, що, починаючи з репродуктивного перiоду i до перiоду виражених старечих змiн, в кiстках збiльшується кiлькiсть кальцiю i загальна насиченiсть мiнеральними речовинами. Одночасно зменшується в кiстках вмiст води, калiю, натрiю, магнiю. Вiковi зміни хiмiчного складу трубчастих кiсток опосередковано вказують на підвищення міцності кiсток, і, таким чином, на пiдвищення їх функцiональної надiйностi.

Спiвставляючи данi лiтератури з нашими спостереженнями росту i будови трубчастих кiсток бiлих щурiв-самцiв, ми виділили три перiоди:

1-й (вiд одного до восьми мiсяцiв) - перiод iнтенсивних процесiв кiсткоутворення; 2-й (вiд восьми до п'ятнадцяти мiсяцiв) - перiод стабiлiзацiї перебудовчих процесiв; 3-й (вiд шiстнадцяти мiсяцiв i старшi) - перiод регресивних змiн з переважанням процесiв резорбцiї. У вказанi перiоди структурнi змiни кiсткової тканини, динамiка взаємовiдношень кiсткоутворюючих i кiсткоруйнівних процесiв протiкає з рiзною iнтенсивнiстю. Це диктує необхiднiсть диференцiйовано пiдходити до оцiнки репаративних змiн в кiстковiй тканинi в рiзнi вiковi перiоди.

Морфометрiєю епiфiзарного хряща кiсток тварин, яких пiддавали помiрним динамiчним (І серiя) i статичним (II серiя) навантаженням (протягом трьох мiсяцiв), пiсля трьохмiсячної гiпокiнезiї виявлено збiльшення його ширини у порiвняннi з контрольними показниками вiдповiдно на 36,42 % i 32,24 % за рахунок зони пролiферативного хряща. У пiддослiдних тварин збiльшена площа поперечного перетину дiафiза на 11,52 % в першiй серiї i на 9,54 % у другiй, площа поперечного перетину компактної речовини вiдповiдно на 18,53 % i 15,27 % (р<0,001), звужується просвiт кiстковомозкового каналу. Цi данi свiдчать про бiльш iнтенсивно протiкаючi субперiостальнi кiстковоутворюючi процеси у тварин, якi пiдлягали тренуванням помiрними фiзичними навантаженнями.

Через п'ятнадцять днiв пiсля припинення тренувань тварин помiрними фiзичними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї морфометричнi показники гiстоструктури епiфiзарного хряща i дiафiза не вiдрiзняються суттєво вiд попередньої групи цих пiддослiдних серiй. Через один мiсяць пiсля припинення тренувального циклу ширина епiфiзарного хряща i окремi його зони в трубчастих кiстках зменшуються у порiвняннi з попереднiми групами даних дослiдних серiй, однак цi величини переважають над контрольними показниками. Через чотири мiсяцi пiсля припинення циклу тренувань помiрними фiзичними навантаженнями у тварин, котрi попередньо утримувались в умовах гiпокiнезiї, ширина епiфiзарного хряща пiддослiдних тварин бiльша контрольних показникiв на 20,53 % (р<0,05) в I серiї дослiдiв. У другiй серiї дослiдiв до цього перiоду реадаптацiї морфометрiя епiфiзарного хряща не дає статистично достовiрних рiзниць.

Через шiсть мiсяцiв тренувального циклу помiрними динамiчними i статичними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї будова епiфiзарного хряща трубчастих кiсток щурiв практично не вiдрiзняється вiд iнтактних тварин. В гiстоструктурi дiафiзiв до цього перiоду зберiгаються вираженi вiдмiнностi. Переважає площа поперечного перетину дiафiза i площа поперечного перетину компактної речовини. Статистично достовiрно збiльшена ширина остеонного шару. Через дванадцять мiсяцiв пiсля закiнчення тренувань тварин помiрними динамiчними i статичними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї в гiстоструктурi кiсткової тканини ще виявляються характернi особливостi будови в порiвняннi з контрольною групою тварин цього ж вiку. В гiстоструктурi компактної речовини до цього перiоду зберiгаються достовiрнi рiзницi бiльшостi морфометричних показникiв кiсток пiддослiдних та iнтактних тварин. Слiд вiдмiтити, що епiфiзарний хрящ до цього перiоду значно звужується, чим i можна пояснити виражене зменшення потенцiї до росту трубчастих кiсток в цей перiод реадаптацiї.

Вивчення остеометричних показникiв в I та II серiях дослiдiв показало, що в перiод тренування тварин помiрними динамiчними i статичними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї прискорюється рiст трубчастих кiсток як в довжину, так i в ширину. Бiльш iнтенсивно при динамiчних навантаженнях збiльшуються поздовжнi розмiри кiсток, при статичних - поперечнi. В перiоди реадаптацiї темпи росту трубчастих кiсток у пiддослiдних щурiв бiльш сповiльненi, нiж у iнтактних тварин, внаслiдок чого показники росту i формоутворення кiсток iнтактних i дослiдних тварин до останнiх вiкових перiодiв наближаються один до одного, хоча i не вирiвнюються. Це можна пояснити видовою детермiнацiєю ростових процесiв. Сприятливi умови розвитку скелета при помiрних режимах фiзичного навантаження сприяє прискореному росту кiсток в раннi вiковi перiоди.

Важливе значення в доповнення до розумiння переутворень в кiстках при фiзичних навантаженнях пiсля гiпокiнезiї дає вивчення мiнерального компонента трубчастих кiсток пiддослiдних тварин. Пiсля припинення тренувань тварин помiрними динамiчними i статичними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї в кiстках збiльшується вмiст кальцiю i фосфору: загальна кiлькiсть неорганiчних речовин в I серiї на 17,53 %, 10,59 %, 7,98 % (р<0,001 ), у II - на 14,55 %, 8,80 %, 7,05 % (р<0,001) вiдповiдно. Одночасно зменшується вмiст води, магнiю, калiю, натрiю.

Таким чином, вивчаючи скелет тварин, якi пiдлягали протягом трьох мiсяцiв помiрним динамiчним (I серiя дослiдiв) та помiрним статичним (IIсерiя дослiдiв) навантаженням пiсля трьохмiсячної гiпокiнезiї, ми виявили ростостимулюючий ефект останнiх на кiсткову тканину, при цьому пiдсилюються кiстковоутворюючi процеси, суттєво оптимiзується хiмiчний склад кiсток.

Потрібно врахувати, що при пiдготовцi спортсменiв високого класу застосовуються надмірні фiзичнi навантаження протягом тривалого часу (десятки рокiв), але через травму, захворювання, чи перетренування вони досить довго знаходяться в станi обмеженої рухової активностi. Пiсля виходу з гiпокiнезiї спортсмени знову отримують фiзичнi навантаження, звичайно з поступово зростаючою iнтенсивнiстю, але ж виникає питання, як цi фiзичнi навантаження впливають на кiстки скелета, якi змiни зявляються в кiстковiй тканинi, якої вони тривалостi i ступеня. Все це i наштовхнуло нас до вивчення впливу дiї iнтенсивного фiзичного навантаження пiсля гiпокiнезiї на кiстки скелета.

Ми вивчали вплив iнтенсивних динамiчних навантажень пiсля гiпокiнезiї (III серiя) на кiсткову систему з подальшим дослiдженням в нiй реадаптацiйних переутворень. Ширина епiфiзарного хряща кiсток тварин, якi пiдлягали тренуванню iнтенсивними динамiчними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї, зменшилась у порiвняннi з контрольними показниками досить незначно, це сталось в основному за рахунок зони пролiферативних клiтин. Епiфiзарний хрящ зберiгає звичайну зональну будову.

В гiстоструктурi дiафiзiв також вираженi значнi перебудовчi процеси: зменшена товщина дiафiза та шару його компактної речовини, площа поперечного перетину кістково-мозкової порожнини розширена на 5,49 % (р<0,05). В гiстоструктурi компактної речовини спостерiгається зменшення ширини остеонного шару, збiльшення товщини шарiв внутрiшнiх i зовнiшнiх оточуючих пластинок вiдповiдно на 9,32 % i 7,34 % (р<0,05). При цьому сповiльнене формування кiсткових балок проходить нерiвномiрно.

Через п'ятнадцять днiв, один мiсяць при тренуваннs тварин iнтенсивними динамiчними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї в гiстоструктурi епiфiзарного хряща та дiафiза суттєвих рiзниць з попередньою пiддослiдною групою ми не виявили. Через чотири та шiсть мiсяцiв при тренуваннs тварин iнтенсивними динамiчними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї морфометрiя епiфiзарного хряща виявила зменшення ширини зон пролiферативного i дефiнiтивного хрящiв. Через шiсть мiсяцiв реадаптацii вiдмiчається бiльш виражене формування хондроцитiв в колонки, орiєнтованi паралельно довжинi кiстки, хрящовi клiтини бiльш диференцiйованi, в зонi пролiферацiї зявляються мiтотичнi хондроцити. В дiафiзах кiсток тварин цiєї серiї дослiдiв через чотири та шiсть мiсяцiв пiсля закiнчення тренувань товщина дiафiза та його шару компактної речовини ще значнiше вiдстають в ростi вiд контрольних показникiв, однак цi рiзницi з контрольними даними менше вираженi, нiж в попереднiх пiддослiдних групах.

Через дванадцять мiсяцiв при тренуваннi тварин iнтенсивними динамiчними навантаженнями будова епiфiзарного хряща трубчастих кiсток щурiв практично не вiдрiзняється вiд iнтактних тварин. Морфометрiя епiфiзарного хряща кiсток пiддослiдних тварин не дає статистично достовiрних рiзниць з контрольними показниками. Вирiвнювання будови епiфiзарного хряща кiсток пiддослiдних та iнтактних тварин обумовлено його високою пластичнiстю.

Аналiз остеометричних показникiв вказує, що тривалi iнтенсивнi динамiчнi навантаження пiсля гiпокiнезiї незначно активiзують поздовжнiй рiст трубчастих кiсток при одночасному пригнiченнi їх поперечного росту на раннiх етапах розвитку. В процесi реадаптацiї ефект активiзацiї поздовжнього росту трубчастих кiсток нiвелюється, що слiд розглядати як мобiлiзацiю компенсаторних резервiв кiсткової тканини. Вони генетично детермiновані і проявляються при найрізноманітніших екстремальних дiях на органiзм. Вiдставання поперечних розмiрiв поступово зменшується, хоча повнiстю не зникає навiть до рiчного термiну спостереження.

Важливе значення має дослiдження змiн в кiстковiй системi тварин, що пiдлягають обмеженню рухової активностi (IV серiя ), оскiльки гiпокiнезiя є безпосереднiм супутником життя сучасної людини i зустрiчається у звичайних умовах при тяжких захворюваннях або травмах.

Вивчення будови кісток показало, що тут також спостерiгаються вiд'ємнi прояви дiї гiпокiнезiї. Площа поперечного перетину дiафiза у пiддослiдних щурiв менша на 11,71 %, площа поперечного перетину компактної речовини - на 17,89 %, просвiт кiстковомозкового каналу розширений на 4,94 %. В структурi компактної речовини виявлено витончення остеонного шару на 17,39 % при одночасному розширеннi шарiв внутрiшнiх та зовнiшнiх оточуючих пластинок. В компактнiй речовинi спостерiгається багато щiлин резорбцiї, сповiльнена перебудова первинних остеонних генерацiй у вториннi. Остеометрiєю виявлено рiзке сповiльнення поздовжнього i поперечного росту трубчастих кiсток пiддослiдних тварин. В хiмiчному складi трубчастих кiсток цiєї серiї дослiдiв виявлено зменшення загального вмiсту неорганiчних речовин, кальцiю i фосфору. Одночасно компенсаторно збiльшується кiлькiсть гiдрофiльних елементiв - калiю i натрiю. Таким чином, перебування тварин в умовах гiпокiнезiї викликає рiзке погiршення гiстоструктури кiсткової тканини i зміни хiмiчного складу кiсток.

Через п'ятнадцять днiв пiсля утримування тварин в умовах обмеженої рухової дiяльностi зберiгаються значнi i статистично достовiрнi рiзницi в гiстоструктурi кiсткової тканини та хiмiчному складi при порiвняннi з контрольними показниками. Через мiсяць спостереження пiсля гiпокiнезiї ширина епiфiзарного хряща пiддослiдних щурiв вужча за контрольнi показники. Разом з тим, помiтнi ознаки пiдвищення мiтотичної активностi хондроцитiв в зонi пролiферацiї хрящових клiтин у порiвнянні з попередньою групою цiєї серiї дослiдiв. В структурi компактної речовини спостерiгаються чисельнi мозаїчнi дiлянки, лiнiї склеювання, щiлини резорбцiї, має мiсце вiдставання перетворення первинних остеонiв у вториннi.

Через чотири, i особливо через шiсть мiсяцiв пiсля закiнчення утримання тварин в умовах гiпокiнезiї, спостерiгаються поступовi процеси нормалiзацiї структури епiфiзарного хряща, однак останній до цих термiнiв значно вужчий контрольних показникiв. Зi сторони дiафiза все ще спостерiгаються рiзницi в товщинi компактної речовини, зменшена ширина остеонного шару.

В бiльш вiддалений перiод реадаптацiї (через один рiк пiсля утримання тварин в умовах гiпокiнезiї) чiтко проявляються компенсаторнi змiни в епiфiзарному хрящi, котрi спрямовані на пiдвищення його ростової активностi. Через рiк пiсля утримання тварин в умовах гiпокiнезiї остеометричнi показники пiддослiдних щурiв не досягають контрольних величин, при цьому великi рiзницi спостерiгаються в поздовжнiх розмiрах кiсток. Широтнi розмiри в бiльшiй мiрi наближаються до контрольних показникiв. Статистично достовiрнi рiзницi виявленi лише в ширинi проксимального i дистального епiфiзiв стегнових i великогомiлкових кiсток.

Таким чином, на основi даних лiтератури та результатiв власних дослiджень встановлено, що рiзнi режими рухової активностi та їх поєднання справляють певний, в залежностi вiд виду дiючого фактору, вплив на скелет. Помiрнi динамiчнi i статичнi навантаження пiсля гiпокiнезiї справляють позитивний вплив на процеси росту, формоутворення кiсткової тканини, її будову, хiмiчний склад, пiдсилюючи при цьому апозицiйнi процеси. Тривале тренування тварин iнтенсивними динамiчними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї викликає у тварин стан помітної фiзичної перевтоми, незначно активiзуючи при цьому лише поздовжнiй рiст трубчастих кiсток за вираженого зниження темпiв росту цих кiсток у товщину. Умови гiпокiнезiї сприяють пригнiченню ростових процесiв в трубчастих кiстках. Сповiльнюється формоутворення кiсткової тканини, порушується її будова i хiмiчний склад, рано визначається переважання резорбцiйних процесiв над апозицiйними, що призводить до атрофiї кiсткової тканини та розвитку остеопорозностi кiстки.

Вивчення реадаптацiйних переутворень в кiстках тварин пiсля знаходження їх в умовах рiзних режимiв рухової активностi показало високу лабiльнiсть i пластичнiсть кiсткової тканини, особливо виразно це проявляється на прикладi епiфiзарного хряща. Сприятливий вплив помiрних динамiчних i статичних навантажень пiсля гiпокiнезiї зберiгається в кiстковiй тканинi протягом всiх перiодiв спостереження пiсля закiнчення дiї фiзичних навантажень i виявляється навiть через рiк, тобто в перiод виражених старечих змiн. Пiсля припинення тренувань тварин iнтенсивними динамiчними навантаженнями пiсля гiпокiнезiї в кiстках спостерiгаються вираженi компенсаторнi вiдновлювальнi процеси, однак вони не в повнiй мiрi нормалiзують структуру i хiмiчний склад кiсткової тканини. Реадаптацiйнi переутворення в трубчастих кiстках пiсля утримання тварин в умовах гiпокiнезiї вказують на значну глибину вiд'ємного ефекту цього екстремального фактора на кiсткову тканину, який проявляється i до рiчного термiну реадаптацiї пiсля перiоду перебування тварин в умовах гiпокiнезiї.

Результати проведених нами дослiджень мають як теоретичне, так i практичне значення, вони дають можливiсть бiльш глибоко пiзнати механiзми адаптацiйних i вiдновлюючих переутворень в кiстковiй тканинi, визначити дiапазон її компенсаторних резервiв, прогнозувати в тренувальних процесах спрямованiсть переутворень в кiстковiй системi в залежностi вiд виду фiзичного навантаження, його тривалостi.

Практичне значення проведених дослiджень полягає в тому, що отриманi експериментальнi данi дають можливiсть визначити межі допустимих навантажень на кiсткову тканину при надто високих дiапазонах рухової активностi, якi застосовуються в спортивних тренуваннях та пiдготовцi космонавтiв, перебування їх в умовах обмеженої рухової активностi. Глибоке знання перебудовчих реакцiй кiсткової тканини, її будови, хiмiчного складу, пластичностi, адаптацiйних можливостей за рiзних режимів рухової активностi допоможуть бiльш правильно будувати тренувальнi процеси пiсля вимушеного перебування в умовах гiпокiнезiї та проводити корегуючi мiроприємства в реадаптацiйному перiодi, що в свою чергу допоможе лiквiдувати несприятливi або ж навiть патологiчнi змiни в кiстковiй тканинi пiд впливом невiрно побудованих режимів тренувального циклу.

Висновки

1. Ріст плечової кістки білих щурів у довжину здійснюється, переважно, за рахунок проксимального (75-85 %), ліктьової - проксимального (80-85 %), променевої - дистального (75-80 %), стегнової - дистального (70-75 %) і великогомілкової - проксимального (60-65 %) епіфізарних хрящів. Вікові зміни в довгих трубчастих кістках щурів проходять наступні періоди: період інтенсивних процесів кісткоутворення (від 1 до 8 місяців), період стабілізації перебудовчих процесів (від 8 до 15 місяців) та період регресивних змін з переважанням процесів резорбції (від 16 місяців та старші). У тварин з пятимісячного віку спостерігається поступове зменшення темпів росту довгих трубчастих кісток. Однак, ріст довгих трубчастих кісток зберігається навіть до двадцятимісячного віку і епіфізарний хрящ існує протягом всього життя тварин. При цьому спостерігається накопичення кальцію і фосфору з одночасним зменшенням вологості кістки, вмістом калію, натрію та магнію.

2. Тренування тварин довготривалими помірними динамічними навантаженнями після перебування їх в умовах гіпокінезії стимулюють ріст довгих трубчастих кісток в довжину і ширину, оптимізують їх будову і хімічний склад. Позитивний вплив помірних динамічних навантажень після дії гіпокінезії виявляється в періоді виражених старечих змін у 12-ти місячний віковий період. У всіх досліджуваних періодах реадаптації остеогенетичні процеси в діафізах виражені краще, апозиційні процеси переважають над резорбційними, насичення мінерального компонента солями кальцію та фосфору виражені сильніше.

3. Режим помірних статичних навантажень після гіпокінезії призводить до підсилення росту довгих трубчастих кісток в довжину і в більшому ступені в ширину, що супроводжується робочою гіпертрофією кісткової тканини. Позитивний прояв тренувань тварин цими навантаженнями після дії гіпокінезії зберігається до періоду глибоких старечих змін, але в меншій мірі у порівнянні з впливом помірних динамічних навантажень.

4. Інтенсивні динамічні навантаження після гіпокінезії незначно активізують поздовжній ріст довгих трубчастих кісток, пригнічуючи іх субпериостальний ріст. У відновний період при тренуванні тварин інтенсивними динамічними навантаженнями після гіпокінезії спостерігається прояв реадаптаційних компенсаторних механізмів, які призводять до підвищення темпів поперечного росту кісток піддослідних тварин, а також перебудови кісткової тканини, спрямованої на нормалізацію її будови і хімічного складу.

5. Ступінь та характер структурних перетворень в довгих трубчастих кістках, що виникли під впливом фізичних навантажень після гіпокінезії, менш виражені, ніж при обмеженні рухової активності.

6. Морфофункціональні зміни в довгих трубчастих кістках за довготривалої гіпокінезії мають неспецифічний характер і проявляються у розвитку остеопорозу, сповільненні епіфізарного і субперіостального росту кісток, підсиленні резорбції кісткових структур, зменшенні мінеральної насиченості.

7. Прояв компенсаторних відновних механізмів в процесі реадаптації в деякому ступені оптимізує перебудовчі процеси в довгих трубчастих кістках, однак повністю не нормалізує їх, більш виражені ознаки старіння кісткової тканини.

СПИСОК РОБIТ, ОПУБЛIКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦII

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.

1.